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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六讲 科学理论形成和检验,第1页,一、科学问题确实立,1 科学研究始于科学问题,归纳主义科研程序(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,经过观察、取得事实 预测和解释,第2页,始于观察？培根：,首先进行无预设观察,列表分类整理观察材料，找出现象原因,对因果联络作深入归纳概括，上升为普通原理（归纳是经过中间公理而逐层上升）,检验,第3页,波普提出科学从问题开始：,观察不是随便看看，要处理观察什么，为何观察，怎样观察问题，所以观察是带着问题。,从科学研究详细进程看，人们总是以问题为框架有选择地去搜集事实材料，与问题相关材料披搜集起来，与问题无关材料则任其流散，不在科学认识主体中引发信息效应。,从科学理论发展总体过程看，只有发觉了原有理论不能处理问题时，人们才会去修正，补充它，或着手建立新理论，在这个意义上能够说，问题既是旧理论终点也是新理论起点,第4页,当前我们基本看法：问题解答模式,问题 猜测 检验 科学事实或规律、理论确实立,这种模式比较靠近科学技术认识活动实际。,第5页,说明：把问题作为科研工作起点，是针对特定研究课题（目标）而言，实际科研工作中，不可能孤零零提出一个毫无积累题目来做，或者过去有经验、或者有一定数据、或者有一定理论（文件）准备。这些积累对新提出课题或者有启发、或者有指导、甚至作为一部分加入新课题。不过历史积累都不能计入新课题,第6页,2 科学问题概念：,一定时代科学认识主体在当初历史条件下提出科学认识和科学实践中需要处理矛盾,。,第7页,科学问题条件,A 能否在实践中检验（与信仰问题区分）,B 科学问题是时代产物（与常识问题区分）,是在一定知识背景下提出,利用已经有知识背景进行解答。,一个问题是否有科学意义，在不一样知识背景下，回答是不一样。,第8页,“点金术”问题,比如所谓“点金术”问题，在中世纪炼金术知识背景下被认为是有意义，而在原子论化学知识背景下则毫无意义，但在20世纪核物理知识背景下，它又变成有意义而且于1919年被卢瑟福首次处理了。有些问题因为受当前知识水平限制，一时尚无法进行研究，还不能称为科学问题，只有在一定历史条件下，才能成为科学问题。,第9页,追溯宇宙起源问题,在古代科技水平下，只能用盘古开天辟地神话或上帝创世说神学理论往返答。直到20世纪初，因为广义相对论创建和天文观察新发觉(河外星系谱线红移)，对宇宙起源有了理论和事实依据从而成为一个科学问题。1948年，伽莫夫在广义相对论提供膨胀宇宙模型中，深入引入了基本粒子理论和核物理理论加以研究，对宇宙起源这一问题做出了较为有说服力回答。,第10页,1900年希尔伯特23个问题,再如1900年希尔伯特提出23个问题，极大地推进了20世纪数学发展。,希尔伯特.D.(Hilbert,David，18621943),德国数学家,对二十世纪数学有深刻影响数学家之一。他领导了著名格廷根学派,使格廷根大学成为当初世界数学研究主要中心,并培养了一批对当代数学发展做出重大贡献出色数学家。,第11页,在1900年巴黎国际数学家代表大会上，希尔伯特发表了题为数学问题著名讲演。他依据过去尤其是十九世纪数学研究结果和发展趋势，提出了23个最主要数学问题。这23个问题通称希尔伯特问题，以后成为许多数学家力图攻克难关，对当代数学研究和发展产生了深刻影响，并起了主动推进作用，希尔伯特问题中有些现已得到圆满处理，有些至今仍未处理。,第12页,这23个问题分属四大块：第1到第6问题是数学基础问题（已全部处理）；第7到第12问题是数论问题（处理了2个）；第13到第18问题属于代数和几何问题（已全部处理或基本处理）；第19到第23问题属于数学分析。,23个问题中，15个已经得到处理和基本处理，4个有进展。,第13页,3、问题结构：,问题指向：问题所指研究对象,研究目标：对指向目标进行研究,问题解答域：答案范围,第14页,4、科学问题预设,预设：本是自然语言逻辑一个基本概念，指在交际中交际双方没有言明却又共同接收事实或命题。,科学问题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：问题本身所认定解答范围和 方法 包含：全域型、类域型、特域型,第15页,预设对科研影响,本体论预设是对问题一个定向，本论预设限制科学研究者认识域，其正确是否影响着科学研究成功。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：含有诱发性功效；错误：误入歧途,方法论预设详略关系影响着对科研指导 强弱，越详细，指向愈明确,第16页,提出一个问题往往比处理一个问题更主要，因为处理一个问题可能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，从新角度去看旧问题，却需要有创造性想象力，而且标志着科学真正进步。,爱因斯坦,第17页,5 起源,1、从实践之间矛盾提出问题,2 从科学实践与科学理论矛盾中产生问题.原有科学理论不能解释新现象、新事实时，便产生了矛盾，也产生了需要探讨问题。,3、从科学理论内部矛盾中产生问题。一个理论或一个概念，假如能从中推出逻辑矛盾，那就表明其中存在着需要深入探讨问题。,第18页,悖论,从广义上说，凡似是而非或似非而是论点，都能够叫做悖论。从狭义上说，悖论是从一些公认正确背景知识中逻辑地推导出来两个相互矛盾(或相互反对)命题等价式(即pp或pp,；,pq或pq，其中p与q是两个相互反正确命题,)。,第19页,4、从不一样学派理论之间矛盾中产生问题,5、社会需要与现有技术伎俩不能满足需要矛盾中产生问题。,第20页,6、科研选题,第21页,进行科学研究最主要工作便是科研选题,(1)科研选题关系到科学研究方向、目标和内容，含有战略意义。能否摸准科学发展脉络，确定主攻方向，不论对一个国家科学发展，还是对个人科学研究成就，都是关键性原因。,第22页,(2)科研选题直接影响到科研路径和方法，决定着科研结果水平、价值和前途。,科学史表明，含有开拓性和创造性科研选题，能确保科研水平提升，取得有价值结果；而错误选题，则往往造成无须要浪费，甚至断送科学家前途。,第23页,(3)科研选题还决定着科研工作“多助”或“寡助”，直接影响到科学研究工作环境。那些社会实践急待处理，对人们生活带来重大方便课题，会得到社会广泛支持和援助。,第24页,总之，无数事实表明：不论是国家、集体或个人科学研究活动，若想取得重大研究结果，除了人员素质和必要物质条件外，选题是一个关键原因。科学学奠基人贝尔纳强调：“课题形成和选择，不论作为外部经济要求，抑或作为科学本身要求，都是研究工作中最复杂一个阶段，普通来说，提出课题比处理课题更困难所以评价和选择课题，便成了研究起点。”,第25页,科研选题基本标准,需要性标准和价值标准,科研必须满足社会需求和学科本身发展需求。,若有余力，提议从兴趣出发。,第26页,创造性标准,即要充分利用前人结果，又要在前人基础上提升。,科学性标准,选题要有一定科学理论和事实作为依据，把课题置于科学背景之下。,可行性标准,选题应与自己主客观条件相适应。,第27页,二、科学事实获取,1 科学事实是科学研究经验基础,经过观察、试验等实践活动，借助于一定语言对特定事物、现象或过程描述和判断。,分二类：一类是客体与仪器之间相互作用结果描述。另一类是对观察试验所得结果陈说和判断。,第28页,科学事实,个体性 可重复性 比较系统,渗透着理论,第29页,2、观察和试验是获取事实伎俩,观察方法指观察者不干预自然过程下，进行观察与测量。,试验方法指观察者干预自然过程进行观察与测量。,有一个共同点，都是研究工作者有目标、有计划活动。（解题活动）,第30页,区分：人为控制，干预自然对象，更有利于发挥人主观能动性。,观察和试验二者相依存：观察是前提，试验是观察发展。在当代科学认识中，二者密不可分。,第31页,试验方法有特殊优点：,1）,试验能简化、纯化以至强化自然过程。,经过仪器设备把所要研究客体孤立或隔离出来，排除其它现象、过程等起干扰作用原因，在纯粹状态下观察客体改变进程和规律。,把要研究客体置于人工控制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改变。也能够加速或减缓自然过程，来推测自然过程原貌。,第32页,2）试验能够模拟研究对象运动过程，从而认识对象性质,3）经过仪器设备控制客体相关原因，能够同时固定一些原因和改变一些原因，能够加进一些原因或减去一些原因，用有意识地变换和组合各种原因方法，分别观察和揭示各原因之间因果关系。,4）可靠性、经济性,第33页,科学技术工作者对自然过程进行观察与试验，目标在于取得科学事实和经验关系。,所谓经验规律普通指表示科学事实之间某种相关性。比如开普勒行星运动三定律；波义尔马略特定律（PV=C）,第34页,3、观察中注意事项,观察中渗透理论,观察需要使对象和 观察着 感官相互作用，产生图像。但观察不等于感官 感觉图像，要使认识发生，还必须对感觉图像加以组织。,第35页,认知科学研究也确认，人们知识背景决定了他能观察到什么。,观察者观察能力与他本身理论水平亲密相关。,观察什么和怎样观察客观上受到观察者理论背景制约。,第36页,你能不能观察眼前现象，取决于你利用什么样理论。,正是理论决定什么是能够观察。,爱因斯坦,第37页,观察中机遇,在历史上重大发觉差不多都是机遇带来结果。,第38页,出现机遇可能性还是有迹可循。,1）对机遇要有思想准备。观察者对所进行观察背景知识要有彻底了解，观察试验要细致认真，不放弃任何一点一滴可疑之处。,2）对必定性和偶然性要有正确了解。在观察中确实存在偶然失误，那种属于非本质，无规律性现象当然应该剔除，不过在偶然性寓有必定性，就看观察者能否有预感，能否抓住。,第39页,4、观察客观性标准,辩证唯物主义：客观事物本身是客观存在，它决定了观察客观性.要注意几项标准。,第40页,A 实践来检验。试验中发生情况或事件能够被多个观察者重复检验，普通来说，就确保了科学试验结果客观性。因为观察者主观偶然失误都很轻易在重复试验过程中暴露出来，并加以消除。一个试验被复核重演次数越多，也越显示其客观性。,第41页,B 长久性、,全方面性,要求观察者，必须把与目标相关全部事实，都纳入视野，这么一来，也就要求试验观察要连续，数据要完整、统计要客观,第42页,C 选取经典对象,D 使用先进、精密仪器。这是确保观察客观性物质基础。因为仪器精度和可观察范围扩大，就能更准确地统计客体运动状态，提升观察客观性。,E 以正确理论为指导。这类理论能提供正确概念系统、推理规则和消除假象与误差方法，从而把日常观察中含糊不清现象变得清楚起来。,第43页,三、科学假说形成,假说是通向理论必经步骤,组成：事实基础，背景理论，对现象、规律猜测，推倒出预言和预见。,特点：科学假说是科学性和假定性统一。抽象性与形象性统一，多样性与易变性统一。,第44页,科学假说形成前提条件,A一致对应性,在科学发展常规时期,假说应与经试验检验理论相互支持,革命时期,新假说向传统理论提出挑战,但同时还应继承已经有理论中合理内容.,第45页,B,可解释性,C,可预测性,假说含有更丰富检验蕴涵,第46页,3形成假说方法,经验定律型假说形成主要方法是概括,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，主要应用统计概括方法,第47页,知识本质是概括。,发觉艺术就是正确概括艺术。,赖欣巴赫,第48页,理论定律型假说形成方法是溯因和猜测,（溯因是由结果回溯原因）,模式是：1相关经验定律L 2假如H（设定原理型假说）为真，则L可被解释3所以有理由H认为为真,第49页,科学假说向理论转化条件,A,解释性条件,把假说利用实践，假如愈来愈多事实和这个假说相符合，而且没有任何已知事实与之矛盾，就证实这个假说是客观规律正确反应。,B 预见性条件 假如假说作出科学预见得到实际证实那么标志着假说已经转化为理论。,提出判决性试验：在对立两个假说之间，设计一个或一组观察或试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50页,四 科学理论,经过实践检验含有客观真理性系统化了科学知识体系。,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事实材料必须是经过实践复核且证实是真实；依据这些事实材料所提出假定性要求已经得到实践确认，并经得起实践深入检验；依据这种理论所作出科学预见已在实践中得到证实。,第51页,普遍性,系统性,逻辑性,2 功效,l,解释功效：揭示存在事物本质,l,预见功效,第52页,解释类型：,因果解释,概率解释,结构解释（用之解释系统一些属性）,功效解释。把系统某个原因看作是系统正常功效必要条件经过说明这个原因所实现功效，帮助人们增加对系统总体认识。,起源解释。揭示各种作用怎样使一个系统转变为时间较晚另一个系统,第53页,五、科学思维 主要形式,抽象思维和形象思维：,抽象思维细胞是概念,用概念揭示事物本质,表示认识内容,又以概念为基础进行判断和推理.它是抽象反应事物本质和规律思维活动,形象思维:是在形象地反应客体详细形状或姿态感性认识基础上，经过意象、联想和想象来揭示对象本质及其规律思维形式,第54页,形象思维与逻辑思维区分,l,逻辑思维“细胞”是抽象概念，而形象思维“细胞”则是形象意象。意象是对同类事物形象普通特征反应。,l,形象思维过程普通形式是利用意象进行联想和想象，而不是象逻辑思维那样利用概念进行判断和推理。,第55页,联想和想象,格莱特与纳米材料,第56页,收敛思维和发散思维,收敛思维特征是依据已经有理论和方法,按照严格程序进行,发散思维特点是开阔思绪,从不一样方面进行思索,从不一样路径进行探索,甚至标新立异,不受传统思想观念约束,不受已经有理论和方法束缚.,第57页,直觉思维,瞬间到达对事实本质领会,第58页,如牛顿发觉万有引力定律就充分表达了直觉思维这种特点。有一天，牛顿在苹果园中看见苹果坠地时，突然找到了处理引力问题线索，这一发觉过程以下列图所表示：,地球 月球,苹果,重力 万有引力,牛顿由苹果因重力作用落地想到，这一现象和月球绕地球运动不是很相同吗？既然前者是重力作用，那后者可能是万有引力作用，两种现象都是有一个吸引力量在起作用。由此，牛顿提出了著名万有引力定律。从中，我们看不到演绎推理踪迹，因为，从前提苹果、月球、重力作用跳到万有引力作用是非逻辑，结论中出现了已经有前提知识系统中所没有包含新东西。显然这里也不存在归纳推理。,第59页,直觉思维本质特征,认识取得直接性研究者直接领悟对象及其本质，完成思维过程质变，而无须经过一步步逻辑中介；,认识产生突发性直觉思维产生往往是一瞬间事，思维者对所进行过程无法作逻辑解释；,认识结果突破性直觉思维能打破常规思维定势和逻辑规则束缚，从而得到创新性科学发觉。,第60页,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baidu，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处,第61页,创新思维,所使用方法，大致是综合应用逻辑思维和非逻辑思维，其中非逻辑思维为主。非逻辑思维除强调打破逻辑常规外，尤其强调思维发散性（发散和收敛相结合）；非逻辑思维主要形式是想象与直觉。,第62页,科学思维方法,1 演绎方法,在形式逻辑中,是在普通中深入认识个别思维方法,现在还包含以演绎推理为基础证实和公理方法(建立逻辑必定知识体系),特点是前提和结论之间联络含有蕴涵关系,或者说前提和结论之间含有必定联络,第63页,2 非演绎方法 含有或然性,分析和综合,归纳和概括,归纳是由个别或特殊推到普通方法,普通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发展(如培根和穆勒),第64页,概率引入归纳法,如卡尔纳普确实证度概念,扩大归纳法方面,有,统计推理:普通用随机样本属性来对样本所属总体属性进行预测和推断,合情推理,第65页,含有灵活性创造性,每当理智缺乏可靠思绪时,类比这个方法往往能指导我们前进.康德,第66页,局限：类比推理客观基础是事物之间存在普遍联络本性。但类比喻法毕竟是扬弃了未知（或不甚清楚）中间步骤，而从此一事物径自推出彼一事物判断，所以在逻辑上总是或然性。假如两事物本质上相同，则结论可靠性更大一些,第67页,思想模型方法,经过建构和研究思想模型来认识未知 研究对象方法,从比较熟悉相同物出发，在思想中摹写或描述研究对象性质、结构、功效或运行规律，这么猜测出来摹本、蓝图就是思想模型。,如时空弯曲模型板快结构模型,第68页,在科学理论发觉过程中，经过建构思想模型来推断现象背后实体和运动，这是这一方法实质。,可将思想模型分为：性质相同、结构相同、功效相同、形式相同思想模型。,第69页,所使用方法，大致是综合应用逻辑思维和非逻辑思维，其中非逻辑思维为主。非逻辑思维除强调打破逻辑常规外，尤其强调思维发散性（发散和收敛相结合）；非逻辑思维主要形式是想象与直觉。,第70页,创造性思维是各种智力原因和各种良好非智力原因有机结合结果。培养和提升创造性思维能力，首先要训练和强化相关智力原因能力，另首先要尽力发挥相关非智力原因主动作用，同时要注意优化它们整体结构。,第71页,六 科学理论逻辑评价,是指科学理论是否合乎逻辑,相容性评价：经过与公认相关理论比较，评价该理论是否与相关理论相违反,自洽性评价：理论本身是否有矛盾,简单性评价：理论形式结构是否简单,看理论普遍性，理论前提较少、参数或变量较少、变量次数或方程阶较低,第72页,七、科学理论经验检验,实践检验。,步骤,推出检验蕴含,试验检验,看结果能否确证或证伪,第73页,经过对应规则将理论术语和观察术语连接起来,如气体分子论单位体积分子数与气体所受压强成正比波义尔定律（气体压强与体积成反比）,第74页,确证复杂性 H,I,1,I,2,I,3,I,4,A蕴含B,I,1,I,2,I,3,I,4为真,B真,A（？）不能断定真、假,？,理论含有普遍性，必须在其相关一切事例中都有效应，但人们无法对全部事例给予验证，只能部分验证。,第75页,判断确证度,数量方面：确证事例越多，概率越高；反之越少,事例性质方面：每个事例对假说支持程度不一样,严格性看,严峻性看，经验事实性质不一样，对假说支持程度不一样,第76页,A蕴含B,B假,A假,证伪,证伪检验是排除无须要假说，使人人们对于自然认识逐步靠近于真实情况有效路径。,第77页,证伪复杂性：假如H而且C，那么E,非E,非H？,先行条件和当初公认背景知识陈说可能有误；,理论含有韧性,事实证据往往不可靠,第78页,反驳一个理论经验证据，要靠另一个理论来解释,证伪有效路径：,把伪证度看作确证度反面，证伪度和确证度互补。,看到评定一个理论确实证度是历史、相正确、可变,第79页,标准：,当一个理论未取得或取得极微小确实证度时，它被证伪可能性就极大；,一个理论取得相当确证度之后，它就不可能含有极高证伪度。因而总有一部分内容 以这种或那种形式继续被接纳在科学知识大厦中。,在对立理论竞争中，当某个理论取得一定程度特有事实时，人们就能够对应对别理论给予一定程度拒斥，反之亦然。,第80页,
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