2019/7/1,第五章 科学认识的形成,公共管理学院 戴胜华 副教授,第五章 科学认识的形成,第一节 科学问题的提出 第二节 科学事实的获取 第三节 科学假说的形成,第一节 科学问题的提出,科学认识从问题开始： 提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看待旧的问题，确实需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正革命。 （爱因斯坦）,一、科学问题是科学研究的起点,经验主义：科学发现始于观察（培根） 观察、实验 | 搜集资料 归纳 理论 强调经验的作用，重视归纳方法的运用，但忽略了直觉和演绎思维的作用。 证伪主义：科学发现始于问题（波普尔） P1TTEEP2 问题1尝试性理论消除错误问题2,“科学认识从问题开始”与“认识来源于实践”并不矛盾，它们实质上是同一的。因为问题是在实践的基础上提出来的，只是前者突出了问题是认识发展的重要环节，更深刻地表明了科学认识自始至终就是认识主体的能动的、创造性的思维活动，这同波普尔无主体的认识论、把科学看成是独立自主的“世界3”有着原则的界限。,问题是科学发展的动力,理论发展的总体过程：只有发现了原有理论不能解决的问题，人们才会修正旧理论或建立新理论。 科学研究的具体过程：人们总是以问题为导向有选择地搜集资料，问题对实验具有定向作用。,要善于提出正确的问题,提出正确的问题往往等于解决了问题的大半。 （海森堡） 自己会不会提出正确的问题是科研工作者最重要的能力。（李政道） 博学而笃志，切问而近思 要学会做“学问”，而不要做“学答”。,一条船上有75头牛，32头羊，问船长多少岁？,在法国，有64的小学生得出答案：753243岁。而在中国的小学中测验，竟有超过90的学生得出这个答案。 学生之所以这么回答，是因为他们已经习惯了所有问题都是有标准答案的。一位美国教育家因此评论说，这就是学校把学生越教越笨的典型事例。,2、科学问题的特征和类型,什么是科学问题？ 科学认识和实践中需要解决而又未解决的矛盾。,科学问题的特征,时代性：知识背景；前瞻性 可解性：问题本身存在科学的解 结构性 问题的指向求解目标、预设解 问题的应答域论述问题所确定的域限,正确提出问题是获得成功的关键,例：弗莱明发现青霉素 是否绿霉具有某种作用把它周围的葡萄球菌杀死了？ 问题的指向或求解目标：葡萄球菌死因 问题的应答域：假定绿霉具有某种作用,根据问题求解的类型,What型：回答是什么的问题（陈述性问题） 识别与判定 Why型：回答为什么的问题（因果性问题） 因果关系；内部机理 How型：回答怎么样的问题（过程性问题） 状态与过程；运动规律,科研课题的基本类型,跟踪性研究与原创性研究 基础性研究与应用性研究 交叉性研究,3、科学问题的主要来源,第一，为寻求事实之间的联系提出问题。 这是由科学事实的系统化而提出的，科学必须揭示经验事实之间的联系，说明它们的共同特征。例如：金属导电问题。,第二，从理论与事实的矛盾中发现问题,“黑体辐射”、“光电效应”与“能量连续性观念”的矛盾量子理论 水星近日点的摄动与牛顿引力理论的矛盾广义相对论,第三，从某一理论内部的矛盾（非自洽性）中发现问题,这种理论内部的矛盾，在数学中称为“悖论”，在物理学、天文学中称为佯谬。 数学中的悖论 理发师悖论：“我给并且仅仅给不自己理发的人理发”。问题：他该不该 给自己理发？ 物理学、天文学中的佯谬 自由落体佯谬；麦克斯韦佯谬（1871）光度佯谬（奥尔勃斯，1826）；引力佯谬等,第四，从不同理论之间的分歧中发现问题,物理学中的微粒说与波动说 化学中的燃素说与氧化说 地质学中的渐变论与灾变论 天文学中的地心说与日心说 生物学中的进化论与突变论 达尔文生物进化论与克劳修斯热力学第二定律,第五，从社会需要与已有生产技术手段的差距上发现问题,如果社会现有的生产技术手段不能满足人们的需求，自然就会提出许多问题，其中有一些则会转化为科学问题。 飞机、导弹空气动力学； 轮船流体力学； 自动化、智能化生产信息论、系统论、控制论；,二、科研选题,1、选题的重要意义 2、选题的一般程序 3、选题的基本原则,1、选题的重要意义,科研选题：就是选择和确定一个科学问题来进行研究和解决。 战略地位和意义,研究方向目标、内容 研究途径、方法 研究水平、价值 研究成败、前途,“课题的形成和选择，无论是作为外部的经济技术要求，抑或作为科学本身的要求，都是科研工作中最复杂的一个阶段。一般来说，提出课题比解决课题更困难。所以评价和选择课题，便成了研究战略的起点。”（贝尔纳）,2、选题的一般程序,可 行 不可行 1）问题调研 2）提出问题 3）课题论证 4）选定课题,问题 调研,提出 问题,课题 论证,课题 决策,选定 课题,3、选题的基本原则,创新性原则 科学性原则 可行性原则 社会需求原则,（1）创新性原则,好的课题应是前人没有解决的或没有完全解决的疑难问题，也就是真正有新意的科学问题。 为此就需要充分了解前人和他人在相关课题方面的工作，查阅文献资料并进行必要的调研、考察，避免重复别人做过的事情或走过的弯路。应追踪本学科前沿的发展，这样才能提出新的概念、发现新的定律、产生新的研究方法、开拓新的研究领域。,自主创新,原始性创新（个人，发现和发明） 集成创新（团队，工程，系统科学） 引进消化吸收再创新,美国垄断诺贝尔科学奖原因分析,“鼓励创造性和具有挑战性的构想” 美国的大学教育提倡“独立思考”，注意培养“创造精神” 国家重视基础研究 “外援”支撑（国外媒体分析） 当代国际的间竞争是制度的竞争,“随便做什么事情，都要跳到最前线去作战，问题不是怎么赶上，而是怎么超过。要看准人家站在什么地方，有些什么问题不能解决。不能老是跟，那就永远跑不到前面去。” 李政道,问题是怎样才能“跳到最前线去作战”？,大师指导，“名师出高徒” 李政道费米 杨振宁泰勒 海森堡玻尔 钱学森冯卡门 “做学问要找最好的老师，做事情要找最管事的人。”（陈省身） 学术交流,（2）科学性原则,选出的课题要有一定的科学理论和科学事实作为根据。 明显与已经确证的科学理论相违背的课题不应作为选择对象。 也不要把毫无科学事实依据的“伪问题”作为选择研究的对象。（永动机） 选题既要尊重已有的科学成果，更要重视新出现的科学事实对旧理论的挑战。,（3）可行性原则,选出的课题应与自己的主客观条件相适应，即根据已经具备的或经过努力可以具备的条件进行选题。 对于刚开始进行科学研究的新人而言，不宜把课题选得很宽、很复杂，否则就会不知从何下手，半途而废。要善于“小题大做”，不要“大题小做”。不断积累，循序渐进，由小到大。,课题人员结构（年龄，专业） 主观条件 课题负责人的素质、能力 相关研究成果 学会“自己挑选自己” “最优秀的科研人员往往自己挑选自己”（贝弗里奇）根据自己的才能选择 陈景润；杨振宁； 善于发现自己的最佳才能；认识自己的爱好或兴趣所在,科学水平；技术条件 客观条件 科研经费；实验设备 图书情报；期限要求 例：爱因斯坦：统一场论，1920？ 失败的原因是“过早地提出了这个课题”，“努力为时过早了”,国家政策（法律，道德） 外部环境 学术交流 “短、平、快”项目 个人的价值取向 “难度大、风险大、 周期长”的项目,（4）社会需求原则,课题应面向科学理论发展和社会经济、技术需要。 科学问题不同于技术问题，尤其是基础理论研究的实际价值不易在当下被人们认可。,贝尔研究所 科研人员：1万多人 年发表论文：2200多篇 获诺贝尔奖：7人次 从实际需要选择科研课题 鼓励自由探索,三、科学问题的转换,在解决问题的过程中，有时会困难重重，长期没有进展，问题的转换有利于开辟新的研究领域，引发新的思路。 问题转换：常规问题反常问题；事实问题理论问题。 解决问题的思路转换：逆向转换（金属元素周期变化）；互补转换（波粒二相说）；发散转换（把问题拓展开，多角度发问）；立体转换（非欧几何）。,第二节 科学事实的获取,一、观察与实验是获取科学知识的基本方法 二、观察实验中重要的认识论问题,一、观察与实验是获取科学知识的基本方法,1、科学观察的特点和功能 科学观察是人们有目的、有计划地利用自己的感觉器官认识和描述各种自然现象，获取经验知识的基本手段。 科学观察属于实践活动，既是接受外部信息获取经验事实的基本方法，又是检验理论认识的基本手段。观察过程和结果都具有客观性。 观察的结构包括主体、客体和中介。观察是主体借助中介工具和客体相互作用的过程。 观察不是消极、被动的注视，而是积极能动的反应。,2、科学观察的基本原则,1) 客观性 要求观察者按研究对象的本来面目去观察它和反映它。 首先要避免把某种假定或预想凝固化、僵化；其次要注意排除假象和错觉的干扰。 2) 全面性 要求在观察中，尽可能地观察研究对象的各个方面、各种因素、各种关系和各种规定，力求获得丰富而完整的科学事实，客观地反映事物的全貌。 3 ) 典型性 注意选择具有代表性的对象和干扰比较小的观察环境是非常必要的。,观察应遵循客观性原则,（1） 观察结果可以用某种标准方法进行重演（消除主观的偶然失误） （2）要求以正确的理论为指导 （消除假象与误差）,（3）要求使用先进的观测技术和观测仪器 （提高观察的客观性） （4）要求科学工作者要有严谨的实事求是的学风（科学家的基本行为规范） 不要篡改、捏造数据！,3、观察方法的作用和局限性,1)观察形成科研选题的重要途径 青年船医迈尔，通过观察发现了船员的血液颜色在赤道附近比在北欧时更鲜红，确立了有关能量守恒和转化定律方面的科研选题；印度科学家拉曼通过对海水呈现深蓝色的观察与研究中，才确立了有关光的折射这一选题；现代仿生学众多科研课题，是通过运用观察方法来确定的。,2 ) 观察是建立科学假说的先决条件 一般来说，天文学、地质学、气象学、动植物学等学科不可能从事精确的实验研究，故这些学科的知识大都是以假说的形式建立起来的，而这些科学假说得以建立的先决条件就是观察。魏格尔大陆漂移学说；竺可祯中国近五千年气候变迁的初步研究一书；德国开普勒没有第谷的观察，无法提出行星运动三定律。,3 ) 观察是验证科学认识真理性的基本手段 英国物理学家爱丁顿的日食观测。1916年，爱因斯坦提出广义相对论学说。根据这一学说，他预言光线在引力场中将会发生弯曲效应。天文计算表明，1919年5月29日将发生日全食，此时，金牛座中的毕宿星团刚好在太阳附近，若天气好，至少可拍摄13颗亮星。爱丁顿抓住了这个机会，就在该年5月，组织了一个探险队，奔赴非洲普林西比岛，利用日全食来测定星光的弯曲效应。结果，所测得的恒星偏离角度值（1.61 + 0.30s），恰好与爱因斯坦预言值（1.7s）相符，从而验证了广义相对论的正确性。一夜间爱因斯坦变成了举世周知的最著名的伟大科学家了。 局限性：观察范围、精确度、速度,4、科学实验的特点和功能,科学实验是人们根据研究的目的，利用科学仪器、设备，人为地控制或模拟自然现象，排除干扰，突出主要因素，在有利的条件下获得科学事实的方法 与观察方法比较： 1）更能发挥人的主观能动性。其最大特点是在变革自然中认识自然。 巴甫洛夫形象比喻；“实验好像把各种现象拿在自己的手中，并时而把这一现象，时而把那一想象纳入实验的进程，从而在认为简化的组合中确定现象间的真实联系。换句话说，观察是搜集自然现象所提供的东西，而实验则是从自然现象中提取他所愿望的东西。 2）更能获得大量、精确和可靠的科学事实，更能深刻地揭示事物的本质和规律。,实验方法的特点,l 1） 纯化和简化复杂的研究对象（减法实验，排除偶然的、次要因素的干扰） 伽利略设计了精密的斜面实验，观察到了在自然状态条件下所观察不到的现象，从而发现了自由落