自然辨证法第5讲上.ppt

第5讲科学与科学方法论 上 第二篇第4 5章 萨日娜Email baosrn 科学史与科学文化研究院 上讲回顾 人与自然的基本关系人与自然关系的协调可持续发展 本讲内容 科学的本质科学方法科学问题科研选题 1543年 近代科学从自然哲学母体中诞生1543 比利时医学家A 维萨留斯所著 人体的结构 出版首次否定盖伦关于血液通过心脏中膈细孔而运行的论点 并作了其他修正 创立近代人体解剖学 1543年 波兰天文学家哥白尼的 天体运行论 出版 天体运行论 是一本讲述哥白尼天文学说的著作 1506年 哥白尼在回国任教士不久 开始写作 天体运行论 1512年 哥白尼把他任职城堡西北角的箭楼建一所小型的天文台 用自制简陋的仪器进行天文观测 计算 研究 他在 天体运行论 一书中所引用的27个观测数据 大部分是在这里记录下来的 约在1536年 哥白尼写成了 天体运行论 创立了 日心说 地动说 科学的本质与科学的方法 科学的本质科学概念的历史演变在梵语中 科学指的是 特殊的智慧 在希腊文中 本无科学这个词 但有知识 episteme 一词 在拉丁文中 科学 一词即学问或知识的意思 Scientia 明治维新时期 日本哲学家西周首先使用 科学 一词 之后学者福泽谕吉把英文中的Science译作 科学 中国学者将 Science 翻译成 格物致知 格 推究 致 求得 穷究事物原理 从而获得知识 礼记 大学 致知在格物 物格而后知至 康有为在介绍日本书目时 首先使用了科学严复在翻译 天演论 原富 时 将 Science 译成科学 12世纪宇宙论者威廉 最早尝试给科学定义 科学是一种知识ScienceisEpisteme 产生过深刻影响知识是科学的产物 科学不是静态的知识体系 而是动态的创造知识的社会活动技术史研究者C 辛格 科学是我们精神的主要活动之一 科学可被认为是我们用以考虑我们世界的一种方式 科学是创造知识 而不是知识本身 科学学创始人贝尔纳在 历史上的科学 指出 科学可作为 一种建制 一种方法 一种积累的知识系统 一种维持或发展生产的主要因素 构成我们的诸信仰和对宇宙和人类的诸态度的最强大势力之一 英国科学哲学家查尔默斯在 科学究竟是什么 的专著中 对科学性质的现代观点作了一个简单 明了和初步的介绍 但他对 科学究竟是什么 仍感迷惑 他说只是 始于迷惘 终于更高水平的迷惘 默顿认为 科学是一个易于引起误解 涵义极为广泛的名词 它通常用来表示 证明知识可靠性的一种独特的方法 贮存从应用这些方法产生出来的累积知识 一套支配所谓科学活动的文化价值和惯例 上述各项的任何组合 科学的一般规定 科学作为一种活动 它表征了人类探索自然的性质 规律的实践活动 作为一种知识体系 它表征了科学认识活动的最终成果 作为一种社会建制 它指科学活动具有自身的职业化的组织研究机构 是一项重要的社会事业 作为一种生产力 它表征了人类利用自然 控制自然 驾驭自然的能力 作为一种人与自然的对话 则是指主体的人参与同客体的自然的相互作用 而客体的自然也只有通过主体的人参加的活动来揭示 自然科学的基本特性1 自然科学是一种特殊的社会意识形态自然科学是一种创造性的智力活动 其产品是观念形态的知识系统 因此 自然科学一般被看作精神现象 属于社会意识领域 当然 它不同于社会上层建筑中的政治 法律 哲学 道德 艺术 宗教等一般的社会意识形态 自然科学研究的是自然事物和自然现象 揭示的是自然规律 它本身是没有阶级性的 在自然事物和自然现象面前 不同阶级的人可以总结出相同的自然规律 形成相同的理论 2 自然科学是第一生产力在知识形态上 科学是一般社会生产力当科学进入生产过程 它是直接生产力自然科学作为知识和智力因素渗透到生产力诸要素中 转化为直接的 现实的生产力 现代科学为日益复杂的生产管理提供了方法和手段 通过科学管理转化为直接生产力 表现为生产效率的提高 科学活动与生产活动相互渗透 相互溶合 使得科学成为现代生产中必不可少的因素 科学发展的一般模式 一 科学发展的不平衡规律1 科学中心转移论1939年 贝尔纳在 科学的社会功能 一书中最先提出科学中心的概念 认为没有长盛不衰的科学中心 科学中心总是随着民族的经济 文化的兴衰消长而转移的 1962年 日本科学史家汤浅光朝在 科学活动中心转移 一文中运用历史比较法和数量分析法进一步揭示了科学中心转移这一规律性现象 汤浅 现象 如果把一个国家科学成果超过同期内全世界科学成果的25 作为它成为世界科学活动中心的标志 那么 自近代科学诞生以来 世界科学活动中心是按以下序列作历史转移的 意大利 1540 1610年 英国 1660 1730年 法国 1770 1830年 德国 1810 1920年 美国 1920 至今 科学活动中心转移现象 亦称为 汤浅 现象 它告诉人们 一个国家保持科学兴隆期平均为80年左右 2 指数 逻辑曲线增长论 普赖斯发现 科学期刊每隔50年数量增加10倍 据此 他得出一个科学知识 按指数增长的规律 普赖斯在1963年出版的 小科学 大科学 一书中 提出了 指数 逻辑曲线增长论 按照 指数 逻辑曲线增长论 科学的发展是随时间呈S型变化的 其制约条件有 一是指数增长的基础 通常是零 二是增长的极限值 所谓极限值实际上是指科学发展进入一定阶段后 科学发展呈饱和状态 这标志着科学革命的临近 3 带头学科更替论所谓带头学科 即在一定时期 由于科学发展的不平衡性 而产生一门或一组学科发展较快 走在其它学科前面 并对其它学科以及整个科学的发展起着先导和带动作用 这一门或一组学科就称为带头学科 带头学科通过为其它学科输送新思想和新方法等而实现其带头作用 带头学科三个特点 更替性 某一门 或一组 带头学科完成了它对整个科学发展的带头作用之后 便让位给其它一组 或一门 学科 自近代科学诞生以来 其更替顺序是 力学 化学 物理学 生物学 微观物理学 控制论 原子能科学 宇宙航行学 加速性 即指带头学科的更替周期不断加速缩短 从17世纪开始到20世纪70年代 各带头学科带头周期依次为200年 100年 50年 25年 由此 凯德洛夫归纳出一个更替周期的经验公式 Tn 200 2n 1n为带头学科的顺序号 为第n个带头学科起先导作用的延续时间 根源性 带头学科的出现 取决于社会实践的需要和科学自身发展的内在逻辑及其相互作用 二 自然科学发展的一般模式1 波普尔的证伪主义模式波普尔认为 科学的发展是一个不断变化的历史过程 是通过 问题 假说 否证 新问题 的四段认识模式而发展的 用公式表示则为 P1 TT EE P2 P1表示问题 Problem TT表示试探性理论 TentativeTheory EE表示批判性检验 排除错误 Elimination P2表示新的问题 2 库恩的历史主义模式1962年库恩在 科学革命的结构 中提出科学发展模式 前科学 常规科学 科学反常 科学危机 科学革命 新的常规科学 在常规科学期间 科学的发展表现为平稳地积累事实 发展规范的细节 应用规范去解决科学中发生的问题 在科学革命时期 科学家试探各种解决危机的办法 什么都试试看 新规范终于应运而生 3 拉卡托斯的科学研究纲领模式拉卡托斯提出 具有内部结构的科学研究纲领 它由相互联系的 硬核 保护带 和 启示法 所组成 硬核 是科学研究纲领的核心部分 包括基本假设和基本原理 硬核 是坚韧的 不容反驳的 保护带 是科学研究纲领的外围弹性地带 是保护硬核免遭反驳而提出的辅助性假说的集合 启示法 是形成研究纲领的方法论 包括 1 保护硬核的反面启示法 2 完善和发展纲领的正面启示法科学研究纲领的进化阶段 退化阶段 证伪 取代阶段 新的研究纲领进化阶段 科学研究的方法论框架 一 科学方法论按照抽象性层次划分 科学方法可分为 1 普适性的哲学方法2 一般研究方法3 特殊研究方法科学方法论是关于自然科学一般方法规律性的理论 它的基本研究对象是科学研究中的一般研究方法 二 科学研究的一般过程1 经验主义的科学研究一般过程 亚里士多德 观察 归纳 一般原理 演绎 解释 预言弗朗西斯 培根 增加了实验的环节观察 实验 归纳 一般原理 实验 演绎 解释 预言 2 批判理性主义的科学研究一般过程 爱因斯坦 直接经验 非逻辑思维 假设 演绎 命题 实验验证 波普尔 问题 创造性思维 假设 演绎 命题 检验 证伪 新问题 科学问题和科研选题 科学研究首先必须确定科研课题 而科研课题又来自于科学问题 正因为存在没有解决的问题 才需要我们去从事研究工作 科学问题 一 科学问题及其规定性科学问题是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 科学问题包含着一定的求解目标和应答域 但尚无确定的答案 二 科学问题的分类根据认识层次划分 概念问题 内部概念问题和外部概念问题经验问题 人们对所观察到的自然界中的任一现象感到新奇或试图进行解释时出现经验问题 根据科学问题与背景知识两方面内容的关系划分 常规问题 是指在维持原有理论框架的前提下提出的有待解决的疑难问题 这些问题的解决将使原有的理论体系更加充实 完善和系统化 反常问题 是在拒拆已有理论框架的前提下提出的与原有理论不相容的有待解决的疑难问题 这些疑难问题的解决意味着科学理论一场深刻的革命 三 科学问题的来源1 实践与理论之间的矛盾水星近日点摄动每百年1 33 20 万有引力1 32 27 相差53 为什么 2 理论自身内在的逻辑矛盾悖论 AB新概念和新理论的产生 B佯谬 A A弥补理论本身的缺陷 3 不同理论 学派或观点之间的矛盾4 现有理论不能满足社会需求产生的矛盾5 交叉学科之间的空白区发现问题 四 科学问题在科研中的地位科学始于问题 而非观察科学问题是科研工作的基础 是科学研究的起点与归宿 科研选题 一 科研选题科研选题 就是形成 选择和确定所要研究和解决的课题 科研选题就是依据选题原则和主客观条件 从众多科学问题中选择和确定符合一定要求的问题作为科研课题的活动 科研问题和科研课题的区别课题是众多问题中要付诸实践的问题时发散式的 课题是收敛式的问题的提出可以有原始的 粗浅的 错误的成分 而课题需要接受科学实践的检验 二 科研选题的重要性科研选题关系到科学研究的方向 目标和内容 直接影响科研的途径和方法 决定着科研成果的水平 价值和发展前途 爱因斯坦指出 提出一个问题往往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 从新的角度去看待旧的问题 却需要有创造性的想象力 而且标志着科学的真正进步 三 选题的基本原则需要性原则科学性原则创造性原则可行性原则 科学事实和观察实验 认识科学事实的特点和规律性了解科学事实在科学认识中的地位和作用掌握搜集科学事实的各种方法分析这些方法的认识论意义及其问题以上为科学方法论研究的重要内容 一 科学事实的规定性客观事实 客观存在的事件的现象和过程 经验事实1 物质客体与科学仪器相互作用结果的表征 经验事实2 对表征的陈述与判断 我们所说的科学事实就是经验事实2 二 科学事实的可错性科学事实与物质客体的本性有关科学事实与人所设置的认识条件有关科学事实与人采纳的概念系统有关所以 科学事实属于认识论的范畴 存在着可错性 三 科学事实应该满足的条件科学事实应该是个别性陈述科学事实应该可重现可复核科学事实应该比较精确系统 四 搜集科学事实的一般方法1 调查研究方法直接调查是获取生动直观的经验事实的基本方法 到广阔的自然界中去搜集和积累天然资料 是获取第一手现实资料的重要来源 间接调查主要指从科学文献资料中搜集科学事实的方法 文献资料的内容包括 教科书 专著 会议论文集 最近进展丛刊 期刊 学位论文 专利文献等 2 观察方法科学观察方法是在自然发生的条件下 有目的 有计划 有选择地对自然现象进行考察和描述的一种方法 观察方法的特点 在自然发生的条件下具有明确的目的性有计划的系统观察 观察方法的作用 搜集科学事实证明或反驳科学假说 光线通过大质量天体附近时被弯曲的示意图 1915年已在柏林普鲁士科学院任职的爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1 74角秒 1919年5月29日发生日全食时进行检验光线弯曲的观测英国人为那次日食组织了两个观测远征队 一队到巴西北部的索布拉尔 Sobral 另一队到非洲几内亚海湾的普林西比岛 Principe 爱丁顿参加了后一队 1919年11月两支观测队的结果被归算出来 索布拉尔观测队的结果是1 98 0 12 普林西比队的结果是1 61 0 30 1919年11月6日 英国人宣布光线按照爱因斯坦所预言的方式发生偏折 还有一个故事也广泛流传 说的是当光线弯曲预言被英国人的日食观测证实的消息传来时 爱因斯坦正在上课 一位学生问他 假如他的预言被证明是错的 他会怎么办 爱因斯坦回答说 那么我会为亲爱的上帝觉得难过 毕竟我的理论是正确的 哈勃望远镜去年拍摄的爱因斯坦环 2011年12月27日 据美国国家地理网站报道 美国宇航局和欧洲航天局等机构近日发布了最近一周精彩的太空照片其中包括 最新发现的年轻脉冲星 亚特兰蒂斯 号航天飞机驾驶舱仪表最后一次被打开情景 宇宙中形成罕见的爱因斯坦环等 图片显示 一个巨大的红色星系被包裹在一个呈部分蓝色的环形中 这块宇宙 马蹄铁 其实是一个遥远的巨大星系 它的光线已经因为被前景中红色星系强大引力的拉扯而放大变形 爱因斯坦环 很罕见 因为它的形成需要星系与