自然辩证法课件第6章科学发现的基本方法.ppt

第6章 科学发现的基本方法,6.1 演绎法和约定论 6.2 归纳法及归纳问题 6.3 科学问题及科研选题 6.4 科学问题的人工智能求解途径 6.5 科学发现的其他方法,什么是“哲学”的讨论方式？,通过逻辑论证的方式谈论万事万物的理由 核心的概念范畴： Being：being as being,cause,reason,逻辑论证的基本规则,It is and it is impossible for it not to be. 存在者存在，不可能不存在。 A thing cannot at the time be and not be 一个东西不可能既在又不在。,哲学学科的特征,reason reasoning rationality,logos,本体论,认识论,逻辑学,美 学,论证,有效论证：遵循逻辑规则的论证 充分论证：前提为真的有效论证 成功论证：包含非形式化论证要求的充分论证 哲学论证：具有说服效果的有效论证,演绎论证,所有M都是P， 所有S都是M， 所以，所有S都是P,所有巧克力都是可以吃的， 所有石头都不是巧克力， 所以，所有石头都是不可以吃的。,所有猫是狗 总统是猫 总统是狗,形式化论证,如果今天是周二，那么今天是周二 今天就是周二， 所以今天就是周二,本章的主要问题,1、科学认识的基本模型是什么？ 2、问题在科学研究中的作用与意义 3、科学发现还需要什么什么其他的方法？,1、科学认识的基本模型是什么？,归纳主义的科学认识模型 演绎主义的科学认识模型,科学是导源于事实的知识,A：科学必须建立在我们能够看到听到和触摸到的东西之上，而不是建立在个人意见或思辨想象之上。 B：如果将我们从这个事实基础推到构成科学知识和理论的推理是可靠的，那么就可以认为这样得到的知识本身是牢靠地建立的和客观的,归纳主义的科学认识模型,（1）归纳的推论过程 （2）归纳主义的认识模型 （3）归纳问题,（1）归纳的推论过程,完全归纳的一般推论形式 简单枚举归纳的一般形式 科学归纳的一般形式,完全归纳的一般推论形式,已知某一类对象S由S1、S2、Sn 组成，并且： S1是P S2是P Sn是P 所以，所有S都是P,科学归纳的一般形式,S1是P S2是P Sn是P （S1，S2 ，Sn是S类的部分对象，并且S与属性P有必然联系） 所以，所有S都是P,归纳主义的认识模型,通过观察得到事实,归纳,定律或定理,预见和解释,演绎,归纳主义的认识模型,observation,classification,generalization,prediction,方法论特征,1、根据：归纳推理 2、前提：足够可靠的归纳事实 3、基本理论依据： 可靠的经验事实 根据足够多的归纳事实所做的归纳概括（涉及归纳推理）,问题所在,事实的性质及科学家如何得到这些事实 ？ 如何从既得的事实得出、推导出构成知识的定律和理论？ 归纳问题,归纳的一般形式,S1是P S2是P Sn是P （S1，S2 ，Sn是S类的部分对象，并且没有遇到反例） 所以，所有S都是P,第一次碰破足趾某处，头痛好了 第二次碰破足趾某处，头痛好了 (没有出现相反的情况，即碰破足趾某处，而头痛不好) 所以，凡碰破足趾某处，头痛都会好,以前每天观察到太阳东升西落 所以太阳总是东升西落，或者明天太阳也将东升西落,？,摩擦,生热,摩擦,？,归纳问题,归纳问题的表述： 由单称陈述过渡到全称陈述在逻辑上如何得到合理辩护？ - 根据已观察到的事件来推论尚未观察到的事件在逻辑上是否合理？,归纳的辩护,归纳的演绎辩护 归纳的分析辩护 归纳的实践辩护 归纳的归纳辩护 归纳的概率辩护,归纳的演绎辩护,归纳论证的前提自然齐一性原理 自然界是有规律的、齐一的，因而有限范畴成立的规则性将适用于普遍时空范围 ？我们如何知道自然齐一性？ 这一原理如何帮助我们演绎证明自然的齐一性呢？,归纳的分析辩护,归纳推理本身是一种推理准则，追问推理准则是否合理这个问题意义 赋予归纳推理先天的分析真、定义真，能够作为无可怀疑的科学前提,归纳的实践辩护,遵从归纳原理来认识自然是一种行动，行动的合理辩护在于它是否达到了目的 将归纳看作是认识自然规律成功的必要条件实践是检验真理的必要条件,归纳的归纳辩护,归纳原理在场合1成功地起作用； 归纳原理在场合2成功地起作用； 归纳原理在场合3成功地起作用； 结论：归纳原理总是起作用,用归纳论证的成功来支持归纳论证的未来可靠性 归纳辩护只能够是经验辩护，在逻辑范围之外人们必须接受归纳的循环论证,归纳的概率辩护,If m/n observed As are Bs , then infer (inductively) that m/n As are Bs. 如果m/n 的A在各种条件下被观察到，而且这些被观察到的A都无一例外地具有性质B，那么m/n的A都具有性质B,归纳论证的困难,归纳论证无法得到逻辑上的合理辩护 归纳论证本质上是不保真的、或然的论证，即前提的真不能够保证结论就一定为真,归纳方法的意义,归纳是人类采取的主要认知策略，它对于人类来说具有实践必然性 归纳的认知策略有助于人类从经验的重复中建立起某种确实性和规律性,归纳问题的启示,归纳法（除数学归纳法以外）从来就不是检验真理的标准，而是探索规律的工具 从经验观察上升到普遍原理并不存在合理的逻辑通道 科学理论不可能从真的观察陈述中有效推导出来,归纳主义模型面临的困难,观察的理论渗透问题 归纳推论的合理性问题,在该材料中，开普勒为什么要修改火星圆形轨道的假定？这说明了什么？ 在开普勒是怎样得到行星运动第一定律的，这是一个怎么样的过程？,演绎主义的认识模型,problem,conjecture,experiment,elimination,对归纳主义认识模型的质疑,观察是理论渗透的，非中立、客观的 科学理论只能够被证伪而不能够被证实 我们是通过一种非归纳的程序获得知识,假说演绎方法证伪主义,Given if p then qand not q, then infer (deductively) not p. (p q) q p,演绎推理方法,演绎推理的一般形式 自然语言中的各种条件句：“如果，那么”，在逻辑中一般表示为： “A B”（前提 结论） A: 前件 B: 后件,演绎论证,所有M都是P， 所有S都是M， 所以，所有S都是P,所有诗人都是文学家，有的文学家是诗人，张中是文学家，那么： A张中是诗人 B张中不是诗人 C张中可能是诗人 D张中不是文学家就是诗人,演绎推理的特点,演绎的结论包含在前提之中 结论不提供超出前提所涉及的知识范围 演绎推理是必然推理 演绎推理是保真推理 演绎推理是形式推理,归纳与演绎的关系,主要区别 在前提真的条件下，前提与结论之间的关系 前提真是否保证结论真 或然 必然 前提是否包含了结论 拓展 包含,2、问题在科学研究中的作用和意义,问题在科学研究中的作用 什么是真正的“问题”？ 科学问题的来源 科研选“题”的意义,提出一个问题是否比解决一个问题更为重要？,问题在科学研究中的作用,科学和知识的增长永远始于问题，终于问题愈来愈深化的问题，愈来愈能启发新问题的问题 卡 波普尔,科学问题是科学发现的起点,波普尔的发现模式： P1 TT EE P2 P1： 问题 TT： 试探性理论 EE： 排除错误 P2： 新的问题,问题在科学研究中的作用,（1）从方法论上来看，真正推动科学家做出进一步发现、起原动力或动因作用的出发点是问题 对科学认识起点的理解，往往是从推动科学研究进一步发展的原动力的角度上来做出理解，而不是对时间先后顺序的追问,“我终于发现了一种光，我不知道是什么光，无以名之，就把它叫做X光吧” 伦琴（德国维尔茨堡大学校长、物理学家）,科学研究中是先有观察还是先有问题？,观察,分类,概括,预言,问题,猜想,实验,排除错误,归纳的认识过程,演绎的认识过程,问题在科学研究中的作用,（2）从时间顺序上来看，观察不但可以先于问题，而且可以引起问题。但是，只有当一定的观察与一定的理论背景相关联时，才构成真正的科学问题,只要一门科学分支能提出大量的问题，它就充满着生命力；而问题的缺乏则预示着独立发展的衰亡和中止 希尔伯特,问题在科学研究中的作用,（3）科学问题的提出往往意味着现有知识对现象解释上的缺失或出现矛盾 问题是科学认识形成过程的核心，在科学认识的形成中起着支配作用,什么是真正的“问题”？,今天吃饭了吗？ 真理是什么颜色的呢？ 5只羊加6只羊等于多少只羊？ 如何设计永动机？ 生命的起源是什么？,科学问题的理解,Problem = Question？ 科学问题与特定背景知识、理论是否相关联？ 在一个科学问题中是否预设了问题解决的指向（如何提出一个好问题）？,B,p,x,ps,c,科学问题的界定,科学探索中还没有得到解决或没有得到答案(解释) 的疑难或矛盾,科学问题的来源,来自科学外部的矛盾 来自科学内部的矛盾,科学问题 来自科学内部的矛盾,1、原有科学理论与新的科学事实的矛盾 2、科学理论内部的矛盾 3、科学理论之间的矛盾,燃素说与燃烧氧化学说,燃素说（Phlogiston) - 燃素：一种与火和火质有关的物质微粒 - 金属锻烧 = 分解反应 金属 燃素+金属灰 （分解过程）,理论解释与事实之间的矛盾,- 如果燃烧是一种分解反应，那么燃烧之后重量就会减少 - 金属燃烧后重量却增加了,理论内部的矛盾,- 燃素说假定：如果一种物质的失去，造成了重量的增加，那么失去的物质必定具有负的质量 - 燃素具有正、负质量,理论与理论之间的矛盾,牛顿力学 - 地球上的一切物体都无一例外地被引力吸向地球 - 一切物体都有重力质量 - 重量与质量是两个等价的范畴，而且质量是不变的,燃烧的氧化学说 - 燃烧 = 结合反应 金属+空气 金属灰,科研选“题”之意,1、需要性原则 2、创新性原则 3、科学性原则 4、可行性原则,3、科学发现的其他方法,约定主义的认识模型 回溯推理的模型 类比方法 科学隐喻 科学直觉,约定主义的认识模型,基本表述： 经验事实并非被证实为真的，而是我们约定它为真，约定它有用，其自身无所谓真假 经验事实不是对理论真理性的反应或建构，而是帮助整理经验材料的有效方法,约定主义 约定主义强纲领 约定主义弱纲领 真正的约定主义认为没有客观的知识和客观真理,回溯推理,puzzlement,speculation,anticipation,explanation,q （经验事实） 如果p，那么q （隐含前提） 所以，可能p (结论）,(1) 相关的经验现象P、经验定律L (2) 如果H(设定的原理定律型假说)为真，则P或L可被解释 (3) 所以，有理由认为H为真,1844 年,德国天文学家培塞尔研究天狼星在天空位置的变化,发现天狼星的位移具有周期性的偏差度,忽左忽右地摆动,培塞尔根据有关天狼星的观测资料和万有引力定律,对天狼星位置的摆动做出猜测性论断,认为天狼星有一个我们未知的光度较弱而质量很大的伴星,它们两者围绕着共同的引力中心运行,正是由于这个伴星的引力而使天狼星的位置忽左忽右,具有周期性的摆动现象,回溯推论的过程：,经验事实的发现(E)“天狼星的位移具有周期性的偏差度,忽左忽右地摆动”,推论隐含前提、假定(H E) 根据相关的天文学知识断定了这样一个相关联的命题:“天狼星有一个我们未知的光度较弱而质量很大的伴星,它们两者围绕着共同的引力中心运行,正是由于这个伴星的引力而使天狼星的位置忽左忽右,具有周期性的动现象”,得到相关假说(H) “天狼星有一个我们未知的光度较弱而质量很大的伴星”,1862 年,新的大型望远镜制造出来了,天文学家观测到天狼星果然有个伴星 根据星光的光谱分析,又进一步支持了培塞尔关于天狼星摆动现象的假说,皮尔斯在谈到科学研究三个阶段所使用的三种不同的逻辑方法时认为: (1) 通过回溯推理的方法形成和发现假说 (2) 通过演绎从假说中推出可检验的命题 (3) 用归纳和实验使假说合理化,类比方法,根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相似或相同，从而推出它们在其他方面也可能相似或相同的方法,类比的推理形式,对象 A 具有属性 a、b、c、d 对象 B 具有属性 a、b、c 所以，对象 B 很可能具有属性d （注：a、b、c与a、b、c分别相似或相同）,类比论证有效性的判定,（1）A与B 在上述相关方面是相似的； （2）已知A具有属性d为真， 如果a,b,c与 d 相关，且为d因果相关时； （3）那么，B具有属