科学认识的形成名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

第五章科学认识形成马鹏翔mapx1971@第1页1本章主要探讨科学认识过程中科学问题提出以及科学事实、科学定律和科学假说形成方法论问题。第一节科学问题提出第二节科学事实获取：观察和试验第三节科学假说形成第2页2学习科学方法论意义（1）、能够提供科学认识路径上启发和借鉴；（2）、能够提供科学研究方向上指导；（3）、能够提升科学素养，增加才能，培养科学鉴赏力；（4）、能够早出结果、多出结果。第3页3科学研究普通程序科学始于问题观察实验假说理论观察渗透理论逻辑和非逻辑思维检验归化搜集科学事实第4页4科学认识普通程序：1）选题；2）获取科学事实；3）进行思维加工，形成科学假说；4）验证；5）建立理论体系。第5页5第一节科学问题提出一、科学研究起点—科学问题(一)科学问题含义(二)了解科学问题应注意问题(三)科学问题起源(四)科学问题处理二.科研选题及步骤(一)科研选题含义(二)科研选题普通步骤(三)科研选题基本标准第6页6一、科学研究起点—科学问题在科学研究或认识起点问题上有两种不一样观点：（如培根FrancisBacon(1561~1626)等人所主张）归纳主义科学方法论认为，科学研究是从观察和搜集材料开始，然后经过归纳上升到理论证伪主义者波普尔(KarlRaimundPopper，1902~1994)则明确提出：科学研究（或认识）始于问题而不是观察（科学发展四阶段模式：P1（问题）→TT（提出试探性理论）→EE（消除可能错误）→P2（新问题）第7页7波普尔理论先于观察波普尔认为归纳主义科学始于观察与科学发展实际不符，因为漫无目标观察并不存在。观察是有目标选择性，如19爱丁顿观察日蚀，其目标是检验广义相对论。在观察中必须有了解：如格式塔中鸭兔试验。科学始于问题理论是对大自然普遍性猜测，大胆猜测。爱因斯坦提出一个问题往往比处理一个问题更主要，因为处理问题可能仅仅是一个数学上或试验上技巧而已，而提出新问题，新可能性，从新角度去对待旧问题，却需要有创造性想象力，而且标志着科学真正进步。第8页8(一)科学问题含义科学问题是指一定时代科学认识主体在当初知识背景下提出关于科学认识和实践中需要处理而又未处理矛盾，它包含一定求解目标和应答域，但尚无确定答案。一定时代知识背景决定着一个问题是否有科学价值（是否是科学问题）以及科学问题内涵深度和解答路径。

问题引导着科学研究或科学认识整个过程——问题既是旧理论终点，也是新理论起点。人们总是以问题为框架和指导有选择地搜集事实材料。第9页9(二)了解科学问题应注意问题1、区分科学问题与无知性问题，科学问题与虚假问题所谓无知性问题是指对科学背景无知而提出问题，这些问题不是产生于对知识分析。所谓虚假问题是既不能证实又不能证伪，不能由经验事实回答问题。这类问题不是科学研究范围。2、科学问题与科学认识主体“欲求”以及智能情况相联络，自然界或自然物本身并不存在什么“问题”。3、科学问题提出并不是孤立，而是有结构，它蕴含着问题指向、研究目标和求解应答域。求解应答域：在问题叙述中所确定域限，并假定所提出问题解必定在这个域限之中。

第10页10(三)科学问题起源1、从科学实践与科学理论矛盾中产生问题电子发觉与原子不可再分矛盾；黑体辐射试验事实与经典物理学能量连续理论不相容2、从科学理论内部矛盾中产生问题悖论：无穷小悖论、康托悖论；佯谬：麦克斯韦妖佯谬、薛定锷妖佯谬、光度佯谬、引力佯谬3、从不一样理论之间矛盾中产生问题光波动说与微粒说；原子理论；熵增与熵减；日心说/地心说；渐变论/灾变论4、从寻求经验事实之间联络和统一解释需要中产生问题5、从各个知识领域空白区产生问题6、从社会需要与现有生产技术伎俩不能满足这种需要矛盾中产生问题第11页11(四)科学问题处理科学问题转移1、试探性理论或假说被证实时2、理论或假说被证伪时3、问题被证实不可解时，引出新问题4、研究过程出现新线索和新机遇，产生新问题5、一些被认为已经处理了问题，被重新提出来而成为新问题第12页12二.科研选题及步骤(一)科研选题含义科研选题是形成、选择和确定所要研究和处理课题。科研选题是科学研究起始步骤，它关系到科学研究方向、目标和内容，直接影响科研路径和方法，决定科研结果水平、价值和发展前途。所以，提出课题比处理课题更困难更关键。第13页13科学问题与科研选题联络和区分1、科学问题和科研选题都需要探索研究，这是二者共同之处，区分在于前者在不违反科学标准前提下，凭着直觉和想象能够自由发问；而确定研究课题，是从诸问题中遴选出来付诸实践问题，它要详细复杂得多。2、问题提出是多方面、发散式，但课题确实定则是收敛式思索问题。3、二者对科学工作者含有不一样责任感和使命要求。第14页14(二)科研选题普通步骤1、搜集科技情报这是科研选题第一步。对所要研究问题产生、现实状况和发展前景进行详尽考查，从而充分了解前人工作及其经验教训，以免重犯他人已指出错误和重复他人已作过工作，恰当确实定自己研究起点。例：DNA双螺旋结构模型发觉2、课题设计在搜集科技情报基础上，对研究材料进行分析、比较，概括出需要研究课题并提出选题汇报。课题设计水平在很大程度上决定了研究结果水平。例：链霉素治疗肺结核3、课题论证这是选题过程最终关键步骤。实际上就是对课题或方案进行可行性分析。例：美国登月计划4、课题确定这是一个综合评定过程。课题评定普通采取同行教授评议与管理部门决议相结合方法。第15页15(三)科研选题基本标准1、需要性标准所选定课题必须着眼于社会实践需要获科学发展本身需要。例：杂交水稻2、创造性标准所选择课题要有创新性，它应该是前人所没有处理或没有完全处理而预期能出新结果科学问题。例：非欧几何诞生3、科学性标准课题要有一定科学理论和科学事实为依据。“珠子模型”4、可行性标准又叫现实可能性标准。指在选定科研课题时必须考虑完成课题主观和客观条件。例：爱因斯坦“统一场论”第16页16第二节科学事实获取：观察和试验观察和试验是获取科学事实基本方法。1.科学观察2.科学试验3.观察试验中主要认识论问题第17页17在一定理论思维指导下，经过感官或借助科学仪器，在自然发生条件下有目标、有计划地感知研究对象，以获取科学事实。按观察方式来分，有直接观察和间接观察。直接观察：凭借感官直接进行观察①、优点：简单、直接、受客观条件限制少、可随地进行等。②、不足：感知范围极有限；精度低；观察速度受限：高速或低速改变人无法感知；感官错觉间接观察：引入仪器1.科学观察科学观察第18页18⑴获取科学事实一个主要伎俩：为科学假说提出和科学理论形成提供第一手原始材料；为验证科学假说和理论提供事实依据。1）科学观察在科学研究中含有主要作用⑵可造成新技术创造。第19页192）科学观察应坚持基本标准(1)坚持科学观察客观性标准排除先人之见干扰。排除假象和错觉造成干扰。例：温差错觉(2)坚持科学观察全方面性标准防止和克服片面性。做到观察系统性注意观察条件性。(3)坚持科学观察经典性标准例：摩尔根贡献第20页20

不论是直接观察还是间接观察，本质上都是自然观察。①因为自然观察是在不改变对象自然状态下进行观察，这就使得观察对象许多主要、隐蔽、内在属性无法显示到科学仪器上或者直接展现到人感官面前，因而它们就不能为观察者所认识。②自然观察只适适用于那些能够重复出现或改变不太急剧现象和过程，而对于那些事过境迁、转瞬即逝或不能重复自然现象和过程，则不能单纯使用它。观察这两个不足，在试验中得到了克服。居维叶：“观察者听命于自然界，而试验者则责问自然界，并迫使自然界坦露她奥秘”。第21页21依据一定科学研究目标、利用一定物质伎俩、在人为控制或变革客观事物条件下取得科学事实。试验是在人为控制条件下观察客体，所以比观察能取得更准确可靠科学事实。2.科学试验科学试验第22页22⑴依据测量伎俩不一样，可将试验分为定性试验与定量试验。⑵依据试验伎俩是否直接作用于试验对象，可将试验分为直接试验与模拟试验。1）依据不一样标准可对试验作不一样分类：⑶依据试验直接目标不一样，可将试验分为探索性试验、验证性试验、析因试验、对照试验、判决性试验等。第23页23⑶再现、加速或延缓、模拟研究对象及其改变过程。⑵强化、激化研究对象，在极端条件下揭示对象本质和规律。2）科学试验在科学技术研究中作用⑴简化和纯化研究对象。⑷一个经济可靠认识和变革自然方法。第24页24科学试验上述特点与作用，使它逐步发展成为一个相对独立社会实践领域。在其中，试验伎俩、试验装备同试验工作者及其所用试验方法一样对科技发展起着重大作用，它们革新也有可能带来科学上重大进步。第25页25一个间接试验，即先设计出反应对象属性模型，然后用试验伎俩作用于模型，经过模型试验了解原型（对象）性质及其运动规律，包含物理模拟、数学模拟和功效模拟。3）模拟试验方法模拟试验第26页26在自然界中，许多不一样质系统在数学形式上含有相同性。比如：磁路和电路。这种统一性为数学模拟提供了客观基础。经过建立和研究客观对象数学模型来揭示对象本质特征和改变规律。数学模拟以原型数学形式相同为基础模型（对研究对象数量关系、逻辑关系和空间关系模拟）。（最主要思想模型。）第27页27从广义上说，一切数学概念、数学理论体系，各种数学公式以及由公式系列组成算法系统等，都可称为数学模型。狭义数学模型专指那些反应特定问题或特定事物系统数学关系结构，详细表现为一组数学关系或一套详细算法。第28页28①抽取数量关系，用数学语言表述所要研究问题，建立数学模型；③对数学模型解做出解释和评价，形成对实际问题判断或预见。数学模拟普通步骤：②对数学模型求解；第29页29“数学试验”是在计算机上对系统数学模型进行试验，以求得对原型规律科学认识一个数学方法，也叫“计算机仿真”。“数学试验”——计算机仿真第30页30①建立描述系统行为数学模型，将其简化为计算机能做数值运算形式；

③对“数学试验”结果进行分析，它有效性普通能经过对实际系统试验得到验证。“数学试验”主要步骤：②设置初始条件，使模型在计算机上运转；第31页31数学试验较之模拟试验，能够在更为理想条件下进行，在试验原因和条件选择、控制以及对结果检验、评定、验证等很多方面都有显著优势，因而越来越多试验正被数学试验所取代。第32页323.观察试验中主要认识论问题1）“理论渗透观察”问题2）科学仪器认识功效及其不足问题3）观察试验中偶然性与机遇问题第33页331）“理论渗透观察”问题(一)古典经验主义“纯观察说”(二)逻辑经验主义“中性观察说”(三)历史主义“观察渗透理论”(四)科学事实发觉有赖于科学理论背景转换——一个主要方法论思想第34页34(一)古典经验主义“纯观察说”

培根认为，观察是一个纯粹感官反应活动，它不受任何理论原因影响，在观察中也应该排除任何理论影响，纯粹客观地进行观察。培根在《新工具》中认为，人类当务之急是去除扰乱人心“四种偶像”，使“理智完全得到解放和刷新”。“种族偶像”（把人本性加于自然事物，如目标论）“洞穴偶像”（人所受教育、社会环境影响及个人习性形成偏见）“市场偶像”（在交往中，语词流行庸俗使用方法产生歪曲）“剧场偶像”（盲目信仰权威、教条、传统哲学体系和方法）。其次是改进人们在科学研究中伎俩，采取试验归纳法。自然奥秘在试验中往往比在自然发生时更易暴露出来，所以，在取得知识方法，要靠观察和试验，而在整理和发展知识方面，需用归纳法。第35页35洛克把观察看成是消极、被动、纯感官生理反应过程，观察就是人们对客体感觉过程。他提出了有名“白板说”。“假如某人视网膜上有正常形成太阳映象，则他就看到了太阳”。赫胥黎：“你们要象一个小学生那样坐在事实面前，准备放弃一切先入之见，恭恭敬敬地照着大自然指路走，不然，就将一无所得。”纯观察说实质上把观察过程等同于纯粹生理反应过程，即把观察看作类似于摄影机镜头物理成像状态。第36页36(二)逻辑经验主义“中性观察说”逻辑经验主义者卡尔纳普关于科学知识“两层语言模型”，集中表达了这一看法。

观察名词

观察语言

观察陈说“观察语言利用标示可观察属性和关系语词来描述可观察事物或事件”，由观察名词（红、木头、椭圆轨道）和观察陈说（这朵花是红，这张石蕊试纸浸入此溶液后成红色）组成。它是单称经验命题，反应个别对象性质。

理论名词

理论语言

理论陈说理论语言由理论名词（不可观察，如电子、电荷、夸克、电磁场）和理论陈说（“全部物体都相互吸引，吸引力大小与它们质量成正比，而它们之间距离平方成反比”）组成。理论语言必须借助一个解释语义语义规则系统，从观察语言取得其意义。科学语言第37页37逻辑经验主义者相信，观察语言是不受任何理论影响，因为理论语言意义依赖于观察语言。在没有从观察语言中取得经验内容之前，理论语言是没有意义。现在我们已经知道，中性观察者忽略了观察主体理论结构对观察活动深刻影响。第38页38(三)历史主义“观察渗透理论”1958年美国科学哲学家汉森在《科学发觉模式》中认为，持不一样理论观点人可能会对同一对象形成不一样观察结果。如开普勒和第谷看到并不是同一个太阳。这是因为：眼睛从观察对象得到光刺激而形成视网膜印象，这是物理过程，而“看到”是一个观察经验，属于心理过程，它已把外来刺激与过去认识（包含理论和经验）溶为一体。人们对感觉材料首先反应，是有意无意地以一个概念模式去套，使它适合用于自己过去较为熟悉材料，从而使各人对同一对象反应有各种程度差异。类似于格式塔心理学（完形心理学）。第39页39第40页40第41页41哲学分析：观察作为一种认识活动，存在着观察主体和观察客体相互关系。一方面，观察主体影响着观察中主体与客体一致，即观察主体不是经过视觉器官被动地接收客体信息刺激，观察主体如何接收，接收那些客体信息及如何整理客体信息，都受着观察主体中理论结构影响。（需要说明是，观察客体本身与观察主体所认识观察客体界限。观察客体本身并不会因理论结构改变而改变，改变只是观察主体所认识观察客体。）其次，客体是观察主体进行观察活动对象，观察主体与观察客体一致是观察客观要求。这里，客体是第一性，主体是第二性。客观上观察是受理论结构影响观察；主观上又要求在观察中排除理论消极影响，这两者在具体观察认识活动中结合与相互作用，则体现了真实观察认识活动发展过程。第42页42“观察渗透着理论”观点更合理，也更合乎实际。①观察不但是（有选择地）接收信息过程，同时也是（有意识、有目标地）加工信息过程；②观察陈说总是用科学语言表述出来，而科学预言总与特定科学理论联络着。第43页43理论在观察中起着“定向”或“导向”作用，引导观察者有选择地接收客体信息，又起着“加工改造”作用，帮助观察者了解观察到是什么。爱因斯坦：“是理论决定我们能够观察到东西”，“只有理论，即只相关于自然规律知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象”。第44页44(四)科学事实发觉有赖于科学理论背景转换

———一个主要方法论思想

我们认可观察渗透理论，就必定深入认识到人们决不能脱离理论背景而抽象对待科学事实发觉。氧化说瑞典药剂师舍勒1773年首先经过分解硝酸盐、氧化物、碳酸盐等制得了氧气。因为坚持燃素说，他认为燃烧是空气中这种“火气”与燃烧物中所含燃素相结合过程。1774年英国化学家普里斯特利独立分解出氧，但命名之为“脱燃素空气”。拉瓦锡：摆脱燃素说，认为燃烧是可燃物与氧发生化合反应，于1777年正式提出燃烧氧化学说。库恩认为，在哥白尼之后天文学家，因为理论框架不一样，他们实际上生活在不一样世界里。视而不见与先入之见。第45页452）科学仪器认识功效及其不足问题(1)科学仪器认识功效科学仪器含有延伸人感觉器官功效科学仪器能帮助人们改进认识能力电子计算机使观察和试验愈加智能化(2)科学仪器认识功效不足科学仪器间接观察不如直接观察直观利用仪器观察也可能造成错误观察结果利用仪器还可能干扰观察对象第46页463）观察试验中偶然性和机遇问题科学观察实验是人们在一定理论指导下认识未知实践活动，具有明确目性、高度组织性和严密计划性；其次由于人们观察只能建立在已有认识基础上，难免具有一定不确定性、意外性。而这种意外，有时却能导致重大科学发现。（1）、机遇即能够导致发现机会。是一种意外和偶然。第47页47在科学实践过程中因为意外事件造成科学上新发觉，称为机遇。机遇是相对于原来预定研究计划和目标而言，它最大特点就是意外性。意外偶然发觉有可能加紧研究进程而到达预期目标，也有可能改变原来研究方向和目标，而造成新、更重大科学发觉。第48页481839古德义尔橡胶硫化技术。1844贝尔电话1895伦琴X射线。1899年冯梅林与明可夫斯基：胰脏与糖尿病。袁隆平：野生稻种/杂交水稻。第49页49能否抓住机遇并做出新重大发觉主要取决于：①科学认识主体对待机遇态度，而后者又取决于他对偶然性与必定性及其关系了解。②科学认识主体是否有必要及时发觉问题认识能力上准备。第50页50（2）、机遇性发觉类型①、同向性发觉与原有理论（假说）相一致发觉。如海王星，填补化学元素周期表空格各种元素发觉，正电子发觉等等②、背向性发觉与原有理论或预言相反发觉。如迈克尔逊—莫雷试验，卢瑟福a粒子散射试验。③、异向性发觉与原有理论或假说预言毫不相干发觉，射马得獐。伽伐尼关于生物电发觉，伦琴关于X射线发觉，彭齐亚斯微波背景辐射发觉。第51页51（3）、机遇性发觉条件要有严密观察良好习惯和较强洞察力达尔文观察野鸭和家鸭/密立根19油滴试验，测量电荷，但他指出有一个电荷为电子电荷2/3——是不是一个夸克？要有广博知识和经验1609里波斯//伽利略望远镜有敏锐思想，丰富想象力和判断力巴斯德“在观察领域，机遇只偏爱那种有准备头脑”。弗莱明青霉素/伦琴//约里奥·居里误把中子当成高能r射线勇于探索、勤于尝试，不局限于传统观念和步骤詹纳并不是第一个给人种牛痘以预防天花人，达尔文并不是第一个提出进化论人；巴斯德也不是第一个提出疾病细菌学说。哥白尼第52页52第三节科学假说形成1.形成科学假说方法论标准2.经验定律型假说形成方法3.原理定律型假说形成方法第53页53

假说不应与经过检验科学理论相矛盾。

假说应该与已知经过实践复核事实相符合，不但能解释个别事实，而且能解释该领域已知全部事实。1.形成科学假说方法论标准1）对应标准2）解释性标准3）可检验性标准（可预测性）

提出假说必须能用观察、试验加以检验，从而判定它真伪。第54页54经验定律真正提供了科学事实，才名副其实地组成科学基础。经验定律是对某类现象共同性质和特征或若干类现象之间因果联络普遍化描述。2.经验定律型假说形成方法1）经验定律型假说特点及类型第55页55经验定律描述是事物表面规律，揭示了现象之间某种普遍联络（共同特征），但限于揭示表面联络，不能了解这种联络普遍性，“知其然而不知其所以然”。经验定律两个特征：⑴采取描述性语词（详细科学概念）；