自然辯證法概論第五章科學認識的形成.ppt

第五章 科學認識的形成,科學認識是一個過程。其大致程序為：問題選題獲取科學事實整理加工提出假說檢驗修正建立理論體系。 本章討論科學問題的提出及與科學事實、科學定律、科學假說和科學理論的形成有關的方法論問題。,第一節(jié) 科學問題的確立,一、科學問題是科學研究的起點 1、科學研究起點之爭 科學認識的起點是什么？對此，人們曾有過不同的看法。 傳統(tǒng)歸納主義的科學方法論認為，科學認識是從觀察和收集材料開始的，即科學始于觀察。通過觀察，獲取大量事實，然后進行歸納，最后得出定律，形成理論。 西方科學哲學家波普爾則明確指出：科學始于問題而不是始于觀察。,人們在實踐的基礎上 ，不斷地提出問題和解決問題，也就使科學認識不斷地發(fā)展。如果沒有科學問題，科學也就停滯不前了。所以愛因斯坦說：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決問題也許僅僅是一個數(shù)學上或實驗上的技能而已，而提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看待舊的問題，確需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標志著科學的真正革命?！保?） “科學認識從問題開始”與“認識來源于實踐”并不矛盾，它們實質上是統(tǒng)一的。因為問題也是在實踐的基礎上提出來的。但是，前者突出了實踐過程中產生問題的重要環(huán)節(jié)，更清楚、深刻地表明了科學認識從一開始就是能動的、創(chuàng)造性思維活動。 （1） 愛因斯坦、英費爾德：物理學的進化，第1版，第66頁，上海，上?？茖W出版社，1962。,2、什么是科學問題,問題即對未知的疑問，其實質是人們思維中的矛盾，也常被稱為“疑難”、“困惑”。 問題可分為一般問題和科學問題。 科學問題是指科學認識過程中需要回答而在當時的知識背景下未能解決但又有可能解決的矛盾。 背景知識：已有的科學事實、理論、思維方式的總和。 要提出科學問題，需要掌握大量的背景知識，善于分析背景知識，脫離當時的科學認識和科學實踐水平，可能會提出一些常識問題甚至是無知問題，那些不能稱為科學問題。,在不同的知識背景下，科學問題的意義及解決問題的途徑都是不同的。知識背景愈深刻，問題層次愈深化。正如恩格斯所說：“我們只能在我們時代的條件下進行認識，而且這些條件達到什么程度，我們便認識到什么程度。”（1）而隨著層次不斷深化的科學問題的不斷解決，人們的科學認識從事物的現(xiàn)象逐步深入到本質，并不斷深入到更深的本質。 （1） 馬克思恩格斯選集，第3卷，78頁。,科學問題依據(jù)對背景知識的不同分析，可以分為常規(guī)問題和反常問題、事實問題和理論問題等。 常規(guī)問題：是在維持背景知識中相關理論框架的前提下提出的有待解決的疑難，這種疑難的解決將使已知的理論更加充實、完善和系統(tǒng)化。 反常問題：是在拒斥已知理論框架的前提下提出的有待解決的疑難。這些疑難的解決意味著一場科學理論的革命。 事實問題：是由事實引出的問題。 理論問題：是由理論引出的問題。,3、科學問題的轉換,同一問題可有不同的提法，或者說同一問題可設不同的求解應答域：即求解范圍和方法。有時如果能從一個新的視角對問題變換一下提法，改變應答域，則有可能使人茅塞頓開。問題的恰當變換常常能開辟新的研究領域，引發(fā)新的思路。許多在已有的視野中看不到的聯(lián)系和想法，在新的視野中一下子變得明朗、清晰起來，即使以前已經認識到的內容也仿佛有了嶄新的意義。,問題的轉換可以有多種不同的角度，而在科學方法論中，常規(guī)問題與反常問題之間的轉換，事實問題與理論問題之間的轉換，常常具有重要的意義。比如，“以太漂移”問題，在洛侖茲那里是被當作常規(guī)問題考慮的，所以終究未能跳出經典理論的制約。而在愛因斯坦那里，一旦被當作反常問題考慮，狹義相對論就應運而生了。再比如，在考夫曼的實驗中“高速電子質量為什么不變”的問題，在彭加勒那里是被當作理論問題對待的，由此他懷疑相對論的正確性。但在愛因斯坦那里，則被看作事實問題，果然其他人后來的實驗揭示出考夫曼的實驗裝置有毛病。,從變換思路方面來考察，問題轉換可以是逆向轉換、互補轉換、發(fā)散轉換和立體轉換等。 逆向轉換：是將問題從否定的角度提出來。 互補轉換：是將問題的兩個對立方面統(tǒng)一地提出來。發(fā)散轉換：是將問題的提法拓展開去，多角度的發(fā)問。 立體轉換：是將問題的平面思考與立體思考結合起來。,二、科學問題的主要來源,1、為尋求事實之間的聯(lián)系提出問題 2、從理論與事實之間的矛盾中發(fā)現(xiàn)問題 3、從某一個理論內部的矛盾中發(fā)現(xiàn)問題 4、從不同理論之間的分歧中發(fā)現(xiàn)問題 5、從社會需求與已有生產技術手段的差距上發(fā)現(xiàn)問題 此外，還有其它一些途徑。,三、科學問題的選擇 1、選題的重要意義 人們可能提出很多問題，但不可能同時都進行研究，因而在科學研究中有一個選題問題。所謂“選題”，簡單說，就是選定一個科學問題來進行研究。通常所說的“研究課題”就是為了達到一定目標所需要解決的一個或一系列相關科學問題。科研選題得當在研究工作中十分重要，它關系到科研的目標、方法、水平和價值?？茖W學奠基人貝爾納曾著重指出：“課題的形成和選擇，無論作為外部的經濟要求，抑或作為科學本身的要求，都是研究工作中最復雜的一個階段，一般來說，提出課題比解決課題更困難，所以評價和選擇課題，便成了研究戰(zhàn)略的起點?！?2、選題的基本原則,當然，選題是在發(fā)現(xiàn)科學問題之后進行的，要以對科學問題比較全面、深入的認識和理解為前提。但是，選題只考慮這樣的內容還是不夠的。為了更好地選定科學問題，應當遵循一些基本原則。一般來說，可以概括如下： 創(chuàng)新性原則。選題應著眼于前人沒有解決或沒有完全解決的問題，也就是真正有新意的科學問題，而不是“無知問題”。科學研究中重復勞動是沒有意義的。,科學性原則。選題一定要有相關的科學事實和科學理論作為依據(jù)。不要輕率地把與已經得到實踐檢驗的科學理論相違背的課題作為研究對象，比如“永動機”之類的。也不要把毫無科學事實根據(jù)的“偽問題”作為選擇對象。,可行性原則。選題應根據(jù)主觀條件和客觀條件來確定，。 社會需求原則。所選問題應是符合社會需要和科學發(fā)展需要。原因：1、與科學發(fā)展目的相符合。2、能更好地獲得社會支持。 總之，都是為了更好研究，能取得成果，而不是空忙一陣。,第二節(jié) 科學事實的獲取,主要通過觀察和實驗兩種途徑： 一、科學觀察的特點與功能 科學觀察是人們有目的、有計劃地利用自己的感官認識和描述各種自然現(xiàn)象，獲取科學事實的方法。它與一般感知活動不同，是從一定的問題出發(fā)有目的、有計劃的感知對象。它與理論思維方法也不同，它不是通過演繹、類比等抽象過程，而是依賴感官以及觀測儀器直接認識外部世界，記錄和報道事實。,科學觀察在科學認識過程中，提供了描述經驗事實的原始材料，提供了第一手資料，為科學研究奠定了經驗基礎。著名生理學家巴甫洛夫曾強調指出：“不管鳥的翅膀怎樣完善，它任何時候也不可能不依賴空氣飛向高空。事實，就是科學家的空氣，沒有它你任何時候也不能飛騰起來，沒有它，你的理論就是枉費苦心。”（1）科學認識活動所以離不開科學觀察，就是因為確認任何一件事實都離不開科學觀察，這是無論任何理論思維方法都不能忽視的基本要素。這就不難理解，為什么愛因斯坦會說：“理論所以能夠成立，其根據(jù)就在于它同大量的單個觀察關聯(lián)著，而理論的真理性也正在此?！保?）盡管在現(xiàn)代科學的發(fā)展中，表現(xiàn)出理論愈來愈遠離經驗的趨勢，但是追根溯源，理論最終還是要與事實相聯(lián)系。 （1） 巴甫洛夫選集，第1版，第113頁，北京，科學出版社，1955。 （2） 愛因斯坦文集第1卷，第1版，商務印書館，1976。,觀察的兩大類型,科學觀察按照是否使用觀測儀器可分為直接觀察和間接觀察。直接觀察是人們憑借自身感官直接認識客體的方法，是觀察者與觀察對象兩者之間的相互作用。直接觀察直觀、生動，但有很多局限性。人們?yōu)榱丝朔陨砀泄倌芰Φ纳砭窒?，就在觀察者與觀察對象之間引進了中介物（觀測儀器），從而構成了觀察者、觀測儀器和觀察對象三者之間的關系，間接觀察成為“主體儀器客體”之間相互作用的結果。 間接觀察能夠使觀察對象不斷擴充，日益向自然界的廣度與深度延伸；使觀察更加精細、準確；越來越能克服人體感官觀察速度的局限。隨著科學與技術的不斷發(fā)展，觀測儀器不斷改進更新，人們的觀察能力不斷提高。在這個意義上說，每個時代的科學水平又與觀測儀器的水平密切相關。 值得指出的是，電子計算機在科學觀察過程中的應用，引起了觀察方法的又一次重大變革。雖然它本身不是觀測儀器，但是它與現(xiàn)代觀測儀器相結合，更加突破了傳統(tǒng)觀察的局限，使遙感觀測、“無主體觀測”等成為可能。,觀察有可能出錯，原因： 1、主觀因素的影響 2、客觀事物有真象和假象之分，假象掩蓋真象就會使觀察發(fā)生錯誤。 3、生理局限所致。人有感覺閾限，甚至會產生錯覺。為使觀察更客觀，獲得更可靠的科學事實，應注意客觀觀察、全面觀察、反復觀察、系統(tǒng)觀察、典型觀察。,二、科學實驗的特點和功能,科學實驗是人們變革、控制對象獲取科學事實的方法。 與觀察相比，實驗的特點： 1、能更好地發(fā)揮人的主觀能動性 2、能更有效地認識對象：a、簡化純化對象。b、強化對象。c、使對象屬性及變化重復出現(xiàn)。e、模擬對象。,實驗有許多類型，這里主要介紹模擬實驗： 在科學研究中，由于受到各種客觀條件的限制，人們不能運用實驗手段直接作用于對象自身（原型），于是就要找到或設計一個與原型相似的替代物（模型），通過模型來間接認識原型。這種對模型的實驗就稱之為模擬實驗，它是通過模型來認識原型的。,相似性,簡化性,實物模型,數(shù)學模型,計算機仿真模型,思想模型,物理模型 化學模型 生物模型 功能模型,分析,實驗,認識,三、觀察實驗中重要的認識論問題 1、觀察與理論的關系,傳統(tǒng)觀點認為，理論依賴于觀察，而觀察卻獨立于理論，不受理論的制約。為了使觀察更為客觀，觀察時應排除任何先入之見，用空空的頭腦進行中性觀察，避免觀察受到理論污染。 波普爾、漢森、庫恩等人則持不同觀點，明確提出了“觀察滲透理論”其理由是： 觀察什么要受理論的影響 如何觀察要受理論的影響,觀察到什么（觀察結果）要受理論的影響 觀察結果需用一定的陳述判斷表現(xiàn)出來，而陳述判斷也要受理論的影響 深入的研究表明，后者的見解是合理的。,2、微觀領域中儀器的干擾問題,觀察者,觀察儀器,觀察對象,相互作用,宏觀領域：忽略不計 微觀領域：不可忽略,由此引起的是：觀測結果是對象本身，還是作用后的信息。,3、觀察實驗中的偶然性,觀察和實驗是一種有目的、有計劃的探索自然界奧秘的實踐活動，由于受研究者理論的指導，因此在通常情況下，觀察實驗結果是可以預料的，然而，有時在觀察和實驗過程中會出現(xiàn)一些意想不到的新現(xiàn)象，從而導致科學上的重大發(fā)現(xiàn)和突破。這種由于偶然事件而導致科學上重大發(fā)現(xiàn)和突破的現(xiàn)象稱之為機遇。 在科學活動中機遇是經常出現(xiàn)的。它有極其深刻的客觀原因和認識論原因。 客觀原因在于自然界中任何現(xiàn)象的出現(xiàn)既不是純粹地由必然性主宰、也不是純粹地由偶然性支配，而是必然性和偶然性相互作用的結果。 認識論原因在于科學研究的目的性、探索性與自然現(xiàn)象的錯綜復雜性之間的矛盾。,科學史上，由于機遇導致重大科學發(fā)現(xiàn)有很多事例。但值得深思的是，機遇的出現(xiàn)對任何人都“一視同仁”，但有些人在機遇一出現(xiàn)就能緊緊抓住，而有些人卻熟視無睹?？茖W家對機遇采取什么態(tài)度，在很大程度上取決于他對偶然性和必然性的理解。如果他認為觀察實驗中的意外現(xiàn)象僅僅是一種純粹的偶然，那么他就會視而不見；如果他能意識到這種偶然現(xiàn)象背后可能隱藏著某種必然性，那么他就會緊抓不放。此外還與研究者的知識水平、知識結構、判斷能力、開放思路、好奇善疑的探索精神等有關。,第三節(jié) 科學假說的形成,1、建立科學假說的基本原則 對應原則 ：這是對假說與已有科學理論關系的限定。,新假說,原有理論（經實驗檢驗被證明是正確的）,對應,支持,注意：,a、如不對應，應檢驗修改假說,b、越來越多事實支持假說,可能是對原有理論的突破 但仍應包含原有理論并作為特例,可解釋性原則。這是對假說與已有科學事實關系的限定。 假說,已知所有事實,解釋,注意：,a：如果不能解釋所有事實，應檢查、修改、甚至拋棄假說。 b：核實事實是否正確。,可預測性原則。這是對假說與未知科學事實關系的限定。 假說,新事實,預見,二、經驗定律型假說的形成,經驗定律型假說的涵義： 是對經驗知識描述概括而形成的假說。如摩擦生熱定律、能量守恒定律、自由落體定律。這類假說描述的是事物表面看得見的運動規(guī)律，揭示了現(xiàn)象之間某種聯(lián)系的普遍性，說明了某類現(xiàn)象的共同特征，但并不能理解這種普遍性的原因。 其特點： 采用描述性的詞語，包含直接可觀察或測量的經驗內容，能被直接檢驗。 相對穩(wěn)定。,類型： 性質描述型：是對某類現(xiàn)象共同性質和特征的普遍化描述。 關系描述型：是對兩類現(xiàn)象或若干類現(xiàn)象之間因果關系的普遍化描述。 經驗定律型假說是由特定的、較小范圍的認識，擴展到普遍的、較大范圍的認識，因