【马哲课件】第三讲科学技术认识论

第三讲、科学认识论,1 认识科学,2 科学认识发生的宏观机制,3 科学认识发生的微观机制,1.认识科学,科学是人类的一种活动，是人类运用理论思维能力和理论思维方法去探索自然、社会和精神的奥秘，获得关于世界的规律性认识，并用以改造世界、造福人类的活动。科学活动的本质是实现人类对世界的规律性把握，也就是实现“思维和存在”在规律层次上的统一。 理解科学的几个维度： 1.从科学本身的研究科学学习 2.对科学的哲学理解科学哲学题中应有之义,科学的词源学考察,Science:源于拉丁文scintia，意指“知识”，其中scient是scire的词干,意指“求知”和“知道”，表示一个人对某些具体事务和隐含原理的认知状态。在英语中，广义的“科学”包括任何一个领域的系统知识。从狭义的角度看，“科学”就是人们通常默认的自然科学。 此外，有“求知”和“知道”还引申出另外两个具有现代含义的“科学”1）知识体系中的门类；（2）实践中应用规律的方法。,科学的词源学考察,在德文中，与science对应的词是wissenschaft，意指一切有系统的学问，不但包括自然科学，还包括人文学科在内的其他知识门类。,科学的含义,从辞源学上我们可以得出结论： “科学可以说是关于自然现象的有条理的知识，可以说是对表达自然现象的各种概念之间的关系的理性研究。” W C Dampier 科学史及其与哲学和宗教的关系,科学在东方的流传,将“科学”一词最早引入东方的人是日本人福泽谕吉。我国学者康有为于1893年从日本克隆过来。 汉语中无法为“科学”一词找到发源地。现在所谓的“科学”，大致相当于中国清朝时的“格致”，据儒教典籍，“致知在格物”。 在现代汉语辞书中，科学被定义为“发现、积累并公认为普遍真理或普遍定理的运用一系统化的和公式化了的知识。”从这里，我们可以看出西方的影响。,科学的定义：,科学是由建立在经验和逻辑基础之上的关于自然界各种现象及其相互关系的普遍必然性和精确陈述性的有组织的知识。,关于科学的定义的其他看法：,1.从本体论上下定义： 2.从方法论上下定义： 3.社会学上下定义： 4.从政治学上下定义： 5.从经济学上下定义： 6.从科学与文化的关系上下定义： 7.其他的看法：,科学的主要形相,贝尔纳认为：科学在不同背景下有不同的含义，主要有： 1.一种建制：“科学作为一种建制而有以几十万计的男女在这方面工作”，是现代社会不可或却的社会职业。 2.一种方法： 3.一种累计的知识传统： 4.一种维持或发展生产的主要因素： 5.一种重要的观念来源：科学不仅供实际应用，而且是“构成我们诸信仰和对宇宙和人类的诸态度的最强大的势力之一”。,科学的起源从前科学到科学,要理解科学的起源，应先区分前科学于科学。为此，我们必须设定一个参照系，即我们必须预先给定一个关于科学的标准，才能确定什么是科学，什么是前科学，从而为科学提供一个起点和关于科学本质的时代观点。理解科学的起源就是从科学来看由前科学向科学的发展。 当前普遍的观点是将近代文艺复兴以来的自然科学设定为科学，尤其是伽利略沿着笛卡尔的理性传统开创的将物理与数学结合起来的力学使这种科学的典范。,科学发展的几个阶段,1.前科学时期科学的起源 亚里士多德：“当今人们开始从事哲理的思考和探究都是由于惊异。他们最初从明显的疑难感到惊异，便逐步进入到那些重大问题上的疑难，例如日月星辰的现象和宇宙创生的问题。感到困惑和惊异使人想到自己的无知，为了摆脱无知他们就致力于思考，因此，他们这样做是为了求知而追求学术，而不是为了实用的目的。” 2.近代科学 3.现代科学,前科学时期的认识主体,科学尚未独立，没有职业科学家，主要有以下三类人从事科学认识活动： 1.以精神活动为职业者，包括：巫师、僧侣、哲学家、史学家、文学家等。 2.以实用技术为职业者，包括：工匠、医生、炼丹术士等。 3.以政治活动为职业者，包括：官吏、皇室成员等。,前科学时期的认识方式,1.拟人化和万物有灵论的解释方式。 2.概括自然物所构思出来的“物理原理”的解释方式。 3.立法规则、技术格言和强制性规范。,科学的独立近代科学,近代科学的两种认识论传统： 1.数学理性主义 毕达哥拉斯与柏拉图哥白尼伽利略 2.经验机械主义 亚里士多德阿基米德、托勒密伽利略、牛顿,近代科学“分析的时代”,虽然科学的发展进程表明分析与综合是相互结合的，但近代科学主要以分门别类的研究为主。 1.自然科学三大发现 2.技术科学机械革命、电力革命 3.社会科学以自然科学为典范，用自然科学的方法来改造自身，形成了现代意义上的社会学、经济学等学科的雏形。,现代科学综合的时代,1.“老三论”系统论、控制论、信息论 2.“新三论”协同学、突变论、耗散结构论 3.新技术革命,科学的起源：来源于常识,科学源于常识又超越常识，但最后还要回到常识构成人们的常识的世界图景、概念框架、方法论等。 常识的概念：人们普遍拥有的经验性和不加反思性的指示，属于实际知道怎么办的操作知识。 （common sense）,科学与常识的概念与特征,与科学相比较，常识具有如下特征： 1）共享性：任何健康的人都会具有知识。 2）经验性：不能脱离经验而存在。对于一个事先不知道“黄色”的人，无论你怎样阐述，他是无法明白“黄色”是怎么样的。 3）封闭性：常识的接收和继承都依赖于经验的共享而不是学习经验的延续依靠的是积累性的遗传和共享，缺乏批判性和超越性,科学与常识的比较,科学与常识相比较，具有以下特征： 1.源于经验又超越于经验 2.概念性 3.对常识的超越,从常识到科学的转化,1.批判是转化的环节,如对“地心说”的批判。 2.科学工作者的批判精神与批判能力是转化的条件，如对绝对时空观的批判。,科学的内在标准：逻辑标准,一、可推演性 二、自恰性 三、简单性 四、可检验性,可推演性,任何科学理论或假设都必须是从一定起点经由一定的逻辑通道推演出来的。也就是说，一个理论或假设确立后，任何人都可以依据该理论或假设所提供的逻辑通道推演出理论或假设来。,自恰性,一、相容性：新理论与先行理论的相容 二、对称性：逻辑上的对称，“因为a，所以b”“其所以b，是因为a”。 三、排中性,简单性,包含的初始假设或公理最少，但又尽可能好地符合客观对象，即要求理论或假说能够从最少的初始假设或公理出发，得到逻辑上前后一贯的体系，使观测到的一切现象都能得到简单明了的统一解释。 “物理上真实的东西一定是逻辑上简单的东西，也就是说，他在基础上具有同一性。”爱因斯坦文集第一卷，商务印书馆，1976年版，380页。,可检验性,假说或理论必须包含可以在实践中加以检验的内容或推论，这是判断、评价其合理性的一个最基本的要求。 可检验性：原则上（或理论上）的可检验性，或现实上（技术上）的可检验性。,科学陈述的语言特征,自学,科学的价值,自学,科学的划界问题,一、科学与非科学的划界 二、科学与伪科学的划界 三、科学与反科学的划界 四、科学与技术的划界,科学与技术的划界,科学是科学共同体采取经验理性的方法而获得的有关自然和社会规律性和系统化的知识体系。 技术也是一种特殊的知识体系，一种由特殊的社会共同体组织进行的特殊的社会活动。不过技术这种知识体系指的是设计、制造、调整、运作和监控各种人工事物与人工过程的知识、方法与技能的体系。有时人们将各种人工的制品也列入技术的范畴，那是因为，这些人工制品例如生产的设备和科学的仪器被看作是物化了的知识或知识（非语言的）物质的表达。 二者有着基本的区别：,科学与技术的划界,1科学的目的与技术的目的并不相同 科学的目的与价值在于探求真理，弄清自然界或现实世界的事实与规律，求得人类知识的增长。技术则要通过设计与制造各种人工事物，以达到控制自然、改造世界、增长社会财富、提高人类社会福利的目的。,2科学的对象与技术的研究对象并不相同 科学的对象是自然界，是客观的独立于人类之外的自然系统，包括物理系统、化学系统、生物系统和社会系统，它要研究它们的结构、性能与规律，理解和解释各种自然现象。而技术的对象是人工自然系统，即被人类加工过的、为人类的目的而制造出来的人工物理系统、人工系统以及社会组织系统等等。,科学与技术的划界,3两者存在的模式，产生与发展的原因，以及与人的关系上，有着太大的区别。 前者是自己运动的，自发发展的和自然选择的并无有意识的创造者进行设计与实施；后者则是他动的，依靠理性创造者而产生，依靠于人工选择而进化发展。它们与自然物分属于不同的世界：天然的世界和人工的世界。,4科学与技术在处理的问题和回答这些问题使用的语词方面有很大的区别。 科学处理的问题是，事物是怎样的，而技术处理的问题，或工程师及更一般的设计师主要考虑的问题是，事物应当怎样做，即为了达到目的和发挥效力，应当怎样做。,科学与技术的划界,5由于科学和技术所问的问题不同，就产生了所使用的逻辑和语言有所区别。在科学中只出现事实判断从来不出现价值判断和规范判断，只出现因果解释、概率解释和规律解释，不出现目的论解释及其相关的功能解释，因而它只使用陈述逻辑。而技术回答问题就不仅要使用事实判断而且要做价值判断和规范判断，不仅要用因果解释、概率解释和规律解释，而且要出现目的论解释及其相关功能解释。,科学与技术的划界,6.科学与技术在社会规范上的不同 科学共同体的基本规范，主要就是R.默顿总结出来的即有普遍主义（世界主义）、知识公有，无私利与有条理的怀疑主义等四项基本原则。科学是无国界的。它的知识是公有的、共享的，属于全人类的。可是技术是有国界的，未经公司或政府的许可是不能输出的。技术的知识，在一定时期里（即在它的专利限期里）是私有的，属于个人或雇主的。科学无专利，保密是不道德的，而技术有专利，有知识产权，泄漏技术秘密、侵犯他人的专利与知识产权是不道德的甚至是违法的。,科学与技术的划界,7.科学与技术的发展动力不同 科学的发展多出于科学家的好奇心为了寻求理论的完备性、无矛盾性、逻辑简单性、统一性等；而技术的发展则纯粹是原于人的经济动机（或功利性）。,科学与技术的共同本质,科学与技术作为人的实践活动，体现了人对自然的能动关系。,2. 科学认识发生的宏观机制,Popper认为，科学始于神话，始于对神话的批判。批判是试图在理论中发现其弱点，并由此推导出若干逻辑结果。科学始于神话就是始于经验事实的积累和神话解释之间的矛盾。该观点虽然偏颇但却给人以如下启示： 从宏观上看，一是在外部环境方面，科学认识的发生和发展有其深刻的文化底蕴；二是在其自身内部结构方面，其发生发展有内在的规律性。 其第一个方面是科学技术观探讨的问题，而本讲的主题就是研究其第二个方面的问题 。,2.1 科学认识的客体：科学对象,科学对象是主体进行科学认识活动的客体，是那些对主体对象性活动具有现实意义而被纳入其结构中并与主体发生相互作用的客观事物。 它包括物质与精神、天然(可观测而不能直接干预)与人工(可直接干预和改造)对象等类型。,一、性质,首先它具有客观性。此乃其最本质的属性，也是科学认识具有客观性的前提和基础。 其次具有主体性特征。因主体与客体相互依存、相互渗透、不可分割，而使科学对象既具有客观的属性，同时又被赋予了主体性的品格。 此外，它还具有社会历史性特征，即它是一个不断变化发展、动态开放的体系。,二、认识论地位与作用,客体的认识论地位指其在科学认识系统中与主体、工具等其他要素相互关系中所处的位置。这具体反映在：它既是科学认识发生的前提，又是科学认识的结果，同时还是主体认识能力的表征。 其认识论作用表现为：客体的发现导致新的科学概念的产生；对象的扩展推动科学理论的发展(提出假说及其向理论转化与新旧理论的更替)；对象的发展促进新学科的出现等。,2.2 科学认识的主体：科学劳动者,无论是作为历史的、现实的，还是潜在的认识成果或知识系统，尽管科学劳动者与科学认识工具、科学认识对象相互联系、制约及相互作用，但它支配和控制前二者。因而其是科学知识系统中最积极、最活跃和最革命的因素，也是科学认识论首要的问题。,一、科学劳动者的定义,科学劳动者或科学认识主体，是指具有一定科学技术知识，以科学仪器和科学方法为工具，以探索和运用自然界物质运动、变化的规律为基本任务的脑力劳动者。其基本特征为： 其一，它属于劳动者范畴并是其特定部分之一。 其二，因科学劳动是一种精神生产活动而使其隶属于脑力劳动者范畴。但脑力劳动者要想成为科学劳动者必须具备以下两个条件：一是科学实验作为一种独立的社会实践从生产实践中分化出来；二是科学家与哲学家的分化。,二、科学劳动者的类型,科学劳动者既是一个历史的范畴又是一个现实的和发展变化的范畴。因而分类标准不同其类型表现也不相同。 根据其所研究物质对象的不同，可将其分为物理学家、化学家、生物学家、地质学家等；依其研究手段和方法又可分为实验和理论研究工作者；而依据科研与生产联系的紧密度，则可以分为基础、应用和开发研究工作者等类型。,三、科学劳动者的结构,科学劳动者的结构，是指依据系统论观点进行考察的，构成科学劳动者系统的历史的与逻辑的、个体的与组织的及其整体的等因素，以及它们之间相互关系的表现形式。其具体包括： 科学劳动者的历史与逻辑结构；共同体结构及其能力结构等。,（一）历史与逻辑结构,历史与逻辑二者是紧密相关完整统一的。 1、历史结构 历史结构表现为由个体(19世纪以前如阿基米德,欧几里德,哥白尼,伽利略,开普勒,牛顿等)、集体或组织(1871卡文迪许,1825李比希,1876爱迪生等实验室)及社会(15000多科技人员参与1942“曼哈顿”计划,耗资20亿美圆;1961“阿波罗登月”计划,200家公司120所大学400万人参与,耗资300多亿)三个不同阶段劳动者所构成的统一体。,2、逻辑结构 此指由个体、集体和社会等三个层面的科学劳动者所构成的有机统一整体的表现形式。三者之间是相互依存(前者是后者的基础,后者由前者所构成)、相互包含(前者隶属于后者,后者包含着前者)关系。 该类(历史与逻辑)结构表明了认识主体自个体到社会的发展历程，既体现了主体的社会化又体现了科学综合化程度的提高，二者互为因果。,（二）共同体结构,科学共同体(Scientific Community,概念涵义见第8讲内容)结构主要包括:“核”式结构、年龄结构、专业结构和能力类型结构等。,1、“核”式结构,它是指以学科学术带头人为核心，由合作者、助手及其学生等所形成的科学共同体结构。此乃其本质特征的显现。 由于学术“大师”的杰出成就、崇高品德和威望或卓越组织领导能力等，而对其他同行等产生极强烈的吸引力、凝聚力，进而以其为核心形成一个严密的核式结构。如以尼耳斯玻尔为核心的哥本哈根学派等。,2、年龄结构,此指科学共同体内从事科学研究和技术开发活动的各年龄段的科学劳动者的比例构成关系。它关系到科技人才群体的创造力和生命力。 由于各年龄段的科学劳动者在知识结构、能力、经验、体力等方面均存在差异，由单一年龄段所构成的共同体也有诸多劣势和弊端。因此，只有将各年龄段(老中青)科学劳动者科学、合理地组合起来，才能发挥其最大功能。,不同时代、不同学科科学发现的峰值年龄表,3、专业结构,此指共同体成员中各学科(如数理化、生物等基础学科)和各专业(如化工、机械等)领域内专业人才的数量、分类及其相互之间的比例构成关系。 专业结构的合理化要求其具有系统性和全面性，其确定依据或标准是其主要任务和发展方向的需要。 例如，贝尔实验室900多名有学位的科技人员中，电子和电讯工程占39%，计算机、数理、机械和化学工程及其他人员占61%。,4、共同体的能力结构,此指共同体内各种能力优势的科技人员的配备情况，即其运用知识的本领，是人的智慧和才能。其具体包括：观察能力、记忆能力、洞察能力、理解能力、思维能力、反映能力、创造能力、想象能力、实践能力、预见能力等。,（三）认识主体的能力结构,此指从事科学研究和技术开发(即科学认识)活动的主体所必须具备的诸能力要素及其相互之间的有机联系。它主要包括科学思维、想象、实际操作和批判思考等能力要素。,1、科学思维能力,科学思维能力的广阔性、敏捷性和深刻性特征，决定了主体能否洞察、预见、发现和提出具有重大意义的科学问题，并深刻揭示出其内在本质或规律。,2、科学想象能力,想象则是科学的“翅膀”，借助它主体可在思维中塑造各种未知对象的图象和过程，构思对象之间的联系，在主观认识和客观对象之间架起科学认识的桥梁。爱因斯坦认为，“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并是知识进化的源泉”(爱因斯坦文集.北京:商务印书馆,1976:169.)。,（3）实际操作能力,此指主体所具有的进行娴熟的科学实验与制造必要的实验仪器或设备等能力。1663年胡克所拟皇家学会章程草稿中曾明确规定：皇家学会的任务是，靠实验来改进有关自然界诸事物的知识，以及一切有用艺术、制造、机械实践、发动机和新发明。,（4）批判思考能力,此指主体坚持以实验数据或事实说话而不迷信权威，坚持独立自由的探索而不盲从教条的科学态度和科学精神。这是一种理性能力。 以上四种能力相互依存、相互补充：批判能力与创造能力的互补、思辨与实证的互补、逻辑与直觉的互补、理智与情感的互补。,三、科学知识的系统构成,借助于感官以感性方法获取的科学事实与借助于理性思维以逻辑方法构建的科学理论，尽管是层次不同、性质迥异的两类科学认识成果或知识元素，但二者相互联系、相互依存、相互渗透和相互转化即相互作用，从而构成有机统一即系统的科学知识体系。 二者的相互关系体现为：其一是复杂动态相互作用中的历时关系(前者是后者之基础和来源；后者也是前者的前提：离不开后者指导和渗透，前者的发展以后者的确立为前提)。其二是相对独立、地位作用各不相同的逻辑关系(在知识系统中前者是“基质”，后者是“构架”，是“肉”与“灵”的关系；后者是修正和检验后者的准则和依据)。,四、科学劳动者的认识论地位,作为科学认识主体的科学劳动者是认识过程中代表着主观方面，居于主导地位并起主导作用；作为科学认识能力的活载体，科学劳动者是科学认识发展的具体实现者。,（一）认识过程中的地位,这种地位主要表现为： 从科学认识的起点来看，它是科学问题生成的具体承担者； 在科学认识系统中它对科学对象和科学工具具有决定作用； 它是科学研究从经验层次上升到理论层次，从科学事实的直观描述上升到对研究对象的本质和规律的把握的实现者。,（二）认识发展中的地位,科学认识的发展既表现为科学认识成果的继承与创新，又表现为主体科学认识能力的不断提高。即作为科学认识能力的活载体，科学劳动者是科学认识发展的具体实现者。 “汤浅”现象也表明：一定时期内一个国家高级科学劳动者尤其是杰出科学家人数的多少，对于该国国际科技竞争力的强弱，以及其国际科技地位高低具有极其重要的意义。 例如，1660-1730时的英国云集精英科学家60多名，约占全世界精英科学家总数的36%；其科学成果数约占40%。1901-1998全球17国157位诺贝尔物理学奖获得者中，以68人次排名第一的美国是紧随其后的英国(21人次)的3倍多。,2.3 联结主体与客体的桥梁：科学实践,科学实践指主体能动地认识客体的各种科学研究和技术开发活动。科学实践一般包括观察、测量、科学实验和实地科学考察等类型。 科学实践具有以下几种基本功能：是科学认识产生的源泉；是认识发展的动力；是检验认识真理性、评价认识成果先进性等的极重要手段；是联接主体与客体的桥梁。 因在科学研究方法中会详述(见第5讲)故此处从略。,2.4 主体认识客体的手段：科学工具,包括物质形态的科学仪器、观念形态的科学方法，以及思维符号形式的科学语言在内的科学工具系统，在科学知识或认识系统中具有特殊的地位和作用：它是获取科学事实、构建科学理论，以及陈述科学事实和表述科学理论的工具；是“接引”或“引渡”主体完成认识任务和实现认识目的中介；是使主体由此达彼、由表及里、由现象至本质、由主观至客观的推进器。,一、科学仪器,作为工具之“硬件”，它指主体与客体之间建立信息联系、引致相互作用，以达到把握科学对象实物形态的工具总和。其实质在于：它是为实现科学认识目的而创立和使用的人工制造物；是人的各种器官的拓展和延伸；是科学理论和科学方法的物化。 依据性质和功能的不同，可分为延长感觉器官、肢体和思维器官的科学仪器等类型；根据实践形式有观察与测量，记录、计算与分析仪器等；依照认识过程发展分为科学研究、技术开发、工程勘测仪器等；根据应用学科不同有天文、物理、化学、生物、地质地理观测分析仪器等；依据应用对象层次可分为观察探测宇观、宏观和微观世界的科学仪器等。 其作用表现在：它是提出和实现科研目的的现实条件；是提高主体接收和处理信息能力的有效手段。,二、科学方法,广义的科学方法指以科学理论为指导而从事科学研究、技术开发等认识活动的所有方法的总称。作为认识“软件”之一，即狭义的科学方法是主体凭借理论知识的指导而使用的一种主观手段，是知识与手段的统一。 按照普适程度不同包括哲学方法(矛盾分析)、一般(观察,实验,逻辑,数学等方法)与特殊研究方法；依据研究环节和步骤，可分为问题与选题、观察与实验、逻辑与直觉、科学假说与科学理论系统化等。 其最基本最主要的作用在于为科学研究开向定路。,三、科学语言,作为另一类认识“软件”，科学语言是具有一定形(音)、义的符号系统，是用来表达、储存、传递和加工知识信息的物质载体。 它包括自然语言、学科符号语言和形式化语言等几种形式。 其功能体现为：它是获取和描述科学事实、构建和表达科学理论，传递和交流信息和知识的重要工具，也是连接古往今来、东西南北科学家的最重要纽带。,2.5 科学认识成果类型：科学事实和科学理论,科学事实与科学理论，是由主体在科学实践基础上利用科学工具能动作用于客体所产生的两个不同层次的认识成果类型。前者处于经验层次，是形成后者的基础；后者则是科学认识的最高成果，是以理论思维形式反映客观对象的系统化知识。,一、科学事实,科学事实是主体对在观察和实验等科学实践中所感知的客观事件、现象和过程的真实描述。它不同于客观事实(时空中客观存在的事件、现象和过程)，其本质是主体与作为客体的客观事实相互作用的产物或结果，是对客观事实的陈述与判断，二者在内容上不具等价性；它也区别于不可辩驳的理论原理。但它具有可靠性、个别性、相对独立性或不变性等特征。 作为最初的科学认识成果，科学事实是科学认识发生的必要前提和基础，是主体构筑科学知识殿堂的地基和原料。其认识论作用表现为：是形成新概念、新理论的基础；是检验和评价科学假说与科学理论的基本手段。,二、科学理论,此指一种在整体上再现了被认识客体的观念形态，它是主体对科学事实进行高度严密的理性思考及反复的逻辑论证，由一系列概念、定律、定理或公理按照一定逻辑规则建构起来的系统化的知识体系。它是科学认识的高级成果，并具有客观真理性、系统性、可检验性和逻辑严密性等特征。 科学理论具有解释(对问题事实、前继理论及其重建等，从事物与现象、定律与定理，以及科学理论等三各层面进行解释)和预见(依据理论本身内在逻辑性及其内容的完备性洞察客观事物的发展前景或进程。如相对论对“水星近日点摄动”、“引力场中光线弯曲”现象的预测)等基本功能。,五、科学认识中的认识论问题,观察渗透理论：汉森：发现的模式 海森堡的“测不准原理” ：科学主体与科学对象的相互作用。 “薛定谔猫”,科学事实的本质,“即使是那些曾经改变了科学史整个过程的科学事实，也都是在它们成为可观察的事实前就已经是假设的事实了” 恩斯特卡西尔.人论M .上海：上海译文出版社，1985.74、263.,思考题,1、试述科学认识发生的宏观机制。 2、简评科学认识客体的认识论地位和作用。 3、简述科学认识主体的能力结构。 4、简答科学工具系统的构成要素及其相互关系。 5、以爱因斯坦相对论预见“水星近日点摄动现象”为例分析科学理论的功能。,3. 科学认识发生发展的微观机制,科学认识发生的微观机制就是： 发现并提出问题；选择意义重大的科学问题进行研究；运用种种手段，提出科学假说；通过观察和实验等科学实践，检验、评价和确认科学假说；最后提出和建立科学理论。 可见，科学问题是科学认识的起点，科学发现植根于此，进而获取科学事实，并运用科学方法构建科学理论。即“科学始于问题”,3.1 科学史实例：斯佩里 “心脑相互作用”理论的建立过程,斯佩里“心脑相互作用”理论的创立经历了神经胚胎学研究、动物“分离脑”研究、“分离脑”病人研究等阶段。最后运用科学方法创立了这一理论。,3.1.1 神经胚胎学研究阶段,背景一：20世纪40年代盛行于美国的行为主义认为，环境和经验是影响和决定行为的充要条件，即行为与人的生理机制无关。 问题一：神经系统结构对行为有无影响？ 实验一：“青蛙视神经切断和眼球重新定位”实验（1943年）,实验事实：,将青蛙视神经在眼球后切断，并把眼球在眼眶中绕视轴旋转180。，重新定位。 这样旋转前后网膜各部分收到的外来信息，上下左右正好颠倒。 手术后被切断的视神经逐渐萎缩。 不久新的视神经会由转动后的眼球上重新长出，伸向脑部，与脑部视区的神经细胞搭上关系。 此时青蛙虽重获视觉却并不得益：每当斯佩里在其视野内某处放一小虫时，它总是向相反方向捕捉。 这种目标与行为之间的偏差，靠其自身无论如何都不能纠正。若不直接喂食进口，青蛙就会饿死。,机 理,源于眼睛网膜不同部位的诸神经纤维与脑部视区诸神经细胞之间，各有其对象。 即无论研究者把动物眼球如何定位，视神经如何切扭，由网膜各部重生的视神经纤维，或重列或绕道，最后仍回到各自先前就决定的目的点去，即使眼球经人为转向后会使行为产生偏差，也无可奈何。,实验一结论：,1、“神经功能不可互换和脑的联结不可塑”； 2、“中枢神经的联结生长具有高度特异选择性并精确地按照预定程序进行，神经的联结是由遗传决定的”。 此时处于神经胚胎学研究阶段。,3.1.2 动物“分离脑”研究阶段,背景二: 20世纪40年代，一些医生尝试着用切断胼胝体的方法来治疗癫痫症，手术后病人发病次数和严重程度果然减少了，且不能发现有何副作用。 此前流行的观点是“胼胝体与大脑两半球功能毫不相干”。,已有研究成果：,1、19世纪末戴杰雷因发现： 损伤两半球间即从右半球视觉皮层到左半球的语言中枢的视觉路线，则会产生完全的失语症； 2、20世纪初李普曼报告： 损伤胼胝体前部将会引起失语症结果的真实证据，从而对“胼胝体与大脑两半球功能毫不相干”的观点产生怀疑。,问题二,“经过亿万年进化还存在的胼胝体，难道仅是为了恶化少数癫痫病人的病情吗？”“它难道真的与大脑两半球功能毫不相干吗？”,实验二：用猫和猴做分离脑实验研究,先用猫实验： 将其视交叉、视神经的横过部分分割开，使左眼来的视觉信息仅传送到左半球，而右眼来的信息只传送到右半球； 当用一只眼解决问题时，动物能正常反应，而且学会完成任务； 当盖住这只眼把同一问题呈现给另一只眼时，动物表现出对问题没有再认，而且必须用这个脑半球对问题在从头学起。 其次用猴子作实验： 发现了同样的现象：有时其一侧脑占优势，采取这一种行为；有时其另一侧脑占优势，采取另一种行为。,有关脑机制的一系列问题：,1、“在完整的脑中胼胝体担负两半球活动的整合吗？” 2、“其用途是向每个脑半球包括关于另一半球正在做什么吗？” 3、“当两半球被分开时，它们实际上独立到什么程度？它们能分开思想甚至有分开的情绪吗？”,实验三（1952年）,受“从鱼脑一侧到另一侧学习迁移的显微外科研究”启示，用同样方法做猫的“分离脑”实验研究。步骤如下： 1、切断动物的视交叉，盖住一只眼而由另一只眼学习视觉辨别； 2、辨别训练之后，打开被盖住的眼而将“受过训练的眼”盖住； 3、动物表现出通过“未训练的眼睛”很快地完成辨认的学习。 然而，当实验重复进行到第二阶段时，动物反应表现为好象它从未见过以前学习过的问题，即胼胝体的分离阻止了记忆及从一侧半球到另一侧半球的学习的传递。,实验三结论：,1、“当割断大脑两半球之间的联接，每个半球就像一个完整的脑一样独立地起作用”； “大脑各半球似乎是一个独立的智能区域，它们在完全不管的确是完全没有意识到另一半球中发生什么情况下工作的。这种分离大脑的动物在实验情况下表现出来的行为仿佛它有两个完全独立的脑子似的。” 2、“每个半球都具有知觉、学习及认识系统”， “每个半球可以产生不同的记忆模式，都能表演不同的辨别任务”，“每个被分离的半球都似乎有其自己的、独立的、具有自身的感知觉、学习与记忆经验的认识领域”。,3.1.3 “分离脑”病人研究阶段,背景三: 20世纪60年代初，加州医学院的沃格尔和博根受斯佩里实验结果启发，对一些屡发性重症癫痫病人试行切除大脑联合部手术，以期将疾病控制于一侧脑半球。 手术出人意料地成功：它既使癫痫限于一侧半球，又使患者减轻发病时的剧痛，而且病人的语言表达能力、计算能力、语言的逻辑性、记忆、性格等保持令人惊异的完整程度。 由于“分离脑”病人的视觉传入信号并不相混，每个半球的功能又保持完整无损，这为大脑两半球功能研究提供了前提和条件。,问题,大脑两半球是否具有高度特异化的功能？能否用隔离信息处理法来研究之？,“分离脑”病人实验(自60年代初起),让“分离脑”病人用左眼注视一个美圆符号（），而用右眼注视一个问号（？）。 当要求用左手画出其所看到的东西时，他很快地画出了美圆符号； 但当问他看到什么东西时，却回答说：“是一个问号。” 让其右手握某一物时，他能叫出物体名称并描述它。 而当同一物体握在左手时，却不能用言语表述，但能在非语言的测验中确认它，如将它与各物品组合中的同样物体配对。,3.1.4 “心脑相互作用”论的创立及其意义,1、创立 斯佩里通过大量比较研究，运用系统论解释意识的起源和发展、脑和精神的因果关系，最后提出并建立了“心脑相互作用”论，由此“发生了心理学的革命”。 2、其研究的意义： 确立胼胝体的传递功能，证伪“胼胝体无作用说”； 发现了右半球优势功能，匡正右半球劣势观点；,左右脑半球优势,左脑半球优势： 语言、计算，习惯作逐步分析。 右脑半球优势： 音乐(艺术)鉴别、空间辨别、图象识别、情感表达，习惯整体直观。,胼胝体作用,将两半球意识功能联结成一个单一的统一过程，使二者既相互独立，又相互影响、相互作用即相互补充；既分工合作又相辅相成。 辩证地提出意识的分离与统一，反对右半球无意识的观点。,实 验,让分离脑病人同时看两幅图片： 一是雪景，一是鸡爪，分别投射到右左半球。 另给八幅卡片，要求分离脑病人根据每个半球所获得的信息用手指指出最好的选择。,实验结果,结果表明： 雪景投射到右半球，病人用左手指铁铲的图片； 鸡爪投射到左半球，病人用右手指鸡的图片。 当要求病人对每一种选择叙述理由时，他以说话的方式解释一把铁铲和一只鸡的选择：“鸡爪长在鸡身上，铁铲去清扫雪。 在这种评论性试验中，即使受试者不能非言语性地确认左视野，也很少作出一种刺激性的回答，这主要是右视野左半球阻挡了来自另一半球的反应。,成果评价,（1981年10月9日凌晨3时加州理工学院校长被新闻记者报喜的电话铃声惊醒）这一成果获1981年诺贝尔生理学及医学奖。 理由为“发现了大脑左右两半球在功能上的特化，使我们对大脑结构机能有了崭新的认识。”,斯佩里成功的经验或原因,其成功的经验或原因有： 着力把握实质性问题； 善于选择突破口； 巧妙设计实验方案，精心进行实验； 跟踪前沿成果和方法，构建新的理论。,3.2 科学问题的展开,既有研究方向又有阶段性目标，这是一个连续探索、不断发现问题、提出问题和解决问题的过程。其步骤如下： 发现并提出问题； 进行实验； 对传统理论进行证伪； 提出假说； 检验假说和提出新的理论。 即：问题实验证伪假说新理论,3.2.1 科学问题的概念界定,科学家一般很少从理论上去寻求什么是完美的“科学问题”的概念，但却总能从已有科技背景知识中发现并提出实际存在的问题，同时又总是能提出完美的假说或设计出切实可行的方案，使问题得到圆满的解决。哲学家则通过考察不同科学家研究成果的产生过程，力图描绘出其运行轨迹的共同特征。,一、西方学者关于科学问题概念的解释,1、 Popper、S.Toulmin把问题看作是与矛盾、冲突、差距等相类似的东西。 2、巴瓦柯普尼、查尔斯皮尔斯、岩奇允胤和宫原将平等认为，问题是表示无知并且愿意知道某件事情，它是认识主体想要弄清或力图说明的东西。 3、在Polanyi看来，问题之所以成为问题，是相对于特定认识主体而言的。,二、我国学者的科学问题观,相对于西方学者而言，我国学者对“科学问题”这一概念的界定，无论是从内涵还是从外延都要严谨、周密得多。,1、林定夷先生的观点,提出应首先区分“问题”、“疑难”两个概念，在此基础上再对“科学问题” 这一概念进行界定。 所谓问题是某个给定的智能活动过程的当前状态与智能主体所要求的目标状态之间的差距(P=St-Sp)问题求解则是这种差距的消除。 疑难(Puzzle)指求解的理想与目前能力之间的差距。它包括知识性和科学探索性疑难两大类。前者产生于对科学背景知识的无知，其表明的只是对所提问题的求解理想与个别智能主体当前能力的差距。 后者即科学问题，它产生于对科学背景知识的分析，反映当前科技背景能力和智能主体能力对所提问题的求解理想的差距。 以公式表示为：Ps=I-D(Bs(t),P)+D(b(t),P),2、其他学者的观点,（1）古祖雪：指一定时代的科学工作者基于当时的知识背景发现和提出的关于科学知识体系内和科学实践中需要解决而又未获解决的矛盾。 （2）解恩泽等：科学问题是在某种已经完成了的科学知识（经验上的或理论上的已知事实）基础之上，为解决应该而有可能知道的未知所提出的新的认识任务。 （3）张培林等：科学问题是科学认识主体与科学认识客体之间的矛盾，是在科学认识中需要探讨和解决的疑难和课题。它表现为：科学认识主体在科学探索过程中理想的目标状态与目前现实状态之间的差距。,三、科学问题的结构及其基本特征,（一）科学问题的结构 1、科学问题的结构 此指科学问题中所蕴涵着的问题的指向、研究的目标、求解的应答域(respondent territory)以及疑项等要素及其相互间关系。以集合论形式可表示为： (?) XA(x),YB(y) 式中集合 X=XA(x) 表“问题的指向”=T(S)0,1 (0假,1真) Tr=YB(y) 表“应答域(预设)” (?) 表“疑项”。即X与Tr之间关系的不确定性。 问题的目标即要求通过问题的求解过程以确定某种关系： XA(x)RYB(y),2、科学问题诸要素的作用 其中作为基本要素的应答域(或“问题之解的应答域预设”)具有特别重要的价值:任何具有价值的问题总要求作出具体的应答域预设以明确地指导研究，而泛泛的全域性预设则毫无意义；应答域预设又是可错的，即在应答域内求解则有强力推动作用，反之相反。 问题的指向通过指向问题对象而对科研具有指导性，并客观潜在地决定了问题的解；应答域则通过预设问题解的存在域而如路标般为研究者求解导航，即它主观上明确指示了求解的方向。,（二）科学问题的基本特征,1、探索性。即科学问题是对未知现象、事件、过程及其本质和规律的探求、寻迹和追索，对问题的求解具有反复性、不确定性、可错性和长期性等。 2、混沌性。即主体对问题探求的模糊性和不确定性等。 3、待解决性。即受主客诸条件制约已发现并提出的问题，目前不能解决而需等待将来条件具备时再加以解决。 4、可解决性。在辩证唯物论者看来只存在已知与未知，不存在可知与不可知问题，因而科学问题一经被发现和提出就必定会被解决。 5、可变异性。即受一定条件限制当时以为已被解决的问题又引发出新的科学问题。如母问题引发子问题、子子问题等等。,3.3 科学问题的来源与分类,科学问题究竟是如何产生的？是在怎样的背景条件下由主体发现、提出和加以解决的？其类型具体有哪些？如此等等问题都是科学认识发生的微观机制的重要内容。,一、科学问题的来源,1、来自社会生产的实际需要 如Archimides浮力定律、曹冲称象等。 2、来自实践与实践之间的矛盾与疑难 如光的微粒说与波动说实践之间的矛盾催生了Einstein的“光量子”假说与德布罗意的“物质波”假说，并最终揭示出光的波粒二象性本质。 3、实践与理论之间的矛盾与疑难 天王星轨道摄动和海王星的发现是由新的实践与牛顿力学的矛盾所引发的。 4、理论与理论之间的矛盾与疑难 (1)同一领域内不同理论间;(2)不同领域理论间,5、理论自身内部的逻辑矛盾或悖论 A.A.弗兰克尔认为：若某一理论的公理和推理规则看上去是合理的，但在该理论中却推出了两个互相矛盾的命题；或证明了这样一个复合命题，它表现为两个矛盾命题的等价式，则该理论包含了一个悖论。 其实质是客观事物的辩证性与主观思维的形而上学性，以及方法的形式化特性之间矛盾的集中反映。 它表现为：前提中包含直接错误的第一类悖论；前提中不包含直接错误的第二类悖论。前者如“希帕索斯悖论”等；后者如罗素悖论等。,二、科学问题的类型,研究的视角或角度不同，或者分类的标准不同其类型表现就不同。依据科学问题的性质、研究需要及其方式，以及在目标整体中的地位等，可以将其作如下分类。,（一）理解性与实用性问题,英国学者John Ziman根据理论与应用的关系，把科学问题归结为理解性和实用性问题两类。 1、理解性问题 或称理论性的问题，即与解释现象和理论思维有关，或主体探讨有关科学概念、原理、假说等问题。如物理学中的万有引力、时空相对性和光速不变；生物学中的遗传本质、基因本质及其化学结构等等问题。 2、实用性问题 或称经验性问题，即凡与观察、实验等实践活动相关的问题。如Archimides浮力定律、Tycho,B.的天文观测、Galileo,G.的斜面实验及Darwin,C.随贝格尔号舰环球考察等问题。,（二）常规与非常规性问题,我国学者于祺明根据Kuhn,T.S.关于科学发展模式的观点，提出科学问题包括常规性和非常规性等两类。 1、常规性质的科学问题 此指在科学逐步积累、演化阶段，为充实和完善已有理论体系而提出的问题。例如在牛顿自然哲学的数学原理所规定的经典力学的基本理论框架或范式下，亚当斯(Adams,J.C.)和勒维烈(Leverrier,U.J.J.)所提出的天王星轨道摄动和海王星的发现；瑞士数学家丹贝努力(Bernoulli,D.)和欧勒(Euler,L.)的多质点体系、刚体和流体力学；拉格朗日(Lagrange,J.L.)用变分法得出能概括牛顿力学的普适数学形式等等问题。,2、非常规性质的科学问题 指在科学革命阶段为突破已有的并创造新的理论体系而提出的问题。 例如，为突破托勒密(Ptolepy,C.)地心说哥白尼(Copernicus,N.)提出太阳中心说；Einstein在Newton绝对时空观所潜藏的问题中提出狭义相对论；Lavoisier针对“燃素说”提出氧化说等等。,（三）研究者的一级与二级问题,芬兰学者R.希尔比宁根据问题所属域限不同，将其区分为研究者的一级问题和二级问题。 1、研究者的一级问题 指研究者根据其信念系统试图回答、使研究成为必需的问题，即那些对已有信念系统具有“挑衅性”或“指向信念系统”的问题。 2、研究者的二级问题 指构成研究本身，研究者试图借以改进其信念系统的问题。“二级问题的功能是为一级问题寻找满意的答案”，即通过其解决修正信念系统以消化或解决一级问题。,（四）经验与概念问题,美国著名科学哲学家Larry Laudan依据认识过程的阶段性或层次性，将科学问题分为经验问题与概念问题(参见张功耀.科学技术哲学教程M.长沙:中南大学出版社,2001.4,355-356.)。 1、经验问题 2、概念问题,（五）依据问题表述形式的分类,1、“是什么？”的问题 即what，要求对研究对象进行识别或判定，其答案是对事实的陈述。 2、“怎么样？”的问题 即how，要求从要素构成、性质、相互关系及其规律等方面描述对象状态或过程。 3、“为什么？”的问题 即why，要求分析揭示产生某类现象的原因或行为的目的等。,3.4 科研选题的原则、步骤及其意义,科研选题不是主观任意的选择一个课题，而必须遵循一定原则、按照特定步骤，对本学科前沿所有已发现并提出的或潜在的科学问题，进行层层筛选、反复比较，以及深入分析和严密论证。惟有如此才能真正选择到科学疑难、科学探索性问题，也才能使科研选题具有重大的理论价值和现实意义。,一、科研选题的原则,需要性原则 新颖性原则 合理性原则 可行性原则 效益性原则,二、科研选题的步骤,1、发现问题 2、查阅有关文献资料和进行实验或社会调研 3、建立模型 4、选题论证与综合评价,三、科研选题的意义,（一）科学问题的认识论意义 1、有助于把握科学认识发生的微观机制，并总结科学发现或技术发明的一般规律，以提高发现和发明的自觉性； 2、既丰富和深化辩证唯物主义认识论内容又强化其指导发明创造功能； 3、有助于理解主体与客体的关系及人类认识进步的微观机制； 4、有助于说明该命题与“认识来自实践”并不矛盾。,（二）科学问题的方法论意义,1、科学问题是科学技术个体发育的激发器 2、科学问题是科学技术系统进化的关节点 （三）科学问题转化为科学发现的主体条件 1、要有科学的好奇心 2、要有勇于探索的进取精神 3、要建立优化的认知结构,思考题,1、以科技史中事件为例简述科学认识发生的微观机制。 2、简要说明科学问题的概念涵义、特征、类型及其来源。 3、试述科研选题的基本原则和步骤。,我劝一个草率结婚的朋友离婚。她平静的告诉我，如果说当初鲁莽结婚是个错误。那么，现在草率离婚是一错再错。这位朋友后来还是离婚了，大家一致认为她的行为很理性。 同样的故事正在互联网搜索巨头谷歌身上发生，但是谷歌选择了草率“离婚”。 饮鸩止渴 由于急于抑制苹果iphone手机翻天覆地的产业冲击，谷歌采取急功近利的粗糙型开放策略。饮鸩止渴的策略一时取得了成果。市场研究公司尼尔森最近公布的数据显示，在通过Verizon Wireless、AT&T和Sprint Nextel三大运营商经销后，谷歌Android手机在美国市场上的销售量已经超过iPhone。另一家市场研究公司iSuppli甚至认为，全球范围内使用Android操作系统的手机数量将在 2012年超过苹果iPhone。 表面繁华的背后，是Android生态系统的一团糟，谷歌正在为自己的粗放型开放策略买单。 用户对谷歌手机的态度从开始的好奇、后来的犹豫，变成强烈的批评。“大多Android手机程序都是垃圾，乱七八糟的”，一位手机发烧友迅速投奔了iphone的阵营：“同样的植物人大战僵尸游戏，在谷歌手机和iphone手机上的体验简直没法比” 混乱，还是混乱。一切一切的乱象，折射出谷歌已经失去对Android生态系统的控制。这一切的根源，我的判断是开放策略初期过于宽松，导致失去控制权。混乱的生态系统表现在用户手机上，就是应用程序的混乱和粗燥。 一错再错 为此，谷歌开始采取对策。最近，有国内厂商称新的Android3.0开始关闭应用程序的API(应