教学内容 第五章 科学认识的形成.docx

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教学内容第五章科学认识的形成

第五章科学认识的形成

 本章主要探讨科学认识过程中科学问题的提出以及科学事实、科学定律和科学假说形成的方法论问题。

第一节  科学问题的提出 

 提出科学问题是科学研究或科学认识的首要的、具有战略意义的一步。

  一、科学问题是科学研究的起点：

1．科学问题的定义和结构 

（1）科学问题（problem）：

 一定时代的科学认识主体是在当时的知识背景下提出的关于科学认识与科学实践中需要解决而又未解决的矛盾。

 一定时代的知识背景决定着一个问题是否有科学价值（是否是科学问题）以及科学问题的内涵深度和解答途径。

（2） 科学问题的结构：

科学问题包含问题的指向（问题所涉及的研究对象）、研究的目标、求解的应答域。

注：

求解的应答域：

在问题的论述中所确定的域限，并假定所提出的问题的解决必定在这个域限之中。

2．科学问题的主要来源

 第一，从科学实践与科学理论的矛盾中产生问题（例如，水星近日运动与牛顿理论的矛盾）。

 第二，从科学理论内部的（逻辑）矛盾中产生问题（例如，数学中的罗素悖论；物理学中的麦克斯韦佯谬）。

 第三，从不同理论之间的矛盾中产生问题（例如，地质学中的渐变论和灾变论）。

 第四，从社会需要与现有的生产技术手段不能满足这种需要的矛盾中产生问题（例如，农业增产的需要、培养优良品种的农业技术研究向遗传学提出了研究的问题）。

3．科学研究从问题开始 

在科学研究或认识的起点问题上有两种不同的观点：

 二、科研选题及其步骤和基本原则 

 1.科研选题 

 科研选题：

就是形成、选择和确定所要研究和解决的课题（为实现某个特定的目标所需要研究的一个或一组科学问题）。

 科研选题是科学研究的起始步骤，是科学研究的重要组成部分。

它关系到科研的方向、目标和内容，直接影响科研的途径和方法，决定着科研成果的水平、价值和发展前途。

 2.科研选题的步骤

  3.科研选题的基本原则

第二节  科学事实的获取

 观察和实验是获取科学事实的基本方法。

一、科学观察 

1．科学观察：

就是在一定理论思维指导下，通过感官或借助科学仪器，在自然发生的条件下有目的、有计划地感知研究对象，以获取科学事实。

2．科学观察分为直接观察和间接观察（通过仪器等）。

后者能提供更准确的观测结果。

直接观察有其局限性：

（1）范围有限

（2）灵敏度不固定（3）反应速度有限 

直接观察发展到间接观察，是科学技术发展的必然。

仪器在观察中具有十分重要的作用：

（1）扩大了感觉范围

（2）排除了感官的错觉（3）提供了可靠的计量标准（4）提供了准确的记录手段

3．科学观察在科学研究中具有重要作用 

第一，科学观察是获取科学事实的一种重要手段，它为科学假说的提出和科学理论的形成提供第一手原始材料；为验证科学假说和理论提供事实根据。

 第二，可导致新的技术发明。

4．观察的基本原则

 二、科学实验

1.科学实验 

科学实验就是根据一定的科学研究目的、运用一定的物质手段、在人为控制或变革客观事物的条件下获得科学事实。

2．科学实验在科学技术研究中的作用

第一，简化和纯化研究对象。

第二，强化、激化研究对象，在极端条件下揭示对象的本质和规律。

第三，使研究对象及其变化过程重复出现。

第四，模拟研究对象的运动过程，从而认识对象的本质。

 3.模拟实验方法 

模拟实验是一种间接实验，即先设计出反映对象属性的模型，然后用实验手段作用于模型，通过模型实验了解原型（对象）的性质及其运动规律，包括物理模拟、数学模拟和功能模拟。

◆物理模拟：

根据相似理论，构造出与对象相似的物理模型，通过模型实验了解原型变化的物理过程。

 ◆数学模拟：

在原型与模型具有数学相似性的基础上，通过计算机求解来研究对象性质的一种模拟方法。

◆功能模拟：

以控制论为理论基础，以功能相似为目标的模拟实验，已经在现代科学技术中起着重要的作用。

三、观察实验中的重要认识论问题

1．“观察渗透理论” 

在观察与理论的关系问题上，有两种对立的观点：

“中性观察”观点和“观察渗透理论”观点：

    培根以来的归纳主义者倡导独立于理论的纯粹的观察（中性观察），并认为只有经过这种纯粹的观察才能进入形成理论的阶段。

弗兰西斯·培根

    汉森、波普尔、库恩等著名科学哲学则否认有纯粹的中性观察存在，明确提出“观察渗透理论”。

 库恩

 “观察渗透理论”的观点更合理，也更合乎实际

2.微观领域中仪器的影响问题

在微观领域中，实验仪器对微观客体的状态有很大的干扰，与宏观测量时有明显的区别。

对微观客体的观察仍然具有客观性。

量子力学中的“测不准原理”没有否定微观领域中观察的客观性。

 3.观察中的偶然性与机遇问题 

在科学实践过程中由于意外的事件导致科学上的新发现，称为机遇。

机遇是相对于原来预定的研究计划和目的而言的，它的最大特点就是意外性。

能否抓住机遇并做出新的重大的发现主要取决于两个因素：

其一，科学认识主体对待机遇的态度，而后者又取决于他对偶然性与必然性及其关系的理解； 

其二，科学认识主体是否有必要的及时发现问题的认识能力上的准备。

拓展阅读：

英国科学家弗莱明发现青霉素的过程

第三节  科学假说的形成 

科学假说包括经验定律型假说和原理定律型假说，它们具有不同的特点和不同的形成方法。

1．形成科学假说的方法论原则 

（1）对应原则：

一般来说假说不应与经过检验的科学理论相矛盾。

在新假说转化为新理论并取代旧理论时，它应继承旧理论中被实践检验过的合理内容，并把旧理论作为特例或极限形式包含进来。

（2）解释性原则：

假说应当与已知的经过实践复核的事实相符合，不仅能解释个别事实，而且能解释该领域已知的全部事实。

 （3）可检验性原则：

提出的假说必须能用观察、实验加以检验，从而判定它的真伪。

不可检验的假说是不科学的。

    1956年李政道、杨振宁提出弱相互作用下宇称不守恒的假说时，就设计了五种实验方案来探索宇称守恒原理在衰变现象中是否正确。

同年，吴健雄组成的一个实验小组在华盛顿美国国家标准局的低温实验室用钴做了其中的一个实验，确证了他们的假说。

2．经验定律型假说的形成方法

（1）经验定律型假说的特点及类型 

经验定律是对某类现象共同性质和特征或若干类现象之间因果联系的普遍化描述。

经验定律描述的是事物表面的规律，揭示了现象之间某种普遍联系（共同特征），但限于揭示表面联系，不能理解这种联系的普遍性，“知其然而不知其所以然”。

经验定律的两个特征：

其一，采用描述性的语词（具体的科学概念）； 

其二，相对稳定。

经验定律可分为性质描述型的和关系描述型的。

性质描述型经验定律是对某类现象共同性质和特征的普遍化描述，是对已有经验知识的总结和推广。

（例如，描述液体表面张力的经验定律。

）

关系描述型经验定律是对两类现象或若干类现象之间因果关系的普遍化描述。

（例如，波义耳－马略特气体定律）

（2）经验定律型假说是概括的成果 

经验定律型假说的概括通常从经验概括开始，完成于与演绎方式结合的定律概括。

经验概括是以不完全归纳方式进行的，它从有限的科学事实出发，上升到普遍性的认识。

定律概括：

在经验概括的基础上，通过与理论的演绎结果相结合，判定现象间联系的必然性，即达到对现象间的规律性认识。

3.原理定律型假说的形成方法 

原理定律型假说是对事物内部必然联系的反映或解释。

它寻求的是对经验定律的解释（说明“为什么”）。

在科学知识体系中，原理定律处于比经验定律更高的层次。

经验定律能够说明相关的科学事实，原理定律能够解释经验定律。

 原理定律型假说的形成方法：

溯因方法与科学猜想. 

◆原理定律型假说是通过溯因方法获得的。

 ◆科学猜测是发挥想象力的产物。

想象力在提出假说的过程中发挥着重要的作用