历史人文精神省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第六章第六章 科学研究方法和思维科学研究方法和思维方式方式第1页一、科学研究基本方法 科科学学方方法法是是从从科科学学研研究究过过程程中中总总结结出出来来规规则则、规律，含有普遍性。规律，含有普遍性。按按其其普普遍遍性性程程度度，能能够够把把科科学学方方法法区区分分为为3 3个个层次：层次：第第一一层层次次是是各各门门自自然然科科学学中中一一些些特特殊殊和和详详细细研研究方法。究方法。如如物物理理学学中中对对太太阳阳化化学学元元素素研研究究使使用用光光谱谱分分析析法法，化化学学中中对对化化学学反反应应速速度度研研究究使使用用催催化化剂剂以以加加速速化化学学反反应应催催化化方方法法，生生物物学学中中对对细细胞胞结结构构研研究究使用显微分析方法等；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：当代西方科学哲学探讨科学方法论问题主要流派有：当代西方科学哲学探讨科学方法论问题主要流派有：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，由维也纳学派所提倡逻辑经验主义，由维也纳学派所提倡逻辑经验主义，由维也纳学派所提倡逻辑经验主义，波普尔（波普尔（波普尔（波普尔（Popper KPopper K）批判理性主义，）批判理性主义，）批判理性主义，）批判理性主义，库恩（库恩（库恩（库恩（Kuhn TKuhn T）科学范式和科学发展理论，）科学范式和科学发展理论，）科学范式和科学发展理论，）科学范式和科学发展理论，拉卡托斯（拉卡托斯（拉卡托斯（拉卡托斯（Lakatos ILakatos I）科学研究纲领方法论，）科学研究纲领方法论，）科学研究纲领方法论，）科学研究纲领方法论，费耶阿本德（费耶阿本德（费耶阿本德（费耶阿本德（Feyerabend PFeyerabend P）多元主义方法论，）多元主义方法论，）多元主义方法论，）多元主义方法论，夏皮尔（夏皮尔（夏皮尔（夏皮尔（Shapere DShapere D）科学实在论，等等。）科学实在论，等等。）科学实在论，等等。）科学实在论，等等。第5页 逻辑经验主义逻辑经验主义 20 20世纪世纪30305050年代流行于西方一个哲学流派。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。其关键是又称新实证主义、逻辑经验主义。其关键是维也维也纳纳学派。另外，以德国哲学家学派。另外，以德国哲学家H.H.赖兴巴赫赖兴巴赫为首柏为首柏林学派，以波兰林学派，以波兰A.A.塔尔斯基为首华沙学派，以及塔尔斯基为首华沙学派，以及英国英国A.A.艾耶尔艾耶尔等人观点和理论，都属于逻辑实证等人观点和理论，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：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。是对科学语言进行分析。坚持分析命题和综合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命题区分，强调经过对语言逻辑分析以毁灭形而上学。上学。强调一切综合命题都以经验为基础，提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。出可证实性或可检验性和可确认性标准。主张主张物理语言是科学普遍语言，试图把一切经验科学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。还原为物理科学，实现科学统一。第6页批判理性主义批判理性主义 逻辑实证主义在逻辑实证主义在2020世纪世纪5050年代逐步衰落，受其影响一些年代逐步衰落，受其影响一些学者对它基本标准提出批判学者对它基本标准提出批判,从而形成批判理性主义从而形成批判理性主义,也也叫叫“证伪主义证伪主义”。它与自然科学结合更为紧密，在。它与自然科学结合更为紧密，在5050至至6060年代盛极一时，对哲学界和自然学界都产生了重大影响。年代盛极一时，对哲学界和自然学界都产生了重大影响。英国哲学家、社会学家卡尔英国哲学家、社会学家卡尔 波普（波普（Karl Popper,1902Karl Popper,1902）是批判理性主义创始人。他提出了是批判理性主义创始人。他提出了“科学发觉逻辑科学发觉逻辑”，主，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。他把向前发展。他把“猜测与反驳猜测与反驳”方法应用于社会、历史和方法应用于社会、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。普遍规律理论体系。第7页科学范式和科学发展理论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科学研究纲领方法论科学研究纲领方法论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，是拉卡托斯是西方当代著名科学哲学家，是拉卡托斯是西方当代著名科学哲学家，是拉卡托斯是西方当代著名科学哲学家，是2020世世世世纪后期科学哲学一个主要代表人物。纪后期科学哲学一个主要代表人物。纪后期科学哲学一个主要代表人物。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拉卡托斯科学哲学思想集中表达在科学研究拉卡托斯科学哲学思想集中表达在科学研究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纲领方法论一书中。他将科学哲学定义为关于纲领方法论一书中。他将科学哲学定义为关于纲领方法论一书中。他将科学哲学定义为关于“科学合理性理论科学合理性理论科学合理性理论科学合理性理论”；“合理性合理性合理性合理性”问题是贯通拉问题是贯通拉问题是贯通拉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卡托斯科学哲学中心问题。他科学哲学立志于科卡托斯科学哲学中心问题。他科学哲学立志于科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，其理论通常被称为学合理性重构，其理论通常被称为学合理性重构，其理论通常被称为学合理性重构，其理论通常被称为“科学研究纲科学研究纲科学研究纲科学研究纲领方法论领方法论领方法论领方法论”。拉卡托斯所说科学研究纲领主要由。拉卡托斯所说科学研究纲领主要由。拉卡托斯所说科学研究纲领主要由。拉卡托斯所说科学研究纲领主要由“硬核硬核硬核硬核”、“保护带保护带保护带保护带”、“反面启示法反面启示法反面启示法反面启示法”、“正正正正面启示法面启示法面启示法面启示法”等组成。等组成。等组成。等组成。第9页科学研究纲领方法论机制包含：正面启科学研究纲领方法论机制包含：正面启发法发法它指示理论应该做什么，反面启它指示理论应该做什么，反面启发法发法它指示理论不应该做什么。科学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，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。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，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（夏皮尔（Shapere D）科学实在论）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、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，科学理论科学理论评价或辩护要经过推理推理，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）（一）、当代科学研究基本步骤、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在当代科学研究条件下，一个相对完整研究过在当代科学研究条件下，一个相对完整研究过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：程主要包含以下步骤：程主要包含以下步骤：程主要包含以下步骤：1 1、确定科研选题、确定科研选题、确定科研选题、确定科研选题 2 2、获取科学事实、获取科学事实、获取科学事实、获取科学事实 3 3、进行思维加工、进行思维加工、进行思维加工、进行思维加工 4 4、实践检验论证、实践检验论证、实践检验论证、实践检验论证 5 5、建立理论体系、建立理论体系、建立理论体系、建立理论体系二、科学研究过程 第16页 （二）（二）科学问题与科研选题科学问题与科研选题 1、问题是科学研究起点、问题是科学研究起点 科学研究逻辑起点在哪里科学研究逻辑起点在哪里科学研究逻辑起点在哪里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，古希腊亚里斯多德观点：从观察个别事实开始，古希腊亚里斯多德观点：从观察个别事实开始，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然后归纳出解释性原理，再从解释性原理演绎出关于然后归纳出解释性原理，再从解释性原理演绎出关于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。即个别事实知识。即个别事实知识。即个别事实知识。即“科学始于观察科学始于观察科学始于观察科学始于观察”。以经验科学为。以经验科学为。以经验科学为。以经验科学为特征近代科学从实践方面为特征近代科学从实践方面为特征近代科学从实践方面为特征近代科学从实践方面为“科学始于观察科学始于观察科学始于观察科学始于观察”观点提观点提观点提观点提供了许多有力佐证。供了许多有力佐证。供了许多有力佐证。供了许多有力佐证。第17页 著名科学家爱因斯坦观点：著名科学家爱因斯坦观点：“提出一个问题往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。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、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，这些先行问题确实定，取怎么观察等先行问题，这些先行问题确实定，取决于科学家要研究什么问题。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 2、科学问题及其起源、科学问题及其起源 科学问题是指在特定时代，科学认识主体在分科学问题是指在特定时代，科学认识主体在分科学问题是指在特定时代，科学认识主体在分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距和析当初科学背景知识基础上提出科学认识上差距和析当初科学背景知识基础上提出科学认识上差距和析当初科学背景知识基础上提出科学认识上差距和矛盾。矛盾。矛盾。矛盾。科学问题设置，不但与科学家个体科学问题设置，不但与科学家个体科学问题设置，不但与科学家个体科学问题设置，不但与科学家个体“当前状态当前状态当前状态当前状态”相关，而且还与科学共同体相关，而且还与科学共同体相关，而且还与科学共同体相关，而且还与科学共同体“当前状态当前状态当前状态当前状态”相关。相关。相关。相关。提出科学问题蕴涵着问题指向、研究目标和求提出科学问题蕴涵着问题指向、研究目标和求提出科学问题蕴涵着问题指向、研究目标和求提出科学问题蕴涵着问题指向、研究目标和求解应答域。解应答域。解应答域。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内容类别类别课题课题背景方面背景方面研究内容方面研究内容方面研究基研究基础础和条件方面和条件方面课题进课题进度和度和预预算方算方面面国家自然科国家自然科学基金申学基金申请请书书n n项目标项目标立项依立项依据（需据（需附主要附主要参考文参考文件目录）件目录）n n项目标研究项目标研究内容、研究内容、研究目标目标,拟处拟处理关键问题，理关键问题，拟采取研究拟采取研究方案及可行方案及可行性分析，项性分析，项目标特色与目标特色与创新之处，创新之处，预期研究结预期研究结果果n n工作基础，工作基础，工作条件，工作条件，申请人简申请人简历，负担历，负担科研项目科研项目情况情况年度研究年度研究计计划，划，经经费预费预算算国家社会科国家社会科学基金申学基金申请请书书n n课题国课题国内外研内外研究现实究现实状况述状况述评及研评及研究意义究意义n n研究主要内研究主要内容、基本思容、基本思绪和方法，绪和方法，重点难点，重点难点，主要观点及主要观点及创新之处，创新之处，最终结果最终结果n n责任人和责任人和主要组员主要组员曾完成主曾完成主要研究课要研究课题，科研题，科研结果社会结果社会评价，完评价，完成本课题成本课题研究时间研究时间确保，资确保，资料设备等料设备等科研条件科研条件n n主要主要阶段阶段性结性结果，果，经费经费预算预算国家国家863863研究研究计计划划n n项目所项目所包括主包括主要技术要技术国内外国内外发展现发展现实状况、实状况、趋势以趋势以及知识及知识产权情产权情况分析况分析n n项目标总体项目标总体目标、主要目标、主要技术和经济技术和经济指标，主要指标，主要研究内容，研究内容，项目需要处项目需要处理技术难点理技术难点和可能创新和可能创新点，技术风点，技术风险分析险分析n n项目申请项目申请人资历情人资历情况，项目况，项目主要人员主要人员当前负担当前负担863863计划计划和其它国和其它国家科技计家科技计划课题情划课题情况、项目况、项目牵头单位牵头单位基本情况，基本情况，联合申请联合申请单位基本单位基本情况情况n n项目项目研究研究年度年度进度进度及年及年度考度考评指评指标，标，项目项目经费经费概算概算表表国家科技部国家科技部软课题软课题申申请请书书n n立项背立项背景和依景和依据据(包包含项目含项目标研究标研究目标、目标、国内外国内外研究现研究现实状况实状况分析与分析与评价评价,附主要附主要参考文参考文件及出件及出处处)n n研究内容，研究内容，拟处理关键拟处理关键问题，子课问题，子课题设置及本题设置及本项目标创新项目标创新之处，预期之处，预期研究结果及研究结果及形式形式n n研究基础研究基础与本项目与本项目相关研究相关研究工作积累工作积累和已取得和已取得研究工作研究工作成就（包成就（包含近期发含近期发表与本项表与本项目相关主目相关主要论著、要论著、取得学术取得学术奖励情况、奖励情况、正在负担正在负担相关研究相关研究项目等）项目等）年度研究年度研究计计划及划及预预期期进进展，展，经费预经费预算算国家教育部国家教育部课题课题申申请书请书n n课题界课题界定，国定，国内外研内外研究现实究现实状况述状况述评、选评、选题意义题意义及研究及研究价值价值n n课题研究目课题研究目标、研究内标、研究内容、研究假容、研究假设和创新之设和创新之处，本课题处，本课题研究思绪、研究思绪、研究方法、研究方法、技术路线和技术路线和实施步骤，实施步骤，最终研究结最终研究结果果n n已取得相已取得相关研究结关研究结果社会评果社会评价，主要价，主要参考文件，参考文件，主要参加主要参加者学术背者学术背景和研究景和研究经验、组经验、组成结构，成结构，完成课题完成课题保障条件保障条件主主 要要 阶阶 段段 性性 成成 果，果，经费经费n n课课题题审审查查重重点点n n考查申考查申请者对请者对所提问所提问题国内题国内外研究外研究情况了情况了解程度解程度n n申请书关键申请书关键部分，考查部分，考查申请者研究申请者研究思想及预期思想及预期研究结果研究结果n n考查申请考查申请者研究能者研究能力，是否力，是否具备完成具备完成课题研究课题研究条件条件n n考查考查申请申请者对者对于研于研究计究计划把划把握和握和对财对财务运务运行了行了解。解。第21页根本上说，科学问题来自于科学实践和生产实践根本上说，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：详细地说，科学问题起源主要有：详细地说，科学问题起源主要有：详细地说，科学问题起源主要有：（1 1）科学理论与科学实践矛盾所产生科学问题。）科学理论与科学实践矛盾所产生科学问题。）科学理论与科学实践矛盾所产生科学问题。）科学理论与科学实践矛盾所产生科学问题。例：例：例：例：“中微子假说中微子假说中微子假说中微子假说”（2 2）科学理论体系内在矛盾所产生科学问题。）科学理论体系内在矛盾所产生科学问题。）科学理论体系内在矛盾所产生科学问题。）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例：伽利略揭示出亚里斯多德动力学理论悖论例：伽利略揭示出亚里斯多德动力学理论悖论例：伽利略揭示出亚里斯多德动力学理论悖论（3 3）不一样科学学派和科学理论之间矛盾所产生科学问题。）不一样科学学派和科学理论之间矛盾所产生科学问题。）不一样科学学派和科学理论之间矛盾所产生科学问题。）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例：非平衡态热力学产生例：非平衡态热力学产生例：非平衡态热力学产生（4 4）经验事实积累到一定阶段时产生科学问题。）经验事实积累到一定阶段时产生科学问题。）经验事实积累到一定阶段时产生科学问题。）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例：元素周期律、能量守恒与转化定律发觉例：元素周期律、能量守恒与转化定律发觉例：元素周期律、能量守恒与转化定律发觉（5 5）社会经济发展和生产实际需要所产生科学应用问题。）社会经济发展和生产实际需要所产生科学应用问题。）社会经济发展和生产实际需要所产生科学应用问题。）社会经济发展和生产实际需要所产生科学应用问题。例：杂交水稻研究例：杂交水稻研究例：杂交水稻研究例：杂交水稻研究第22页（1 1）科学理论与科学实践矛盾所产生科学问题。）科学理论与科学实践矛盾所产生科学问题。）科学理论与科学实践矛盾所产生科学问题。）科学理论与科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，就会使原有理论面原有理论不能解释新现象、新事实，就会使原有理论面原有理论不能解释新现象、新事实，就会使原有理论面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临疑难。比如，历史上关于天王星实测轨道与按牛顿力学临疑难。比如，历史上关于天王星实测轨道与按牛顿力学临疑难。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。所计算理论轨道不符，就曾经使牛顿力学面临难题或危机。所计算理论轨道不符，就曾经使牛顿力学面临难题或危机。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，造成了勒维烈为了处理这个难题或危机，造成了勒维烈为了处理这个难题或危机，造成了勒维烈为了处理这个难题或危机，造成了勒维烈(Le Verrier)(Le Verrier)假说假说假说假说并经过伽勒发觉了海王星。并经过伽勒发觉了海王星。并经过伽勒发觉了海王星。并经过伽勒发觉了海王星。2020世纪初，在世纪初，在世纪初，在世纪初，在p p衰变中发觉电衰变中发觉电衰变中发觉电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，也子所带走能量要小于原子核所释放能量这个试验事实，也子所带走能量要小于原子核所释放能量这个试验事实，也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曾使能量守恒定律面临难题或危机。为了处理这个难题或曾使能量守恒定律面临难题或危机。为了处理这个难题或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，造成了泡利危机，造成了泡利危机，造成了泡利危机，造成了泡利(w(wPauli)Pauli)中微子假说和以后中微子发中微子假说和以后中微子发中微子假说和以后中微子发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，电子发觉与觉。另外，水星近日点运动与牛顿理论矛盾，电子发觉与觉。另外，水星近日点运动与牛顿理论矛盾，电子发觉与觉。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原子不可分理论矛盾，黑体辐射、光电效应等新试验事实原子不可分理论矛盾，黑体辐射、光电效应等新试验事实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，都使经典物理面临与经典物理能量连续理论不相容等等，都使经典物理面临与经典物理能量连续理论不相容等等，都使经典物理面临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题或危机。对怎样用原有理论来解释这个难题，或变革难题或危机。对怎样用原有理论来解释这个难题，或变革难题或危机。对怎样用原有理论来解释这个难题，或变革难题或危机。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原有理论来处理这个危机探寻，经常引导人们进入研究并原有理论来处理这个危机探寻，经常引导人们进入研究并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。做出重大发觉。做出重大发觉。做出重大发觉。第23页 （2 2）科学理论体系内在矛盾所产生科学问题。科学理论体系内在矛盾所产生科学问题。科学理论体系内在矛盾所产生科学问题。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，即逻辑上假如一个理论内部在逻辑上出现了不一致，即逻辑上假如一个理论内部在逻辑上出现了不一致，即逻辑上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。这种科不自洽，那就表明其中存在着需要深入探讨问题。这种科不自洽，那就表明其中存在着需要深入探讨问题。这种科不自洽，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，经常表现为学理论体系内部困难，经常表现为学理论体系内部困难，经常表现为学理论体系内部困难，经常表现为“悖论悖论悖论悖论”或或或或“佯谬佯谬佯谬佯谬”。一个看似没有问题理论，却在推论中包含了两个相互矛一个看似没有问题理论，却在推论中包含了两个相互矛一个看似没有问题理论，却在推论中包含了两个相互矛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，依据亚里士盾命题，那么这个理论就存在着悖论。比如，依据亚里士盾命题，那么这个理论就存在着悖论。比如，依据亚里士盾命题，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，也就多德动力学原理，物体下落速度与物体重量成正比，也就多德动力学原理，物体下落速度与物体重量成正比，也就多德动力学原理，物体下落速度与物体重量成正比，也就是说，假如有一较重物体是说，假如有一较重物体是说，假如有一较重物体是说，假如有一较重物体M1M1和另一较轻物体和另一较轻物体和另一较轻物体和另一较轻物体M2M2同时下落，同时下落，同时下落，同时下落，那么重物那么重物那么重物那么重物M1M1下落速度下落速度下落速度下落速度V1V1应大于轻物应大于轻物应大于轻物应大于轻物M2M2下落速度下落速度下落速度下落速度V2V2。伽利。伽利。伽利。伽利略指出，假如把重物略指出，假如把重物略指出，假如把重物略指出，假如把重物M1M1和轻物和轻物和轻物和轻物M2M2绑在一起，它将以什么绑在一起，它将以什么绑在一起，它将以什么绑在一起，它将以什么速度下落呢速度下落呢速度下落呢速度下落呢?这里就会推导出两个相互矛盾结论：因为这里就会推导出两个相互矛盾结论：因为这里就会推导出两个相互矛盾结论：因为这里就会推导出两个相互矛盾结论：因为M1M1和和和和M2M2绑在一起就重于绑在一起就重于绑在一起就重于绑在一起就重于M1M1，所以它速度应大于，所以它速度应大于，所以它速度应大于，所以它速度应大于V1V1。还可作。还可作。还可作。还可作另一个推导，另一个推导，另一个推导，另一个推导，M1M1以较大速度以较大速度以较大速度以较大速度V1V1下落，下落，下落，下落，M2M2以较小速度以较小速度以较小速度以较小速度V2V2下下下下落，所以落，所以落，所以落，所以V2V2会抵消会抵消会抵消会抵消V1V1一部分下落速度，这么一部分下落速度，这么一部分下落速度，这么一部分下落速度，这么M1M1和和和和M2M2绑在绑在绑在绑在一起速度应小于一起速度应小于一起速度应小于一起速度应小于V1V1。伽利略经过以上论证揭露了亚里士多。伽利略经过以上论证揭露了亚里士多。伽利略经过以上论证揭露了亚里士多。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。德动力学内部逻辑矛盾，并由此提出了自由落体速度问题。德动力学内部逻辑矛盾，并由此提出了自由落体速度问题。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n n 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n n 集合论悖论(罗素，19）n n 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。n n（不属于本身对象如：属于本身对象如：n n英文单词，白色 汉字，黑色）n n第26页n n 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 3）从不一样学派理论之间矛盾中产生问题从不一样学派理论之间矛盾中产生问题从不一样学派理论之间矛盾中产生问题从不一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同一现象范围内许多事实，经常能够建立起各种理论理论(假说假说)对它们进行解释，它们可能都有这么对它们进行解释，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，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，变论。在光学史上，仅就几何光学现象范围来说，波动说波动说(惠更斯惠更斯)和微粒说和微粒说(牛顿）都能很好地进行牛顿）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。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题不一样理论体系之间矛盾所产生问题不一样理论体系之间矛盾所产生问题不一样理论体系之间矛盾所产生问题假如不一样科学理论，它们在各自领域内都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存在着矛盾和不一致，那么由此就会提出科学问题。比如，题。比如，1919世纪生物进化论和热力学在各自领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。这个问题在长达出统一说明。这个问题在长达100100多年时间里，科多年时间里，科学家们对此几乎束手无策。直到学家们对此几乎束手无策。直到2020世纪世纪7070年代，年代，比利时科学家普里戈金提出了耗散结构理论，这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。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，进化能量守恒和能量转化定律与细胞学说，进化论合称论合称1919世纪自然科学三大发觉。而其中能量守世纪自然科学三大发觉。而其中能量守恒和转化定律发觉，却是和一个恒和转化定律发觉，却是和一个“疯子疯子”医生联医生联络起来。络起来。这个被称为这个被称为“疯子疯子”医生名叫迈尔医生名叫迈尔（1814187818141878），德国人，），德国人，18401840年开始在汉堡独立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，行医。他对万事总要问个为何，而且必亲自观察，研究，试验。研究，试验。18401840年年2 2月月2222日，他作为一名随船医日，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。依然是鲜红血。第31页n n 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，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和迈尔同时期研究能量守恒还有一个英国人焦耳（焦耳（1818188918181889），他自幼在道尔顿门下学习），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，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。一边搞科学研究。18401840年，他发觉将通电金属丝年，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：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。和通电时间成正比。这就是焦耳定律。18411841年年1010月，他论文在哲学杂志上刊出。随即，他又月，他论文在哲学杂志上刊出。随即，他又发觉不论化学能，电能所产生热都相当于一定功，发觉不论化学能，电能所产生热都相当于一定功，即即460460千克米千克米/千卡。千卡。第34页 1845 1845年，他带上自己试验仪器及汇报，参加在年，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：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（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：科学家对这种新理论都摇头，连法拉第也说：“这不太可能吧。这不太可能吧。”更有一个叫威廉更有一个叫威廉 汤姆孙汤姆孙（1824190718241907）数学教授，他）数学教授，他8 8岁随父亲去大学听岁随父亲去大学听课，课，1010岁正式考入该大学，乃是一位奇才，而今岁正式考入该大学，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。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，他回家继续做焦耳不把人们不了解放在心上，他回家继续