第四章科学问题和科研选题

1、l 本章主要讨论面的内容：l 科学问题（含义、特征、类型、作用、来源）l 科学发现始于问题l 科研选题原则一、科学问题l 人类要认识和适应外部世界就必然会提出各种问题，人类获得的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。l 提出问题是科学活动能否获得节。的关键环l “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）1、科学问题的含义 “科学问题”：是指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

2、解决而又尚未解决的。即是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。l 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l 科学问题具有三个基本特征：性§ 指向性§ 应答域A、性l 科学活动总是在特定的知识背景下进行的，因而它是一定的产物。l 科学问题与一定的背景相适应。如，当人们不知道自然界的物质系统存在原子和这一层次时，就提不出“统提不出关于原子和的问题；牛顿一场论”的问题，因为那时认识到的作用力只有万有 引力；道尔顿也提不出“夸克禁闭”的问题，因为那时 还认识不到比原子更低的层次，就连原子是

3、否存在还在争论中。l 同一问题，在不同的知识背景下，其内涵深度不同。如是“遗传因子”问关于遗传本质的研究，在孟德尔是“”问题，而在沃森和克里克那题，在摩尔根里则成为DNA的结构问题。l 不同的背景知识也决定着问题的性质和解决问题的途径。如关于宇宙，以前主要是哲学或的问题，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，尤其是大学说的提出和粒子物理学介入以后，宇宙就转变成了一个科学问题。B、指向性n 科学问题不是漫无边际的问题，而是包含着一定的 研究方向和求解目标。指向性只是大致的，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

4、范围的限定。如对于“是由什z引起的？”这个问题，其研究方向和求解目标是“引起么是什么？”，而应答域则是“病因在的范围内”。应答域必须确定，并且必须是个非空集，可分三类：zl “全域”：对范围没有给予任何限制。全域型的一般发生错误，但对科学研究的指导作用较差；l “类域”：对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；l “特域”：应答域限定为某个具体，但仍是问题，只不过其科学假定。这类问题虽然已给出 是假定性的，通常被称作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方向发展。z2、科学问题的类型l 依据

5、不同的标准，科学问题可以划分为不同类型：l 正确问题和错误问题zl 待解问题和已解问题l 常规问题和反常问题l 科学问题和非科学问题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。zz是指 问题的意义上的对错，而是指问题本身的预设是否正确， 是否存在。预设是指问题的已知方面，是提出问题的依据。它在应答域 确定的情况下，对问题的正确与否起着关键作用。z如“永是如何工作的？”这一问题，是以“永的存在”z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个错误问题。，因此，这个问题

6、是B、真实问题和虚假问题l “真实问题”是指其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，其能证伪的问题。既不能证实又不l 二者的区别在于，问题的解答、检验是否与实践有关。l 鬼神问题是不能用实践来检验的，是虚假问题。l 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以达到不可告人的目的。，C、待解问题和已解问题l “待解问题”是指在当前的科学知识背景下尚未获得解决的问题。 “已解问题”（又称作为“无知问题”）则是指在当前的科学知识背 景下已经解决的问题，而其之所有已经

7、解决了还被某些人当作问 题，是由于他们对科学知识背景的不了解所造成的。l 待解问题和已解问题在一定条件下可以转化。l 待解问题经过科学研究被解决了就变成了已解问题；但是，在一定科 学知识背景下被认为已经解决的问题，在另一知识背景下可能仍是成问 题的，于是已解问题又成了待解问题。l 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。D、常规问题和反常问题l “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

8、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。一类是“关于理论的检验问题”。如爱因斯坦提出光速不变原z理后，人们提出各种问题并设计各种实验加以检验，这些问题的解决深化了对狭义相对论的认识。一类是“关于理论的应用问题”。当理论用于解决更具体复杂z的问题时会反映出需要进一步说明的问题来。一类是“关于已有理论的系统化和表述问题”。如牛顿的重要z著作自然哲学之数学原理由于是一项开创性的工作，有疏漏不规范之处 ，再加上还讨论了科学之外的问了众多科学家包括18世纪的伯努里、欧拉、拉题，所以格朗日，19世纪的赫兹等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

9、科。n “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。但当新理论建立后，就要继续解决新理论的常规问题，使之不断完善，直到新理论也它的反常问题的，而最终被更新的理论所取代。E、科学问题和非科学问题“科学问题”是指正确实问题、待解问题的合取，即z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。其中 ，错误问题需进一步研究，限定应答域，虚假问题则不能作 为科研的对象，而已解问题大多是科学已经解决的问题。非科学问题是相对于

10、科学问题而言的，它的提出并非毫无意z义。关永设计和制造的问题，从导致了能量守恒定律的伟大发现。因此，非科学作为科学之外的载体，也是一个实际z存在 性，是事实，它本身具有历史必然性和一定的合理多元长期共存的结果。3、科学问题的作用l 科学问题能够推动科学研究向深度和广度发展l 科学问题能够起到评价理论的作用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z新的问题。问题与发现的相互机制是导致科学研究向深度和广度发展的重要。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。

11、z如伦琴发现X射线，了“使底片感光的射线是否是阴极射z线在阳极激发出来的一种波长很短的电磁波？”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。B、问题起着评价理论的作用l 一个理论能够解决问题无疑是一个理论的标志。l 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。l “科学进步的重要标志之一是将反常问题和未解决问题转变为已解决问题。要对任

12、何理论作出评价，我们必须 看它已解决了多少问题，它面对着多少反常问题”。（L.劳丹）4、科学问题的主要来源l 从已有理论与经验事实的中产生问题l 从科学理论内部的逻辑中产生问题l 从不同学派理论之间的中产生问题l 从不同理论体系之间的中产生问题l 生产技术不能满足需要而产生的问题A、已有理论与经验事实之间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 了需要探索的问题。，也产生z例如：（1）历史上关于星的实测轨道与按牛顿力学所计算的z理论轨道不符，曾使牛顿力学，勒维烈则循着这一问题，提出假说，并发现了海王星。（2）20世纪初，在衰变中发现，电子所带走的能量小于原子核z的能量，这使能量与

13、守恒定律中微子假说，并发现了中微子。，从而导致泡利提出（3）水星近日点的运动与牛顿理论，电子的发现与原子不可z分理论的，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，并了物理学，建立了相对论与量子学说。B、科学理论内部因逻辑生的问题而产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。z“悖论”：从一个理论推出两个互相对立题。zz根据亚里士多德的动力学原理，物体下落速度V与物体重量M成正比，即M1>M2，则V1>V2。伽利略指出，若将M1和M2绑在一起，它将以什么速度的结论：一是，M1和M2绑在一起就重于下

14、落？这里会推导出两个相互M1，那它的速度就应大于V1；二是，M1和M2绑在一起，M2的速度V2会抵消一部分M1的速度V1，那么，它的速度应小于V1。伽里略通过以上论证了亚里士多德动力学内部的逻辑，并由此提出了自由落体的运动规律。“佯谬”：从一个理论推出了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 实际情况是不符的。但正是为了消除这一佯谬，促使天文学家相继提出等级结zz构模型、大宇宙模型等。C、从不同学派理论之间的产生问题中l 人们从相互并存的假说中发现它们的差别和对立，从中引

15、出孰是孰非的问题。l 如天文学中的日心说和地心说，地质学中的渐变论和，光学中的波动说和微粒说等，都是在同一范围内同一现象建立起来的互相对立的理论（假说），从而了许多相关的问题。l 这种问题或是由理论探索。性实验来决定，或是进行新的D、不同理论体系之间的生的问题所产如果不同的科学理论，在各自领域内都取得了成z功，但它们之间却存在着就会产生科学问题。和不一致，那么由此如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

16、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。zE、生产技术要而产生的问题不能满足需l 工农业生产、生活与健康的需要，军备和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。l 如电子计算机的出现源于二战中的弹道计算问题。l 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。二、科学发现始于问题l 传统观念认为，科学发现始于观察。l 认为科学发现始于理论也有其合理方面：“理论先 与观察”（“观察渗透理论”）。l 科学发现始于问题。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。

17、因为在传统观念看来，这与z唯物认识论的基本观点（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支持才z赖、才显得量，否则，理论就会变成纯粹的杜撰，无用的空话。但是，这个对科学理论的根本性要求却往往造成一种错觉，那就是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。如古代天文学家一方面观察到天空月星辰的运动，一方z面又感觉不到地球自身的运动，便形成了行星绕地球运动、 地球是宇宙中心的理论。但是，观察虽然是认识的来源和基础，并不能因此就认为观 察是科学发现的起点。z“科学始于观察”是无法解释观察受目标驱动、观察具有选择z性、以及对观察事实的和理解依赖于理论等

18、问题的。如，自古以来，人们就观察到树上的苹果会往地面上落，夜z晚的天空是的，一切生命都会衰老与，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，而为什么，那这些现象只会如过眼云烟，悄然而逝，把人们引向真正的科学发现。只有从观察中进一步提出问题，并且带着问题进行观察，才 能真正进入探索未知的研究工作。z2、科学发现始于理论？l 认为科学始于理论，有其合理的方面。l “理论先于观察”l 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。l 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

19、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。“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z观察者所具有知识、经验、期望及内心的一般状态 等。如训练有素的观察者VS外行其次，观察陈述又不同于视觉观察，它需要用公共z语言（概念、术语）加以描述，概念是不能靠观察 得来的，只能靠在理论中起到一定的作用才能获得 明确含义。所以，理论是观察陈述的前提。如在作“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。zl 再者，根本不存在“纯粹”的观察事实。因为对于“观察事实是什么”的理解还要取决于特定的理论。

20、l 最后，理论指导观察。观察的目的是为了检验某一理论，因此，只有与检验理论的任务有关的观察才下来。不存在毫无成见的观察。如1888年会被赫兹进行电学实验，首次发现电磁波，就是为了检验麦克欺韦的电磁理论。观察中的错觉l 人总是有一定思想的，思想上的错误或传统习惯的常常影响人们观察的结果。要注意克服。错觉图例欣赏：l 1、高低颠倒l 2、光影l 3、螺栓l 4、棋盘l 5、蜡烛l 6、3D灯光效果表演3、科学发现始于问题！l 从科研程序上看，科学研究的逻辑起点是从提出问题开始的。l 首先，要进行观察，就要解决诸如观察是什么、为什么要观察、如何观察 等 先行问题。这些问题不解决，科学观察就无从开始，

21、而这些先行问题很明显的取决于研究者所要探讨的科学问题。l 其次，如果要求在观察中不作任何猜测或假设，避免先入之见 影响观察的客观性，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的限定、对该问题的假设性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。l 科学发现、科学问题的特点决定了科学发现始于问题。l 科学发现不是重复、模仿，而是探索和创造，能成为科学发现起点的，必须既是科学研究的组成部分，又是能推动科学研究作为目标去解决的东西，只有科学问题能同时符合以上条件。科学发现的过程是一个提出问题、展开问题、解决问题的过程，问题始终贯穿于研究工

22、作始终。三、科研选题原则l 对于科研而言，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。l 而科研选题，就是形成、选择和确定所要研究和解决的课题。l 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。科研选题的一般步骤l 科研选题虽然没有固定的模式，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义。等，以确定选题的价值和意l 科研选题的一般步骤：提出选题初步

23、论证评议文献调研、实际和确定课题zl 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。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。zz通常，明显与已确证的科学理论相违背的问题不应作为选择对z象，除非确已发现了与该理论相研课题。的事实并把这种作为科相应的，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。z如果既无已有事实作根据，又无获得相关事实的理论和实践上的 把握，那就会使选题失去科学性。z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z的事实是全的，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，

24、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。科研选题的一般原则创新性科学研究是探索性工作，其本质在于创新。zz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。z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。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。z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。z科研选题的一般原则l 需要性l 选题应满足科技本身发展和发展的需要。l 不同类型的课题，其需要性的表现是不同的。l 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。l 应用研究致力于解决和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。l 发展研究担负着把科学技术直接转化为生产力的任务。其选题应将当前需要置于首要位置，充分注意所后果和对环境的影响。开发技术的效益、l 选题的需要性原则反映了科学发展、技术发展、