8－科学问题和科研选题.ppt

自然辩证法课程,第八讲科学问题和科研选题主讲姚莉萍同济大学法政学院,第1页,教学相长开拓创新,马克思主义理论部,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,本讲内容,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第1页,马克思主义理论部,本讲主要讨论三方面的内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,一、科学问题,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第2页,马克思主义理论部,人类要认识外部世界就必然会提出各种问题。因此，人类获得关于外部世界各种知识的过程就是不断提出问题和解决问题的过程。提出问题是科学活动能否获得成功的关键环节。“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。”（爱因斯坦）,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第3页,马克思主义理论部,1、科学问题的含义“科学问题”：科学主体在一定的“科学背景知识”下提出的关于科学实践和科学认识中所遇到的需要解决而又尚“未解决”的矛盾。即根据科学知识背景的分析而提出的科学中需要解决的问题。因此，作为一个科学问题，它应包括：事实基础、理论背景求解目标求解范围相应地，科学问题具有三个基本特征：时代性指向性应答域如“艾滋病是由什么病毒引起的？”这个科学问题，其研究方向和求解目标是“引起艾滋病的原因是什么？”，而应答域则是“病因在病毒范围内”。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第4页,马克思主义理论部,A、时代性科学问题与时代背景相适应。如，当人们不知道自然界的物质系统存在原子和分子这一层次时，就提不出关于原子和分子的问题；牛顿时代提不出“统一场论”的问题，道尔顿也提不出“夸克禁闭”的问题。同一科学问题，在不同知识背景下，其内涵深度不同。如关于遗传的本质，在孟德尔时代是“遗传因子”问题，在摩尔根时代是“基因”问题，而在沃森和克里克那里则成为DNA分子的结构问题。不同时代的背景知识决定着科学问题的性质和解决科学问题的途径。如关于宇宙起源，以前主要是哲学或神学的问题，被视为非科学问题；当用爱因斯坦广义相对论来研究宇宙问题后，尤其是大爆炸学说的提出和粒子理论学介入后，宇宙起源转变成了一个科学问题。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第5页,马克思主义理论部,B、指向性科学问题不是漫无边际的，而是包含着一定的研究方向和求解目标。指向性一般大致地指出问题之所在、研究应该朝那里进行、研究应该或可能取得什么样的结果。C、应答域“应答域”是对问题答案范围的限定。应答域必须确定，且必须是非空集，可分三类：“全域”：对答案范围没有任何限制。全域型的答案一般不会发生错误，但对科学研究的指导作用较差；“类域”：对答案范围给出一定程度的限定。限定的越具体，对科学研究的指导作用就越强，同时发生错误的可能性也越大；“特域”：限定为某个具体答案。这类问题虽然已给出答案，但仍是问题，只不过其答案是假定性的，通常被称作科学假定。问题应答域的三种形态表现了科学问题发展的不同阶段，科学问题沿着从全域到类域再到特域的方向发展。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第6页,马克思主义理论部,2、科学问题的类型依据不同的标准，科学问题可以划分为不同类型正确问题和错误问题真实问题和虚假问题待解问题和已解问题科学问题和非科学问题常规问题和反常问题,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第7页,马克思主义理论部,A、正确问题和错误问题“正确问题”是指根据问题的预设在其应答域内有解的问题。“错误问题”则是指根据问题的预设在其应答域内无解的问题。问题不像命题做出了一定的判断，因此，问题的正确与否不是指判断意义上的对错，而是指问题本身的预设是否正确，问题的答案是否存在。如“永动机是如何工作的？”这一问题，是以“永动机存在”为预设的，而在“客观世界”这个应答域内根本不存在违背能量守恒定律和热力学第二定律的永动机，因此，这个问题是个错误问题。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第8页,马克思主义理论部,B、真实问题和虚假问题“真实问题”是指其答案可由实践证实或证伪的问题。“虚假问题”则是指不可能由实践来回答，其答案既不能证实又不能证伪的问题。鬼神问题是不能用实践来检验的，是虚假问题。伪科学问题也是虚假问题。所谓伪科学，是指内容本身是不科学的，甚至是错误的和有害的，但为了谋取私利而采用一些外行人难以识别的科学形式，披着科学的外衣进行欺诈，以达到不可告人的目的。如星占学,伪科学的例证,物品的促销以自创和误读“科学”概念来宣传产品本身并不具有甚至是并不存在的功效。如“负离子”是日本商人杜撰的，宣称一些直发液或“离子烫”能产生“负离子”把头发变直。再比如，曾在中国大陆风靡的脑白金，在其宣传中将药理作用仍有争议的褪黑素进行无限制吹捧，并将其命名为脑白金，以达到误导公众推销产品的目的。除此之外，还有核酸保健品、深海鱼油、灵芝孢子粉、水变油等众多案例。人体特异功能各种气功之类的“人体特异功能”也属伪科学。所谓的“特异功能”是利用了公众认知上的误区。如“手指阻挡旋转中的电风扇叶片”，实际上只要方法得当，任何人都可以做到。宗教上的例证不少所谓的宗教人士，把经文里列举的事迹用貌似“科学”的推理来解释，即使面对严谨的科学的反驳，也不更改其立场。伪科学与意识形态一些从事科学研究的政治投机分子常以“伪科学”作为政治武器来打击异己。如1950年代，苏联农业科学院院长李森科宣称摩根、孟德尔的遗传理论是伪科学。,第9页,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第10页,马克思主义理论部,C、待解问题和已解问题“待解问题”是指在当前知识背景下尚未解决的问题。“已解问题”（无知问题）是指在当前知识背景下已经解决的问题，而其之所有被某些人当作问题，是由于他们对科学知识背景的不了解所造成的。待解问题和已解问题在一定条件下可以转化。待解问题被解决了就变成已解问题；但是，在一定科学知识背景下已解决的问题，在另一知识背景下可能仍成问题，已解问题又成了待解问题。如，“夜晚的天空为何是黑的？”这一问题，在日心说体系已得到解决；但1825年，奥尔伯斯从牛顿理论的无限宇宙模型推出宇宙中全部星体到达地球的总能量趋于无穷大，因而地球上没有昼夜之分。这一问题又成了待解问题。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第11页,马克思主义理论部,D、科学问题和非科学问题“科学问题”是指正确问题、真实问题、待解问题的合取，即它必须既是正确问题、又是真实问题、还是待解问题。“非科学问题”则是指错误问题、虚假问题和已解问题的析取，它或者是错误问题、或者是虚假问题、或者是已解问题。非科学问题是相对于科学问题而言的，它的提出并非毫无意义。如有关永动机设计和制造的问题，从反面导致了能量守恒定律的伟大发现。因此，非科学问题作为科学之外的社会文化载体，是一个实际存在的社会文化事实，本身具有历史必然性和一定的合理性，是社会多元文化长期共存的结果。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第12页,马克思主义理论部,E、常规问题和反常问题“常规问题”是指在维持已有理论框架的前提下，所提出的有待解决的问题。常规问题的解决将使原有理论更加充实、完善、系统化，使原有理论获得新发展。“关于理论的检验问题”。爱因斯坦提出光速不变原理后，人们提出各种问题并设计实验加以检验，这些问题的成功解决深化了对狭义相对论的认识。“关于理论的应用问题”。“关于已有理论的表述问题”。牛顿的自然哲学之数学原理是一项开创性工作，难免有疏漏不规范之处，引发了众多科学家对其加以重新表述的努力，从而使得牛顿力学逐渐发展成为一门严密而完整的理论物理学科。“反常问题”是指在拒斥已有理论框架的前提下，所提出的有待解决的问题。反常问题的解决是通过新理论对旧理论的取代来完成的。当新理论建立后，要继续解决新理论的常规问题，使之不断完善，直到新理论也面临它的反常问题的挑战，而最终被更新的理论所取代。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第13页,马克思主义理论部,3、科学问题的作用科学问题能够推动科学研究向深度和广度发展科学问题能够起到评价理论的作用,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第14页,马克思主义理论部,A、问题引导科学研究向深度、广度发展一个问题解决之后，往往会引申出其他新的问题。因而，在科学研究过程中，问题引导着发现，而新的发现又会激发出新的问题。问题与发现的相互引发机制是导致科学研究向深度和广度发展的重要原因。科学的进步和生命力并不在于它消灭了各种问题，而在于它能不断的提出问题与解决问题。伦琴发现X射线，引发了“使底片感光的射线是否是阴极射线在阳极激发出来的一种波长很短的电磁波？”这一有关X射线本质的问题；这进一步启发贝克勒尔提出新问题“其他物质也能产生类似X射线的射线吗？”沿着这一思路，贝克勒尔终于发现铀盐矿石也能发出类似射线，并将这一现象称为放射性。这是继X射线之后的又一伟大发现。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第15页,马克思主义理论部,B、问题起着评价理论的作用一个理论能够解决问题无疑是一个理论成功的标志。以解决问题的能力来评价一个理论的优劣，与实验是检验认识真理的标准是相吻合的，正是体现了实践标准的内核和精髓。因为，理论解决问题的过程，就是实践检验的过程。“科学进步的重要标志之一是将反常问题和未解问题转变为已解问题。要对任何理论作出评价，我们必须看它已解决了多少问题，它又面对着多少反常问题”。（L.劳丹）,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第16页,马克思主义理论部,4、科学问题的主要来源从已有理论与经验事实的矛盾中产生问题从科学理论内部的逻辑矛盾中产生问题从科学争论中产生问题同一领域、不同理论之间的矛盾不同理论体系之间的矛盾生产技术手段不能满足社会需要而产生的问题,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第17页,马克思主义理论部,A、已有理论与经验事实之间矛盾产生的问题当原有理论不能解释新现象、新事实时，便产生了矛盾，也产生了需要探索的问题历史上关于天王星的实测轨道与按牛顿力学所计算的理论轨道不符，曾使牛顿力学面临危机，勒维烈则循着这一问题，提出假说，并发现了海王星。水星近日点的运动与牛顿理论矛盾，电子的发现与原子不可分理论矛盾，黑体辐射、光电效应等实验事实与经典物理的能量连续理论不相符等等，都使经典物理学面临危机，并引发了物理学革命，建立了相对论与量子学说。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第18页,马克思主义理论部,B、科学理论内部因逻辑矛盾而产生的问题理论内部在逻辑上出现不一致，即逻辑上的不自洽，表明理论本身有缺陷，存在需进一步探讨的问题。“悖论”：从一个理论推出两个互相对立的命题。根据亚里士多德的动力学原理，M1M2，则V1V2。伽利略提出，若M1和M2绑在一起将以什么速度下落？这会推导出两个相互矛盾的结论：一是，M1和M2绑在一起重于M1，那它的速度大于V1；二是，M2会抵消一部分M1的速度，那它的速度小于V1。伽里略通过以上论证揭露了亚里士多德动力学内部的逻辑矛盾，并由此提出了自由落体的运动规律。“佯谬”：从一个理论推出它自身不能成立的结论。1825年，德国天文学家奥尔伯斯从牛顿理论的无限宇宙模型，推出宇宙中全部星体到达地球观测点的总能量将趋于无穷大的结论。这与地球有昼夜之分的实际情况不符。但正是为了消除这一佯谬，促使天文学家相继提出等级结构模型、大爆炸宇宙模型等。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第19页,马克思主义理论部,C、从科学争论中产生问题同一领域、不同学派的理论矛盾从同一领域相互并存的假说中发现它们的差别和对立，从中引出孰是孰非的问题。如天文学中的日心说和地心说，地质学中的渐变论和灾变论，光学中的波动说和微粒说等，都是在同一范围内针对同一现象建立起来的互相对立的理论（假说），从而引发了许多相关的问题。这种问题或是由判决性实验来决定，或是进行新的理论探索。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第20页,马克思主义理论部,不同理论体系之间的矛盾不同的科学理论，在各自领域内都取得了成功，但它们之间却存在着矛盾和不一致，那么由此就会产生科学问题。如19世纪生物进化论和热力学在各自领域内都解释了广泛的现象，建立了相对严密的理论体系。但是，在这两种理论的基本原理之间却无法做出统一的说明，这个问题在长达100多年的时间里，科学家都对此束手无策，直到20世纪70年代，普里高津提出了耗散结构理论，使得这一问题在一定范围内得到初步的合理解答。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第21页,马克思主义理论部,D、生产技术手段不能满足社会需要而产生的问题工农业生产、社会生活与健康的需要，军备和战争需要等都会提出大量的问题。这些问题经过抽象、转化，就可以成为科学问题。电子计算机的出现源于二战中的弹道计算问题。农业生产中对作物高产量和高品质的需要，给现代生物科学和技术提出了各种问题。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,二、科学发现始于问题,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第22页,马克思主义理论部,科学发现始于观察？科学发现始于问题！科学发现始于理论：“观察渗透理论”,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第23页,马克思主义理论部,1、科学发现始于观察？一方面，科学始于观察，这是人们对于科学发现从哪里开始所作出的最朴素的反应和解答。因为在传统观念看来，这与唯物主义认识论的基本观点（观察是认识的来源和基础）是相吻合的。另一方面，科学理论必须受到经验证据的强有力支持才可信赖，否则，理论就是无用的空话。因此，这个对科学理论的根本性要求往往造成一种错觉：认为科学必须从取得经验证据，即从观察开始，由观察形成理论。如传统观念认为，古代天文学家由于观察到天空中日月星辰的运动和感觉不到地球自身运动，从而形成了行星绕地球运动、地球是宇宙中心的理论。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第24页,马克思主义理论部,但是，“科学始于观察”无法解释观察的目的性，即观察受目标驱动、观察具有选择性、以及对观察事实的判断和理解依赖于理论等问题。自古以来，人们就观察到树上的苹果会往地面上落，夜晚的天空是黑暗的，一切生命个体都会衰老与死亡，等等。但是，如果只把这些观察事实当作是理所当然的或是有趣的现象，而不问为什么，那这些现象只会如过眼云烟，消然而逝，不会把人们引向真正的科学发现。只有带着问题进行观察，才能真正进入探索未知的研究工作。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第25页,马克思主义理论部,2、科学发现始于问题！首先，要进行观察，就要解决诸如观察什么、为什么要观察、如何观察等先行问题。其次，若要在观察中不作任何猜测、避免先入之见对观察客观性的影响，这一点实际上也难以做到。为使观察得以进行，科学问题本身将对观察对象的种类和范围做出初步限定、对该问题的假设性答案将给观察以具体的指导、对观察结果的说明也往往同预先的猜测有关。科学发现的过程实质上是一个不断提出问题、展开问题、解决问题的过程，问题始终贯穿于研究工作始终。,波普“科学发展的证伪模式”：猜想与反驳“科学是从问题到问题的不断进步，从问题到越来越深刻的问题。”P1TTEEP2科学始于问题（P1），然后对问题提出大胆的猜测（TT，TentativeTheory），之后，各种理论假说在竞争中接受观察和实验的批判，并在反驳中不断消除错误（EE，EliminateError），形成的新理论也是一种假设，必然会产生新问题（P2）。,第26页,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第27页,马克思主义理论部,3、科学发现始于理论？认为科学始于理论，有其合理的方面。“理论先于观察”了解和掌握已有的理论知识是科学发现产生的必不可少的前提。因为，科学发现总是在已有的认识中增添新东西，是对已有认识的发展。如果不能在已有理论的基础上形成问题，科学发现就无从谈起。因为，要作出科学发现，仅有对已有知识的掌握是不够的，它还要对已有知识进行突破。,旧理论问题观察假说新理论,第28页,你看到什么？,第29页,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第30页,马克思主义理论部,“理论先于观察”（观察渗透理论）首先，视觉观察不同于视网膜上的映像，还取决于观察者所具有知识、经验、期望及内心的一般状态等。训练有素的观察者VS外行其次，观察陈述不同于视觉观察，它需要用公共语言（概念、术语）加以描述，而概念是不能靠观察得来的，只能靠在理论中起到一定作用才能获得明确含义。所以，理论是观察陈述的前提。在作“煤气点不着”这一观察陈述之前，必须有关于“世界上有一些物质可以归为气，而且至少有些气是可燃的”这样的理论。再者，不存在“纯粹”的观察事实。对于“观察事实是什么”的理解还要取决于特定的理论。最后，理论指导观察。观察的目的是为了检验某一理论，只有与检验理论的任务有关的观察才会被记录下来。1888年赫兹进行电学实验，首次发现电磁波，就是为了检验麦克欺韦的电磁理论。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,三、科研选题原则,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第31页,马克思主义理论部,课题是为了解决某个特定任务所需研究的一组科学问题。它需要科研工作者对问题进行筛选，并升华为有明确意义的课题。因此，课题是由一些有价值、有创造性的问题进一步提炼而成的。科研选题，就是形成、选择和确定所要研究和解决的课题。科研选题的重要性在于，它关系到科研的方向、目标和内容，直接影响着科研的途径和方法，决定着科研成果的水平、价值和发展前途。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第32页,马克思主义理论部,科研选题的一般步骤科研选题虽然没有固定模式，但选择一个好的研究课题却需要遵循一些基本的步骤，如必须了解前人的工作和现实需要，进行文献调研和实际考察等，以确定选题的价值和意义。科研选题的一般步骤：文献调研、实际考察提出选题初步论证评议和确定课题选题过程是一个不断反馈调整的过程，常常需要反复调研和多次论证。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第33页,马克思主义理论部,科研选题的一般原则科学性选题应当有一定的科学理论和事实根据。通常，反常问题不应作为选择对象，除非确已发现了与该理论相矛盾的事实。相应的，毫无事实根据的问题也不应作为选择对象，除非确有把握在研究过程中可以获取有关事实。当然，选题毕竟是科学研究的开端，科研工作者在开始时所依据的事实是不完全的，可能存在错误；理论也受一定条件限制，会随着科学实践的发展而发展。因此，科研选题既要尊重所依据的科学理论和科学事实，又要随着基础事实和背景理论的改变而对选题进行调整。这正是坚持科学性原则所必需的。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第34页,马克思主义理论部,创新性科学研究是探索性工作，其本质在于创新通常，有可能导致新理论、新概念、新方法、新应用出现的课题，应成为优先被选择的课题。有时候，在选题阶段对课题结果的创造性无法做出精确的估计，这就更需要在选题时熟悉别人已进行的相关工作，文献调研显得尤其重要。选择前人没有解决或没有完全解决的疑难问题，其中所包含的创造性成分就高。在基础研究中，创造性表现为原始独创性，即基本原则和思路的独创性；在应用研究中，创造性则表现为综合性、实用性。,本讲内容科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）科学发现始于问题科研选题原则阅读与思考致谢,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第35页,马克思主义理论部,需要性选题应满足科技本身发展和社会发展的需要。不同类型的课题，其需要性的表现是不同的。基础研究要从学科理论发展的需要出发，去研究和发现自然界的新现象和规律。立足于本学科前沿进行选题。应用研究致力于解决国民经济和社会生活中所提出的实际科技问题，其任务在于把理论推进到应用的形式。它的选题方向应指向加强生产活动的技术基础，弄清技术机理。发展研究担负着把科学技术直接转化为社会生