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自然辩证法讲课提纲,华东师范大学 王顺义,第三讲 科学研究的认识程序,自然现象,本质,科学探究,自然科学 是以自然界为研究对象的探究活动。,科学探究活动 就是透过自然现象认识事物本质的过程。,?,月食过程,月食发生原理示意图,十三世纪，哲学家培根(RBacon)对亚里士多德的科学探究程序作了进一步改进，可以表示为：,经验主义的科学探究的认识过程,伽利略探究的实验,伽利略和F.培根是大力提倡这种科学探究程序的。,伽利略,第一步：拿一块12寸长、半寸宽、3指厚的木板。在它的边缘刻一道约略大于一指宽的小槽，把这个槽做到尽可能的直和光滑，里面垫上尽可能光滑的羊皮纸。将这块木板放在倾斜位置，使一端比另一端高一寸或二寸。准备好一个硬的、光滑的、极圆的铜球。 第二步：把铜球放在木板的槽内，让铜球沿槽由上向下滚，分别测量铜球从木板全长的顶部及木板1/4长的顶部滚落到底部的时间。为使测得的时间准到两次观察结果相差不到一次脉搏的十分之一的地步，需要重复实验多次。完成这些步骤并确定了它的可靠性之后，发现铜球从槽1/4长的顶部滚落到底部的时间等于从槽全长的顶部滚落到底部时间的12。 第三步：用其他各种距离或调整槽的斜度作同样的实验，以槽的全长距离与12长的、23长的或其他任何长度的距离相比，把实验重复一百次，并记录实验结果。 第四步：分析上述重复实验中获得的结果数据，发现：球所通过的各种空间距离的比率与其时间间隔的平方的比率相同，这在任何斜度的平面即该槽的任何斜面中都是一样准确的。由此得出有关物体作匀加速运动的规律性结论。 第五步：（伽利略及同时代的科学家）用实验检验上述结论。 第六步： 伽利略及同时代的科学家用上述结论进一步去说明自然界中的其它同类现象。,经验主义认识程序的核心思想： 1、观察实验（经验事实）是科学研究的起点 2、科学基于归纳，归纳是科学理论发现的逻辑通 道. 科学理论是描述的,波义耳,牛顿,库仑定律,适用条件 真空中点电荷,库仑定律 两个静止的带电体之间存在作用力，称为静电力。库仑定律定量描述了真空中两个静止点电荷之间的静电力。 定律指出：真空中两个静止的点电荷之间相互作用力的大小与这两个点电荷所带电量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。作用力的方向沿着两个点电荷的连线，同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引。 ， 其中 称为真空中的介电常数， 是由施力电荷指向受力电荷的矢径方向的单位矢量。,，,库仑定律的探究过程,人们早就发现，带电粒子之间存在着力的相互作用，如带电的物体对棉布、毛皮或纸屑有吸附能力。18世纪英国化学家普里斯特列（Priestley）猜测，这个力应类似于两个质量之间的万有引力，即与距离的平方成反比，与它们的电荷量成正比。,法国物理学家库仑（Coulomb）赞同普里斯特列的这一猜想，并于1784年利用自已首创的扭秤实验证明了，两个带电质点之间的静电力与它们之间的距离的平方成反比。通过与万有引力的对比，库仑又认为两个带电质点之间的静电力与它们的电荷量的乘积成正比，后来他间接地证明了这个假定的正确性。,库仑,库仑在1784年递交给法国科学院的报告中对自己探究“带电质点之间的静电力与它们之间的距离的平方成反比”的过程作了介绍。 在第一、二次试验中，结果是，第二次试验中两球的距离，只等于第一次试验中两球距离的一半，可是后者的斥力却四倍于前者。,库仑的扭秤实验,在第三次试验中，两球相距只有第二次试验中的一半，结果，其斥力也是四倍于第二次试验的结果，这三次试验的结果说明，两球带有同性电以后，其相互斥力，与两球距离的平方成反比。,爱因斯坦,“假说-演绎”认识程序,理性主义认识程序的核心思想： 1、问题是科学研究的起点 2、科学理论是构造的， 即大胆猜想，严格反驳,第四讲、科学研究的技术路线,第五讲 科学理论发展的模式,在文化变迁的历史长河中，科学作为一种文化现象也是在不断变迁。作为科学研究的成果即科学理论在这种变迁中呈现不断发展和进步的径迹。科学理论的发展有什么规律或模式，这是不少科学家和科学哲学家关心的课题。弄清这一点对科学研究工作者更好地开展科研工作在宏观上是有指导意义的。,一、经验主义的观点（连续、积累的观点）,1、W. 惠咸尔的“支流江河”的汇合、叠加模式,2、N、玻尔的“中国套箱”的归化、吸收模式 例一：牛顿力学与爱因斯坦的相对论 速度相加定律： 牛顿： 爱因斯坦： u= u+v u= (u+v)/(1+uv/c2) 当u、v c时，则uv/c2 = 0， 故u=(u+v)/(1+uv/c2) = u+v,例二，欧氏几何与非欧几何 圆周长公式： 欧氏几何：c = 2r 非欧几何：c = (er e-r) 当r 0时，er = 1 + r + r2/2! + r3/3! + = 1+r 同理，当r 0时，e-r = 1r 故c = (er e-r) =（1+r）（1r） = 2r,二、理性主义的观点（K. 波普尔的不断革命论观点）,P1 TT1 EE1 P2 TT2 P：问题 TT：试探性理论 EE：尝试性排错,三、历史主义的观点,1、T.库恩的观点（20世纪60年代） 代表作：科学革命的结构,（2）科学理说发展的模式 前科学时期 常规科学时期 反常 危机 科学革命时期 新常规科学时期 ,前科学时期： 有科学研究活动，且有理论成果，但是范式尚无形成,常规科学时期： 范式巳经形成，且用来指导科学家解决难题的活动； 一般来说，当一个研究传统形成之后，科学家们便在这个研究传统下进行科学研究活动，于是科学理论的发展就开始进入“常规科学时期”。在这个时期，研究传统把科学工作者吸引到自己的周围，使之成为一个团结一致的科学家共同体，而科学家共同体内的科学工作者都信奉这个研究传统，把它作为进行进一步研究即解决科学问题的基础。,科学理论在此时期呈连续积累式地发展。 在常规科学时期初期，由于科学范式的指导或规范作用，许多经验问题和概念问题逐一得到解决，在解决这些问题的过程中，科学理论得到不断地增长和扩展，这时科学理论的发展呈继承和积累的特征。这种特征往往通过两种形式呈现出来。一种是“支流江河”的汇合形式，另一种是“中国套箱”的归化形式，即后继理论比先前理论框架大，把先前理论作为一部分包含进来。,科学革命时期： 有人提出新的范式，它能解决旧范式不能解决的反常问题，而且还解决旧范式不能解决的其它问题; 人们普遍地抛弃旧范式，接受新范式; 科学理论在此时期呈间断、跳跃或革命式地发展,2、I.拉卡托斯的观点（20世纪70年代） 代表作：科学研究纲领方法论 两处发展T.库恩的观点,（2）范式在常规科学时期是可以修改的，但只能部分修改保护带，而不能修改硬核。 在常规科学中期，科学家常常试图努力去解决各种反常问题。科学家在常规科学时期的最有意义的活动之一是成功地将一个理论的反常反过来转变为支持该理论的确证性事例。与解决某个新问题不同，反常向已解决问题的成功转变具有双重意义：这种转变不仅显示了理论解决问题的能力，而且还消除了理论所面临的认识上的重大挑战。,重要的是，情况并非象上述例子这么理想，反常问题的解决往往会导致范式下属的某些具体理论的修改。研究传统不断经历着此类变化。科学家常常发现，在范式的框架内，有着一个比之他们原先认