第二章：科学与科学方法ppt.ppt

第二章：科学与科学方法,本章内容： 第一节 科学的本质与特征 第二节 科学研究的过程与方法,第一节 科学的本质与特征,一、什么是科学 要搞清这个问题，就得了解： 科学的含义？科学的主要特征？ 还要了解什么是非科学？什么是伪科学？ 了解科学的主要特征是关键。,1、词源,科学这个术语没有汉语的起源。我们现在所讲的科学，清朝末年叫做格致。它是从儒家经典中的格物和致知缩略而来的。 日本明治维新时期杰出的思想家福泽谕吉第一个把science译成科学。 汉语所用的科学则是康有为在1893年从日本引进的。,英文中的科学一词，从词源上看，来自拉丁文scientia，是知识的意思。英文、德文、法文中的科学一词都是拉丁文衍化而来，都是与知识联系在一起的。它表示一个人对某些具体事物和隐含原理的认知状态。,我们通常意义上的科学，泛指一切自然科学，它包括纯科学和应用科学，社会科学也是科学的一种。 但本章所要定义的科学，不包括这样的推广性内涵。,2、定义,我们的定义是： 科学是由建立在经验和逻辑基础之上的关于自然界各种现象及其相互关系的普遍性和精确性陈述构成的有组织的知识。,3、特点,要了解科学，还需要了解科学的特点： 1 ）科学的经验基础： 科学的经验基础，从内涵上讲，是指人们通过感官获得的以感觉、直觉、知觉、表象形式描述出来的知识的总和。从外延上讲，包括观察和实验。,2 )科学的逻辑基础： 科学必须尊崇人类共同的逻辑思维规律，而且，一切有组织的知识都必定是尊崇人类最普遍的逻辑规则的知识。 看一种说法究竟是否符合科学的基本要求，可以从下面几个最基本的逻辑判定准则来做出判定。,自洽性: 就是按照自身的逻辑进行推演,自己可以证明自己至少不是矛盾或者错误的。这就是简单的自洽性。科学研究本身就是遵循自洽性的,一个不能够满足自洽性的理论或者方法显然是不攻自破的 。,简单性： 科学是可以理解的东西，它在逻辑上十分简单。这一点与神秘主义正好相反。科学家致力于把神秘的事物简单化；神秘主义者则千方百计把简单的东西神秘化。 科学的简单性原则包括两个方面的内容： 第一，科学必须用尽可能少的概念和陈述，解释尽可能多的经验事实。 第二，科学必须尽可能地用已知解释未知，而不是用未知解释未知。 可检验性。 科学的结论不是笼统的、有歧义的一般性陈述，而是个别确定的、具体的命题，它们在可控条件下可以重复接受实验的检验。,二、伪科学及相关概念,1.伪科学 伪科学这个词最早产生于1844年. 究竟什么是伪科学呢？我们的定义是：用虚假的或不充分的事实，以对应的方式而不是以逻辑的方式证明一个预设原理的存在，并用它来冒充科学的面目出现的理论、方法和体系。就叫做伪科学。,伪科学的基础是伪造的或虚妄的, 此外，伪科学通常用对应关系来代替科学中的因果关系。世界上的对应关系很容易找到。但是对应关系不是任何意义上的因果关系。科学所能接受的因果关系必须具有严格的经验基础和逻辑基础。是否具有严格的经验基础和逻辑基础，这是我们判断科学与伪科学的基本标准。 通常，与伪科学相关联的但不同于伪科学的概念还有非科学，反科学和科学中的作弊行为。,2.非科学 非科学指那些还停留在经验层次或不能覆盖全部经验现象却又以科学面目出现的理论陈述或事实陈述。 比如，铜是导电的，勾三股四弦五是经验陈述，没有上升到科学，所以属于非科学。 再如热质说在18世纪曾经是科学的。可是因为它不能解释热现象从无到有的经验事实，18世纪下半叶，它就变成非科学的了。 非科学中没有伪造行为和作弊行为，所以，它不属于伪科学。,3.反科学 通常有两个方面的含义。 一种是作为反对科学进一步发展的思潮。这种思潮认为，科学并没有给人类带来真正的福音，而是带来了人性和环境的毁灭。所以，他们要反科学。 另一种是逆科学而动的行为。比如，科学追求经验和逻辑上的实证性，而反科学则追 求虚无缥缈的超我意境，在所谓的超我意境中去实现自我。诸如此类，都属于反科学。,反科学主要是对科学的否定性评价，它并不自称科学，反而直截了当地批判科学，揭科学的短。 反科学反对把科学方法视为最高准则，反对排斥其他方法，只用科学方法来仲裁政治、道德、法律、艺术、情感等一切人类问题。因此，反科学在原则上是有合理性的，是科技与文化整合中不可缺失的一个成份或方面。 它的问题在于片面性，正如把科学看作万能不符合事实，把一切灾难归之于科学更是荒谬的。科学方法虽非万能，却的确有极广泛的应用可能性，至今仍不能说人类已穷尽了科学方法的所有可能应用领域。 如果反科学走向绝对化，武断地认定哪些领域不能采用科学方法，那么就阻止了人类继续利用科学方法为自己谋得更多福利的可能，从而是不智的。,第二节 科学研究的过程与方法,科学研究当然没有刻板的固定程序。但在多数情况下，会包括几个相互衔接的环节。以基础科学的研究程序为例，它大体包括以下五个环节: 科研选题。 获取科学事实。 进行思维加工。 假说的验证。 建立理论体系。,一、科研选题,这一环节是：从发现或接触各种科学问题开始；经过广泛收集有关背景资料；全面估价自己的研究能力和条件；并对课题做出论证之后；才能把课题确立下来。 在整个科学研究过程中，选课是有战略意义的一步。在这个环节上，发现和确认问题的方法起着重要作用。,（一）为什么科学研究从问题开始 批判理性主义代表人物波普尔根据现代科学发展的规律和特点，从理论上对科学始于观察进行了批判，并系统阐述了科学始于问题的观点。 科学问题是科学研究的逻辑起点。这一观点反映了现代科学研究活动的本质特征。 当然科学始于问题并不否认以实践为基础的认识一般规律，它们是从不同角度提出的不同命题。科学始于问题着眼于科学研究的程序，而认识以实践为基础则着眼于认识的来源。两者层次不同，并不构成矛盾关系。,（二）、科学问题及其结构 1、科学问题。 科学问题是指一定时代的科学认识主体在当时的知识背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而又未解决的矛盾。,2、科学问题的结构。 科学问题是有结构的。在科学问题中蕴涵三个要素： 问题的指向、研究的目标和求解的应答域。 应答域：应答域是指在问题的表述中对问题答案的存在范围所做的一种预设,这意味着，在科学问题的结构中已经包含了问题求解的目标、预设的求解范围和方法。尽管这种预设仍是一种猜测，是可错的，但在科学探索过程中却能起定向和指导作用。,（三） 科学问题的来源 1、从社会生产和实际生活的需要中产生问题。 根据社会生产和实际生活的需要，提出种种实用性或技术性问题。 例如，由于通讯工程和自动控制系统、机械电子工业和信息工业等新兴工业发展的需要，人们提出“信息高速公路” 问题；医学研究的问题等。,2、从科学事实与已有理论的矛盾中产生 在科学实践中发现的新的事实，原有理论解释不了或与原有理论不相容，因而会产生问题。 例如，20世纪初，人们发现衰变中电子所带走的能量要小于原子核所释放的能量，这个实验事实显然与能量守恒定律相矛盾，为了解决这个难题，经过研究，产生了泡利中微子假说，开创了量子物理学。 例如，现代物理学革命的起因，就是经典物理学理论难以解释19世纪末、20世纪初不断涌现的新的物理实验事实和现象，如黑体辐射，光电效应等，从而产生出大量足以动摇经典物理学大厦根基的问题，如能量究竟是连续的还是不连续的，经典物理学能否有效解释微观物质世界的运动规律等。,3、科学理论体系本身的内在矛盾所产生的科学问题 科学理论体系的构建，在逻辑上应该是自洽的。当科学理论内部出现逻辑困难，如逻辑推理过程出现断点或发生跳跃，或导出相互矛盾的命题或结论时，就会产生需要进一步探讨的所谓概念问题。 科学中的悖论，佯谬就是内部概念问题的典型形式。 例如，亚里士多德动力学理论指出，物体运动的速度与物体所受的力的大小成正比，因此，重物下落的速度与物体的重量成正比。伽利略通过一系列的假设和严密的逻辑推导，揭示了亚里士多德理论中的悖论。 例如，双生子佯谬,双生子佯谬是一个有关狭义相对论的思想实验。内容是这样的： 有一对双生兄弟，其中一个甲跨上一宇宙飞船作长程太空旅行，而另一个乙则留在地球。结果当甲回到地球后，我们发现他比乙更年青。 但如果我们从甲的角度去想这个问题，我们似乎会得出矛盾的结果：旅行者在宇宙飞船中会看到地球以高速离他而去，然后又高速回来。他可以认为乙才是移动时钟，所以才会受时间膨胀所影响，而不是他自己。狭义相对论指出所有观测者都有同等意义，没有任何一个参考系（frame of reference）是会获得优待的。因此甲预期回到地球后，会看见比他更年轻的双生兄弟。但这就与他兄弟的想法恰好相反那么究竟谁的想法才是正确呢？ 事实上双生子佯谬并不存在。狭义相对论是关于惯性系之间的时空理论。甲和乙所处的参考系并不都是惯性系，乙是近似的惯性系，乙推论甲比较年轻是正确的；而甲是非惯性系，狭义相对论不适用，甲不能推论乙比较年轻。其实根据广义相对论，知乙飞行归来与甲会合时，甲仍然是21岁，而乙是90多岁。,双生子佯谬,4、从不同学派和理论之间的矛盾所产生的科学问题。 在一个学科领域，对同一事物，可以有不同学派运用不同理论进行解释。如天文学中的日心说与地心说；地质学中的渐变论与灾变论。 或者在不同学科领域之间的理论产生了矛盾。如生物系统自发地向有序性增加熵减少的方向演化，而非生命系统则向有序性减少，熵增加的方向演化，物理学和生物学演化方向的矛盾，促进了非平衡态热力学的发展。,（四）科研选题 1、科研选题及意义： 1）所谓科研选题，实际上就是确定出一个某一学科学领域中尚未认识和解决的问题作为自己的研究目标，也就是在这个领域内发现一个没有解决的矛盾。 科研选题从广义上讲就是在战略上确定研究方向，从狭义上讲就是在战术上具体选择一个研究课题。前者决定研究集体或研究者个人在较长时间内进行科学探索的主攻方向，后者则是在这个主攻方向下选定进攻的突破口与制高点，制定实施的计划和步骤。 2） 科研课题的选择和确定，集中地体现着选题者的科学思想、理论知识水平、实验能力以及他要达到的预期结果。 科学史表明，选题是整个科研过程具有战略意义的第一步，也是整个科研计划是否能够完成的关键。尽管选题是选定将要研究的问题，还没有真正进入实际的“解题”活动，但它本身也是一种科学研究，而且是比“解题”更重要的科学研究。具体地讲，选题的意义主要表现为以下几点：,（1）选题是科研中带有战略意义的首要环节,它规定着科研工作的总任务、总方向和进展速度。 （2）选题能调整和加速科研人员的知识积累，从而适应科学日益发展的趋势。 （3）选题在一定程度上决定着科学研究中所使用的方法和手段，因而能推动研究方法的进步。 （4）有创见的课题的提出，对于科学技术本身的发展将产生深远的影响。,2、科研选题的来源 （1）某领域的研究现状与社会需求的矛盾 。 （2）理论与实践的矛盾。 （3）理论自身或事件自身的矛盾。,3、科研选题步骤： 1)课题的前期调研 （1）在选题开始时，首先要了解前人的工作和现实的需要，进行文献调研和实际考察。 文献调研是为了考察前人对有关课题已经作过的工作及其经验教训，以免重犯他人已经指出的错误和重复他人已经作过的研究。 实际考察是为了要了解所选课题是否属于学科理论发展或生产、技术领域迫切需要解决的问题，估计其理论价值或社会和经济的效益。,（2）前期的课题调研工作应该根据课题的性质，或侧重于文献调研、或侧重于实际考察、或两者兼顾。因为科研选题由于来源不同，要求不同。 课题的前期调研越充分，把握的情报资料和现实情况越丰富，课题选择的理论基础和现实依据才会越扎实。,（3）前期调研要达到的目的： a.了解研究水平。要了解目前国内外本学科发展的现状和动向，研究者据此可使自己所选的课题争取达到当前最高或较高的水平。 b.了解科研重点。要了解目前国内外本学科的研究重点所在。 c.了解研究程度。要了解本学科的研究工作在国内外现时已经达到什么程度，哪些问题已经解决，解决的程度如何，还有哪些问题尚未解决，要解决这些问题其关键在哪里。,2) 课题的构思和论证 （1）这主要是指对进行系统地归纳、整理、判断、分析前期所搜集、查阅和考察所得到的科研情报资料，初步论证课题的理论意义和现实意义，分析课题的研究价值和主要难点，构思为完成课题研究目的所采取的主要方法和手段。 （2）课题的构思和论证是从选题进入主题研究的关节点。只有拟定详细的周密的研究计划，才能使科学研究工作胸有成。包括三个环节：,课题构思和论证的三个环节 a.明确研究目标，分解研究课题和研究步骤。 b.确定研究手段、实验方法、技术路线，构思实验原理和装置结构。 c.论证和评价课题价值，包括科学意义、经济效益、社会效益等，预计科研究成果的形式和去向等 。,3)课题的提出和评审： 开题、评审,4、科研选题的原则： 1）需要性原则： 首要的基本原则：指的是选题必须面向实际、按需选题。 （1）社会实际需要。 （2）科学自身需要。少数理论性课题，其成果仅具有纯理论的价值。 有的课题，其成果只对科学实践发挥作用，接着再间接对生产实际作用。 有的课题，其成果对未来的生产实践发挥作用。,2）科学性原则（限制性原则）： 指课题应持之有故、选之有理。两方面： （1） 理论依据：与长期自然科学所形成的原理吻合。即以科学为指南。 （2） 事实依据：以人类实践所反复证明了的客观规律为基础。,3）创造性原则（创新性原则）： 即要求选题本身具有先进性、新颖性。 （1）概念观点上的创新； （2）方法上的创新(网络神经）； （3）应用上的创新。必须有新意和时代感。科研既然是创造性的劳动，就必须考虑选题是否属于当代科学上的未知领域。正如李政道所说“向还没有开辟的领域进军，才能创造新天地。“,4）可能性原则（可行性原则）： 主观上和客观上都具备了完成的条件，或者经过努力可创造条件来完成。恩格斯：“我们只能在我们时代的条件下进行认识，而且这些条件达到什么程度，我们便认识到什么程度。” 对于应用研究课题，例如试制新产品，选题时还要再考虑以下几个方面： （l）市场要求；（2）经济性，主要是成本等；（3）实用性，其中包括性能等；（4）技术可行性（必要时可先做一些简单试验，以检验所提出的设想是否可行，然后确定课题）,二、获取科学事实方法：观察与实验 三、 整理科学事实的方法 四、建立科学假说的方法 （二、三、四为自学内容）,本章思考题： 1、什么是科学？简述科学与伪科学的区别。 2、简述科学问题的来源。 3、试说明科研选题的重要性,