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单击此处编辑母版标题样式,*,*,从黄禹锡事件看科学研究规范,第四讲科学本质与方法,1,第1页,第一节科学终究是什么？,1.,科学概念,“科学”这个词，源于中世纪拉丁文“,Scientia”,，原意为“学”、“知”。,“科学”一词译自英文“,science”,，旧译为“格致”，后受日本影响译为“科学”。,1897,年，康有为引入该词，后为中国知识界接收。,科学及其活动多样性，使得它至今仍无公认定义。,“科学在全部人类历史中确已如此地改变了它性质，以致无法下一个适合定义”，“科学不是个能用定义一劳永逸地固定下来单一体”。（英）贝尔纳,2,第2页,2.,对科学了解,(1),关于自然现象及其规律系统化知识体系；,(2),探索自然现象及其规律认知活动；,(3),推进生产力发展和社会进步革命性力量；,(4),以生产科学知识为行为特征社会事业，是一个特殊社会建制。,3,第3页,科学研究起点：,观察，还是问题,？,经验主义科学方法论,:,科学始于观察,(,培根,),证伪主义科学方法论：科学始于问题（波普尔）,爱因斯坦,:“提出一个问题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。”,海森堡:,提出一个问题比处理问题更为主要。,科学问题提出是非常复杂过程。,4,第4页,科学研究活动经常被分为两个相关部分：科学发觉和科学证实；前者是由问题到理论上行过程，后者是由理论到事实下行过程。,科学理论,科学定律,科学概念,科学事实,（科学问题）,第二节科学活动程序,5,第5页,观察和理论关系,传统(培根)：观察是中性,理论依赖观察,而观察不受理论制约。,当代发觉：观察渗透着理论。因为观察不但是接收信息过程,也是加工信息过程,所以观察必定与观察者知识背景乃至生活经验、心理定势相联络,不一样观察者对同一过程可能会得出不一样结论。,6,第6页,7,第7页,8,第8页,科学观察,是对被观察对象反应,无疑含有客观性。但观察不可能绝对中立,也没有纯粹客观性。观察渗透着理论（这里主要是指经过实践检验过理论,它反应着客观世界规律。这与猜测和假说有区分）。所以,重视观察渗透理论,与强调观察试验对于科学认识形成和发展起基础性作用,本质上是一致。,观察客观性,9,第9页,经过观察所赢利科学事实是否含有客观性，从来是哲学领域不一样学派经常争论主要问题。,怎样确保科学观察客观性？,科学观察要求观察或试验结果能够用某种标准方法进行重复。这是必须遵照共同标准。,科学观察要求以正确反应客观事物本质理论为指导。,科学观察要求使用先进观察技术和仪器，这是确保观察客观性物质基础。,科学观察要求研究者要有严谨求是态度。,10,第10页,观察试验中机遇,什么是机遇：在科学实践过程中因为意外事件而造成科学发觉。比如：火药：炼丹伏火法（与硫磺）火药；,1846,年,(,瑞士,),雄班发觉无黑烟炸药，硫酸、硝酸、棉布消化纤维。,1867,年，诺贝尔：安全烈性炸药；伎俩：棉胶、硝化甘油胶状炸药。,11,第11页,机遇为科学发觉提供线索：,重大发觉发端：在射电天文学领域：（,360,亿光年）,1931,1932,年，在研究越过大西洋电话通讯时，（美）詹斯基偶然发觉来历不明无线电波，外层空间天体射电。在化工领域：（英）柏琴：在研制奎宁时发觉人造染料；苯胺与重铬酸钾作用“苯胺紫”橡胶工业，,1735,1830,年发展迟缓；,1839,年（美）古德意尔：橡胶与硫磺，火炉橡胶，硫化技术；在电磁学领域：,1789,年，伽法尼，青蛙收缩；,1800,年，伏打电池；,1822,年，奥斯特：电磁：电动机原理；,1831,年，法拉第：磁电：发电机原理。,12,第12页,机遇客观依据和认识论根源：,机遇出现有客观基础：条件一定时，现象就会出现（而人可能没有料到）比如：,X,射线展现必定性：伦琴以前：,1879,年，（英）克鲁克斯；,1890,年，（美）詹宁斯，兹波德；,1892,年，（德）勒纳德,13,第13页,机遇产生有深刻客观原因。,机遇产生是科学探索性结果（要找没找到，不想找出现了。）,比如：,1913,年（英）布里尔利想创造造枪管钢，创造了不锈钢，镍铬合金。创造雷达：,1935,年（英）罗伯特,瓦特要研制“死光”（极短电磁波），偶然发觉电磁波反射现象。,1922,1932,年（美）泰勒、杨格和霍兰德创造雷达，“阿纳苏斯底亚河”，“导航”。,14,第14页,怎样才能捕捉机遇？,（,1,）注意对意外事物警觉和敏感,：客观事物复杂性与科学研究探索性留心意外之事；（法）巴斯德：“在观察领域中机遇只偏爱有准备头脑”；（法）尼科尔：“机遇只垂青那些知道怎样追求她人”；达尔文之子：“他头脑含有一个从不放过例外情况能力。,（,2,）知识贮备和判别能力,：科学史上因为缺乏这两条错过机会事件很多：克鲁克斯与,X,射线；约里奥,居里失去发觉中子机会：,a,粒子轰击铍、锂、硼，显示强放射性，认为是,射线，在此基础上查德威克只用一个月时间发觉中子。,15,第15页,第三节,科学思维,及其,方法,科学思维是利用科学抽象结果(概念、符号和思想模型)所进行深入认知活动,是主体把握客体本质认识活动和认识形式。,它包含,逻辑思维,和非逻辑思维（,形象思维和直觉思维）二类基本形式。,16,第16页,科学思维中逻辑方法,逻辑思维：,（研究,中用得比较多）,分析、综合、归纳、演绎、类比,是利用逻辑思维最主要、最常见一些科学方法。,17,第17页,归纳方法,（,及其问题）,归纳是从个别或特殊事物概括出共同本质或普通规律过程。（逻辑思维、科学发觉、科学推理和理论检验）,18,第18页,归纳法类型,完全归纳法：如穷举法（前提完全）,不完全归纳法：简单枚举法,科学归纳法：（,求同法，求异法，求同共异法，共变法，剩下法。）,19,第19页,完全归纳法公式：,S1P,S2P,SnP,所以，,SP,如：“四色问题”,德国,数学家默比乌斯提（,1840,）要证实需要,多个组合，,200,亿次判断，,1976,年美国两个数学家用计算机运行,1200,个小时算出。如：三角形内角和等于,180,度；,20,第20页,简单枚举法,优点：方便，很多定律和公式 如：能量守恒与转化定律；哥德巴赫猜测：每个大于,6,偶数是两个素数之和,(3,3,6,，,5,7,12,，等等,),缺点：轻易犯“以偏概全”错误，比如：从,H,2,SO,4,、,HNO,3,、,H,3,PO,4,和,H,3,BO,5,都含氧，得出一切酸都含氧，而,HCL,、,HF,等不含氧；比如：一切金属都导电，而锗在通常情况下导电性很差。,21,第21页,科学归纳法,：,求同法：场所 条件 研究对象,1 A,、,B,、,C a 2 A,、,D,、,E a 3 A,、,F,、,G a,所以，,A,是,a,原因,比如：,1864,年,法国,巴斯德探明：孢子是葡萄酒变质原因，（酸败、粘败、腐败、发苦）,22,第22页,求异法：,场所 条件 研究对象,1 A,、,B,、,C a 2 B,、,C,所以，,A,是,a,原因,比如：,(,法,),贝尔纳喂家兔试验：食草兔子，尿混浊，碱性；食冷牛乳，尿透明，酸性。,23,第23页,求同共异法：,场所 条件 研究对象,1 A,、,B,、,C a 2 A,、,D,、,E a 3 F,、,G,所以，,A,是,a,原因,比如：巴斯德验证炭疽病疫苗：一群种疫苗（,25,只羊,5,头牛），另一群（,30,只）不种疫苗，两群共同感染上炭疽病菌，两天后，前者健在，后者死亡或奄奄一息。,24,第24页,共变法：,场所 条件 研究对象,1 A1,、,B,、,C a1 2 A2,、,B,、,C a2 3 A3,、,B,、,C a3,所以，,A,是,a,原因,比如：潮汐升降和时尚涨落都随月球运行而改变,25,第25页,剩下法：,场所 条件 研究对象,A,、,B,、,C a,b,c B,、,b C c,所以，,A,是,a,原因,比如：,1894,年,英国,拉姆赛：发觉空气中氧比纯氧重,0.5%,发觉氩，以后用一样方法发觉氖、氦、氙。比如：亚当斯和勒维列发觉海王星。,26,第26页,科学归纳法,优点：以观察和试验为前提，用因果律，普通可靠，用于对照试验、析因试验及整理和加工材料；,不足：只包括线性、简单和确定因果联络，不适于非线性、双向和随机性关系。,27,第27页,归纳概率和统计推理,伴随概率论和统计学而提出,归纳概率：,R,（确证度）,C,（,H,结论，,E1,，,E2,，,En,前提）优点：有益于克服把归纳推理简单化，提升归纳概率可靠性。,统计推理：利用概率和统计规律，比如：孟德尔发觉遗传定律（显性、隐性、,3,：,1,）,28,第28页,归纳法作用：,与科学认识过程一致，有很大创造性（科学发觉逻辑），从范围较窄普通原理到普遍普通原理。培根和穆勒归纳金字塔,不足：完全归纳法当然可靠，但极难做到；不完全归纳法含有或然性（需要各种方法配合）,29,第29页,归纳法以归纳原理为依据：假如在各种各样条件下观察过大量,S,类对象,全部这些被观察到,S,都毫无例外地有性质,P,那么就能够断定全部,S,类对象都含有性质,P,。,古典归纳主义：只要把事实材料（观察陈说）放进这部归纳法“机器”中,就会创造出科学理论。,科学始于观察；经过归纳建立理论；科学知识积累增加。,30,第30页,归纳问题(休谟,合理性),归纳原理不能在逻辑上得到证实：,在时间,t1,观察到天鹅,x1,是白色,在时间,t2,观察到天鹅,x2,是白色,在时间,t3,观察到天鹅,x3,是白色,在时间,tn,观察到天鹅,xn,是白色,所以,一切天鹅都是白色。,31,第31页,归纳原理也不能从经验上证实：,在,x1,场所利用归纳原理是有效,在,x2,场所利用归纳原理是有效,在,x3,场所利用归纳原理是有效,在,xn,场所利用归纳原理是有效,所以,在任何场所利用归纳原理总是有效。,32,第32页,实际上,归纳原理不论在逻辑上还是在经验上都不能被证实。由此可见,休谟对归纳法合理性质疑,充分暴露出归纳法在科学活动中不足。,不过决不能所以就否定归纳法在科学认识中作用。许多科学理论组成中低层次经验定律,在普通场所,大都是受归纳法启示而总结出来。,33,第33页,演绎方法,演绎是从普通原理推论出个别或特殊事物及其结论过程。,(,逻辑思维、科学发觉、科学推理和理论检验,),34,第34页,演绎主义：科学基础是公理(天赋、直观、不证自明),公理,是全部科学理论原始前提,由此经过演绎方法能够导出整个科学理论系统。所以,科学方法就是演绎法。从古代开始,欧氏几何就是演绎系统典范。经验科学中,将时空绝对性看作也是一个显而易见、不证自明公理。,35,第35页,假如从理论(,H),加上先行条件(,C),引伸出关于事实结论(,E),这个关于事实结论（,E,）,经过观察和试验验证,实际上并不能证实这个理论(,H),就是真。,一种普遍推理形式,：,假如,H,而且,C,那么,E,E,（,即,E,为真）,所以,H,（,即,H,为真）,它是,假说演绎法,用它去验证一个理论时,确证为逆演绎过程,无逻辑必定性。,36,第36页,对演绎法责难,公理系统并不唯一(可有等价命题系统),挑选某一公理系统时,也可能是其它原因实践方面、数学方面,甚至美学方面在这里起着作用。,演绎法从普通到个别,不可能使人们视野开阔到更普通普遍认识上。,37,第37页,演绎法在科研中作用,对于论证理论:对某一个理论命题作出演绎证实，从而对理论（假说）作出某种评价，促使理论含有逻辑严密性。,对于,解释事实或预见事实:从理论命题推导出事实命题，或是解释已知事实，或是预见未知事实。,对于发觉疑难问题：（演绎证伪模式）,假如,H,而且,C,，,那么,E;,非,E,；,所,以，非,H,或者非,C.,38,第38页,演绎法创造性,通常认为：,演绎法从普通到个别,只是使知识被表示出来，,不可能,创新知识。,演绎法一样是创造新知识方法。,方式,1,：把不一样前提结合起来创造新知识。,案例：狭义相对论,方式,2,：把已经有知识存量纳入演绎系统创造新知识。,特点：经过揭示已经有知识之间相互关系，创造新知识网络，创造新知识。,知识与知识之间相互结合含有发觉新知识“无限可能性”,39,第39页,直觉思维,直觉思维是指不受某种固定逻辑约束直接领悟事物本质一个思维形式。,特征：认识发生突发性；认识过程突变性；认识结果突破性。,但同时也有不足和不可靠性。,40,第40页,直觉思维在科学认识中作用,直觉思维在科研创新中是不可缺乏，爱因斯坦对科研认识过程阐述：“从特殊到普通道路是直觉，而从普通到特殊道路是逻辑性。”比如：狭义相对论建立关键：直觉地形成了时间和空间概念，然后再用演绎方法依靠直觉思维进行选择 比如：,1900,年，普朗克提出能量子假说后，,选择：修改旧理论来维护经典物理学，革命：创建量子力学（,爱因斯坦选择光量子假说）,泡利评价：爱因斯坦依赖了他非凡直觉能力。比如：求积分，除了一些伎俩和技巧外，全凭直觉能力。几何证实。,41,第41页,科学家依靠“直觉力”，决定研究发展方向比如：卢瑟福确定研究原子核方向玻尔评价：“卢瑟福很早就以他深邃直觉而认识到由复杂原子核存在及其稳定性所带来那些奇异而新奇问题。泡利指出：“物理学新发觉对科学家直觉和机智有强烈要求“科学直觉是建立在经验基础上“（温伯格语）比如：爱因斯坦“在数学领域里直觉力不够强“直觉思维不足可靠性最小，与类比喻法相比，不受逻辑规则约束；不提供结果，只提供新启示、构想、思绪和路径。,42,第42页,定义：人们在研究某个问题苦于百思不得其解时，因为受到一些偶然原因激发，产生顿悟，使问题迎刃而解。灵感特征和作用灵感是对人们长久艰辛劳动一个报偿和奖励比如：阿基米德发觉（金冠参假和浮力定律）比如：汉米尔顿发觉四元数,灵感是不知不觉产生，要能及时“抓住”比如：汤川秀树，及时用笔记下比如：洛伊发觉神经搏动“化学媒介作用”（蛙心）,灵感及其在科研中作用,43,第43页,产生灵感条件：因人而异：普通来说，环境清静，心情安宁是产生灵感好时光。比如：费米在玩捉壁虎游戏时产生“费米统计法”,原子在我家中,灵感（一个气体里没有两个原子能恰好以一样速度运动）布朗发觉，浴盆、床铺和乡间散步适宜产生灵感。比如：汤川秀树在床上产生介子预言。比如：生物学家坎农利用夜间产生灵感。解释：潜意识。,44,第44页,美感及其在科学研究中作用,黑格尔：美是理性显现。,科学技术需要美感毕德哥拉斯学派深刻数学美感，比如：圆形、球体、弦长与音乐，美感是该学派取得成功主要原因之一。,当代科学家重视美感,海森堡：美感乃是科学方法一个极为主要方面。,美国,霍夫曼：“爱因斯坦方法即使以渊博物理学知识为基础，但本质上是美学、直觉。我能够说，他是一个科学家，更是科学艺术家。,45,第45页,科学美含义,发觉隐含真理（与培根一致：美在于独特和令人惊异）在,18,世纪关于科学美不美争论中，英国美学家哈奇逊指出：假如,，柱、球、锥，,3,：,2,：,1,，很美；朗道：广义相对论是现有理论最美一个；玻恩：广义相对论是一件“伟大艺术品”,发觉统一性和普遍性真理哈奇逊：从理论，得到大量推论，如牛顿力学，很美。爱因斯坦：“从那些看起来同直接可见真理十分不一样各种复杂现象中认识到它们统一性，那是一个壮丽感觉。”,46,第46页,发觉自然界友好开普勒发觉行星运行三定律，深感美；由美感而使他相信哥白尼体系。,发觉自然界规律简单性事实：,E,mc,2,，,E,hv,F=Gm,1,m,2,/r,2,一旦从简单性中发觉规律性，简单性便展现在人们面前，简单性寄寓着真理性。哥廷根大学物理讲演厅拉丁文格言：“简单是真印记”,47,第47页,科学美中数学美,海森堡：数学关系也是美源泉,维纳：把数学家与艺术家进行类比，需要激情、新奇、想象和美感，而不能把数学家看作类似会计。,狄拉克和薛定谔：把数学美作为信条、宗教、成功基础。,48,第48页,美感作用,探索活动主要动机狄拉克、薛定谔和爱因斯坦把美感升华为类似宗教信仰，探索动机。,法国,彭加勒把科学美作为科学研究主要目标。,如：维纳从美学角度，退出“巴拿赫空间”研究（泛函分析工具），走上创建控制论成功之路。,49,第49页,谢 谢！,50,第50页,
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