历史人文精神公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

1、第六章 科学研究方法和思维方式第1页一、科学研究基本方法 科学方法是从科学研究过程中总结出来规则、规律，含有普遍性。 按其普遍性程度，能够把科学方法区分为3个层次： 第一层次是各门自然科学中一些特殊和详细研究方法。 如物理学中对太阳化学元素研究使用光谱分析法，化学中对化学反应速度研究使用催化剂以加速化学反应催化方法，生物学中对细胞结构研究使用显微分析方法等；第2页 第二层次是适合用于各门自然科学普通研究方法，是从详细、特殊研究方法中提炼和概括出来，并伴随各门自然科学详细研究方法发展而发展。如认识自然界必须使用试验方法、数学方法、系统方法等；第3页 第三层次是概括面最广、抽象程度最高，普遍适合用

2、于自然科学、社会科学、思维科学研究方法，着重从世界观、认识论和方法论上来叙述，这就是哲学方法。如，分析和综合、抽象和演绎等。第4页当代西方科学哲学探讨科学方法论问题主要流派有：由维也纳学派所提倡逻辑经验主义，波普尔（Popper K）批判理性主义，库恩（Kuhn T）科学范式和科学发展理论，拉卡托斯（Lakatos I）科学研究纲领方法论，费耶阿本德（Feyerabend P）多元主义方法论，夏皮尔（Shapere D）科学实在论，等等。第5页 逻辑经验主义 20世纪3050年代流行于西方一个哲学流派。又称新实证主义、逻辑经验主义。其关键是维也纳学派。另外，以德国哲学家H.赖兴巴赫为首柏林学派

3、，以波兰A.塔尔斯基为首华沙学派，以及英国A.艾耶尔等人观点和理论，都属于逻辑实证主义范围。逻辑实证主义基本观点大致可概括为：把哲学任务归结为对知识进行逻辑分析，尤其是对科学语言进行分析。坚持分析命题和综合命题区分，强调经过对语言逻辑分析以毁灭形而上学。强调一切综合命题都以经验为基础，提出可证实性或可检验性和可确认性标准。主张物理语言是科学普遍语言，试图把一切经验科学还原为物理科学，实现科学统一。 第6页批判理性主义 逻辑实证主义在20世纪50年代逐步衰落，受其影响一些学者对它基本标准提出批判, 从而形成批判理性主义, 也叫“证伪主义”。它与自然科学结合更为紧密，在50至60年代盛极一时，对哲

4、学界和自然学界都产生了重大影响。 英国哲学家、社会学家卡尔波普（Karl Popper, 1902）是批判理性主义创始人。他提出了“科学发觉逻辑”，主张对理性应该采取批判态度，认为普遍有效科学理论并不来自经验归纳，科学理论是经过不停证伪、否定、批判而向前发展。他把“猜测与反驳”方法应用于社会、历史和政治研究，认为社会历史发展和改变没有规律，所以社会未来不可预测，而且，历史学不是一个理论科学，其理论假设完全是有选择地取自其它学科，它本身不能独创关于普遍规律理论体系。 第7页科学范式和科学发展理论 库恩把科学看作一定科学共同体按照一套共有“范式”所进行专业活动，范式是科学共同体共有信念体系。并描绘

5、了一个常规时期和革命时期相互交替科学发展模式。他系统叙述了科学作为一个人社会活动及其历史发展过程这个侧面，把科学从认识论范围扩大到社会历史范围，从而补充了科学哲学中传统逻辑主义不足。第8页 科学研究纲领方法论 拉卡托斯是西方当代著名科学哲学家，是20世纪后期科学哲学一个主要代表人物。 拉卡托斯科学哲学思想集中表达在科学研究纲领方法论一书中。他将科学哲学定义为关于“科学合理性理论”；“合理性”问题是贯通拉卡托斯科学哲学中心问题。他科学哲学立志于科学合理性重构，其理论通常被称为“科学研究纲领方法论”。拉卡托斯所说科学研究纲领主要由“硬核”、“保护带”、“反面启示法”、“正面启示法”等组成。 第9页

6、科学研究纲领方法论机制包含：正面启发法它指示理论应该做什么，反面启发法它指示理论不应该做什么。科学研究纲领方祛论正面启发法和反面启发法，使整个理论体系不停得到调整、发展，不会轻易地被证伪。所以，拉卡托斯科学研究纲领方法论改进了波普尔证伪主义理论。第10页 而科学研究纲领是有退化与进化之分，科学发展合理性表达在进化纲领对退化纲领取代。这种取代依据既不是经验证实也不是经验证伪或范式转变，而是经验预见性、预见能力扩展。第11页 多元主义方法论 保尔费耶阿本德提出“怎么都行”方法论标准，提倡多元主义方法论。他反对方法或规则，并不是方法或规则本身，而是统一、固定不变模式。他主张多元方法论，反对教条主义，

7、主张解放思想、自由思索很多合理科学哲学思想 。第12页 费耶阿本德科学哲学思想中充满着人文主义精神,他果断反对科学沙文主义,主张科学与国家分离,实现各种文化传统在其中平等相处自由社会，“科学是一个无政府主义事业；理论上无政府主义比合乎法律与秩序更为符合人性，更轻易勉励进步。”费耶阿本德有一句名言,叫“什么都行”。“什么都行”表示了费耶阿本德哲学最彻底实用主义精神,不过费耶阿本德哲学不是建设性实用主义哲学,而是批判性实用主义,他本人更喜欢用“认识论无政府主义”来表示他批判实用主义思想。 第13页夏皮尔（Shapere D）科学实在论 夏皮尔科学哲学观点含有某种折衷性质 ，强调科学发展中有一个理由

8、、有一个逻辑。认为科学哲学研究对象是整个科学推理过程，因为，科学理论评价或辩护要经过推理，理论发觉和认识过程其它许多步骤也要经过推理。居于科学哲学中心地位是“学科范围”，即人们已掌握包含理论和事实两方面知识整体。第14页 科学实在论认为科学研究对象是客观存在 。夏皮尔同一切历史主义者一样，依据科学史上有过许多不一样方法、标准这个事实，认为规则和标准随科学知识发展而改变，并没有超历史科学方法和普遍适用标准。 第15页 （一） 、当代科学研究基本步骤 在当代科学研究条件下，一个相对完整研究过程主要包含以下步骤： 1、确定科研选题 2、获取科学事实 3、进行思维加工 4、实践检验论证 5、建立理论体

9、系二、科学研究过程 第16页 （二） 科学问题与科研选题 1、问题是科学研究起点 科学研究逻辑起点在哪里? 古希腊亚里斯多德观点：从观察个别事实开始，然后归纳出解释性原理，再从解释性原理演绎出关于个别事实知识。即“科学始于观察”。以经验科学为特征近代科学从实践方面为“科学始于观察”观点提供了许多有力佐证。第17页 著名科学家爱因斯坦观点：“提出一个问题往往比处理一个问题更主要。因为处理问题可能仅仅是一个数学上或试验上技能而已，而提出新问题，新可能性，从新角度去对待旧问题，却需要有创造性想象力，而且标志着科学真正进步。”因为，科学观察首先要处理为何观察、观察什么、怎么观察等先行问题，这些先行问题

10、确实定，取决于科学家要研究什么问题。第18页 波普尔观点：“科学和知识增加永远始于问题，终于问题愈来愈深化问题，愈来愈能启发新问题问题”。即“科学始于问题”。 波普尔试验 观察要首先回答观察什么，为何观察和怎样观察问题。漫无目标观察实际上是不存在。波普尔在一次演讲时，一开始就宣告：“女士们，先生们：请观察!”听众莫明其妙，不知道要观察什么。波普尔认为，这就是没有问题引发。 “科学始于问题”与“认识以实践为基础”关系讨论 前者着眼于回答科学研究工作从哪里开始，后者着眼于回答人认识起源。第19页 2、科学问题及其起源 科学问题是指在特定时代，科学认识主体在分析当初科学背景知识基础上提出科学认识上差

11、距和矛盾。 科学问题设置，不但与科学家个体“当前状态”相关，而且还与科学共同体“当前状态”相关。提出科学问题蕴涵着问题指向、研究目标和求解应答域。第20页部分国家科研项目立项申请书主要内容一览内容类别课题背景方面研究内容方面研究基础和条件方面课题进度和预算方面国家自然科学基金申请书项目标立项依据（需附主要参考文件目录）项目标研究内容、研究目标,拟处理关键问题，拟采取研究方案及可行性分析，项目标特色与创新之处，预期研究结果工作基础，工作条件，申请人简历，负担科研项目情况年度研究计划，经费预算国家社会科学基金申请书课题国内外研究现实状况述评及研究意义研究主要内容、基本思绪和方法，重点难点，主要观点

12、及创新之处，最终结果责任人和主要组员曾完成主要研究课题，科研结果社会评价，完成本课题研究时间确保，资料设备等科研条件主要阶段性结果，经费预算国家863研究计划项目所包括主要技术国内外发展现实状况、趋势以及知识产权情况分析项目标总体目标、主要技术和经济指标，主要研究内容，项目需要处理技术难点和可能创新点，技术风险分析项目申请人资历情况，项目主要人员当前负担863计划和其它国家科技计划课题情况、项目牵头单位基本情况，联合申请单位基本情况项目研究年度进度及年度考评指标，项目经费概算表国家科技部软课题申请书立项背景和依据(包含项目标研究目标、国内外研究现实状况分析与评价,附主要参考文件及出处)研究内容

13、，拟处理关键问题，子课题设置及本项目标创新之处，预期研究结果及形式研究基础与本项目相关研究工作积累和已取得研究工作成就（包含近期发表与本项目相关主要论著、取得学术奖励情况、正在负担相关研究项目等）年度研究计划及预期进展，经费预算国家教育部课题申请书课题界定，国内外研究现实状况述评、选题意义及研究价值课题研究目标、研究内容、研究假设和创新之处，本课题研究思绪、研究方法、技术路线和实施步骤，最终研究结果已取得相关研究结果社会评价，主要参考文件，主要参加者学术背景和研究经验、组成结构，完成课题保障条件主 要 阶 段 性 成 果，经费课题审查重点考查申请者对所提问题国内外研究情况了解程度申请书关键部分

14、，考查申请者研究思想及预期研究结果考查申请者研究能力，是否具备完成课题研究条件考查申请者对于研究计划把握和对财务运行了解。第21页根本上说，科学问题来自于科学实践和生产实践详细地说，科学问题起源主要有：（1）科学理论与科学实践矛盾所产生科学问题。例： “中微子假说”（2）科学理论体系内在矛盾所产生科学问题。例：伽利略揭示出亚里斯多德动力学理论悖论（3）不一样科学学派和科学理论之间矛盾所产生科学问题。例：非平衡态热力学产生（4）经验事实积累到一定阶段时产生科学问题。例：元素周期律、能量守恒与转化定律发觉（5）社会经济发展和生产实际需要所产生科学应用问题。例：杂交水稻研究第22页（1）科学理论与科

15、学实践矛盾所产生科学问题。原有理论不能解释新现象、新事实，就会使原有理论面临疑难。比如，历史上关于天王星实测轨道与按牛顿力学所计算理论轨道不符，就曾经使牛顿力学面临难题或危机。为了处理这个难题或危机，造成了勒维烈(Le Verrier)假说并经过伽勒发觉了海王星。20世纪初，在p衰变中发觉电子所带走能量要小于原子核所释放能量这个试验事实，也曾使能量守恒定律面临难题或危机。为了处理这个难题或危机，造成了泡利(wPauli)中微子假说和以后中微子发觉。另外，水星近日点运动与牛顿理论矛盾，电子发觉与原子不可分理论矛盾，黑体辐射、光电效应等新试验事实与经典物理能量连续理论不相容等等，都使经典物理面临难

16、题或危机。对怎样用原有理论来解释这个难题，或变革原有理论来处理这个危机探寻，经常引导人们进入研究并做出重大发觉。第23页 （2）科学理论体系内在矛盾所产生科学问题。 假如一个理论内部在逻辑上出现了不一致，即逻辑上不自洽，那就表明其中存在着需要深入探讨问题。这种科学理论体系内部困难，经常表现为“悖论”或“佯谬”。 一个看似没有问题理论，却在推论中包含了两个相互矛盾命题，那么这个理论就存在着悖论。比如，依据亚里士多德动力学原理，物体下落速度与物体重量成正比，也就是说，假如有一较重物体M1和另一较轻物体M2同时下落，那么重物M1下落速度V1应大于轻物M2下落速度V2。伽利略指出，假如把重物M1和轻物

17、M2绑在一起，它将以什么速度下落呢?这里就会推导出两个相互矛盾结论：因为M1和M2绑在一起就重于M1，所以它速度应大于V1。还可作另一个推导，M1以较大速度V1下落，M2以较小速度V2下落，所以V2会抵消V1一部分下落速度，这么M1和M2绑在一起速度应小于V1。伽利略经过以上论证揭露了亚里士多德动力学内部逻辑矛盾，并由此提出了自由落体速度问题。第24页 其次，悖论所提出问题往往有助于新概念或新理论产生。例如，微积分初创时期无穷小悖论，曾推动了极限理论和方法产生。集合论中罗素(Betrand AwRHssell)悖论，曾促进了类型论和哥德尔(Kurt G6del)不完备性定理出现。第25页 集合

18、论悖论 (罗素，19） 令A是全部不属于本身元素组成集合。那么，A本身是否属于这一集合呢？即， A是否属于A？假如AA，那么，因为A是全部不属于本身元素组成集合，故这个属于本身元素A就不应该属于A。可是，假如A 不属于 A，那么，这个不属于本身元素A就应该属于A。所以，AA，当且仅当，A不属于 A。（不属于本身对象如：属于本身对象如：英文单词， 白色 汉字，黑色）第26页 19罗素给出了上述悖论通俗形式，即“剪发师悖论”：一天，萨维尔村剪发师挂出一块招牌：“村里全部不自己剪发男人都由我给他们剪发，我也只给这些人剪发。”于是有些人问他：“您头发由谁理呢?”剪发师顿时哑口无言。第27页（3）从不一

19、样学派理论之间矛盾中产生问题有时候人们并不是从理论和事实矛盾中引出问题，而是从相互并存各种假说中发觉它们差异和对立，从中引出孰是孰非问题。在科学中，对于同一现象范围内许多事实，经常能够建立起各种理论(假说)对它们进行解释，它们可能都有这么那样困难，但对于某一现象范围内事实，相互对立假说也有可能都能够很好地做出解释。比如，天文学中日心说与地心说，地质学中灾变论与渐变论。在光学史上，仅就几何光学现象范围来说，波动说(惠更斯)和微粒说(牛顿）都能很好地进行解释，而且在这个现象范围内，两种对立假说预言都能被证实。这种问题或是由判决性试验来决定，或进行新理论探索。第28页 不一样理论体系之间矛盾所产生问

20、题假如不一样科学理论，它们在各自领域内都取得了成功，含有很大解释力，不过它们之间却存在着矛盾和不一致，那么由此就会提出科学问题。比如，19世纪生物进化论和热力学在各自领域内都解释了广泛现象，建立了相对严密理论体系。不过，在这两种理论基本原理之间却无法做出统一说明。这个问题在长达100多年时间里，科学家们对此几乎束手无策。直到20世纪70年代，比利时科学家普里戈金提出了耗散结构理论，这一问题才在一定范围内得到初步合了解答。第29页 （4）经验事实积累到一定阶段时产生科学问题。例：元素周期律、能量守恒与转化定律发觉第30页案例：能量守恒和转化定律发觉 能量守恒和能量转化定律与细胞学说，进化论合称1

21、9世纪自然科学三大发觉。而其中能量守恒和转化定律发觉，却是和一个“疯子”医生联络起来。这个被称为“疯子”医生名叫迈尔（18141878），德国人，1840年开始在汉堡独立行医。他对万事总要问个为何，而且必亲自观察，研究，试验。1840年2月22日，他作为一名随船医生跟着一支船队来到印度尼西亚。一日，船队在加尔各达登陆，船员因水土不服都生起病来，于是迈尔依老方法给船员们放血治疗。在德国，医治这种病时只需在病人静脉血管上扎一针，就会放出一股黑红血来，可是在这里，从静脉里流出依然是鲜红血。第31页 于是，迈尔开始思索：人血液所以是红是因为里面含有氧，氧在人体内燃烧产生热量，维持人体温。这里天气酷热，

22、人要维持体温不需要燃烧那么多氧了，所以静脉里血依然是鲜红。那么，人身上热量到底是从哪来？顶多500克心脏，它运动根本无法产生如此多热，无法光靠它维持人体温。那体温是靠全身血肉维持了，而这又靠人吃食物而来，不论吃肉吃菜，都一定是由植物而来，植物是靠太阳光热而生长。太阳光热呢？太阳假如是一块煤，那么它能烧46，这当然不可能，那一定是别原因了，是我们未知能量了。他大胆地推出，太阳中心约2750万度（现在我们知道是1500万度）。迈尔越想越多，最终归结到一点：能量怎样转化（转移）？第32页 他一回到汉堡就写了一篇论无机界力，并用自己方法测得热功当量为365千克米/千卡。他将论文投到物理年鉴，却得不到发

23、表，只好发表在一本名不见经传医学杂志上。他处处演说：“你们看，太阳挥洒着光与热，地球上植物吸收了它们，并生出化学物质”可是即使物理学家们也无法相信他话，很不尊敬地称他为“疯子”，而迈尔家人也怀疑他疯了，竟要请医生来医治他。他因不被人了解，终于跳楼自杀了。 第33页 和迈尔同时期研究能量守恒还有一个英国人焦耳（18181889），他自幼在道尔顿门下学习化学、数学、物理，他一边经营父亲留下啤酒厂，一边搞科学研究。1840年，他发觉将通电金属丝放入水中，水会发烧，经过精密测试，他发觉：通电导体所产生热量与电流强度平方，导体电阻和通电时间成正比。这就是焦耳定律。1841年10月，他论文在哲学杂志上刊出

24、。随即，他又发觉不论化学能，电能所产生热都相当于一定功，即460千克米/千卡。第34页 1845年，他带上自己试验仪器及汇报，参加在剑桥举行学术会议。他当场做完试验，并宣告：自然界力（能）是不能毁灭，哪里消耗了机械力（能），总得到相当热。可台下那些赫赫有名大科学家对这种新理论都摇头，连法拉第也说：“这不太可能吧。”更有一个叫威廉汤姆孙（18241907）数学教授，他8岁随父亲去大学听课，10岁正式考入该大学，乃是一位奇才，而今天听到一个啤酒匠在这里乱嚷一些奇怪理论，就非常不礼貌地当场退出会场。第35页 焦耳不把人们不了解放在心上，他回家继续做着试验，这么一直做了40年，他把热功当量准确到了42

25、3.9千克米/千卡。1847年，他带着自己新设计试验又来到英国科学协会会议现场。在他极力哀求下，会议主席才给他极少时间让他只做试验，不做汇报。焦耳一边当众演示他新试验，一边解释：“你们看，机械能是能够定量地转化为热，反之一千卡热也能够转化为423.9千克米功”突然，台下有些人大叫到：“乱说，热是一个物质，是热素，他与功毫无关系”这人正是汤姆孙。焦耳冷静地回答到：“热不能做功，那蒸汽机活塞为何会动？能量要是不守恒，永动机为何总也造不成？”焦耳平淡几句话顿时使全场鸦雀无声。台下教授们不由得认真思索起来，有对焦耳仪器左看右看，有就开始争论起来。第36页汤姆孙碰了钉子后，也开始思索，他自己开始做试验，

26、找资料，没想到竟发觉了迈尔几年前发表那篇文章，其思想与焦耳完全一致！他带上自己试验结果和迈尔论文去找焦耳，他抱定负荆请罪决心，要请焦耳共同探讨这个发觉。第37页 在啤酒厂里汤姆孙见到了焦耳，看着焦耳试验室里各种自制仪器，他深深为焦耳坚韧不拔而感动。汤姆孙拿出迈尔论文，说道：“焦耳先生，看来您是正确，我今天是专程来认错。您看，我是看了这篇论文后，才感到您是正确。”焦耳看到论文，脸上顿时喜色全失：“汤姆孙教授，可惜您再也不能和他讨论问题了。这么一个天才因为不被人了解，已经跳楼自杀了，即使没摔死，但已经神经错乱了。”汤姆孙低下头，半天无语。一会儿，他抬起头，说道：“真对不起，我这才知道我罪过。过去，

27、我们这些人给了您多大压力呀。请您原谅，一个科学家在新观点面前有时也会表现得很无知。”一切都变得光明了，两人并肩而坐，开始研究起试验来。1853年，两人终于共同完成能量守恒和转化定律准确表述。第38页（5）社会经济发展和生产实际需要所产生科学应用问题。 工农业生产、社会生活与健康需要，军备和战争需要等都会提出大量问题。这些问题经过抽象、转化，就能够成为科学问题。如电子计算机源于二战中弹道计算问题，农业生产中对作物高产量和高品质需要、给当代生物科学和技术提出各种问题等。第39页 科学研究活动中问题各种多样，依据科学问题性质和科学研究需要，能够对科学问题进行不一样分类。如按照科学问题对科学理论是否组

28、成危机，我们能够把科学问题分为常规问题和反常问题。常规问题是指检验理论、理论应用、理论系统化和表示，这类问题有时被称为解疑难问题。反常问题则是指在已经有理论框架中无法处理问题，反常问题出现经常暗示着科学理论命运将会碰到转折。一样，按照这个思绪，科学问题也能够被分为：未解问题、已解问题和反常问题(未被某个理论处理，不过能够被同一领域中其它理论处理)。 第40页 当然，我们也能够依据问题求解类型，把科学问题划分为三类问题：回答为何问题-研究并回答对象内部机理和规律性；回答是什么问题-研究并回答对象识别、判定类型、性质；回答怎么样问题-研究并回答对象运动状态及运动转化过程。第41页3.处理科学问题基

29、本路径 普通来说，大多数科学问题是复杂，要有效地处理科学问题，首先必须对科学问题进行分解。剑桥大学生理学家巴克罗夫特认为，在研究工作中，最主要就是要把问题化为最简单要素，然后用直接方法找出答案。牛顿在他名著光学和自然哲学数学原理中，分别提出了几十个“问题”，这些问题实际上是对光学和力学中许多重大问题深入分解，在很长时间内是后代科学家们研究指南。第42页 对科学问题解决，有以下基本途径。 （1）经过深入获取事实来回答下列问题 获取事实并不是要求我们漫无边际地搜索资料，而是要求从背景知识出发，根据问题指向和预期应答域，利用已知普遍原理、定律去设计合适实验和观察，从而获得我们所需要解答。第43页 比

30、如，针对17世纪和18世纪物理学界争论不休光波动说和微粒说孰是孰非问题，19世纪物理学家将其引申为一个事实问题，即：“光在空气中传输速度大还是在水中传输速度大？”这么，只要能制造出有效仪器，确定出实际观察方法，就能经过对事实认定来处理这个理论问题。科学共同体常规工作就是扩大对事实认识范围，提升对事实准确性认识，并为此制造一个又一个复杂仪器，设计一个又一个精巧试验。第44页 （2）经过引入新假说来解答问题 在整个中世纪，关于血液运动流行理论是盖仑学说。盖仑认为，血液在肝脏中形成，然后由静脉将一部分输送到全身，另一部分流入右心室，经过左、右心室之间孔道流到左心室，再经动脉流到全身，就是说血液只能往

31、返流动。16世纪，英国医生哈维经过放血试验，得知一头牛或猪全身血液不过10千克左右，他预计人体内血液也不会太多。少许血液在人体内是怎样不停运行呢？盖仑学说是无法回答这一问题。第45页 哈维经过深入试验，并在总结塞尔维肺循环理论基础上，依据老师法布里奇发觉静脉瓣膜提出假说：血液在人体内是循环流动，其流动路径是：静脉右心房右心室肺动脉左心房左心室主动脉静脉。这个假说中即使仍有一些问题解释不清，如血液是怎样从动脉流到静脉去，以后虎克等人在显微镜下发觉毛细血管才处理了这个问题；但血液循环假说提出确实使当初医学界大多数问题得到了处理。第46页 （3）经过引入新概念来处理问题 不论以何种方式提出来反常问题

32、，都是针对已经有理论和标准，尤其是针对其中基本概念。所以，当反常问题久久得不到处理，并对原有主导理论中基本概念产生怀疑时，往往需要引入新概念。第47页 如狭义相对论和广义相对论，就是经过引入相对于经典物理学新概念来消解困扰经典物理学理论难题而建立起来。这些概念即使与牛顿物理学概念名称相同，但它们含义却并不相同。后者所说能量和质量互不相干，而前者所说能量和质量则能够相互对应；后者所说时空是绝正确，而前者所说时空则是相正确。这些新概念引入，揭示了愈加含有普遍性规律，从而超越了原有理论不足，找到了处理经典物理学难题方法。第48页 科学问题一经提出，科学家就会经过猜测去寻求解答，或是发觉新事实，或是引

33、入新解释性理论，或是引入新概念。科学问题解答没有机械、固定、普遍有效规则，它是主动、活跃、丰富多彩探索，甚至对同一个问题可能有各种不一样提法，各种不一样答案可能同时存在而且相互竞争。科学认识过程就是一个不停提出问题、处理问题过程。第49页4、科研选题标准第一、需要性标准。第二、创造性标准。第三、科学性标准。第四、可行性标准。第50页 第一、需要性标准。 科学研究要做到为学术发展和社会需要服务，就要求自然科学工作者及时地了解学术进展和社会发展中所提出理论和技术问题，进而从中选择研究课题。这些研究课题大致上能够分为：基础理论研究、应用研究和发展研究。不一样类型研究课题，其需要性表现也是不一样。第5

34、1页基础研究要从学科理论发展需要出发，去研究和发觉自然界新现象和新规律，为正确地认识和成功地改造世界提供根本性理论依据。基础理论研究应立足本学科前沿进行选题。应用研究致力于处理国民经济和社会生活中所提出实际科学技术问题，其任务在于把理论推进到应用形式。它选题方向应指向加强生产活动技术基础，搞清技术机理。而发展研究担负着把科学技术直接转化为社会生产力任务，其选题应将当前社会需要置于首要位置，充分注意所开发技术经济效益、社会后果和对环境影响。第52页 第二、创造性标准。 科学研究是探索性工作，其本质在于创新。创新表现形式有各种，如概念和理论创新、方法创新、资料事实创新(指新发觉)等。与此对应，那些

35、有可能造成新理论、新概念、新方法、新应用出现课题，应该成为优先被选择课题。 有时候，在选题阶段对课题结果创造性无法做出准确预计，这就更需要在选题时熟悉他人已进行过工作。选择前人没有处理或没有完全处理疑难问题，其中包含创造性成份就高。创造性在不一样性质科学研究中表现是不一样。在基础研究中，创造性表现为原始独创性，表现为基本标准和思绪上独创性。所以，在此是不能以填补国内空白作为评判科学结果标准。而在应用研究中，创造性必须表现为综合性、实用性上，仅仅是原理独创性还不能确保研究工作成功。第53页 第三、科学性标准。 选题应该有一定科学理论和事实依据。通常，显著与已确证科学理论相违反题目不应作为选择对象

36、，除非确已发觉了与该理论相矛盾事实并把这种矛盾作为科研课题。假如毫无依据地把推翻或改变已确证理论作为研究项目，那就失去了起码科学性。如对相对论批判、永动机研制等，就是如此。与此对应，毫无事实依据题目也不应作为选择对象，除非确有把握在研究过程中能够获取相关事实。假如既无已经有事实作依据，又无取得相关事实理论和实践上把握，那就会使选题失去科学性。第54页当然，选题毕竟是科学研究开端。科学工作者在开始时所依据事实是不完全，也可能存在错误；理论也受着一定条件限制，会伴随科学实践发展而不停更新。所以科研选题既要尊重所依据科学理论和科学事实，同时还要伴随基础事实和背景理论改变而对选择题目进行调整。这正是坚

37、持科学性标准所必需。第55页 永动机研制 永动机是一类想象中不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源条件下便能够不停运动而且对外做功机械。历史上人们曾经热衷于研制各种类型永动机，其中包含达芬奇、焦耳这么学术大家，也包含一些希望以永动机知名和赢利骗子。在热力学体系建立后，人们经过严谨逻辑证实了永动机是违反热力学基本原理构想，从此之后就少有永动机研究者了。不过从一个侧面也能够认为，人类对永动机热情以及制造永动机种种实践，推进了热力学体系建立和机械制造技术进步。 第56页 1775年法国巴黎科学院经过决议，宣告永不接收永动机，现在美国专利与商标局禁止向授予永动机类申请授予专利证书。 第一类永动机：是最

38、古老永动机概念，这一类永动机试图以机械伎俩在不获取能源前提下使体系连续地向外界输出能量。历史上最著名第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出“魔轮”，魔轮经过安放在转轮上一系列可动悬臂实现永动，向下行方向悬臂在重力作用下会向下落下，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大，而上行方向悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩不平衡驱动魔轮转动。十五世纪，著名学者达芬奇也曾经设计了一个相同原理类似装置，1667年曾有些人将达芬奇设计付诸实践，制造了一部直径5米庞大机械，不过这些装置经过试验均以失败告终。 第57页 除了利用力矩改变魔轮，还有利用浮力、水力等原理永动机问世，不过经过试验，这些永动机方案

39、要么被证实是失败，要么被证实是骗局，无一成功。 1842年荷兰科学家迈尔提出能量守恒和转化定律；1843年英国科学家焦耳提出热力学第一定律，他们从理论上证实了能够凭空制造能量第一类永动机是不能实现。热力学第一定律表述方式之一就是：第一类永动机不可能实现。 第58页 第二类永动机： 在热力学第一定律问世后，人们认识到能量是不能被凭空制造出来，于是有些人提出，设计一类装置，从海洋、大气乃至宇宙中吸收热能，并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出源头，这就是第二类永动机。 历史上首个成型第二类永动机装置是1881年美国人约翰嘎姆吉为美国海军设计零发动机，这一装置利用海水热量将液氨汽化，推进机械运转。不

40、过这一装置无法连续运转，因为汽化后液氨在没有低温热源存在条件下无法重新液化，因而不能完成循环。 第59页 18代法国工程师卡诺设计了一个工作于两个热源之间理想热机卡诺热机，卡诺热机从理论上证实了热机工作效率与两个热源温差相关。德国人克劳修斯和英国人开尔文在研究了卡诺循环和热力学第一定律后，提出了热力学第二定律。这一定律指出：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其它影响。热力学第二定律提出宣判了第二类永动机死刑，而这一定律表述方式之一就是：第二类永动机不可能实现。 第60页 第四、可行性标准。 符合上述标准并非都是可行题目，所以选题必须与自己能力和客观条件相适应。因为主客观原因经

41、常是多方面，在选题时就需要认真考虑自己整体研究能力。包含研究队伍结构、研究者素质、能力、研究兴趣，以及科研经费、试验设备、原材料供给、图书情报资料等方面要求。选题时从实际出发，扬长避短，发挥优势，才轻易取得研究结果。第61页 “水变油”事件王洪成，东北人，中等身材，父亲是粮库退休工人，母亲无工作，祖孙三代没有出过文化人。王读书时因为调皮和不及格，总共上了四年小学，却被两次开除，再没有受过什么高等教育。王洪成养过猪，学过木匠，当过兵，知名之前是哈尔滨公共汽车企业一名驾驶员。1992年8月3日某大报称：“王洪成创造膨化燃料，可望对能源短缺作出重大贡献。最近，北京市汽车研究所、中国汽车质量北京监督检

42、验所采取这种膨化燃料在汽车上试验。经测定，汽车以每小时40公里行驶，百公里燃料消耗为7.06公升，与参考指标相比，节油率为44.84%，国家相关部门将在全国推广应用这项含有世界领先水平新产品。” 第62页 据原物资部燃料司副司长严谷良介绍，从1984年初开始，王洪成推出了他所谓“水变油”创造，唯一依据是他能够即兴“演出”。王洪成全部演出不是按照严格科学条件进行，演出是由王说了算，即兴而发，产生“眼见为实”观众效应。1984年初，黑龙江省一位副省长就与王洪成联络，准备测试声称水变油可靠性，王不干。 1984年5月，当初一位中央领导亲赴哈尔滨探望王洪成，并观看了王演出。1985年冬，王洪成从大庆到

43、北京、河北、浙江、上海等地演出、许愿，诈骗钱财。1986年冬，国家计委一位常务副主任受中央领导同志委托抓这件事，依据王洪成要求，一次拨款60万元，还给了王洪成一辆豪华皇冠车。第63页1987年6月， 王洪成再度向国家计委那位领导谈判，提出要官、要名、要钱新条件。经请示，准备答应为王洪成成立国家新能源开发局（副部级），让王任局长；破例为王办理了创造证书和专利证书。1987年以后，王又与国家计委责任人、北京军区分别签过两次协议，但没有执行。1987年国家计委按王洪成要求，拨款60万元在河北定州胜利客车厂打算生产王燃料，生产线建了二分之一，王洪成拿走了钱，在哈尔滨买了两套住宅，还要走了厂里面包车、摩

44、托车。（严谷良，“水变油及要官、要名、要钱”，见揭穿涉资亿元“水变油”大骗局，中山大学出版社1996年，第37-40页） 第64页 1992年，国防科工委远望企业与王洪成合作，王向该企业要走一套文职军装，在工作证上要求填写“研究员”职称。远望企业一无所获，而王则在社会上以高级军官身份活动，并称是国防科工委高级研究员。 1995年41位科技界全国政协委员联名呼吁调查“水变油”投资情况及其对经济建设破坏后果，从此“中国第五大创造”破产。据科技日报报道，水变油直接经济损失达4亿元之多。 第65页 人们不禁要问，如此荒谬、如此异想天开骗局，怎么会有些人相信，怎么会有些人投巨款追随王洪成搞开发？事情可能

45、必须用辩证法才能解释，越是离奇事件，人们越不敢轻易否定。普通百姓会说，报上登还会有假吗？科学家观看了王演出，由“眼见为实”，轻松地由“现象”和“主诉”过渡到了“科学事实”，当科学家站出来为之辩护时，人们还有什么可说呢！实际上，眼见未必真实，看魔术演出，观众中有几人能识破其中奥妙？假若不能识破就信认为真，刀切活人、手甩扑克牌、炮打美人岂不都是真了! 第66页 王洪成发迹得力于部分天真科学家大力帮助，其实他们也是受骗上当者。但因为人们轻易相信科学家，由科学家站出来替王洪成宣传，其坑骗性则更大。哈工大就饰演过不光彩角色。 哈尔滨工业大学(我国十分著名一所大学)组织了水变油判定会，参加判定有哈工大和吉

46、林大学博士生导师等一批教授，哈工大校长和党委书记先后两次给中央领导写信，非常诚恳地说明水变油是可信，请求中央领导亲密注意此事，希望能够立项，尽快组织研究，使这项重大创造造福国人。信转到了科委，科委给哈工大复函，说明了以前王拒绝判定一事，认为不宜再作讨论。 第67页案例：生活垃圾循环流化床清洁焚烧发电集成技术 国家计委高技术产业化示范项目，采取浙江大学热能所专利技术日处理垃圾800吨杭州乔司垃圾焚烧电厂。（浙江大学供稿）第68页 废物是放错了地方资源。面对日益增加城市生活垃圾，怎样实现“无害化、减量化、资源化”利用？科技人员提出了经过焚烧垃圾发电，变废为宝构想。经过焚烧处理，既能够处理城市发展过

47、程中面临垃圾处理问题，节约垃圾填埋土地资源，又能够发电和供热，缓解能源担心矛盾。不过我国城市生活垃圾含有多组分、高水分、低热值等特点，发达国家使用垃圾焚烧技术难以推广利用。第69页 浙江大学以岑可法院士、倪明江教授为责任人课题组经过申请国家自然科学基金重点项目、国家高技术产业化重大专题和其它相关多项基础研究项目，针对中国城市垃圾特点，开展了垃圾焚烧和二次污染特征一系列研究，形成了生活垃圾循环流化床清洁焚烧发电集成新技术。因为流化床内颗粒与气体之间传热和传质速率高，物料在床层内几乎呈完全混合状态，投向床层废弃物能快速分散，保持床层温度均匀，防止了局部过热。该技术与应用炉排炉国内外已经有技术比较，

48、含有燃烧效率高，负荷调整范围宽，污染物排放低，炉内燃烧热强度高等优点，尤其适合于焚烧多组分高水分低热值中国生活垃圾。焚烧4到5吨垃圾可取得相当于1吨烟煤热值。 讨论：本项目怎样表达了科研选题需要性、创造性、科学性和可行性？第70页 5、科研选题步骤 （1）前期调研 文件调研和实际考查。了解科学共同体对相关课题研究“当前状态”，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处理问题，预计问题可能应答域以及研究理论价值或社会经济效益。 （2）构思论证 初步论证课题理论意义和现实意义，分析课题研究价值和主要难点，粗线条地构思为完成课题研究目标拟采取主要方法和技术路线。 （3）申报评审 填写科

49、研项目申请表，接收相关教授学者评议和审查。是科研选题过程最终形式。第71页（三 ）获取科学事实基本方法1、科学事实及其性质 科学事实是经过观察和试验所取得经验事实，是经过科学整理和判定确实定事实。科学事实普通分为两类： 事实：指客体与仪器相互作用结果表征，如观察仪器上所统计和显示数字、图像等。它既与客体相关，也与人所设置认识条件相关。 事实：指对观察试验所得结果陈说和判断。它既与客体本性、仪器性能相关，也与人用以描述事实概念系统相关。 科学事实起源于客观事实，但又不等同于客观事实，而是一个有主体参加经验事实。即：科学事实是经过检验客观事实；科学事实是渗透理论经验事实，必须认可其个体性和不足，也

50、即可错性。第72页2、科学观察与科学试验 科学观察与科学试验是获取科学事实最基本、最普遍方法。 科学观察 科学观察是人们有目标、有计划、有步骤地经过自己感官去反应自然界各种事物现象活动。 科学观察两个最主要特点：感知性，目标性。 科学观察分类：定性观察和定量观察，直接观察和间接观察，等等。第73页 科学试验 科学试验方法是在人工创造条件下，在变革和控制研究对象过程中观察客体，它比观察方法能取得更准确可靠科学事实。科学试验方法主要特点： 第一，简化和纯化研究对象； 第二，强化和激化研究对象； 第三，重复或再现研究过程和结果。第74页例：巴甫洛夫关于条件作用研究试验 第75页 3、观察和试验中机遇

51、 在获取科学事实观察和试验过程中，因为意外事件造成科学上新发觉，称为机遇。机遇是相对于原来预定研究计划和目标而言，它最大特点就是意外性。 机遇是科学发觉过程中一个含有普遍意义步骤。例：伦琴（Rntgen W C）发觉X射线，贝克勒尔(Becquerel H A)发觉铀放射性。第76页机遇两种类型： 一个是意外、偶然发觉使碰到难题迎刃而解，如固特异橡胶。 一个是原来为了研究某一事物，但在实践过程中却意外地发觉了另一个事物，而后者又比前者含有更大价值，如克鲁克斯发觉新元素铊。 两种类型机遇区分在于，一个是加紧了研究进程到达了预期目标；另一个是离开了原来方向和目标。 机遇产生根源在于科学研究目标性、

52、探索性与自然现象错综复杂性矛盾。 科学研究首先表现为已知和未知对立统一，其次表现为确定性与非确定性对立统一。 第77页 恩格斯：“在历史发展中，偶然性起着自己作用，而它在辩证思维中，就像在胚胎发展中一样概括在必定性中。” 要充分利用机遇，科研工作者除了对机遇认识态度外，还需要有及时发觉问题能力上准备，这包含含有开放思绪、活跃思想和广博知识。第78页巴斯德在试验室研究微生物与发酵关系，证实了细菌致病In the field of observation, chance only favors the mind which is prepared. （巴斯德） 第79页4、获取科学事实认识论问题

53、（1）观察与理论关系 逻辑经验主义认为：观察是独立于理论之外纯粹中性观察，只有经过这种观察才能进入形成理论阶段； 科学历史主义认为：不存在纯粹中性观察，任何观察都渗透着理论。 “观察渗透理论”合理性： 首先，观察不但是接收信息过程，同时也是加工信息过程。 其次，任何观察陈说都是用科学语言表示出来，而科学语言并不是中立。 爱因斯坦认为，“是理论决定我们能够观察到东西”，“只有理论，即只相关于自然规律知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象。” 第80页观察渗透理论 汉森构想天文学家开普勒（Kepler J）和第谷（Tycho B）两人一起站在高山上观察日出：一只位于红、绿色斑中间明亮黄白色圆盘。

54、然而除此之外，开普勒和第谷还看到了不一样东西：第谷看到是太阳从固定地平线上冉冉升起，而开普勒看到却是静止太阳底下滚动着地平线。造成他们观察结果不一样不是视觉图像差异，而是因为两人持有不一样天文学理论。 认可“观察渗透理论”合理性不是否定观察客观性要求。 第一、理论参加并不一定就否定观察客观性，而是在能够正确反应客观事物本质理论指导下，观察才可能比较深刻、愈加客观。 第二、渗透在观察中理论主要是经过实践检验理论，这种理论与需要由观察材料形成或由观察验证猜测和假说是有区分。 第三、正确理论是观察客观性确保，反过来观察客观性也为新理论产生和检验提供了确保。 第四、观察客观性和理论客观性是科学家群体在

55、长久科学实践活动中逐步形成，而不是由个别科学家个别观察活动所提供。第81页（2）试验对象与测量仪器相互作用 科学试验通常由三部分组成：试验者、试验对象和测量系统，后者是依据试验设计而选择仪器、测量伎俩等组成系统。 在经典物理学中，测量系统或测量仪器与试验对象之间相互作用普通不予考虑，因为人们认为仪器对客体影响不主要，能够忽略不计，或者能够采取适当技术办法加以赔偿，抵消测量仪器对客体造成影响。 进入微观领域，测量仪器同它所测量微观客体有没有法忽略相互作用，使被测量客体运动状态受到严重干扰，以致无法说明客体在受干扰前终究是一个什么情形。认识客体与测量仪器相互作用就成为主要问题。第82页 第1、我们

56、必须坚持微观客体客观实在性，明确它并不是依赖认识主体才能存在，不能将主体、客体与测量仪器混同起来。 第2、必须认识到主体不可能离开测量仪器去研究客体性质，绝对孤立不受任何测量仪器干扰客体运动是无法观察到。要充分重视测量仪器对主体认识主动作用，它是人们认识自然桥梁，而不是主体认识客体屏障。当然，也应看到它对主体认识客体会带来干扰。 第3、在判定从客体所取得信息时，必须充分考虑测量仪器与客体相互作用原因，尤其是对微观现象和一切不能忽略其与仪器相互作用客体，在描述它们性质时标准上应该包含对试验设备、测量仪器系统描述，说明观察条件性。第83页 案例：冥王星“降级”说明了什么？ 国际天文学联合会（IAU

57、）第二十六届大会8月24日投票决定，不再将传统“九大行星”之一冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”。 资料显示，“行星”指太阳系中“漫游者”。近千年来，人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中标准行星。19世纪后，天文学家陆续发觉了天王星、海王星和冥王星，使太阳系“行星”变成了9颗。第84页 不过，新天文发觉不停使这一传统结论受到质疑。天文学家先后发觉冥王星与太阳系其它行星一些不一样之处：处于距离地球40亿公里太阳系边陲地带，是太阳系中离太阳最远、质量最小一颗行星。而且冥王星所处轨道在海王星之外太阳系外围地带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生地方。 冥王星是1930年由美国

58、人克莱德.汤博发觉，在当初天文观察水平和观察条件下，这很了不起。但冥王星刚被发觉时就与其它行星不太一样，个头小，没有足够大质量。最近十明年，在冥王星轨道附近发觉有许多小天体与它类似，“个头”大小皆有，这就使人们对冥王星是大行星地位产生质疑。第85页 伴随天文观察上新发觉和理论上深入，人们对太阳系结构有了更加好了解，而近年来受到越来越多质疑冥王星“身份”问题，给怎样在明确和一致框架内处理新发觉若干太阳系天体分类和命名带来了困难。 据IAU大会最终决议，新定义“行星”是指围绕太阳运转、本身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状，而且能够去除其轨道附近其它物体天体。这些天体包含水星、金星、地球、火星、

59、木星、土星、天王星和海王星，它们都是在19以前被发觉。而与行星一样含有足够质量、呈圆球形，但不能去除其轨道附近其它物体天体称为“矮行星”，其它围绕太阳运转但不符合上述条件物体被统称为“太阳系小天体”。第86页 在大会决议最终经过前，IAU曾提出过将太阳系行星由9个增加到12个草案，把小行星谷神星、冥王星一颗卫星“卡戎”和美国天文学家布朗发觉“齐娜”星（UB313）也包含在行星行列，但该草案在初步讨论中得到是普遍反对意见。伴随会议进程，草案发生了戏剧性改变，行星家族不但没有“添丁”反而“减口”。 讨论题： 1、冥王星“降级”是因为科学事实改变还是科学理论改变？理由何在？ 2、IAU大会关于“行星

60、”新定义是科学事件还是文化事件？为何？第87页三、 科学研究逻辑思维方法 （一）科学抽象及其基本步骤 科学抽象两次飞跃： 1、由感性详细上升到抽象要求； 2、由抽象要求上升到思维详细。 科学抽象作用： 1、帮助人们撇开许屡次要或无关原因，使研究对象和研究过程得到比在试验条件下更深入纯化和简化。如无摩擦、无温度改变理想状态能够想象，次要非本质东西能够撇开，从而使事物内部过程和规律以纯粹形式显露出来，便于抓住本质。 2、帮助人们撇开不一样事物不一样形态和内容，抽象出事物共同特征。比如，微生物、动物、植物细胞结构即使在不一样生物体中表现形态和内容有不一样之处，但含有很大相同性，从而经过科学抽象能够把