科学理论的形成

科学理论的形成第一页，共七十七页，2022年，8月28日一、科学问题的确立1科学研究始于科学问题归纳主义的科研程序(从亚里士多德开始，到培根确立)：归纳—演绎程序定律、理论

归纳演绎通过观察、取得事实预测和解释第二页，共七十七页，2022年，8月28日始于观察？培根：首先进行无预设的观察列表分类整理观察材料，找出现象的原因对因果联系作进一步归纳概括，上升为一般原理（归纳是通过中间公理而逐级上升）检验

第三页，共七十七页，2022年，8月28日波普提出科学从问题开始：①观察不是随便看看，要解决观察什么，为什么观察，如何观察的问题，因此观察是带着问题的。②从科学研究的具体进程看，人们总是以问题为框架有选择地去搜集事实材料，与问题有关的材料披搜集起来，与问题无关的材料则任其流散，不在科学认识主体中引起信息效应。③从科学理论发展的总体过程看，只有发现了原有理论不能解决的问题时，人们才会去修正，补充它，或着手建立新理论，在这个意义上可以说，问题既是旧理论的终点也是新理论的起点第四页，共七十七页，2022年，8月28日目前我们的基本看法：问题—解答模式问题猜想检验科学事实或规律、理论的确立这种模式比较接近科学技术认识活动的实际。第五页，共七十七页，2022年，8月28日说明：把问题作为科研工作的起点，是针对特定的研究课题（目的）而言的，实际的科研工作中，不可能孤零零的提出一个毫无积累的题目来做的，或者过去有经验、或者有一定数据、或者有一定的理论（文献）准备。这些积累对新提出的课题或者有启发、或者有指导、甚至作为一部分加入新课题。但是历史的积累都不能计入新课题第六页，共七十七页，2022年，8月28日2科学问题概念：一定时代的科学认识主体在当时的历史条件下提出的科学认识和科学实践中需要解决的矛盾。第七页，共七十七页，2022年，8月28日科学问题的条件A能否在实践中检验（与信仰问题区别）B科学问题是时代的产物（与常识问题区别）①是在一定的知识背景下提出的②运用已有的知识背景进行解答。第八页，共七十七页，2022年，8月28日3、问题的结构：问题的指向：问题所指的研究对象研究的目标：对指向的目标进行研究问题的解答域：答案范围第九页，共七十七页，2022年，8月28日4、科学问题的预设

预设：本是自然语言逻辑的一个基本概念，指在交际中交际双方没有言明却又共同接受的事实或命题。

科学问题的预设载负在指向和解答域中。分为：A本体预设

B方法论预设：问题自身所认定的解答范围和方法包括：全域型、类域型、特域型第十页，共七十七页，2022年，8月28日预设对科研的影响

本体论预设是对问题的一种定向，本论预设限制科学研究者的认识域，其正确与否影响着科学研究的成功。如以太风

方法论预设对科学研究有指示性影响（指明方向，确立范围）正确：具有诱发性功能；错误：误入歧途方法论预设的详略关系影响着对科研指导的强弱，越具体，指向愈明确第十一页，共七十七页，2022年，8月28日5科学问题的转换从一个新的角度对问题变换一下提法问题的恰当变换能开辟新的研究领域,引发新思路.它可以有多种不同的角度方法论中考察:常规问题与反常问题之间的转换,事实问题与理论问题之间的转换从变换思路方面考察有逆向转换.互补转换.发散转换.立体转换第十二页，共七十七页，2022年，8月28日

提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。爱因斯坦第十三页，共七十七页，2022年，8月28日6来源1、为寻求事实之间的联系提出问题2从科学实践与科学理论的矛盾中产生问题.原有的科学理论不能解释新的现象、新的事实时，便产生了矛盾，也产生了需要探讨的问题。

3、从科学理论内部矛盾中产生问题。一种理论或一个概念，如果能从中推出逻辑矛盾，那就表明其中存在着需要进一步探讨的问题。第十四页，共七十七页，2022年，8月28日如：悖论:一个理论，如果看上去是没有问题的，但在推论中却证明了两个互相矛盾的命题的等价式，那么这个理论就包含有悖论。佯谬:如果从一个理论中能推出它不能成立的结论，就构成一个佯谬。佯谬或者表明理论本身有缺陷，或者表明理论中蕴含着未被人察觉的深刻内容。循环论证同义反复第十五页，共七十七页，2022年，8月28日4、从不同学派理论之间的矛盾中产生问题5、社会需要与现有技术手段不能满足需要的矛盾中产生问题。第十六页，共七十七页，2022年，8月28日7、科研选题基本原则需要性原则和价值原则科研必须满足社会需求和学科自身发展的需求。若有余力，建议从兴趣出发。第十七页，共七十七页，2022年，8月28日创造性原则即要充分利用前人的成果，又要在前人的基础上提高。科学性原则选题要有一定的科学理论和事实作为依据，把课题置于科学背景之下。可行性原则选题应与自己的主客观条件相适应。第十八页，共七十七页，2022年，8月28日二、科学事实的获取1科学事实是科学研究的经验基础通过观察、实验等实践活动，借助于一定语言对特定事物、现象或过程的描述和判断。分二类：一类是客体与仪器之间相互作用结果的描述。另一类是对观察实验所得结果的陈述和判断。第十九页，共七十七页，2022年，8月28日科学事实不同与经验事实可重复性渗透着理论比较系统第二十页，共七十七页，2022年，8月28日2、观察和实验是获取事实的手段实验：人们根据一定的研究目的，利用仪器设备，人为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一种方法。第二十一页，共七十七页，2022年，8月28日观察和实验两者相依存：观察是前提，实验是观察的发展。在现代科学认识中，两者密不可分。区别：人为控制，干预自然对象，更有利于发挥人的主观能动性。第二十二页，共七十七页，2022年，8月28日实验方法有特殊的优点：

1）实验能简化、纯化以至强化自然过程。通过仪器设备把所要研究的客体孤立或隔离出来，排除其它的现象、过程等起干扰作用的因素，在纯粹的状态下观察客体的变化进程和规律。把要研究的客体置于人工控制的极端状态或极限状态，如在超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场……等状态下观察客体性能的变化。也可以加速或减缓自然过程，来推测自然过程的原貌。第二十三页，共七十七页，2022年，8月28日2）实验可以模拟研究对象的运动过程，从而认识对象的性质．3）通过仪器设备控制客体的有关因素，可以同时固定一些因素和变化一些因素，可以加进一些因素或减去一些因素，用有意识地变换和组合各种因素的办法，分别观察和揭示各因素之间的因果关系。4）可靠性、经济性第二十四页，共七十七页，2022年，8月28日3、观察中的注意事项观察中渗透理论第二十五页，共七十七页，2022年，8月28日不仅观察实验的设计在一定的理论背景下选择构造的，仪器的制造和结果分析也在一定的理论指导下进行，而且观察者观察到什么，用何种语言描述等都离不开理论背景。这是有历史根据和认知科学的验证的。第二十六页，共七十七页，2022年，8月28日认知科学的研究也确认，人们的知识背景决定了他能观察到什么。观察者的观察能力与他本身的理论水平密切相关。观察什么和怎样观察客观上受到观察者理论背景的制约。

第二十七页，共七十七页，2022年，8月28日你能不能观察眼前的现象，取决于你运用什么样的理论。正是理论决定什么是可以观测的。

——爱因斯坦第二十八页，共七十七页，2022年，8月28日观察中的机遇在历史上重大的发现差不多都是机遇带来的结果。

第二十九页，共七十七页，2022年，8月28日青霉素的发现

1924年，弗来明在一所有很多灰尘的旧房于里，进行葡萄球菌培养。实验期间需要多次打开玻璃盖，因而培养物受到了外界的污染。正常的葡萄球菌繁殖区应当呈现黄色，可是弗来明看到，在培养皿边缘生长了一堆奇特的绿色霉菌，在这堆绿色露茵周围的培养基是清澈明净的。有些细菌学家也看到过这种现象，但并不觉得这有什么特别的地方，因为早就知道有些细菌会阻碍其他细菌的生长。但是，弗来明却想到要弄清：究竟是什么杀死了葡萄球菌。最后，答案找到了，这是培养皿边沿生长不常见的绿霉作用的结果。弗来明经过研究发现，这种绿霉是一种真菌——青霉菌，青霉菌能产生一种杀死病菌的“青霉素”。后来，又有英国生物化学家弗洛里和医生钱恩，找到了提纯青霉素和加速生产青霉素的方法．并用于临床治疗。1945年，他们三人共同获得了诺贝尔医学生理学奖。第三十页，共七十七页，2022年，8月28日第三十一页，共七十七页，2022年，8月28日出现机遇的可能性还是有迹可循的。

1）对机遇要有思想准备。观察者对所进行的观察的背景知识要有彻底的理解，观察实验要细致认真，不放弃任何一点一滴的可疑之处。

2）对必然性和偶然性要有正确理解。在观察中确实存在偶然的失误，那种属于非本质，无规律性的现象当然应当剔除，但是在偶然性寓有必然性，就看观察者能否有预感，能否抓住。第三十二页，共七十七页，2022年，8月28日4、观察的局限性经验对观察造成的局限第三十三页，共七十七页，2022年，8月28日理论对观察造成的局限观测仪器和方式对观察造成的局限（1）间接观察不如直接观察那样直观、生动。（2）运用仪器可能导致错误的结果。（3）运用仪器还可能干扰观察对象。（4）任何仪器都无法显示观察对象的全部自然属性。第三十四页，共七十七页，2022年，8月28日5、观察的客观性原则辩证唯物主义：客观事物本身是客观存在的，它决定了观察的客观性.要注意几项原则。第三十五页，共七十七页，2022年，8月28日例子：向日葵A实践来检验。实验中发生的情况或事件能够被多个观察者重复检验，一般来说，就保证了科学实验结果的客观性。因为观察者的主观的偶然的失误都很容易在重复的实验过程中暴露出来，并加以消除。一个实验被复核重演的次数越多，也越显示其客观性。B长期性C选取典型对象第三十六页，共七十七页，2022年，8月28日D使用先进、精密的仪器。这是保证观察客观性的物质基础。由于仪器精度和可观测范围的扩大，就能更准确地记录客体运动的状态，提高观察的客观性。E以正确的理论为指导。这类理论能提供正确的概念系统、推理规则和消除假象与误差的方法，从而把日常观察中模糊不清的现象变得清晰起来。第三十七页，共七十七页，2022年，8月28日以牛顿工作为例观察当太阳光在一块晶体中折射而出现各色光谱时，牛顿产生这样的想法：白光是可折射性不同的光线的混合，而光谱的不同颜色和可折射性的不同程度相对应。一旦构想出了假说。便坚持它。推演出推论，揭示它的含义，并对每一个推论和结论，都用简单的但带结论性的实验加以检验第三十八页，共七十七页，2022年，8月28日例如，由牛顿的假说可以推知，不同颜色的光线不可能聚在离透镜相同距离的焦点上。对每种颜色，都必定有一种确定的且又特定的折射量。白光可合成第三十九页，共七十七页，2022年，8月28日三、科学假说的形成构成：事实基础，背景理论，对现象、规律的猜测，推倒出的预言和预见。特点：科学假说是科学性和假定性的统一。抽象性与形象性的统一，多样性与易变性的统一。第四十页，共七十七页，2022年，8月28日1、假说是通向理论的必经环节。2、科学假说形成的前提条件A理性原则应符合科学世界观对选择某种假说，淘汰不科学假说起准则作用，尽管不保证被选择假说的真理性。普遍的哲学原理和普遍的科学原理第四十一页，共七十七页，2022年，8月28日B可解释性C对应原则说明假说之间存在继承和发展的关系新假说代替原有假说应满足这样两个：新假说能解释以前假说所取得的成功新假说具有更丰富的检验蕴涵D可预测性第四十二页，共七十七页，2022年，8月28日3形成假说的方法经验定律型假说形成的主要方法是概括通常以经验概括（偶适概括）开始，完成于与演绎方式结合的定律概括。经验概括以不完全归纳方式进行大量随机现象，主要应用统计概括的方法第四十三页，共七十七页，2022年，8月28日知识的本质是概括。发现的艺术就是正确概括的艺术。

——赖欣巴赫第四十四页，共七十七页，2022年，8月28日理论定律型假说形成的方法是溯因和猜想（溯因是由结果回溯原因）模式是：1相关的经验定律L2如果H（设定的原理型假说）为真，则L可被解释3所以有理由H认为为真第四十五页，共七十七页，2022年，8月28日科学假说向理论转化的条件A

解释性条件把假说运用实践，如果愈来愈多的事实和这个假说相符合，并且没有任何已知事实与之矛盾，就证明这个假说是客观规律的正确反应。B预见性条件如果假说作出的科学预见得到实际的证实那么标志着假说已经转化为理论。提出判决性实验：在对立的两个假说之间，设计一个或一组观测或实验来证实哪一个具备预见性或更确切说，证实哪一个不具备预见性。第四十六页，共七十七页，2022年，8月28日四科学理论经过实践检验具有客观真理性的系统化了的科学知识体系。1基本特征

客观真理性——基本特征基本条件：建立这一理论所凭借的事实材料必须是经过实践复核且证明是真实的；根据这些事实材料所提出的假定性规定已经得到实践确认，并经得起实践的进一步检验；根据这种理论所作出的科学预见已在实践中得到证明。第四十七页，共七十七页，2022年，8月28日

普遍性

系统性

逻辑性2功能l

解释功能：揭示存在事物的本质l

预见功能第四十八页，共七十七页，2022年，8月28日解释类型：①因果解释

②概率解释

③结构解释（用之解释系统某些属性）④功能解释。把系统的某个因素看作是系统正常功能的必要条件通过阐明这个因素所实现的功能，帮助人们增加对系统总体的认识。⑤起源解释。揭示各种作用如何使一个系统转变为时间较晚的另一个系统

第四十九页，共七十七页，2022年，8月28日五、科学思维主要形式抽象思维和形象思维：抽象思维的细胞是概念,用概念揭示事物的本质,表达认识的内容,又以概念为基础进行判断和推理.它是抽象反映事物本质和规律的思维活动形象思维:是在形象地反映客体的具体形状或姿态的感性认识基础上，通过意象、联想和想象来揭示对象的本质及其规律的思维形式

第五十页，共七十七页，2022年，8月28日形象思维与逻辑思维的区别

l

逻辑思维的“细胞”是抽象的概念，而形象思维的“细胞”则是形象的意象。意象是对同类事物形象的一般特征的反映。

l

形象思维过程的一般形式是运用意象进行联想和想象，而不是象逻辑思维那样运用概念进行判断和推理。第五十一页，共七十七页，2022年，8月28日收敛思维和发散思维收敛思维的特征是根据已有的理论和方法,按照严格的程序进行发散思维的特点是开阔思路,从不同的方面进行思考,从不同的途径进行探索,甚至标新立异,不受传统思想观念的约束,不受已有理论和方法的束缚.第五十二页，共七十七页，2022年，8月28日顿悟思维瞬间达到对事实本质的领会，有直觉和灵感两形式阶段性：(1)独上高楼，望断天涯路(2)衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴(3)众里寻它千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处基本特征：认识发生的突发性机遇只偏爱有准备的头脑第五十三页，共七十七页，2022年，8月28日创新思维其主要思维形式是意象思维、分散思维及直觉和灵感,在创新过程中应用更多的是类比与联想和思维模型的方法.第五十四页，共七十七页，2022年，8月28日类比热气球的发明第五十五页，共七十七页，2022年，8月28日联想和想象格莱特与纳米材料第五十六页，共七十七页，2022年，8月28日科学思维的方法1演绎方法在形式逻辑中,是在一般中进一步认识个别的思维方法,现在还包括以演绎推理为基础的证明和公理方法(建立逻辑必然的知识体系)特点是前提和结论之间的联系具有蕴涵关系,或者说前提和结论之间具有必然联系第五十七页，共七十七页，2022年，8月28日2非演绎方法具有或然性分析和综合归纳和概括归纳是由个别或特殊推到一般的方法,一般分为完全归纳法和不完全归纳法,后者又分为简单枚举归纳法和科学归纳法这种方法最早由亚里士多德提出,近代以后又有了很大的发展(如培根和穆勒)第五十八页，共七十七页，2022年，8月28日休谟首先提出归纳问题：归纳原理如何能被证明是正确的。他认为归纳得到的因果联系不一定是事物的恒常联系，它只是出于人的心理习惯。归纳法在逻辑上和经验上都无法证明其正确性。方式：①逻辑上证明。它在逻辑上不允许。单称陈述不管有多少，都是有限，而理论是普遍的，是无限的，在有限和无限之间存在不可跨越的鸿沟。第五十九页，共七十七页，2022年，8月28日②经验上证明。它在经验上无法证实。观察只能得到关于过去的事实，而普遍命题要求对于一切时间内的观察都有效。在过去和未来之间存在着不可跨越的鸿沟。通过归纳得到的全称的理论是不可靠的。“归纳问题“其实表明：归纳方法并不是科学认识的唯一方法，它有自己的作用范围，有自己的局限性。正确的态度是，恰如其分评价归纳方法，搞清实质。第六十页，共七十七页，2022年，8月28日概率引入归纳法如卡尔纳普的确证度概念扩大归纳法方面,有统计推理:一般用随机样本的属性来对样本所属的总体的属性进行预测和推断合情推理第六十一页，共七十七页，2022年，8月28日合情推理是美国数学家波利亚提出的，为科学猜想、假说的选择、评价提供逻辑根据的推理。A蕴含BA蕴含BB假B真

A假A（？）不能断定真、假

合情推理主要关心的是B为真的情况。第六十二页，共七十七页，2022年，8月28日合情推理的模式就应该是：

A蕴含BB真A更可靠其它一些合情推理的模式，

A与B不相容A与B不相容

B假B较不可靠

A更可靠A稍更可靠第六十三页，共七十七页，2022年，8月28日类比：类比方法是根据两类对象之间在某些方面的类似或同一，推断它们在其它方面也可能类似或同一的逻辑思维方法，逻辑学上又叫类比推理。可表示为：A有a、b、c、dB有a、b、c

则B可能有d类比和联想第六十四页，共七十七页，2022年，8月28日由A到B的推理可以是“特殊特殊”，也可以是“一般一般”。局限：类比推理的客观基础是事物之间存在普遍联系的本性。但类比方法毕竟是扬弃了未知的（或不甚清楚的）中间环节，而从此一事物径自推出彼一事物的判断，所以在逻辑上总是或然性的。如果两事物本质上相似，则结论的可靠性更大一些第六十五页，共七十七页，2022年，8月28日具有灵活性创造性每当理智缺乏可靠的思路时,类比这个方法往往能指引我们前进.——康德第六十六页，共七十七页，2022年，8月28日思想模型方法通过建构和研究思想模型来认识未知研究对象的方法从比较熟悉的相似物出发，在思想中摹写或描述研究对象的性质、结构、功能或运行规律，这样猜想出来的摹本、蓝图就是思想模型。如时空弯曲模型板快构造模型第六十七页，共七十七页，2022年，8月28日在科学理论的发现过程中，通过建构思想模型来推断现象背后的实体和运动，这是这一方法的实质。可将思想模型分为：性质相似、结构相似、功能相似、形式相似思想模型。第六十八页，共七十七页，2022年，8月28日六科学理论的逻辑评价是指科学理论是否合乎逻辑相容性评价：通过与公认的相关理论的比较，评价该理论是否与相关理论相违背自洽性评价：理论本身是否有矛盾简单性评价：理论的形式结构是否简单看理论的普遍性，理论前提较少、参数或变量较少、变量的次数或方程的阶较低第六十九页，共七十七页，2022年，8月28日七、科学理论的经验检验实践检验。步