科学方法论.ppt

科学方法论,第三专题,需要把握的总体线索,1、科学认识是一个综合运用各种研究方法的过程，不存在唯一的、万能的研究方法。 2、科学认识是客观求实的过程。 3、科学研究是一个批判创新的创造过程，这一创造性过程具有不同的阶段，不同阶段需要运用不同的研究方法。 4、运用科学方法目的在于高效、可靠地获得科学知识并增进人类知识总量，科学知识的增长机制问题是科学方法论研究的重要问题。,良好科学素养的标准,1、 对科学主题（即物质科学、生命科学和地球与空间科学知识）知晓得比较多，理解得比较深； 2、认清科学的性质、科学事业以及科学在和个人生活中所起的作用； 3、社会科学是格物致知的一种路径，其基本特点是以实证为判别尺度，以逻辑作论辩的武器、以怀疑作审视的出发点。 4、学生应该加深对什么样的东西是科学、什么样的东西不是科学、科学能够做什么、科学不能做什么以及科学如何在文化中起作用等一系列问题的认识。,有科学素养意味着什么？,1、一个人对日常所见所历的各种事物能够提出、发 现、回答因好奇心而引发的一些问题； 2、已具备能力描述、解释甚至预言一些自然现象； 3、能读懂一般报刊刊载的科学文章，能参与就有关 结论是否有充分根据的问题所作的社交谈话； 4、能识别国家和地方决定所赖以为基础的科学问 题，并且能提出有科学技术根据的见解来； 5、能根据信息源和产生此信息所用的方法来评估科 学信息的可靠程度； 6、有能力提出和评价有论据的论点，并且能够恰如 其分地运用从这些论点得出的结论。,导 言,科学技术认识方法论的含义 方法与科学研究的关系 如何获得方法 学习科学方法的意义 学习方法应该注意的问题,科学认识和科学方法,科学认识方法：探索自然现象及其本质规律的手段、途径、程序和技巧，是主体把握客体的主观手段。方法的功能在于保证科学认识活动的有效性。 科学方法论：探讨科学研究过程中一般方法的性质、作用及其规律的理论。,名人论方法（1）,方法是被移植在人们头脑中的客观规律性； 方法掌握着研究的命运。,我们不但要提出任务，而且要解决完成任务的方法问题。我们的任务是过河，但是没有桥和船就不能过。不解决桥或船的问题，过河就是一句空话。,名人论方法（1）,毛泽东,2方法和科学研究,（1）有无正确方法对科研有重要意义和作用 淮南子说林训： 跬步不休，跛鳖千里。,培根：跛足而不迷路能赶过虽健步如飞但误入歧途的人。,（1）有无正确方法对科研有重要意义和作用,2方法和科学研究,解决问题，没有一定的知识储备是不行的，有的时候，装满知识的大脑，却成为解决问题的障碍。,（2）方法作用随研究者和研究阶段而变化,薄：薄至50mm， 她都忍不住要亲一下 轻：她再长大一点儿，就可以拿得起来了 美：典雅温和的蓝色，理性中闪亮一丝感性 欢乐：拥有她， 欢乐生活一扫而进 问题：拥有扫描仪的女婴“她”变成了等待被拥有的扫描仪本身“她”,“ 异彩纷呈的独立个性 不是我，是佳能。”,庄周梦蝶,贝尔纳：构成我们学习的最大障碍是已知的东西，而不受已有知识束缚的、轻装上阵的大脑则会解放的多。,（2）方法作用随研究者和研究阶段而变化,一般而言，发展着的学科，知识丰富是有利的；不再发展的学科，需要新的创造性，则少些束缚是有利的。,（2）方法作用随研究者和研究阶段而变化,初期研究的障碍，乃在于缺乏研究法。研究方法每前进一步，我们就提高一步。,（3）方法对准备从事研究和刚刚 踏上研究道路的人更为重要。,“知识本身并没有告诉人怎样运用它，运用它的方法乃在书本之外”（f培根） 书本本身没有给我们关于方法的现成答案,（3）方法对准备从事研究和刚刚 踏上研究道路的人更为重要。,4.如何获得方法？,一位诺贝尔奖得主说，学生与导师彼此的关系是：看看他们怎样活动，怎样思考，怎样对待事物。这是一种思考方式。肯定不是学习具体的知识。,（1）通过与导师以及其他高水平科学家的接触， 体验、学习方法,另一个得主说费米：如果你跟他一起工作，你就仿佛是一个普通的网球选手正在跟一位世界冠军打网球，你会抽出一些过去从未梦想过的好球。,4.如何获得方法？,棋圣聂卫平,通过专门的科学方法论，阅读科学家传记等，学习科学家的方法和研究心得。 通过总结自身研究的经验和研究艺术，学习方法。,（2）通过学习科学史学习方法,4.如何获得方法？,5.学习科学方法的意义,科学意义 一种思维训练； 掌握好的方法可以事半功倍； 哲学意义 可以从中提炼哲学思想和概念，有助于哲学的发展和更新；例如，恩格斯就说过，随着每一个划时代的发现，唯物主义都要改变自己的形式。,6学习方法应该注意的问题,（1）要作学习方法的有心人 不同于学习知识，主要是能力培养， 如看问题的角度；运用知识解决问 题的能力；抓重要问题的科学修养， 等等。,（1）要作学习方法的有心人 从心理学角度看，学习方法，取无意注意不行。新唐书说诗人李贺：每旦日出，背古锦囊，遇所得，书投囊中，及暮归，足成之，日率如此。,6学习方法应该注意的问题,爱因斯坦十分推崇这种能力，他认为教育的功能之一，就是培养这种能力。 清代学者袁枚在随园词话中说：不取亦取，虽师勿师。“平居有古人，而学力方深；落笔无古人，而精神始出”。 卡达尔指出，在学习上，谦恭不适合科学家，也许更适合圣贤。,（2）要有独立思考、独立判断的能力,6学习方法应该注意的问题,7、中国人的思维方式及其批判,整体性思维强调从统一的角度观察事物的多样性和矛盾，强调事物之间的普遍联系和宇宙的整体性。 整体性思维的缺陷是不大重视具体细节，缺少分析的实证的研究和量化的特征，有时模糊笼统。,（1）传统文化的“积淀”：整体性思维,日常生活层面对国民的影响就是在人民的精神气质中形成了笼统、不求甚解、不愿认真，甚至蒙混过关、不负责任的思维习性。,7、中国人的思维方式及其批判,（1）传统文化的“积淀”：整体性思维,直觉是指主体运用背景知识和经验，不受逻辑规则约束，对认知对象的属性、规律作出迅速的、直接的、整体的把握和体悟。 直觉性思维是中国人传统思维方式的重要特性，中国古代喜欢运用类比、象征、比喻等方法去达到直觉交流的目的。,（2）直觉性思维,7、中国人的思维方式及其批判,人类思维常常触及的四个领域：自然、社会、人自身和“彼岸世界”。 中国传统思维的重心在“人”“社会”，而且这两个领域思维统摄着其他领域的思维。 人在认识自然和感悟绝对存在的过程中，有利于发现科学精神、理性原则、自然法统。而孤立的人伦性思维则很难生长出这些特性。,（3）人伦性思维,7、中国人的思维方式及其批判,基本特征是厚古薄今，我猜想这与永恒不变的天和“道”的意义有关。 导致： 第一，相信典籍教条的神圣性和绝对正确性； 第二，忽视人类理论和理性的力量。,（3）古性或保守性思维,7、中国人的思维方式及其批判,科学的本质 与科学认识,科学史和社会实践告诉我们，科学是人类多维活动的范畴，可以通过多维视野对科学及其活动进行描述。 此部分将首先给出几种主要的考量科学的维度，然后从科学认识及其方法和科学活动的角度解读科学本质和科学认识。,一、 科学的本质,“科学”这个词，源于中世纪拉丁文“scientia”，原意为“学”、“知”。当代汉语的“科学”一词译自英文或法文的science。在旧中国起初一直译为“格致”，后来受日本影响译为“科学”。1897年，康有为在其日本书目志中引进了这个词。日本人用这个词表示西方分科的学问与中国不分科的儒学相对应，这个理解被20世纪初年的中国知识界所接受。,由于科学及其活动的多样性，至今还没有一个公认的定义。 英国著名科学家贝尔纳指出：“科学在全部人类历史中确已如此地改变了它的性质，以致无法下一个适合的定义”，“科学不是个能用定义一劳永逸地固定下来的单一体”。也许一个严格的定义反而会使其精神实质被阉割。,一、 科学的本质,1科学的各种形象,科学是人类求真的一种认知活动、 方法和知识体系,科学是一种特殊的社会意识形式,1科学的各种形象,科学是一种 知识形态的生产力,1科学的各种形象,科学是精神生产领域 的社会劳动,1科学的各种形象,科学是一种社会建制,1科学的各种形象,2作为知识体系的科学,在知识体系层面上，科学首先是“一种知识体”，“科学生产知识。构成这种知识的实际观察、数据、概念、图示、理论等等，通常以书写文本、地图、计算机文件等有形式展示出来。”,科学知识与常识的关系,第一，科学知识具有更强的系统性，内部在逻辑上是一致的。 第二，日常知识是零散的、零乱的，首尾可能不一致。,二者的区别,2作为知识体系的科学,第一，不能否认常识是科学知识的来源之一； 这表明日常知识和科学知识都有进化性， 第二，常识和科学知识都具有可错性。,二者的相同性,2作为知识体系的科学,科学知识与常识的关系,科学知识与哲理性知识的关系,科学依靠实证，其本性要求概念具有所指的经验对象，其形态要求其是一种经验性认识成果,主要使用的是实验方法。 哲学依靠理性批判,在思考方法上，哲理性知识主要使用的是思辨方法.,2作为知识体系的科学,哲理和科学都是一种理性认识活动，都需要诉诸逻辑。,2作为知识体系的科学,科学知识与哲理性知识的关系,把科学视为一种知识体系，注重的视角是科学知识的结构性特征：知识本性、属性、单元、种类、知识与知识单元的关联；注重的是知识内部的逻辑结构。注重的是科学知识的内在演化境况。 总之，在知识体系层面上，科学是一种求真的知识体系，它有一套合理有效的探求自然的方法体系。,2作为知识体系的科学,3. 作为人类活动的科学,作为人类活动的科学，则有两种意义。 第一，它是一种人类认知的活动，具有明显的认识论意义； 第二，它的认知活动的承担者是科学家，而科学家要获得科学认识的有效成果，则必须结成一定的关系，在一定的关系范围内展开科学社会化的活动，这种活动具有明显的社会学意义。,换句话说，科学作为人类的活动，是在两个维度上展开的，一个维度是认识论意义的，另一个是社会学意义的。不论哪一个视角或者维度，关注的是科学知识的演化和过程特征。,3. 作为人类活动的科学,科学的认识论和社会学,在认识论意义上，把科学视为一种人类认知活动，关注的是科学知识与其他知识的关系；科学认知的过程特征：如何获得科学知识，科学理论与经验的关系，科学方法的发现特性，科学发现的逻辑和历史过程，如何能够重建科学发现的历史，再现其中的逻辑。,3. 作为人类活动的科学,在社会学意义上，把科学视为一种人类活动，关注的是科学认知的承担者科学家活动的特性。如：科学家在科学研究中他们之间的关系如何展开，科学家活动对科学知识的社会建构影响，科学家的行为规范与使用过程，生产知识的制度和社会环境对科学知识特性的影响，等等。,3. 作为人类活动的科学,科学的认识论和社会学,4. 科学认识系统的构成,科学认识首先是精神生产活动，进行这种精神生产，要求在科学认识过程中发挥作用的各种要素要有机地结合起来，构成科学认识系统。其中的最基本要素是认识主体、认识客体和实现认识主体和认识客体相互联系的认识中介，以及认识的与境（context）。,科学认识系统 科学认识主体 认识中介 科学认识客体,科学认识环境,4. 科学认识系统的构成,科学认识主体 参与到科学认识活动之中的科学家是科学认识的主体。,4. 科学认识系统的构成,科学认识客体。进入主体认识和实践范围的经验对象，即科学认识的客体。,4. 科学认识系统的构成,科学认识中介 科学认识中介有两个方面: 物质性中介方面是指科学研究中所用的仪器和工具等。 精神性中介方面就是科学技术方法，包括科学技术研究的一般程序，以及推理规则、语言和符号的运用等等。,4. 科学认识系统的构成,科学认识的与境（context） 影响科学认识过程的非逻辑的、文化的、社会的环境，以及科学认识主体本身的制约背景，称之为科学的与境。与境是科学认识活动作为系统的环境。 更大场景的社会经济、政治和组织影响通过比较直接的科学认知与境作用于科学认识系统。,4. 科学认识系统的构成,科学认识活动就是在这种与境中通过科学认识主体、客体和中介之间展开的一种认识上的矛盾运动。例如，在量子力学中突出出来的测量问题，就是一般科学文化的与境下宏观认知主体（人）、测量仪器（认识中介）与微观世界（认识对象）三者如何协调的矛盾造成的。,4. 科学认识系统的构成,二、科学认识的特征,1科学研究的认识特征,可检验性 深刻性 创造性 不确定性,（1）可检验性：科学在其认识活动过程中要求其过程和结果都具有检验性，其过程的逻辑能确保提供具体确定的知识，其研究结论比较明确，可以验证。,1科学研究的认识特征,（2）深刻性：科学在其认识过程中要求其过程和结果具有深刻性，它不是停留在表面现象的描述上，而是力求深入研究对象的本质，揭示其组成、结构、演化规律和与其他事物之关系，阐明其内部机理。,1科学研究的认识特征,（3）创造性：科学探索在其认识过程中要求其过程和结果具有创造性，它或者超越已有知识，提出新的观点，或者推动了已有知识的进步，增进了已有知识的存量；或者变革了已有知识中有错误的东西，革新了已有知识体系。,1科学研究的认识特征,（4）不确定性：科学研究由于是在未知领域中的探索，因此其研究本性具有明显的不确定性。不确定性使得科学探索变得扑朔迷离，很难得到明确的规律，此外也使得对科学研究的成果评价和过程评价变得十分困难，使得科学家在选择研究方向时，不能确保研究的成功。,1科学研究的认识特征,不确定性：成功与失败,英国著名科学家开耳文勋爵（ william thomson, or kelvin，1824-1907）曾经说过：“我坚持奋战五十五年，致力于科学的发展。用一个词可以道出我最艰辛的工作特点，这个词就是失败（failure）”。 更早些时候的英国著名科学家法拉第也说过：“就是最成功的科学家，在他每十个希望和初步的结论中，能实现的也不到一个”。,我国著名数学家华罗庚也说过：“成功的论文和作品只不过是作者们整个创造和研究中的极小部分，甚至这些作品还不及失败作品的十分之一”。,不确定性：成功与失败,2科学研究的社会特征,同样作为一种社会活动的科学有许多特征，可以通过多种维度进行考量（如社会学的、经济学的、管理学的等等），但作为科学认识活动的社会化过程，我们认为它有两个典型特征： 竞争性，合作性,（1）竞争性：竞争性是科学研究社会化的表现。科学研究上的竞争就是：科学家为了科学发现而相互争夺科学资源（这里“资源”一词是指科学资料数据、研究经费、科研人员、仪器和科研时间等）的过程。竞争的结果表现为首创发现的归宿上的社会承认。,2科学研究的社会特征,科学竞争类型,第一类，即对同一科研成果的首创权的竞争。它常常表现为发现科学发现之前各方的奋斗和竞赛；以及发现后谁是首创者的争论。 第二类，即科学中的争论，包括学术观点之争和学派之争。,2科学研究的社会特征,竞争极大的激励了科学研究，科学社会学家默顿说，优先权之争是科学制度保证发现的机制之一。竞争当然也使得科学研究在科学史上留下了某些不幸。对竞争不恰当的理解，可能导致在管理上给科学家过分的压力，可能导致科学家愿意选择在短期内容易做得出来的题目，也可能损害科学家平和的心态，使得科学家变得功利化，从而产生许多科学研究的作伪行为。,2科学研究的社会特征,科学竞争案例,科学竞争案例之一： 关于能量守恒定律发现的贡献与竞争：对能量守恒定律发现做出贡献的有：迈尔、焦耳和亥姆霍兹，以及卡诺、格罗夫、法拉第等12人。 在发现过程中，虽然没有直接的有意识的相互竞争，但是发现后出现了争夺首创权的情况，迈尔为此付出了沉重的代价，精神失常，被送入精神病院，后抑郁而死。,2科学研究的社会特征,科学研究竞争案例之二：关于超导研究的竞争 1986年1月27日，ibm公司在瑞士苏黎世研究所的两个科学家缪勒(k.a.miller)和柏诺兹(j.g.bernorz)在实验中发现了转变温度30k的超导材料，但把结果交给了德文期刊发表。 1986年11月，美国的朱经武超导研究小组发现了这篇文章，经过实验取得了验证结果。 此时，日本、中国的研究者(赵忠贤等人 )也陆续发现了该文，并且在超导研究上，互相展开了激烈的竞赛。 1986年12月，分别独立地得到了转变温度为90k的超导材料 但是诺贝尔奖的桂冠只戴在第一发现者的头上（这也是诺贝尔奖从发现到获奖最短的奖，1987年）。,2科学研究的社会特征,著名科学家爱因斯坦在我的世界观中说：“我每天上百次地提醒自己：我的精神生活和物质生活都依靠着别人（包括生者和死者）的劳动，我必须尽力以同样的分量来报偿我所领受了的和至今还在领受着的东西”。 马克思指出：“科学劳动是以前人的劳动为前提，以今人的协作为条件的”。,（2）合作性,合作研究的认识论意义,合作研究的认识论意义在于，作为获取知识的认知主体经历了这样的变迁：从孤立的个人到社会个体，再到社会群体。 科学家组成共同体，在科研单位里催生新科技，并用它来增进人类社会的福祉。这种群体性的认知活动构成了集体研究（collective research）。构成了新的认知主体，并使合作研究（collaborative research）成为一种认知方式。,（2）合作性,科学合作各类案例,科学史上，有无数合作研究案例。这些合作，有的是前赴后继的合作；有的是师徒合作；有的是不同领域工作关系的合作。如：第谷布拉赫与开普勒、法拉第与麦克斯韦、华森与克里克。布拉格父子的合作则为运用x射线分析晶体结构做出了突出贡献；居里夫妇两代人在放射性元素研究上的合作，使他们分别分享了1903年和1935年的诺贝尔奖金等。,合作规模的演变,合作无论在规模上还是在效应上都有增加的趋势。 曼哈顿原子弹工程和中国的“两弹一星”、神州宇宙飞船研究是大型科研组织合作研究的经典案例。,阿波罗登月计划是大型科学合作研究的典型。,合作规模的演变,国际人类基因组的研究也是一种大科学时代非常大规模的国际科学家合作研究的典型。,合作规模的演变,两个中国科学家参与合作的案例,一个是用于发现宇宙中反物质的阿尔法磁谱仪的工作。一个是被誉为20世纪第3个大型国际科学研究计划的人类基因组研究计划。 “阿尔法”磁谱仪是由美籍华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者丁肇中教授领导的一个大型国际合作科学实验项目，美、中、俄、德、法等十多个国家和地区的科学家参加了这个项目的工作。“阿尔法”磁谱仪的核心部分是一块大磁铁，而这块永磁铁是由中国科学家研制的。,由美国科学家开始研究的人类基因组计划，在1990年正式启动后不久发展成为一个由多国政府支持的国际性项目。先后有美、英、日、德、法和中国等6个国家参与。该计划旨在通过国际间的合作构建详细的人类基因组遗传图和物理图，确定人类dna的全部序列。中国学者在其中负责1的基因测序。2000年4月，中国科学家宣布：在各方共同努力下，1的测序任务宣告基本完成，其中50达到了完成图的标准，中国科学家在世界上率先拿到了“工作框架图”。中国科学家作为“基因联合国”中的主力成员，完成了克隆该项研究的758个新基因，约占基因总数的.。,两个中国科学家参与合作的案例,当然，与国外同行相比，中国科学家合作研究情况还有许多不足。根据研究，中国科学家在研究的合作人数、国际合作、单位间合作以及多学科合作方面与国外同行相比有较大差异。尤其国际合作和学科间合作与国外差异很大。,两个中国科学家参与合作的案例,合作研究已经成为科学研究的主流,人们常常以为诺贝尔奖级别的科学贡献是个人行为。这已经被证明是陈腐偏见。在诺贝尔奖中： 1901-1925，因合作研究获奖人数占获奖总数的41%； 1926-1950，该比例为65%； 1951-1972，该比例为79%。,这表明，合作研究正在成为科学研究的主要方式，研究的科学家正在成为科学研究的主导力量。,合作研究已经成为科学研究的主流,物理学家、诺贝尔奖得主劳厄指出：“只有许多人的默默无闻的协作才能完成大量必要的观察和计算，保证科学的持续前进”。,诺贝尔奖中的合作,我们检验了physical review的合作署名情况,梁立明选择中国科学院的物理学报化学学报 和数学学报进行了合著研究科学计量学1995年：,合作类型的总结,（a）雇佣合作。这种合作关系在集体研究中颇为常见，但在合作研究中却是最弱的一种类型。所谓最弱不仅是指合作双方的实质性联系的紧密程度最弱，而且是指合作其中一方几乎对合作的研究在认识论上并不了解研究的意义，而只是被雇佣的打工者。,（b）师徒合作。这种类型的合作在自然科学中很普遍，比如导师和研究生。,合作类型的总结,（c）同行合作。它指具有相似知识背景和相同研究方向的研究者进行合作。最典型的是克里克（f. crick）和华生（j. watson）合作发现dna的双螺旋结构。李政道和杨振宁合作发现宇称不守恒定律，也是一个很好的例子。,合作类型的总结,（d）非同行合作。在交叉学科研究中，经常会有相同研究目标的不同专业的研究者进行合作。这些合作者往往有较大差别的知识背景，并采用不同的研究方法，为一个共同的目标而努力。例如在物理学中，它包括理论物理学家和实验物理学家的合作。,合作类型的总结,关于合作的机制与策略,合作机制并非友谊; 而是长期利益的互动。,合作的机制,只要对方合作，就与其合作； 对方无故背叛，要以牙还牙； 回击后仍能宽容； 行动明确，以便对方能够适应 你的行动行为。,合作的策略,关于合作的机制与策略,关于勤奋在研究中的作用,追求真理，矢志不移，是科学研究工作者最为宝贵的品质，也是科学研究能否获得成功的因素之一。而与此品质相伴随的就是勤奋。 发现的大脑其基因并没有差别，关键在于勤奋。,牛顿的助手说牛顿，他很少两、三点钟以前睡觉，直到他完成他的化学实验。 达尔文曾经说过，他自己“所完成的任何科学工作，都是通过长期的考虑、忍耐和勤奋得来的。” 爱迪生说，“发明是百分之一的灵感加上百分之九十九的血汗。”,关于勤奋在研究中的作用,关于洞察力,科学的洞察力就是所谓俗语“一眼看穿”的能力，它表现为能够迅速地透过现象抓住本质，表现在对一些表面上似乎不同的事物，能够迅速地找出它们共同的原因或彼此间的联系。,洞察力不是天生的，而是在长期实践中培养的产物。法国短篇小说家莫泊桑曾向法国作家福楼拜请教写作方法，福楼拜说，请你给我描绘一下这位坐在商店门口的人，他的姿态，他整个的身体外貌，使我不至于把他和别人混同起来。关于这点福楼拜进一步说：“对你要表现的东西，要长时间很注意地去观察它，以便发现别人没有发现过和没有写过的特点。”,关于洞察力,科学研究起点问题 科学问题的来源 科学问题定义 科学问题的分类 科研选题 科研选题的基本原则 科研选题的艺术,科学问题,从认识的来源上看，科学认识归根结底来源于人们的社会生产实践和科学实践 从科研的程序上看，科研则似乎是从观察或者科学问题的提出开始的。然而，决定实际科研的却是研究人员所掌握的资源和机会。 科研是不断提出问题和解决问题的过程，在把发现和选定问题作为科研的起点之前，取决于科学研究的条件、资源和机会。 我们现在分别讨论：问题、资源条件和机会。,科学研究也好,一般的或普通的智力活动也好,都始于问题.一个小孩通常在好奇心的驱使下,对他未知的东西,提出种种问题.认识世界就需要提问。 存在各种问题，如哲学问题，一般智力问题，科学问题等。 亚里士多德说，哲学导源于怀疑和困惑。,导致发现的因素,意外发现,好奇心,需要,惊异,提问,搜索,发现,模式引自：保罗萨加德：病因何在 科学家如何解释疾病，上海科技教育出版社，2001。60,第一 什么是问题？,一、关于问题的一般讨论 问题很难有一个确定的，无异议的定义，但是，一般来说问题包含有以下三个基本成分：,上下文 - 和问题相关的场景，指一组已经是明确已知的，关于问题的条件的描述。 目标 - 指关于构成问题的结论的明确的描述。 障碍 - 指问题的正确解决方法不是显而易见的，必须通过一定的思维活动，才能找到答案。,一般而言，问题是由于某些导致不能达到目的或者实现目标的认识障碍。它是指不期待的现状没有被解决或者事态出现意外。,问题以不同形式存在于人类活动领域,问题以不同的形式存在于人类活动的不同领域。问题可有如下例子： 在数学领域，问题是关于数学描述对象和结构的疑问（question）。 数学问题可以非常的具体(“求x2 1 = 0的解?“) ，也可能非常的一般（general） (“为什么这些数在不同情况（领域）里面出现？请给出假说并证明之。“)；,在社会领域，问题是指某类困境。如果解决了这个困境，可以产生社会效益，比如使社会更为和谐，提高效率，或者消除、减少社会矛盾； 在商业领域，问题是指现状和期望的情况的差别。通常，在问题原因不明确情况下，需要进行根本原因分析(root-cause-analyze)和评估行动的合理性。,以往科学哲学家关于“问题”的看法,科学哲学家波兰尼(m.polanyi)认为,一个问题,就是一个智力上的愿望. 著名科学哲学家波普尔(k.popper)认为,问题是背景知识中固有的预期与所提出的观察或某种假说等新发现之间的冲突. 另一个科学哲学家图尔敏(toulmin)认为,科学问题即:解释的理想与当前能力之间的差距,其公式为: 问题=解释的理想当前能力,问题包含的元素,归结起来，可以发现“问题”不同的定义里面共同的元素： 期望。表明问题属于认知领域；问题不是独立存在的，必须要有抱有期望的主体存在,比如人，才会感受或者认识问题；关于问题和期望的关系有较多的争议，有人认为问题是独立于问题解决的主体存在的客观世界的一种表达形式，只不过能够被主体感知和表达出来而已 .,现状。事态的目前的状态,包括主体的情况和问题客体的情况； 期望和现状之间的差异。这个是问题的核心。包括：主体对上下文的理解和目标状态的理解程度的差异,以及客体和目标状态的差异以及如果期望和现状符合，那么问题就失去存在的基础； 待解决。因为期望没有得到满足，差异的存在。问题解决者需要尝试查找后面的原因，并提出解释问题的原因或者解决问题的方案，以期解决问题。,问题(problem)和 提问(question)的联系和区分,问题是期望和现状差异，其存在是客观的，只要有期望和现实的差异，它就存在，不以人的主观意志为转移(这个论点是值得讨论的)；提问是把问题用适合的方式陈述出来，提问是人解决问题的一个步骤；,问题是提问的基础；提问是问题被要解决问题的主体处理的过程和方法。人解决问题的过程中关键的活动之一就是不断更准确的重新定义（重构）问题表达方式，使得主体对问题客体认识偏差不断得到缩小（但是偏差可能是无法完全消除的，有人认为真理是可以无限趋近但是不可完美获得的，对问题的定义也是这样），从而利于发现合逻辑的解释方法和问题的解决方法；同样的问题可以有多种不同的提问的方法，而提问的形式和解决问题的目的，和提问的主体有密切的相关性；甚至有通过变换问题的提问方式，来促进解决问题的方法。,问题例子之一费马大定理,费马大定理，也称费马最后定理乃下述定理：当整数n 2时，对于所有正整数x, y, z都有 这个定理，本来又称费马猜想，由17世纪法国数学家费马提出。费马宣称他已找到一个绝妙证明。但经过三个半世纪的努力，这个世纪数论难题才由普林斯顿大学英国数学家安德鲁怀尔斯和他的学生理查泰勒于1995年成功证明。,问题例子之二推销商问题,推销商路线 选择问题(np问题),假设某位推销商要到n个城市，已知各城市之间路程d和一个界限b，问是否存在一条旅行路线，恰好到每个城市一次，最后返回出发城市，且总路程不超过b?(判定形式问题) 问总路程中最短路线？ （最优形式问题） (n-1)!/2,3个城市需要计算1条路线,5个城市需要计算12条路线,8个城市需要计算2520条路线,以上问题的复杂性就是被计算的总代价来识别的。 众所周知，要找到推销商问题的精确解，其代价是解的问题按照被访问城市数目指数增长：问题将变得非常复杂。,问题例子之三千禧年大奖难题,千禧年大奖难题（millennium prize problems）, 是七个由美国克雷数学研究所（clay mathematics institute,cmi） 于2000年5月24日公布的数学难题。根据克雷数学研究所订定的规则，所有难题的解答必须发表在数学期刊上，并经过各方验证，只要通过两年验证期，每解破一题的解答者，会颁发奖金100万美元。,这些难题是呼应1900年德国数学家大卫希尔伯特在巴黎提出的23个历史性数学难题，经过一百年，许多难题已获得解答。而千禧年大奖难题的破解，极有可能为密码学以及航天、通讯等领域带来突破性进展。,p对np问题 （p versus np） 霍奇猜想 （the hodge conjecture） 庞加莱猜想 （the poincar conjecture） 黎曼假设 （the riemann hypothesis） 杨-米尔斯理论 （yang-mills existence and mass gap） 斯托克斯方程 （navier-stokes existence and smoothness） 戴尔猜想 （the birch and swinnerton-dyer conjecture）,问题例子之四三农问题,三农指农村、农业和农民；“三农问题”特指中国大陆的农村问题、农业问题和农民问题。 “三农”作为一个概念则由经济学家温铁军于1996年正式提出，自此渐渐被媒体和官方广泛引用；2000年初，湖北省监利县棋盘乡党委书记李昌平给朱镕基总理写信提出“农民真苦，农村真穷，农业真危险”以及出版我向总理说实话后，“三农”问题在社会上引起了广泛反响；2001年三农问题的提法写入文件，正式成为大陆理论界和官方决策层引用的术语；中共中央于2003年正式将“三农”问题写入工作报告。,农民问题，是“三农问题”中的核心问题，表现为农民收入低，增收难，城乡居民贫富差距大，实质表现为农民权益得不到保障； 农村问题，集中表现为农村面貌落后，经济不发达。形象比喻为中国的城市像欧洲，农村像非洲； 农业问题，集中表现为农民种田不赚钱，产业化程度底。,三农问题背景,城镇和乡村的收入差距增大。根据国家统计局发布的统计公报，2005年中国大陆城镇居民人均可支配收入10493元，农村人均纯收入3255元，二者差距为3.22 : 1；而1985年城镇居民人均工资690元，农村人均纯收入397元，二者差距为1.74 : 1，20年时间城乡收入差距扩大了85。 自改革开放以来，农村地区实行的是统分结合的家庭联产承包责任制，并开始推动农村产业化进程。同时中国农业产品开始面对外国农业大国的竞争，单一的家庭生产单位无力进行市场竞争，农民第一次出现了“手里有粮卖不出”的现象。,邓小平南巡讲话后，中国经济开始起飞，与同期中国总体经济的发展相比，第一产业的发展程度远不及第二、第三产业发展。农民认为种田没有足够的收入，因而农村地区开始出现农民进城打工的现象，但城市并没有足够的就业岗位提供，从而形成大量集聚在城内而没有工作的农民工群体。随之而来的就是农村地区生产积极性下降，农业投入开始减少，引发更多的农民进城“找工作”，形成恶性循环。由于农业的发展将直接影响国家经济的正常发展，而农村人口占中国总人口的3/4，他们的总体生活情况是中国总体生活情况的最主要体现。农村的发展将是实现中国共产党提出的“三步走”战略最大的挑战，从而使三农问题成为当前社会中显著的问题。,政府采取的解决措施,经济持续发展和农村社会全面进步，解决制约中国发展的农业生产落后的瓶颈问题，中国政府在原有的于2000年首先在安徽进行的农村税费改革试点的基础上，发出国务院关于全面推进农村税费改革试点工作的意见的文件。 国家领导人承诺推出给农民减负具体方案。2004年3月5日，温家宝在全国人大二次会议开幕的时候作政府工作报告中谈到要巩固和加强农业基础地位，实现农民增收和农业增产，在五年内取消农业税。（附注：世界各国中已很少有国家征收农业税）,推行新农村建设目标。2005年10月11日中共第十六届中央委员会第五次全体会议通过的中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议提出了“建设社会主义新农村”目标，其核心内容是发展农业和建设农村，增加政府对农业和农村投入，改善基础设施包括乡村道路建设，强调以工促农、以城带乡，基本建立农村合作医疗制度，巩固九年制义务教育，对农村学生免收杂费。,2005年11月29日至12月1日中共中央经济工作会议，确定2006年总体工作要求中，提出“着重推进社会主义新农村建设”的要求； 2005年12月23日国务院常务会议决定，2006年开始全部免除西部地区农村义务教育阶段学生学杂费，2007年扩大到中部和东部地区； 取消农业税。2005年12月29日，十届全国人大常委会第十九次会议经表决决定，农业税条例自2006年1月1日起废止，中国农民将告别有2600年历史的“皇粮国税”。 推出“农民工”维权方案。2006年1月18日国务院第122次常务会议原则上通过了国务院关于解决农民工问题的若干意见。,某个给定过程的当前状态与智能主体所要求的目标状态之间的差异. 所以,如果用p表示问题,以st表示智能主体所要求的目标状态,以sp表示给定智能活动过程的“当前状态”,那么问题可以表示为 p= st-sp,二、问题的实质,存在两种难度性问题 一种问题难度是相对于人类整个科学技术背景而言的未解决的问题探索性问题； 另一种问题难度是相对于特定解决问题者而言的未解决的问题局部知识性问题。,科学探索性和知识性问题,所谓科学探索性问题，肯定是同时具有以上两种难度的问题，因为如果只具有对特定解决问题者而言的难度的问题，也许是其他地方和其他时间的人已经解决了的问题，对于这后种问题，我们称之为知识性问题。原则上看，选择知识性问题是没有意义的。,第二 科学研究开始于问题,一归纳主义的科学方法论观点 认为科学研究不是始于问题，而是始于观察。科研是从观察和收集材料开始的，然后经过归纳上升为理论 科学始于观察。 以培根为代表的古典归纳主义学派，片面地夸大归纳法对于科学发现的作用，进一步突出了科学始于观察的观点,科学哲学家波普论“问题”,对科学知识增长的“理性重建”，如下： p1tteep2。 科学研究始于问题（p1）； 对问题的大胆猜测（tt, tentative theory）, 各种猜测（理论）在竞争中接受反驳，消除错误（ee, elimination of error） 新困难导致新问题（p2）。,科学活动是人的积极的富有创造性的能动的活动，无论基础研究还是应用研究，都是为了解决问题，都是探索未知的过程，它并不消极地等待客观对象“暴露”其自身的规律，而是积极地探索自然界的奥秘，积极地进行着合乎于规律的发明创造。这就集中表现为提出问题和解决问题。,三、正确提出问题对于科研有重要意义,爱因斯坦:“ 提出一个问题比解决一个问题更重要。因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度看待旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正的进步。”,海森伯: 提出一个问题比解决问题更为重要。 科学问题的提出是非常复杂的过程。涉及研究的内部和外部。,波普尔: “应当把科学设想为从问题到问题的不断进步从问题到越来越深刻的问题。” 希尔伯特： “只要一门科学分支能提出大量的问题，它就充满生命力，而问题缺乏则预示着独立发展的衰亡或中止。”,第三 科学问题的来源,科学问题的发现需要怀疑和批判 科学问题产生的途径 实践与理论：原理论难解释新现象；同一事实，不同观察、实验的结果无统一解释 理论内部：理论的推论中证明了两个矛盾命题理论中有悖论；从理论中能推出它不能成立的结论佯谬。,不同理论、学派之间的争论：不同学派运用不同理论；不同学科领域的不同理论解释。 社会需要：现有技术不能满足社会需要，引起需要激发。,第四 科学问题定义、结构和分类,一、科学问题的定义 定义1：指一定时代的科学认识主体在当时的知识背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而又未解决的矛盾。包含着一定的求解目标（指向性）和求解范围（应答域），但尚无确定的答案。,定义2：指科学研究主体在认识过程中目标状态与目前状态之间的差距。,结构：科学问题单纯的疑问句 结构： 提出问题的依据 对求解目标的设计 对求解方向和范围的设想,二、科学问题的结构,三科学问题的分类,常规问题（检验理论、理论应用、理论系统化和表达）； 反常问题（对已有理论质疑，原有理论无法解答的问题）。 如果说常规问题的解决是原有的理论获得新的发展，那么反常问题的解决就是新理论的发现。 还有其他分类。,根据问题求解的类型，可以把科学问题划分为,回答为什么（why）的问题研究并且要回答对象内部机理和规律性的问题； 回答是什么(what)的问题研究并且要回答对象的识别、判定类型、性质的问题。 回答怎么样(how)的问题研究并且要回答对象的运动状态及运动转化过程的问题。,第五节 科研选题步骤、原则及艺术,一一般步骤: 文献调研和实际考察； 提出选题； 初步论证； 评议和确定课题。 实际上是一个不断反馈调节的非线性过程，常常需要反复调研和多次论证。,二科研选题的基本原则,需要性(与社会、经济发展密切联系，试验应用、发展研究和基础研究） 创造性(科研是探索性工作，本质上要求创新，其生命在于创新) 科学性(有一定的科学理论、事实的依据，把选题置于当时背景条件下，使之成为科学上可成立和探索的问题) 可行性（与主客观条件适应，据已有条件或努力创备条件，取得预期或一定成果)。可行性讲的就是资源、条件和机会问题。,观察机会、资源和条件问题研究,观察给我们提供了一般见解和平台 机会帮助我们发现问题 资源和条件决定了我们可以进行怎样的研究，限制了问题的取舍 被取舍后的问题形成了研究的始点。,三.如何选题? 科研选题的艺术,（一）科学内部的选题,1、在学科生长点选题 通过搜集大量的文献资料,全面了解信息,掌握科学研究的第一手材料.在综述大量文献资料的基础上,了解课题的国内外研究现状,发展动态及趋势,结合自己的研究工作基础和现有实验条件,开拓视野,抓住学科的前沿生长点,选择新的起点或研究方向,这是科研选题的基础。,着重注意：继承与创新,同时,对相关学科进行文献调研。科研人员也要重视学科交叉渗透之间选题,这样有利于形成新的学科,技术的优势.网络资源是一个巨大的信息资源库,既方便快捷,又有时效性. 科研人员应充分利用好网络资源,始终掌握学科的前沿动态,确保科研选题的创新性和先进性。文献调研应查明有关专著和论文,并尽可能追朔其发展的历史，以便继承前人已有的研究成果,在新的起点上，选择研究课题。,2.在空白点选题 注意学科之间知识的关联性，寻求和注意知识的相似与相异，常常能够发现一些新问题。 维纳：“在科学的发展上可以得到最大收获的领域是各种已经建立起来的部门之间的被忽视的无人区。” 科学的空白、边缘区给有修养的研究者提供了丰富的发现机会。,3.在争论点选题 科学研究是一种探索性活动,每一个研究者都可能提出自己的观点,所以科学研究中常常出现争论,出现争论不是坏事. 它们常常揭示新问题,这是因为科学不争论那些已经确凿的可靠的事实与真理.因此,在争论点选题大有作为.,案例1:epr实验选题,是从爱因斯坦与波尔的争论中产生的. 案例2:对拉马克获得性遗传与达尔文进化论争论的关注,鲁里耶通过研究细菌抗药性,最终解决了该争论问题. 其他案例:如波动说与粒子说争论产生的各种实验选题.,4.在已知和未知的矛盾点选题 科学研究常常触及一个矛盾,那就是定论与发现之间的矛盾.不能把定论绝对化. 针对定论的研究有二: 第一,从定论出发,进行更深入研究后发现按照定论所获得推理的研究不能得到预期结果,那么就有可能定论存在问题.因此,研究就应该触及定论本身了.如伽利略对亚里士多德物理学的研究,这种研究称为“反溯”研究.,第二,从邻近领域其他研究中发现了与定论相悖的情况 如果已有定论是一个单独的理论,那么对定论的冲击,即所形成的矛盾冲突也比较孤立;如果定论是一个理论体系的一部分,或就是一个体系,那么在定论和新发现之间进行选题和研究,就可能形成一连串的冲击,或出现一连串的发现.,如电子发现_“葡萄干+面包”模型_粒子散射实验_卢瑟福太阳系原子模型_旧电动力学矛盾,波尔大胆突破定论,提出量子论假说,后导致量子力学诞生. 有两种选题方向:保全定论(从发现天王星偏离轨道保全万有引力理论后发现海王星)和彻底突破定论的选题.,5.在理论内部逻辑联系点选题 理论本身的发展,不仅需要它对外部世界有经验对应的“证实”或“证伪”特性,而且要求它的内部具有逻辑的无矛盾性,又称为“自洽性”. 对一个理论,要求它的原理公设定理和命题组成的体系内部没有相互矛盾的命题; 对一个理论体系而言,除上述要求外，还进一步要求其体系中理论与理论之间没有逻辑矛盾. .,(二)科学外部选题 1.在技术工具点选题 科学进步有探索目的与手段之间的矛盾,对这种矛盾的研究和思索,导致在工具点进行选题 如天文望远镜研究的进步对天文发现的推动; 2.在社会需求的供求点选题 社会常常提出各种需求,解决种种需求为选题提供了广阔天地.,四、科研选题的一个实际步骤 申请书填写的社会过程,科研课题申请，实际上是一个实际的研究选题过程；它首先是一个自由探索兴趣与国家或科学共同体意志相互磨合的过程，其中申请书则体现了这种兴趣和集体意志相互作用的科学社会运行过程。,申请书实际上是最基本的科学写作形式：如果科研人员希望发表论文，出版著作，介入科学论战，或者希望得到资助，那么，他们就必需学会争取科研经费。所以，申请书的写作绝非偶尔为之的行为，而是需要认真对待并且耗费大量时间的工作之一。,“申请书中的每一段精彩文字，都绝无例外地是为了打动基金受理机构。申请书在修辞上完全可以精雕细琢，因为它只针对为数极少的读者”（基金评审者）。 它受申请书的格式（如研究背景、研究目的和经费预算等）和文体（非人格性以及在英语中的被动语态）所限，大多数修辞手法都不适用于申请书的写作。申请书写作要表明自己的选题是必要的，自己能够胜任这个课题，相对于其他课题这个课题有更大的意义。,“通过申请书的写作，以及申请人对所欲研究课题的描述，一个角色形象（申请人在文本中所呈现出的形象）被塑造出来。申请书的写作过程，在很大程度上是申请人在一份文本中表现或塑造自己在科学共同体中的角色的过程。基金申请书作为一种文本，除了可以告诉我们科学是如何获得资助的、如何传播的，还能够告诉我们科学究竟是怎样不断改变并且重新界定自身的”。,cole，cole 和rubin对申请人与课题所属的专业的关系、申请人在专业共同体中的地位等因素的影响进行了探讨，他们的结论是，这些因素完全取决于学科设置以及申请人所发表作品的数量、被他人引证次数的多寡、以前获得资助的情况等既成事实。对于这些事实可以证明申