6科學理論的形成市公開課特等獎市賽課微課一等獎課件

第六講科學理論形成和檢驗第1頁一、科學問題確實立1科學研究始于科學問題歸納主義科研程序(從亞里士多德開始，到培根確立)：歸納—演繹程序定律、理論

歸納演繹經(jīng)過觀察、取得事實預測和解釋第2頁始于觀察？培根：首先進行無預設觀察列表分類整理觀察材料，找出現(xiàn)象原因對因果聯(lián)絡作深入歸納概括，上升為普通原理（歸納是經(jīng)過中間公理而逐層上升）檢驗

第3頁波普提出科學從問題開始：①觀察不是隨便看看，要處理觀察什么，為何觀察，怎樣觀察問題，所以觀察是帶著問題。②從科學研究詳細進程看，人們總是以問題為框架有選擇地去搜集事實材料，與問題相關材料披搜集起來，與問題無關材料則任其流散，不在科學認識主體中引發(fā)信息效應。③從科學理論發(fā)展總體過程看，只有發(fā)覺了原有理論不能處理問題時，人們才會去修正，補充它，或著手建立新理論，在這個意義上能夠說，問題既是舊理論終點也是新理論起點第4頁當前我們基本看法：問題—解答模式問題猜測檢驗科學事實或規(guī)律、理論確實立這種模式比較靠近科學技術認識活動實際。第5頁說明：把問題作為科研工作起點，是針對特定研究課題（目標）而言，實際科研工作中，不可能孤零零提出一個毫無積累題目來做，或者過去有經(jīng)驗、或者有一定數(shù)據(jù)、或者有一定理論（文件）準備。這些積累對新提出課題或者有啟發(fā)、或者有指導、甚至作為一部分加入新課題。不過歷史積累都不能計入新課題第6頁2科學問題概念：一定時代科學認識主體在當初歷史條件下提出科學認識和科學實踐中需要處理矛盾。第7頁科學問題條件A能否在實踐中檢驗（與信仰問題區(qū)分）B科學問題是時代產物（與常識問題區(qū)分）①是在一定知識背景下提出②利用已經(jīng)有知識背景進行解答。一個問題是否有科學意義，在不一樣知識背景下，回答是不一樣。第8頁“點金術”問題比如所謂“點金術”問題，在中世紀煉金術知識背景下被認為是有意義，而在原子論化學知識背景下則毫無意義，但在20世紀核物理知識背景下，它又變成有意義而且于1919年被盧瑟福首次處理了。有些問題因為受當前知識水平限制，一時尚無法進行研究，還不能稱為科學問題，只有在一定歷史條件下，才能成為科學問題。第9頁追溯宇宙起源問題在古代科技水平下，只能用盤古開天辟地神話或上帝創(chuàng)世說神學理論往返答。直到20世紀初，因為廣義相對論創(chuàng)建和天文觀察新發(fā)覺(河外星系譜線紅移)，對宇宙起源有了理論和事實依據(jù)從而成為一個科學問題。1948年，伽莫夫在廣義相對論提供膨脹宇宙模型中，深入引入了基本粒子理論和核物理理論加以研究，對宇宙起源這一問題做出了較為有說服力回答。第10頁1900年希爾伯特23個問題再如1900年希爾伯特提出23個問題，極大地推進了20世紀數(shù)學發(fā)展。希爾伯特.D.(Hilbert,David，1862～1943)德國數(shù)學家,對二十世紀數(shù)學有深刻影響數(shù)學家之一。他領導了著名格廷根學派,使格廷根大學成為當初世界數(shù)學研究主要中心,并培養(yǎng)了一批對當代數(shù)學發(fā)展做出重大貢獻出色數(shù)學家。第11頁在1900年巴黎國際數(shù)學家代表大會上，希爾伯特發(fā)表了題為《數(shù)學問題》著名講演。他依據(jù)過去尤其是十九世紀數(shù)學研究結果和發(fā)展趨勢，提出了23個最主要數(shù)學問題。這23個問題通稱希爾伯特問題，以后成為許多數(shù)學家力圖攻克難關，對當代數(shù)學研究和發(fā)展產生了深刻影響，并起了主動推進作用，希爾伯特問題中有些現(xiàn)已得到圓滿處理，有些至今仍未處理。第12頁這23個問題分屬四大塊：第1到第6問題是數(shù)學基礎問題（已全部處理）；第7到第12問題是數(shù)論問題（處理了2個）；第13到第18問題屬于代數(shù)和幾何問題（已全部處理或基本處理）；第19到第23問題屬于數(shù)學分析。23個問題中，15個已經(jīng)得到處理和基本處理，4個有進展。第13頁3、問題結構：問題指向：問題所指研究對象研究目標：對指向目標進行研究問題解答域：答案范圍第14頁4、科學問題預設

預設：本是自然語言邏輯一個基本概念，指在交際中交際雙方?jīng)]有言明卻又共同接收事實或命題。

科學問題預設載負在指向和解答域中。分為：A本體預設B方法論預設：問題本身所認定解答范圍和方法包含：全域型、類域型、特域型第15頁預設對科研影響

本體論預設是對問題一個定向，本論預設限制科學研究者認識域，其正確是否影響著科學研究成功。如以太風

方法論預設對科學研究有指示性影響（指明方向，確立范圍）正確：含有誘發(fā)性功效；錯誤：誤入歧途方法論預設詳略關系影響著對科研指導強弱，越詳細，指向愈明確第16頁

提出一個問題往往比處理一個問題更主要，因為處理一個問題可能僅是一個數(shù)學上或試驗上技能而已。而提出新問題、新可能性，從新角度去看舊問題，卻需要有創(chuàng)造性想象力，而且標志著科學真正進步。愛因斯坦第17頁5起源1、從實踐之間矛盾提出問題2從科學實踐與科學理論矛盾中產生問題.原有科學理論不能解釋新現(xiàn)象、新事實時，便產生了矛盾，也產生了需要探討問題。3、從科學理論內部矛盾中產生問題。一個理論或一個概念，假如能從中推出邏輯矛盾，那就表明其中存在著需要深入探討問題。第18頁悖論從廣義上說，凡似是而非或似非而是論點，都能夠叫做悖論。從狹義上說，悖論是從一些公認正確背景知識中邏輯地推導出來兩個相互矛盾(或相互反對)命題等價式(即p←→﹁p或p∧﹁p；p←→q或p∧q，其中p與q是兩個相互反正確命題)。第19頁4、從不一樣學派理論之間矛盾中產生問題5、社會需要與現(xiàn)有技術伎倆不能滿足需要矛盾中產生問題。第20頁6、科研選題第21頁進行科學研究最主要工作便是科研選題(1)科研選題關系到科學研究方向、目標和內容，含有戰(zhàn)略意義。能否摸準科學發(fā)展脈絡，確定主攻方向，不論對一個國家科學發(fā)展，還是對個人科學研究成就，都是關鍵性原因。第22頁(2)科研選題直接影響到科研路徑和方法，決定著科研結果水平、價值和前途?？茖W史表明，含有開拓性和創(chuàng)造性科研選題，能確?？蒲兴教嵘?，取得有價值結果；而錯誤選題，則往往造成無須要浪費，甚至斷送科學家前途。第23頁(3)科研選題還決定著科研工作“多助”或“寡助”，直接影響到科學研究工作環(huán)境。那些社會實踐急待處理，對人們生活帶來重大方便課題，會得到社會廣泛支持和援助。第24頁總之，無數(shù)事實表明：不論是國家、集體或個人科學研究活動，若想取得重大研究結果，除了人員素質和必要物質條件外，選題是一個關鍵原因。科學學奠基人貝爾納強調：“課題形成和選擇，不論作為外部經(jīng)濟要求，抑或作為科學本身要求，都是研究工作中最復雜一個階段，普通來說，提出課題比處理課題更困難．……所以評價和選擇課題，便成了研究起點?！钡?5頁科研選題基本標準需要性標準和價值標準科研必須滿足社會需求和學科本身發(fā)展需求。若有余力，提議從興趣出發(fā)。第26頁創(chuàng)造性標準即要充分利用前人結果，又要在前人基礎上提升?？茖W性標準選題要有一定科學理論和事實作為依據(jù)，把課題置于科學背景之下?？尚行詷藴蔬x題應與自己主客觀條件相適應。第27頁二、科學事實獲取1科學事實是科學研究經(jīng)驗基礎經(jīng)過觀察、試驗等實踐活動，借助于一定語言對特定事物、現(xiàn)象或過程描述和判斷。分二類：一類是客體與儀器之間相互作用結果描述。另一類是對觀察試驗所得結果陳說和判斷。第28頁科學事實個體性可重復性比較系統(tǒng)滲透著理論第29頁2、觀察和試驗是獲取事實伎倆觀察方法指觀察者不干預自然過程下，進行觀察與測量。試驗方法指觀察者干預自然過程進行觀察與測量。有一個共同點，都是研究工作者有目標、有計劃活動。（解題活動）第30頁區(qū)分：人為控制，干預自然對象，更有利于發(fā)揮人主觀能動性。觀察和試驗二者相依存：觀察是前提，試驗是觀察發(fā)展。在當代科學認識中，二者密不可分。第31頁試驗方法有特殊優(yōu)點：

1）試驗能簡化、純化以至強化自然過程。經(jīng)過儀器設備把所要研究客體孤立或隔離出來，排除其它現(xiàn)象、過程等起干擾作用原因，在純粹狀態(tài)下觀察客體改變進程和規(guī)律。把要研究客體置于人工控制極端狀態(tài)或極限狀態(tài)，如在超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場……等狀態(tài)下觀察客體性能改變。也能夠加速或減緩自然過程，來推測自然過程原貌。第32頁2）試驗能夠模擬研究對象運動過程，從而認識對象性質．3）經(jīng)過儀器設備控制客體相關原因，能夠同時固定一些原因和改變一些原因，能夠加進一些原因或減去一些原因，用有意識地變換和組合各種原因方法，分別觀察和揭示各原因之間因果關系。4）可靠性、經(jīng)濟性第33頁科學技術工作者對自然過程進行觀察與試驗，目標在于取得科學事實和經(jīng)驗關系。所謂經(jīng)驗規(guī)律普通指表示科學事實之間某種相關性。比如開普勒行星運動三定律；波義爾—馬略特定律（PV=C）第34頁3、觀察中注意事項觀察中滲透理論觀察需要使對象和觀察著感官相互作用，產生圖像。但觀察不等于感官感覺圖像，要使認識發(fā)生，還必須對感覺圖像加以組織。第35頁認知科學研究也確認，人們知識背景決定了他能觀察到什么。觀察者觀察能力與他本身理論水平親密相關。觀察什么和怎樣觀察客觀上受到觀察者理論背景制約。

第36頁你能不能觀察眼前現(xiàn)象，取決于你利用什么樣理論。正是理論決定什么是能夠觀察?！獝垡蛩固沟?7頁觀察中機遇在歷史上重大發(fā)覺差不多都是機遇帶來結果。

第38頁出現(xiàn)機遇可能性還是有跡可循。1）對機遇要有思想準備。觀察者對所進行觀察背景知識要有徹底了解，觀察試驗要細致認真，不放棄任何一點一滴可疑之處。2）對必定性和偶然性要有正確了解。在觀察中確實存在偶然失誤，那種屬于非本質，無規(guī)律性現(xiàn)象當然應該剔除，不過在偶然性寓有必定性，就看觀察者能否有預感，能否抓住。第39頁4、觀察客觀性標準辯證唯物主義：客觀事物本身是客觀存在，它決定了觀察客觀性.要注意幾項標準。第40頁A實踐來檢驗。試驗中發(fā)生情況或事件能夠被多個觀察者重復檢驗，普通來說，就確保了科學試驗結果客觀性。因為觀察者主觀偶然失誤都很輕易在重復試驗過程中暴露出來，并加以消除。一個試驗被復核重演次數(shù)越多，也越顯示其客觀性。第41頁B長久性、

全方面性要求觀察者，必須把與目標相關全部事實，都納入視野，這么一來，也就要求試驗觀察要連續(xù)，數(shù)據(jù)要完整、統(tǒng)計要客觀第42頁C選取經(jīng)典對象D使用先進、精密儀器。這是確保觀察客觀性物質基礎。因為儀器精度和可觀察范圍擴大，就能更準確地統(tǒng)計客體運動狀態(tài)，提升觀察客觀性。E以正確理論為指導。這類理論能提供正確概念系統(tǒng)、推理規(guī)則和消除假象與誤差方法，從而把日常觀察中含糊不清現(xiàn)象變得清楚起來。第43頁三、科學假說形成假說是通向理論必經(jīng)步驟組成：事實基礎，背景理論，對現(xiàn)象、規(guī)律猜測，推倒出預言和預見。特點：科學假說是科學性和假定性統(tǒng)一。抽象性與形象性統(tǒng)一，多樣性與易變性統(tǒng)一。第44頁科學假說形成前提條件A一致對應性在科學發(fā)展常規(guī)時期,假說應與經(jīng)試驗檢驗理論相互支持,革命時期,新假說向傳統(tǒng)理論提出挑戰(zhàn),但同時還應繼承已經(jīng)有理論中合理內容.第45頁B

可解釋性C可預測性假說含有更豐富檢驗蘊涵第46頁3形成假說方法經(jīng)驗定律型假說形成主要方法是概括通常以經(jīng)驗概括（偶適概括）開始，完成于與演繹方式結合定律概括。經(jīng)驗概括以不完全歸納方式進行大量隨機現(xiàn)象，主要應用統(tǒng)計概括方法第47頁知識本質是概括。發(fā)覺藝術就是正確概括藝術。——賴欣巴赫第48頁理論定律型假說形成方法是溯因和猜測（溯因是由結果回溯原因）模式是：1相關經(jīng)驗定律L2假如H（設定原理型假說）為真，則L可被解釋3所以有理由H認為為真第49頁科學假說向理論轉化條件A解釋性條件把假說利用實踐，假如愈來愈多事實和這個假說相符合，而且沒有任何已知事實與之矛盾，就證實這個假說是客觀規(guī)律正確反應。B預見性條件假如假說作出科學預見得到實際證實那么標志著假說已經(jīng)轉化為理論。提出判決性試驗：在對立兩個假說之間，設計一個或一組觀察或試驗來證實哪一個具備預見性或更確切說，證實哪一個不具備預見性。第50頁四科學理論經(jīng)過實踐檢驗含有客觀真理性系統(tǒng)化了科學知識體系。1基本特征

客觀真理性——基本特征基本條件：建立這一理論所憑借事實材料必須是經(jīng)過實踐復核且證實是真實；依據(jù)這些事實材料所提出假定性要求已經(jīng)得到實踐確認，并經(jīng)得起實踐深入檢驗；依據(jù)這種理論所作出科學預見已在實踐中得到證實。第51頁

普遍性

系統(tǒng)性

邏輯性2功效l

解釋功效：揭示存在事物本質l

預見功效第52頁解釋類型：①因果解釋

②概率解釋

③結構解釋（用之解釋系統(tǒng)一些屬性）④功效解釋。把系統(tǒng)某個原因看作是系統(tǒng)正常功效必要條件經(jīng)過說明這個原因所實現(xiàn)功效，幫助人們增加對系統(tǒng)總體認識。⑤起源解釋。揭示各種作用怎樣使一個系統(tǒng)轉變?yōu)闀r間較晚另一個系統(tǒng)

第53頁五、科學思維主要形式抽象思維和形象思維：抽象思維細胞是概念,用概念揭示事物本質,表示認識內容,又以概念為基礎進行判斷和推理.它是抽象反應事物本質和規(guī)律思維活動形象思維:是在形象地反應客體詳細形狀或姿態(tài)感性認識基礎上，經(jīng)過意象、聯(lián)想和想象來揭示對象本質及其規(guī)律思維形式

第54頁形象思維與邏輯思維區(qū)分l

邏輯思維“細胞”是抽象概念，而形象思維“細胞”則是形象意象。意象是對同類事物形象普通特征反應。

l形象思維過程普通形式是利用意象進行聯(lián)想和想象，而不是象邏輯思維那樣利用概念進行判斷和推理。第55頁聯(lián)想和想象格萊特與納米材料第56頁收斂思維和發(fā)散思維收斂思維特征是依據(jù)已經(jīng)有理論和方法,按照嚴格程序進行發(fā)散思維特點是開闊思緒,從不一樣方面進行思索,從不一樣路徑進行探索,甚至標新立異,不受傳統(tǒng)思想觀念約束,不受已經(jīng)有理論和方法束縛.第57頁直覺思維瞬間到達對事實本質領會第58頁

如牛頓發(fā)覺萬有引力定律就充分表達了直覺思維這種特點。有一天，牛頓在蘋果園中看見蘋果墜地時，突然找到了處理引力問題線索，這一發(fā)覺過程以下列圖所表示：地球月球蘋果重力萬有引力牛頓由蘋果因重力作用落地想到，這一現(xiàn)象和月球繞地球運動不是很相同嗎？既然前者是重力作用，那后者可能是萬有引力作用，兩種現(xiàn)象都是有一個吸引力量在起作用。由此，牛頓提出了著名萬有引力定律。從中，我們看不到演繹推理蹤跡，因為，從前提蘋果、月球、重力作用跳到萬有引力作用是非邏輯，結論中出現(xiàn)了已經(jīng)有前提知識系統(tǒng)中所沒有包含新東西。顯然這里也不存在歸納推理。第59頁

直覺思維本質特征①認識取得直接性——研究者直接領悟對象及其本質，完成思維過程質變，而無須經(jīng)過一步步邏輯中介；②認識產生突發(fā)性——直覺思維產生往往是一瞬間事，思維者對所進行過程無法作邏輯解釋；③認識結果突破性——直覺思維能打破常規(guī)思維定勢和邏輯規(guī)則束縛，從而得到創(chuàng)新性科學發(fā)覺。第60頁階段性：(1)獨上高樓，望斷天涯路(2)衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴(3)眾里尋它千baidu，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處第61頁創(chuàng)新思維所使用方法，大致是綜合應用邏輯思維和非邏輯思維，其中非邏輯思維為主。非邏輯思維除強調打破邏輯常規(guī)外，尤其強調思維發(fā)散性（發(fā)散和收斂相結合）；非邏輯思維主要形式是想象與直覺。第62頁科學思維方法1演繹方法在形式邏輯中,是在普通中深入認識個別思維方法,現(xiàn)在還包含以演繹推理為基礎證實和公理方法(建立邏輯必定知識體系)特點是前提和結論之間聯(lián)絡含有蘊涵關系,或者說前提和結論之間含有必定聯(lián)絡第63頁2非演繹方法含有或然性分析和綜合歸納和概括歸納是由個別或特殊推到普通方法,普通分為完全歸納法和不完全歸納法,后者又分為簡單枚舉歸納法和科學歸納法這種方法最早由亞里士多德提出,近代以后又有了很大發(fā)展(如培根和穆勒)第64頁概率引入歸納法如卡爾納普確實證度概念擴大歸納法方面,有統(tǒng)計推理:普通用隨機樣本屬性來對樣本所屬總體屬性進行預測和推斷合情推理第65頁含有靈活性創(chuàng)造性每當理智缺乏可靠思緒時,類比這個方法往往能指導我們前進.——康德第66頁局限：類比推理客觀基礎是事物之間存在普遍聯(lián)絡本性。但類比喻法畢竟是揚棄了未知（或不甚清楚）中間步驟，而從此一事物徑自推出彼一事物判斷，所以在邏輯上總是或然性。假如兩事物本質上相同，則結論可靠性更大一些第67頁思想模型方法經(jīng)過建構和研究思想模型來認識未知研究對象方法從比較熟悉相同物出發(fā)，在思想中摹寫或描述研究對象性質、結構、功效或運行規(guī)律，這么猜測出來摹本、藍圖就是思想模型。如時空彎曲模型板快結構模型第68頁在科學理論發(fā)覺過程中，經(jīng)過建構思想模型來推斷現(xiàn)象背后實體和運動，這是這一方法實質?？蓪⑺枷肽Ｐ头譃椋盒再|相同、結構相同、功效相同、形式相同思想模型。第69頁所使用方法，大致是綜合應用邏輯思維和非邏輯思維，其中非邏輯思維為主。非邏輯思維除強調打破邏輯常規(guī)外，尤其強調思維發(fā)散性（發(fā)散和收斂相結合）；非邏輯思維主要形式是想象與直覺。第70頁創(chuàng)造性思維是各種智力原因和各種良好非智力原因有機結合結果。培養(yǎng)和提升創(chuàng)造性思維能力，首先要訓練和強化相關智力原因能力，另首先要盡力發(fā)揮相關非智力原因主動作用，同時要注意優(yōu)化它們整體結構。第71頁六科學理論邏輯評價是指科學理論是否合乎邏輯相容性評價：經(jīng)過與公認相關理論比較，評價該理論是否與相關理論相違反自洽性評價：理論本身是否有矛盾簡單性評價：理論形式結構是否簡單看理論普遍性，理論前提