《科学理论的创立》PPT课件.ppt

第六章科学理论的创立 2 第六章科学理论的创立 第一节创立理论的思维过程第二节创立理论的思维方法第三节创立理论的思维形态 3 第一节创立理论的思维过程 1 准备阶段 问题的选定 2 孕育构思阶段 问题的求解 3 潜伏顿悟阶段 问题的突破 4 验证完善阶段 问题成果的证明和检验 4 研究者发现和确定目标 形成问题情境 并围绕问题或目标搜集材料 获得尽可能多的关于目标的信息 逻辑思维和非逻辑思维并用 1 准备阶段 问题的选定 5 研究者围绕研究目标 对所获得的各种信息进行思维加工 冥思苦想 致力于提出解决问题的创造性设想 直至思维达到饱和 以逻辑思维为主 2 孕育构思阶段 问题的求解 6 研究者转移思考对象 使对原有对象的思考从意识活动转入潜意识活动 通过不受约束的潜意识思考 以突然出现灵感而顿悟的方式 产生解决问题的创造性设想 逻辑思维和非逻辑思维并用 3 潜伏顿悟阶段 问题的突破 7 研究者采用逻辑思维 有时还要用实验方法 对所得到的创造性设想进行检验 证明和修正 形成比较完善的概念 假设 模型或解决问题的方案和方法 并在理论上加以认定 确认或否定 以逻辑思维为主 4 验证完善阶段 问题成果的证明和检验 8 二 创立理论的思维方法 1 演绎方法 2 非演绎方法 1 分析与综合 2 归纳与概括 3 类比与联想 4 模型方法与思想模型 9 演绎方法 从一般到个别的演绎推理 根本特点 前提与结论间有蕴含关系 现在的演绎方法包括演绎推理和以演绎推理为基础的证明及公理化方法 1 演绎方法 10 一 演绎推理方法 演绎推理是从具有一般性的原理 原则中推出关于个别事物的结论 演绎推理的主要形式是三段论 亚氏三段论 所有M是P 所有S是M 所有S是P P S M分别是三段论的大项 小项和中项前提必须为真 防止假前提真结论 前提必须无法证明 防止解释的无穷倒退前提比结论更为人所知 一门科学的一般规律应该不证自明 前提必须是在结论中所归属的原因 最重要的是因果关系 11 在推理的形式合乎逻辑的条件下 运用演绎推理从真实的前提中一定能得出真实的结论 是一种必然性推理 这是演绎推理的特点 三段论的局限拘泥于主 谓结构 无法处理众多参量和复杂的关系从一般到特殊 未增加知识 但可保持真值传递同一律A等于A矛盾律A和非A必有一假排中律A和非A必有一真 12 演绎推理在科学研究中的作用 1 演绎推理方法是 科学论证 的工具 2 演绎推理方法是作出 科学预见 的一种手段 3 演绎推理方法是 构造假说和理论 的一种方法 4 演绎推理方法是进行 科学解释 的工具 13 数理逻辑 符号逻辑 数理逻辑用一套人工的语言符号表示思维推理的逻辑结构和规律 从而把对思维的研究转变为对符号的研究 这种方法能够摆脱自然语言的歧义性 从而构成象算术那样的严格 精确的演绎 这种方法自莱布尼茨构思以来 经过弗雷格 罗素和怀特海的努力 逐渐成熟 成为重要的逻辑思维方式 14 二 公理化方法 公里化方法是一种重要的演绎方法 公理方法既是整理已有知识的方法 又是构造新的知识系统的方法 公理化方法源于亚里士多德 他认为完美的自然科学体系 应该建立在少数第一公理基础上 经由演绎方法组织起来的概念体系 这就是后来称为公理化的方法 组成公理化系统的一般程序是 选择自明的陈述作为公理制定推理规则 以指导本系统的所有演算依据原初概念推导出新概念 演绎出新的陈述 15 从尽可能少的基本概念 公理 公设出发 运用演绎推理规则 推导出一系列的命题和定理 从而建立理论体系的方法 由公理化方法得到的逻辑演绎体系称为公理化体系 公理化方法 公理化方法产生于数学 16 满足公理的条件 无矛盾性公理化体系要求逻辑首尾一致 完备性所选择的公理能够推出有关本学科的全部定理 定律独立性公理彼此独立 其中任何一个公理不能由其他公理推导出来 17 演绎方法在科学假设的检验过程中发挥着独一无二的作用 也是科学发现的一种重要方法 形式逻辑的演绎推理的前提与结论之间是蕴涵关系 但是 演绎外推完全可以进入还没有被人类考察过的未知领域 勒维列对海王星的预言 门捷列夫对钪 镓等元素的预言 麦克斯韦对电磁波的预言 18 2 非演绎方法在创造思维方法中 除演绎方法是必然性的推理外 其他方法都是带有不听程度的或然性 偶适性和跳跃性 它们是分析与综合 归纳与概括类比与联想 模型方法与思想模型等 1 分析与综合分析与综合是两种基本的理性思维方法 分析过程是对研究对象进行解剖的过程 而综合则是对被分解的要素进行整合的过程 1 分析所谓分析 就是利用思维的分离原则 把研究对象从原来的有机整体分解为各个组成要素 部分 并对这些要素和部分分别进行研究 以达到认识研究对象的本质属性的一种思维方法 2 综合综合方法是把事物的各个组成部分 要素等有机结合起来 以形成一个有机的统一整体 以便从整体上认识事物本质属性的思维方法 它通常是以分析为前提 是科学分析的归宿 20 归纳 从个别或特殊上升到一般 分为完全归纳和不完全归纳 简单枚举归纳和科学归纳 归纳推理虽然结论不具有逻辑必然性 却更明显地表现出是一种由已知进到未知的方法 特别是直觉归纳 更是创造性思维的重要形式 如哥德巴赫猜想的提出 2 归纳与概括 概括是一种不完全归纳 21 一 归纳推理方法 归纳法是从个别或特殊事物概括出共同本质或一般原理的逻辑发现方法 全称归纳法 即以全称命题的形式表述其归纳成果的一种归纳法 完全归纳全称归纳简单枚举不完全归纳科学归纳探明因果联系的归纳 统计归纳 此项的地位不很确定 归纳 22 1 完全归纳法 完全归纳法是根据某类事物的全部对象的考察 而作出关于该类事物的一般性结论的推理方法 例如 化学中关于 所有零族元素都是惰性元素 的结论 九大行星都绕太阳公转 的结论等 完全归纳法的根据是充分的 因为它对每一个对象作了考察 抽取其共性 然后得出普遍性结论 但完全归纳法的创造性是极其有限的 并且这种方法只适用于被考察的对象不多的场合 23 2 简单枚举 简单枚举归纳法即为从若干有限的单称命题集合的前提推出一个全称命题的结论 逻辑格例子 1 1具有性质P 1 铁丝导电 2 2具有性质P 2 铜丝导电 n n具有性质P 5 铝丝导电 凡 皆有性质P 凡金属皆导电 例如天文学上著名的提丢斯 波德定律 24 简单枚举这种不完全归纳法的优点在于 它能够给人们提供超出前提内容的超量信息 是一种重要的创造性探索工具 但它是一种可靠性程度较小的方法 前提真并不能保证结论一定真 这种推理具有一定的或然性 例如有人根据硫酸 H2SO4 硝酸 HNO3 磷酸 H3PO4 都含有氧元素的例子 推出一切酸都含有氧的结论 但盐酸 HCL 氢氟酸 HF 等却是不含氧的酸 25 3 科学归纳 科学归纳推理是简单枚举归纳推理的发展 科学归纳推理是根据对某类中部分对象及其属性之间的必然联系的认识 推出有关该类对象的一般性的结论 例如 凡金属加热体积就膨胀 这一结论的得出 是以根据加热于某些金属 金属就膨胀 而没有遇到矛盾的情况 那末这个结论就是简单枚举归纳推理的结论 但是当我们的研究继续深入 发现物体体积的大小取决于该物体分子之间距离的大小 而加热于金属时 就会引起金属分子之间的凝聚力减弱 相应的分子之间的距离就会增加 于是金属的体积便发生膨胀现象 一旦我们认识了加热与金属体积膨胀之间的这种规律性 必然性或原因时 我们就会得出一个确实可靠的结论 加热于金属物体 其体积都必然发生膨胀 这时我们就是在运用科学归纳推理 26 科学归纳与简单枚举的区别 科学归纳推理和简单枚举归纳推理 在形式上相似 但在实质上是有差别的 首先 科学归纳推理和简单枚举归纳推理的根据不同 科学归纳推理是以认识事物之间的必然联系为根据推出一般性的结论 而简单枚举归纳推理 则只是根据某属性对于某类中一些对象的不断重复而未遇到矛盾情况 从而做出结论 27 其次 二者的结论性质不同 简单枚举归纳推理的结论是或然的 而科学归纳推理的结论 则是可靠的 第三 对于简单枚举归纳推理来说 被概括的事实的数量越多就越能提高结论的可靠性 但对于科学归纳推理来说 事实的数量不起重要作用 因为它是以认识规律性 因果联系为根据 为数不多的几个典型事实 有时甚至是一个 例如解剖一个麻雀 只要是认识了事物的必然性 规律性 就可以使我们进行概括 得出可靠的结论 28 4 探明因果联系的归纳法 主要是穆勒五法穆勒认为任何新知识都来自对经验事实的归纳 没有归纳法 就没有新知识 他贬低演绎法 其理由如下 1 演绎的内容是同义反复 其结论包含在前提之中 如 柏拉图必死 这样的结论包含在 凡人皆死 的前提内 没有告诉我们任何新的内容 2 演绎在形式上犯了 预期理由 petitioprincipii 的错误 演绎推论正确以其前提的正确为保证 这样为了证明前提的正确性 需要无穷回归 除非窃取一个没有论证过的论据作其论据 29 但是归纳法同样面对演绎法的诘难 科学的逻辑必须给人以可靠的知识 但归纳法不能保证必然性 休谟用信念说明必然性知识的来源 但不能保证它的可靠性 为解决归纳逻辑的可靠性问题 穆勒创立 归纳五法 希望这样就可以得到可靠的新知识 1 求同法 themethodofagreement 如果现象A的发生 总是与现象a相关联 则A与a之间可能存在因果联系 30 逻辑格 有关因素被考察对象 1 A B C a 2 A D E a 3 A F G a A与a可能有因果联系例子 1 一米长 A 木制的 B 摆球质量0 5 C 的单摆的振动周期为a 2 一米长 A 铁制的 D 摆球质量1 E 的单摆的振动周期为a 3 一米长 A 铜制的 F 摆球质量1 5 G 的单摆的振动周期为a 单摆的摆长 A 与其振动周期a有因果联系 31 2 差异法 themethodofdifference 如果现象A发生 a现象也相应发生 现象A不发生 现象a就不发生 则现象A与现象a之间可能存在因果联系 如巴斯德液体发酵试验 两瓶同样的液体 一瓶密封 一瓶启口与空气相通 后者发酵而前者否 这说明空气中的细菌作用是液体发酵的原因 32 逻辑格 有关因素被考察对象 1 A B C a 2 B C a不出现 A与a可能有因果联系例子 1 吃粗饲料 含有某种维生素 的鸡的脚正常 2 吃精白米 不含上述维生素 的鸡的脚不正常 鸡的脚的正常与食用某种维生素有关 33 3 求同差异共同法 Jointmethodofagreementanddifference 即上述两种方法的合用 如果A B C等喉症患者因及时注射血清而痊愈 D E F等喉症患者注射同样的血清 但因不及时而失治 这说明注射血清及时与否是喉症治愈与否的原因 34 逻辑格 有关因素被考察对象 1 A B C a 2 A D E a 3 G F a不出现 4 M Q a不出现 A与a可能有因果联系例子 1 豌豆植株有根瘤 种植后土壤中含氮量增加 2 大豆植株有根瘤 种植后土壤中含氮量增加 3 小麦植株无根瘤 种植后土壤中含氮量减少 4 水稻植株无根瘤 种植后土壤中含氮量减少 植株有根瘤与土壤中含氮现象有关 35 4 共变法 Themethodofconcomitantvariation 现象a只有在条件A发生变化而其他条件都无变化情况下 才与A发生相应的变化 则a与A之间可能有因果关系 如波义耳发现 在温度相同的情况下 气体的体积变化与其所受到的压力成反比 从而发现了著名的波义耳定律 36 逻辑格 有关因素被考察对象 1 A1 B C a1 2 A2 B C a2 3 A3 B C a3 A与a可能有因果联系例子 1 取0 A1 时1米长的铜杆 其长当然为1米 a1 2 将上述铜杆加热到100 A2 其长a2超出1米 3 将上述铜杆加热到200 A3 其长a3超出a2 物体遇热 A 膨胀 a 37 5 剩余法 Themethodofbesides 根据已知全部条件 都不足以说明现象a变化的原因 则必有其他某一或一些条件是现象a变化的原因 如海王星的发现就是运用此法 科学家们发现天王星轨道不符合引力理论的偏差 法国人勒威烈与英国人亚当斯就推断天空中必有某一尚未发现的行星 其引力导致了天王星摄动的发生 1846年人们发现了海王星 38 逻辑格 有关因素被考察对象 1 A B C a b c 2 B b 3 C c A与a可能有因果联系例子 1 天王星的运行轨道 正常轨道 偏差 与太阳 太阳与天王星之间的内行星及之外的行星的引力有关 2 天王星的正常轨道与太阳和内行星的引力有关 天王星运行的偏差与外行星 即海王星 的引力有关 39 穆勒五法发展了归纳逻辑 但并没有在理论上根本解决归纳逻辑的可靠性 如求同法 只有考虑到所有的因素时才有意义 如果漏掉一个因素 就无法保证其推论的必然性 另外 多因性的存在也使得这种简单的归纳方法出现问题 在差异法中 多因素的存在 使我们无法判定究竟是哪能一个因素最终导致了结果的产生 探明因果联系归纳法的性质和特征与简单枚举归纳法一样 40 5 统计归纳 统计归纳法是以概率命题的形式表述其归纳成果的一种方法 它是发现大量随机事件的概率统计定律的主要手段 统计归纳法也有完全归纳法和不完全归纳法之分 但大多数的统计概括是应用不完全归纳法的或然性概括 即抽取一部分个体作为样本 由对样本的考察概括出总体的概率统计特性 应用统计归纳法进行统计概括 其逻辑模式为 样本中百分之几的S是P 所以 总体中的百分之几的S是P 例如 19世纪中叶孟德尔的遗传分离定律就是由统计归纳法得出的 统计归纳法的性质和特征与全称归纳法一样 41 6 归纳问题 归纳是从单称命题 观察或实验结果的报告 推导全称陈述 假说或理论 的推理 但从逻辑观点看 无论有多少单称陈述 都不能证明从中推导出来的全称陈述为真 归纳推理能否证明或如何证明就是归纳问题 归纳原理 如果人们在各种条件下观察到大量现象A毫无例外具有性质B 因此凡A均有性质B 归纳主义者如赖欣巴哈认为 归纳原理对科学方法具有头等重要地位 如果排除这个原理 科学就无权把它的理论同诗人心中的幻想和任意创造区分开来 但归纳推理本身的可靠性无法通过归纳方式加以证明 否则就是循环论证 即使是用概率来挽救归纳法 也存在问题 理论包含无限多的陈述 而观察到的陈述总是有限的 因此根据归纳推导出的理论为真的概率总为零 42 休谟的解决 休谟最早提出归纳问题 他把归纳问题分为逻辑问题和心理问题加以解答 他认为我们无法从我们对之有经验的事例中推知我们对之没有经验的其他事例 不管我们看到多少只黑乌鸦 从乌鸦A是黑的 推知乌鸦X是黑的 但作为一个心理学问题 人们由于心理上的习惯 反复和联想的机制 期望没有经验的事例与我们已经经验到的事例一致 没有这种机制 人类就无法生存 如儿童玩火 烫了几次后 下一次碰到火时就会避开 43 波普尔的见解 波普尔把归纳的逻辑问题进行重新表述 他用 检验陈述 即描述可观察事件的单称陈述代替休谟的 我们对之有经验的事例 用 全称理论 代替 我们对之没有经验的事例 这样 归纳的逻辑问题转化为 某些检验陈述或观察陈述是真的能否通过证明某一个全称理论是真的 回答 N 通过某些检验陈述是真的能否证明某一个全称理论是真还是假的 Y 天鹅X非白 凡天鹅皆白 能否根据某些检验陈述是真的来选择某些全称理论 而不是其他理论 Y 据此 波普尔认为 必须把科学理论看作是假说或猜想 因为 44 曾经被归纳证实的定律已被否证 24小时内太阳各升降一次 BC320皮达斯 凡人必死 凡生物必死 细菌分裂 面包给人营养 法国麦角中毒 牛顿理论被爱因斯坦理论推翻波普尔认为休谟没有解决归纳问题 反而导致非理性主义盛行 虽然归纳不存在 我们接受某种 归纳 可错理论 只要不把它当成教条 就是一种合乎理性的态度 45 根据两个或两类不同对象的部分属性或功能等相同或相似 推论出它们的其他属性或功能等也可能相同或相似 一种极为重要的创造性思维方法 3 类比与联想 类比 推理 46 类比推理方法 类比方法是根据两类现象之间在某些方面的相似或相同 推断它们在其它方面也可能相似或相同的逻辑思维方法 类比推理 A有a b c dB有a b c则B可能有d类比推理的基本环节 首先是联想 选择尽可能多相似点的事物作为类比对象 其次是比较 比较其形态 属性 结构 功能 以便从已知事物的推断过渡到未知事物的判断 47 类比推论往往不可靠 法国天文学家勒威烈根据天王星轨道摄动现象 成功地预言发现了海王星 但对于水星轨道近日点的进动现象 在考虑了所有已知天体的摄动影响后 仍有无法解释的偏离 于是勒威烈把水星的进动与天王星的摄动进行类比 认为这可能是一个未知行星的摄动结果 在那之后 许多天文学家热情地寻找这一未知 火神星 但最后大家不得不承认 这一行星并不存在 而我们现在知道 水星进动是一种广义相对论效应 48 类比推理的客观基础是事物之间存在的普遍联系本性 事物的同一性提供了类比的依据 而差异性的存在 则限制了类比推论的可靠性 如果类推的属性正好是两个类比物的差异性 则类比就会发生错误 49 在科学阐述和证明过程中往往起着重要的辅助作用 类比法的应用是运用模型化原则进行科学研究的基础 类比推理在科学研究中具有重要作用 是提出科学假说的重要途径 在解决科学技术问题过程中 类比具有启发思路 提供线索 借助于某种规范 范例 而举一反三 触类旁通的作用 50 汤川秀澍说 类比是一种创造性思维的形式 假定存在一个人所不能理解的某物 他偶尔注意到这一某物与他所熟知的某一他物的相似性 他通过将两者比较就可以理解他在此刻之前尚不能理解的某物 如果他的理解是恰当的而且还没有人达到这样的理解 那末 他就可以说他的思维确实是创造性的 类比推理所得到的结论不具有逻辑必然性 但正因为如此 它为人们的思维过程提供了更广阔的 自由创造 的天地 成为科学研究中非常有创造性的思维方式 51 联想 由一事物想到另一事物的思维活动 也就是将头脑中的意象联系在一起 由一种已知的意象唤起另一种已知的意象 类比思维离不开联想 是借助联想进行的 接近联想 类似联想 对比联想 52 广泛的联想有助于形成和提出有价值的研究目标 联想是围绕创造目标 搜寻和调动头脑中储存的有关知识的途径 联想在科学创造中具有重要意义 灵活的联想是沟通思路 启发灵感 获得解决问题的创造性设想和科学发现的重要条件与途径 53 模型方法 通过模型来揭示原型的形态 特征 本质 从而达到对事物的特定认识目的 原型就是被研究的真实对象 即现实的客观事物 模型 相对于原型 就是被研究对象有关性质的模拟物 相对于将要被创造出来的事物系统 就是 雏型 4 模型方法与思想模型 54 按照模型模拟 再现和替代原型的方式 可将模型分为物质模型和思想模型 思想模型是创造性思维的结果 它将研究对象的本质属性和基本过程以最纯粹的形式甚至以某种极限的状态呈现出来 实物模型 实在模型 物理模型 形象模型 由物质性东西构成的与客体原型有某种相似的物质实体 为了从事科学研究而建立的对原型的高度抽象化了的思想客体或思想事物 如质点 原子模型等 55 可突破客体对主体的限制 有助于人们对宏观世界 微观世界和宇观世界认识的深入 可突破传统逻辑思维方法的限制 有助于想象 类比 模拟等非逻辑思维方法的发展 可将研究对象 理想化 在思维中塑造 理想模型 设计 理想实验 充分发挥人的认识的目的性 预见性和能动性 模型方法在科学研究中具有重要作用 思想模型的一种极端情况是理想模型 具有某种极限特征的理想客体或理想事物 如质点 理想刚体 理想气体等 理想黑体 理想循环等 56 第三节创立理论的思维形态 1 抽象思维与形象思维 2 收敛思维与发散思维 3 顿悟 直觉与灵感 1 直觉 2 灵感 直觉和灵感的方法论意义 57 抽象思维以概念为基本要素 是在概念及其判断的基础上进行的推理 形象思维以意象为基本要素 是在意象及其联想 想象 和典型化的基础上进行的推理 抽象思维通常是线性的 串行的 形象思维通常是非线性的 并行的 1 抽象思维与形象思维 这是最常见的两种思维形态 58 在科学思维中 抽象思维和形象思维是相互补充 相互渗透 相互转化 相互交替 相互促进的 在逻辑方法还走不通的地方 科学就要用非逻辑方法开辟新的道路 非逻辑方法打开通路后 又必须及时地在从旧认识到新认识之间的 深渊 上架起 逻辑的桥梁 59 发散性思维 或称 求异思维 在解决问题时 思维能不拘一格地从仅有的信息中尽可能扩展开去 朝着各种方向去探寻各种不同的解决途径和答案 2 收敛思维与发散思维 特点 流畅性 灵活性 独特性 60 收敛思维是集中型或直线型的思维 是在已知前提下从一些实事中引出唯一的或可接受的最好的结果 也称 求同思维 或 封闭思维 收敛思维 或称 辐合思维 求同思维 在解决问题的过程中 思维能尽可能利用已有的知识和经验 把众多的信息逐步引导到条理化的逻辑系列中去 从所接受的信息中产生逻辑的推论 61 发散思维和收敛思维是既对立又统一的 是不可分割地联系在一起的 一方面 只有收敛 才能发散 另一方面 只有发散 才能更好地收敛 发散思维和收敛思维的优化综合是一切创造性思维的共性特征 创造力较高的人兼有发散思维和收敛思维两种能力 62 在已有知识和经验的基础上不受某种固定的逻辑规则约束而直接领悟事物本质 对客观事物的本质特征和普遍规律的直接领悟的深刻理解 这种领悟和理解取决于经验的积累 只有当经验积累达到融会贯通产生 共鸣 时 直觉的领悟和理解才能发生 1 直觉 直觉 63 直觉具有思维的非逻辑性 过程的自动性和信念的坚定性三个基本特征 直觉过程不是根据一定的逻辑规则一步一步进行推理的过程 而主要是依靠头脑中知识和经验的积淀 提取 重组 依靠思维洞察力 去直接猜测 判断 理解和把握对象 主体无需有意识的意志努力就能够自然而然地 直接迅速地做出判断 是在不知不觉中得到关于问题的直觉洞察或顿悟的 64 直觉思维是指不受某种固定的逻辑规则约束而直接领悟事物本质的一种思维方式 直觉是一种心理体验 有时称为灵感 它是主体的创造力突然达到超水平发挥的一种特定心理状态 在直觉与灵感