专题五科学认识的形成

专题五科学认识的形成2023/4/25自然辩证法1第1页，共146页，2023年，2月20日，星期日一、科学知识的构成

（内涵、特征、作用）（一）科学事实（二）科学定律（三）科学假说（四）科学理论第2页，共146页，2023年，2月20日，星期日（一）科学事实1、科学事实的定义客观事实：能被观察者观察到，但不依赖与观察者而存在的客观事物、现象、过程或联系等，它是暂时撇开认识主体而纯粹地指称某一客观事件，指称主体意识之外的外部事物。经验事实：是认识主体使用自然语言或人工语言，对客观事实进行的描述或判断，也是观察者对客观事物的一种反映或认识。科学事实：是人们通过观察和试验获得的关于客观存在的事件、现象和过程的真实描述，是经过科学整理和鉴定的经验事实。第3页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学事实客观事实经验事实来源原始要素来源反映、描述和判断经验事实中经实践证明为正确反映客观事实那一部分的真实描述和判断往往是可错的，错误的经验事实不是科学事实！第4页，共146页，2023年，2月20日，星期日2、科学事实的分类客体与仪器相互作用的表征（事实1）如观测仪器上所记录和显示的数字、图像（例如温度计的读数）是在观察和试验中被观察到的客观事实既与客体的本性有关，也与人所设置的认识条件有关同一客观事实在不同仪器上的显示可以是不同的压力的变化究竟表现为汞柱的升降还是压力计指针的摆动，取决于认识手段。第5页，共146页，2023年，2月20日，星期日2、科学事实的分类对观察试验所得结果的陈述和判断（事实2）是观察者对“客观事实”的观察描述（例如：这块铀石具有放射性）是对记录到的事实1所作的陈述与判断与客体的本性、仪器性能、描述事实的概念系统有关。并不是一切观察陈述都是科学事实，只有经验和试验所检验过的，正确反映客观事实的观察陈述，其内容才有客观性，才称得上是科学事实。第6页，共146页，2023年，2月20日，星期日3、科学事实所属范畴科学事实的内容是客观的，形式是主观的。科学事实认识的正确与否，关键是认识条件设置。认识条件设置同一客观事实精确的科学事实粗糙的歪曲的事实合理不合理第7页，共146页，2023年，2月20日，星期日4、科学事实的特征之一个别性：科学事实是关于个别存在的陈述。描述的是个体而不是个体所在的类，即描述语句的主语是单称名词强调个别性是为了突出科学事实主要来自感性物质活动而非理性抽象活动。“铀具有放射性”，“土星周围有光环”√“所有微观客体都具有波粒二象性”，“整个宇宙都在膨胀”×第8页，共146页，2023年，2月20日，星期日可重复性：科学事实应该可复核、可重现。指同一观察和实验的事实，可以在多次观察和实验中重复出现。一个事实只有在它首次实现之后又能被科学同行多次观察和实验所复核、重现的条件下，才可能被接受为科学事实。客观事物在绝对运动中具有质的相对稳定性，是事物可被重复认识的根据；强调可重复性是为了尽可能排除错觉和假象，消除科学事实描述和判断中可能存在的主观人为性因素。4、科学事实的特征二第9页，共146页，2023年，2月20日，星期日精确系统性：科学事实应该力求精确、系统。科学事实只有做到精确、系统，才可能为科学认识提供坚实可靠的基础；科学工作者应该全面准确地观察和确认有关的科学事实。4、科学事实的特征之三第10页，共146页，2023年，2月20日，星期日麦可尔逊——莫雷实验以太是否存在？考虑地势、地球自转和公转等因素对测量的影响分别在高山、低谷、白天、黑夜、夏季、冬季等环境下进行实验测量确立起一个比较精确的科学事实第11页，共146页，2023年，2月20日，星期日5、获取科学事实的意义任何科学概念与理论都需以科学事实为基础科学假说与科学理论的真伪必须用科学事实来检验和评价第12页，共146页，2023年，2月20日，星期日量子力学理论就是建立在黑体辐射、光电效应等科学事实基础之上。第13页，共146页，2023年，2月20日，星期日（二）科学定律1、概念：科学定律是反映自然界事物、现象之间必然关系的科学命题。（多数是全称命题）2、类型（两条途径）：经验定律理论定律第14页，共146页，2023年，2月20日，星期日经验定律借助归纳法从科学事实概括出来反映事物和现象之间的某种联系例如：伽利略的自由落体定律、胡克的弹性定律第15页，共146页，2023年，2月20日，星期日经验定律特征采用描述性词语(具体的科学概念),这些概念有一些可以确定的性质是可以直接通过观察或实验程序来测量的.必定包含直接可观察或测量的经验内容,这些内容原则上可通过观察或实验程序所获得的实验证据来加以确定第16页，共146页，2023年，2月20日，星期日理论定律借助于想象、直觉和灵感“是人类理智的自由发明”（爱因斯坦）理论定律不包含直接可观察或测量的经验内容，不能被直接检验

例如：牛顿的万有引力定律第17页，共146页，2023年，2月20日，星期日经验定律与理论定律的区别

经验定律与理论定律的认识层次是不同的。经验定律能够说明相关的科学事实，理论定律能够解释经验定律。理论定律揭示的现象的本质比经验定律描述的要深刻得多。理论定律经验定律表述内容本质现象语言非描述性语言（高度抽象）描述性语言稳定性变动大相对稳定认识层次认识深刻而普遍，与经验定律相联系与观察现象联系

牛顿的万有引力理论不仅能解释自由落体定律，而且能解释开普勒的行星三定律、单摆运动定律和潮汐运动定律等，把地面物体的运动和天体的运动统一起来。第18页，共146页，2023年，2月20日，星期日3、科学定律的特征科学定律是绝对真理和相对真理的统一科学定律具有简明性（通常用数学方程式或公式表示）第19页，共146页，2023年，2月20日，星期日4、科学定律的作用揭示事物的本质和规律有助于科学概念和科学理论的形成是科学解释和预测的有效工具例：1869年俄国化学家门捷列夫在前人的基础上，发现了“元素性质随原子量的递增而发生周期性变化”的规律性。依此修正了一些元素的原子量，预言了某些元素的存在及其性质，被后来的科学实践所证实。第20页，共146页，2023年，2月20日，星期日（三）科学假说只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。……进一步的观察材料会使这些假说纯化，取消一些，修正一些，直到最后纯粹的构成定律。如果要等待构成定律的材料纯粹化起来，那么这就是在此以前要把运用思维的研究停下来，而定律也就永远不会出现。

----恩格斯第21页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学假说

狄拉克“反物质假说”----宇宙中的反物质和暗物质阿伏伽德罗“分子假说”----“分子”概念的产生康德“星云假说”----太阳系的起源和演化伽莫夫“大爆炸宇宙假说”----宇宙的起源和演化奥巴林“化学起源假说”----生命的起源及演化

第22页，共146页，2023年，2月20日，星期日1、科学假说-概念根据已有的科学知识和新的科学事实对所研究的问题作出的一种猜测性陈述。它是将认识从已知推向未知，进而变未知为已知的必不可少的思维方法，是科学发展的一种重要形式。科学假说=科学理论？第23页，共146页，2023年，2月20日，星期日2、科学假说-构成构成假说的基本要素：a事实基础，b背景理论，c对现象、规律的猜测，d推导出的预言和预见第24页，共146页，2023年，2月20日，星期日3、科学假说的特点科学性----以实验材料、以经验事实为基础，而且要以科学理论为依据，并要经过实践检验和证明。假设性----包含着对事物的本质和规律的猜测，有待于日后的检验和论证，有些被证伪而淘汰，有些被进一步的修正、补充和完善，上升为理论。易变性----假说随着实践过程中的新发现而变化，随着多种假说的争论而修改，从而得到不断补充、完善和发展。多样性----对同一事物的研究可能存在多种假说，有些是合理的，有些是会被证伪的，有些部分正确、部分错误。第25页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学假说的科学性德国气象学家、地球物理学家魏格纳根据大西洋两岸轮廓的吻合，以地球物理、地质、古生物及古气候等方面的论证，首创“大陆漂移说”(后来发展为板块构造学说)。魏格纳所重塑的这三张大陆漂移图是以许多学科的证据作为依据的，和我们今天所了解的南部各大陆的演变情况非常相似。第26页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学假说的假设性英国生理学家哈维提出血液循环假说时，首先是根据自己大量解剖试验的事实，证明人的血液必须经过肺才能从心脏右边流到左边，并用逻辑推理证明人体血液不可能像盖仑学说认为的那样，血液由肝脏制造，通过心脏传至全身被消耗掉。因此他假定，血液在全身是沿着一条封闭的管道周而复始地循环，并正确指明了体循环和肺循环的通道。第27页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学假说的多样性和易变性关于发酵问题的争论就出现过两派不同的假说，一派主张“生命说”，认为发酵是微生物生命活动的结果；另一派主张“化学说”，认为发酵是化学反应，没有生命力的作用。他们各自所持的假说观点在争论中也得到不断补充、完善和发展着。而争论的最终结果就是生命说和化学说的统一，即发酵“酶学说”的确立。第28页，共146页，2023年，2月20日，星期日4、科学假说的结构⑴

基础部分(B)：事实基础、背景理论⑵预设部分(P)：对现象及其本质的猜测⑶推论部分(E)：推演出的预言和预见第29页，共146页，2023年，2月20日，星期日案例：宇宙大爆炸理论（科学假说）基础部分：广义相对论、高能粒子物理学、谱线红移等预设部分：关于超高密、高温状态下原始火球的急剧膨胀及其机制的推测推论部分：氦丰度、3K背景辐射第30页，共146页，2023年，2月20日，星期日5、科学假说的作用使科学研究带有自觉性：确定研究方向，进行有目的、有计划的观测和实验。是建立和发展科学理论的桥梁：自然科学就是沿着假说—理论—新假说—新理论……的途径，不断地向前发展的。不同假说的“争鸣”有利于学术繁荣：各种假说相互补充、启发思考，揭露矛盾，使学术变得更加繁荣，甚至有利于促进理论的形成，推动科学的发展。第31页，共146页，2023年，2月20日，星期日假说使科学研究带有自觉性

假说是对未知的自然现象及其规律性的一种科学的推测，研究者可以根据这种推测确定自己的研究方向，进行有目的、有计划的观测和实验，避免盲目性和被动性。1910年魏格纳在病床上，两眼望着对面墙上挂着的世界地图，从而提出了著名的“大陆漂移说”。因而他确立了自己的研究方向，几十年如一日地工作，数次深入北极圈考察，坚韧不拔，百折不饶。半个世纪后,“大陆漂移说”逐渐被世人接受。第32页，共146页，2023年，2月20日，星期日建立和发展科学理论的桥梁一个自然现象，在未被揭示出科学本质之前，人们对它的认识是很不完整的，只有借助于假说的形式进行研究与探索。当某一假说被科学事实证实时，它就有可能发展成为一种理论。而当事物发展过程中出现新的变化和科学事实与假说相矛盾时，又必须对该理论进行修改、补充才能圆满地解释事实，进而促进理论的进一步研究与发展。美国生物化学家萨瑟兰提出“第二信使假说”(认为激素作为“第一信使”将化学信息送达“靶细胞”，而cAMP可作为“第二信使”，将信息送到细胞内的效用系统)修正了当时盛行的前列腺素是“第二信使”的假说，为研究生命信息开辟了道路，他也因此于1971年荣获诺贝尔生理学医学奖。第33页，共146页，2023年，2月20日，星期日在研究中被证伪的假说对科学的发展也是有推动作用的因为：假说是以已有科学事实和科学原理为依据的。它原来必定收集了大量的珍贵事实或者甚至有部分正确的结论。即便是错误的结论也可能成为新假说思考的动力、源泉而具有某种积极作用。热素说虽然是错误的，但它对一些重要的科学成果的形成也产生了积极影响。比如热传导理论，卡诺循环和卡诺定理等，而这些成果都为关于热的分子运动论和热力学的产生准备了条件。第34页，共146页，2023年，2月20日，星期日不同假说“争鸣”促进学术繁荣关于发酵问题，生命说和化学说的争论一直延续了几十年，使生命说和化学说统一，发酵“酶学说”确立。这场争论大大促进了生物学与化学的结合，使得两者的结合物——生物化学成为一门独立的学科。第35页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学假说≠科学理论科学假说带有或然性，尽管其内容有一定的科学依据，但终究还没有经过实验来验证和确认，所以只能称为假说。科学理论是经过了实践检验已经显示出自身正确性的理论。新的科学理论在形成的过程中，往往是借助于科学假说开辟方向，因此，科学假说往往是科学理论形成的前奏，对科学理论的形成功不可没。第36页，共146页，2023年，2月20日，星期日（四）科学理论1、科学理论是系统化的科学知识2、构成（三元素）：

基本概念联系这些概念的判断（基本原理和定律）由这些概念与原理和定律推演出来的逻辑结论（各种具体的规律和预见）第37页，共146页，2023年，2月20日，星期日3、科学理论的基本特征客观真理性全面系统性逻辑完备性科学预见性

例如：爱因斯坦的相对论达尔文的生物进化论第38页，共146页，2023年，2月20日，星期日二、科学知识的获取

（程序、规则、方法）（一）科研选题（二）科学事实的获取（三）科学假说的形成（四）科学理论的评价和检验第39页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学研究的一般程序1选题：确定科研方向，提出科学问题，并确定科研课题。2查阅科学资料，搜集科学事实：通过查阅文献、观察或实验获取。3对科学事实进行理论加工，提出科学假说：运用逻辑思维、形象思维、直觉思维等方法，进行科学抽象，提出科学假说。4验证科学假说：实践检验、逻辑证明。5做出科学发现或建立科学理论体系：利用公理化方法、从抽象上升到具体的方法、逻辑与历史相统一的方法，把确证的假说和先前的理论统一起来，形成比较严密的有内在逻辑关系的体系。第40页，共146页，2023年，2月20日，星期日

科学问题科研选题从提出科学问题到形成科研课题（一）科研选题

第41页，共146页，2023年，2月20日，星期日1、科学问题（1）科学研究从问题开始从科学理论发展的总体过程看---只有发现了原有理论不能解决问题时，人们才会去修正、补充它，或着手建立新理论。从科学研究的具体进程看---人们总是以问题为框架有选择地去搜集事实材料，与问题有关的材料被搜集起来，与问题无关的材料则任其流散，不在科学认识主体中引起信息效应。

第42页，共146页，2023年，2月20日，星期日波普认为，科学应当是从问题到问题的不断进步，从问题到愈来愈深刻的问题，所以，科学只能从问题开始，而不是从经验开始。第43页，共146页，2023年，2月20日，星期日爱因斯坦指出：“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。”第44页，共146页，2023年，2月20日，星期日“科学研究从问题开始”与

“认识以实践为基础”是否矛盾？

“科学研究从问题开始”与“认识以实践为基础”这两个命题所要解答的并不是同一层次的问题。科学研究开始于问题，而问题并不是凭空产生的。它的产生直接间接都是同实践有关的，归根到底都是在实践基础上产生的。第45页，共146页，2023年，2月20日，星期日（2）什么是科学问题？1)问题---疑难、矛盾2)问题就其产生的特点来说，可以分为两类：☆简单问题或表浅问题☆科学问题第46页，共146页，2023年，2月20日，星期日在庆祝Science创刊（1880年）125周年之际（2005年），该刊杂志社公布了125个最具挑战性的科学问题，在今后1／4个世纪的时间里，人们将致力于研究解决这些问题。其中，前25个被认为是最重要的问题，如下：

科学问题第47页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学问题宇宙是由什么构成？意识的生物学基础是什么？为什么人类基因会如此之少？遗传变异与人类健康的相关程度如何？物理定律能否统一？人类寿命到底可以延长多久？是什么控制着器官再生？皮肤细胞如何成为神经细胞？单个体细胞怎样成为整株植物？地球内部如何运行？地球人类在宇宙中是否独一无二？地球生命在何处产生、如何产生？什么决定了物种的多样性？第48页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学问题什么基因的改变造就了独特的人类？记忆如何存储和恢复？人类合作行为如何发展？怎样从海量生物数据中产生大的可视图片？化学自组织的发展程度如何？什么是传统计算的极限？我们能否有选择地切断某些免疫反应？量子不确定性和非局部性背后是否有更深刻的原理？能否研制出有效的HTV疫苗？温室效应会使地球温度达到多高？什么时间用什么能源可以替代石油？地球到底能负担多少人口？第49页，共146页，2023年，2月20日，星期日3)科学问题的内涵所谓科学问题是指通过对科学背景知识的分析而产生的问题科学问题总是一定历史时代的产物

背景知识还制约着解决的途径。有些问题受目前认识和实践水平的限制，一时尚无法进行研究，这些问题还不能称为科学问题，只有在一定条件下，它才能转化为科学问题。科学问题是有结构的：一是问题的指向；二是研究的目标；三是求解的应答域。科学问题应该是可以在实践中加以检验的真实问题第50页，共146页，2023年，2月20日，星期日（3）科学问题的主要来源为寻求事实之间的联系而提出的问题从理论与事实之间的矛盾中发现问题从某一个理论内部的矛盾中发现的问题从不同理论之间的分歧中发现的问题从社会需求与已有生产技术手段的差距上发现问题第51页，共146页，2023年，2月20日，星期日（4）科学问题的分类根据认识层次划分概念问题（内部、外部）经验问题根据问题的求解类型划分

陈述性问题----What

因果性问题----Why

过程性问题----How根据问题的应答域是否存在划分

真问题假问题第52页，共146页，2023年，2月20日，星期日2、科研选题“科研选题”就是选择、确定和形成所要研究和解决的具体“科学问题”

☆整个科研工作带有方向性的关键决策

☆科研工作的“研究起点”

第53页，共146页，2023年，2月20日，星期日（1）从提出科学问题到形成科研课题

科学问题是科研课题的来源，但并不是所有的科学问题在这个时代里都成为科研课题。由于客观物质条件、科学背景知识以及认识主体能力等多种因素的制约，我们只能从众多的科学问题中筛选出与其相适宜的科学问题作为科研课题。第54页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学问题凭着直觉和想象，可以自由发问提出可以是多方面的、发散的提出只要持之有故，都可以成立，不可避免理想化区别与联系

科研选题遴选出的将要付诸实践的问题，具体而复杂收敛的，需要深化和确定具体范围需慎重确定并能接受科技实际的检验科学问题与科研选题的关系第55页，共146页，2023年，2月20日，星期日（2）科研选题的原则需求性原则创新性原则科学性原则效益性原则

可行性原则科研选题第56页，共146页，2023年，2月20日，星期日1)需求性原则需求性原则是指科学与技术研究应选择符合学科理论发展或技术创新发展或社会经济发展的需要，这是科研选题的首要原则，它体现出了科研工作最终的目的性。基础性研究要从学科理论发展的需要出发，包括开拓科学领域的需要、更新科学理论的需要、改进科学方法的需要等；应用性研究要致力于解决国民经济发展和社会生活中所面临的实际科学技术问题，其任务在于把理论推进到应用的形式，要充分注意科研成果的经济价值、经济效益、社会效果、对环境的影响等现实性问题。第57页，共146页，2023年，2月20日，星期日2)创新性原则创新性原则就是要求课题具有先进性、新颖性和突破性，科学和技术研究就是要解决前人没有解决或没有完全解决的问题，并预期能够产生创造性成果。创新性是科研的最根本特点，是科研工作的灵魂，其主要表现在三个方面，一是概念和理论上的创新；二是方法上的创新（冯特将实验方法引入到心理学研究；普赖斯和汤浅光前将数学统计方法应用于历史学）；三是应用上的创新。第58页，共146页，2023年，2月20日，星期日

如何使选题具有创新性第一，在科学的前沿选题第二，在矛盾的焦点选题第三，在知识的空白点选题第四，在知识的边缘区、交叉点选题第五，在争论的焦点上选题，在科学猜想、科学假说、科学疑难中选题第59页，共146页，2023年，2月20日，星期日3)科学性原则科学性原则是指科研选题必须以科学事实、科学理论、技术原理等为依据，按客观规律办事，将选题置于当时的科技背景和社会发展时代之下，使之成为在科技上和实践上可以成立和可以探讨的问题，要持之有故、选之有理；同时，还要随着基础事实和背景理论的进步、变化而对选择的课题及其内容进行必要的调整，至少是局部调整和方案调整；否则，就会失去科学性而陷入没有应答域的假问题。第60页，共146页，2023年，2月20日，星期日如何使选题具有科学性第一，经验事实根据第二，实验事实根据第三，公理性“事实”根据第四，理论方面的依据第五，探索性和哲学性理论

第61页，共146页，2023年，2月20日，星期日4)效益性原则效益性原则一是指选题过程中要根据具体情况单独或综合着眼于社会效益、经济效益、生态效益等；二是指科研工作所需的人力、物力、财力、时间应该合理分配和安排利用。第62页，共146页，2023年，2月20日，星期日5)可行性原则可行性原则指选题应与自身的主、客观条件相适应。一是根据已经具备的条件；二是根据经过努力可以创造具备的条件。

在主观方面，要分析科研力量的结构、各种人才的配置和研究人员的素质、能力、对科研课题的认识程度、研究兴趣等因素，要求科研人员务必具备科学判断科研形势和科学精神的能力和素质；在客观上，要充分考虑科研经费、实验设备、试验材料、情报资料、时间期限和外部环境、国家政策、学术交流等因素。第63页，共146页，2023年，2月20日，星期日如何使选题具有可行性宜己性第一，衡量自己的知识结构第二，衡量自己的研究能力第三，衡量自己的操作能力

客观条件性第一是文献资料条件第二是仪器、工具、设备、实验室等物质手段第三是资金、经费第四是人的因素——人手、导师、协作者等等第五是相关学科的发展程度第64页，共146页，2023年，2月20日，星期日（3）科研选题的来源科研选题理论研究现实生活学术争论学科渗透直觉思维，意外发现研究管理和规划第65页，共146页，2023年，2月20日，星期日从现实生活中选题

现实的需要，是科研课题的首选目的。人们在现实生活中遇到的问题面广量大，选题的内容极为广泛，大至世界政治、经济、文化艺术，小到日常生活中的吃穿住用行，只要深入探索，不难发现有许多值得研究的课题。第66页，共146页，2023年，2月20日，星期日从理论研究中选题

人类认识是无限发展的，理论的真理性只是相对的，理论与事实之间的矛盾总是存在的，理论体系的完备也不是永恒的。即便是曾经“结论”了的理论观点，随着实践和认识的发展，也需要不断扩展和深化。因此，探索批判的眼光去看待已有的、传统的理论观点，常会从中发现新问题。第67页，共146页，2023年，2月20日，星期日从不同学派、观点的学术争论中选题关注学术之争，深入了解争论的历史、现状争论焦点，是发现问题、选择研究课题的一条重要途径。第68页，共146页，2023年，2月20日，星期日从学科渗透、交叉中选题

学科渗透、交叉是科学在广度、深度上发展的一种必然趋势，事物都在普遍联系之中，各门学科也在普遍联系中，以往人们注意从学科相对独立性上进行研究，现代科学注意了学科相互透、交叉的研究，在学科渗透、交叉“地带”存在着大量的新课题供选择。第69页，共146页，2023年，2月20日，星期日从科研管理和规划中选题

国家、省市及各种学术团体也经常提出许多科研课题，这些课题一般都是理论意义、现实意义上比较重要的课题，应当是科研工作选题的重要来源。此外，在各级政府、科研部门制订的各种科研规划中，也提出许多研究课题，也都是选题的重要来源。第70页，共146页，2023年，2月20日，星期日从直觉思维、意外发现中选题

科研人员对研究对象富有浓厚的探索兴趣，也是科研选题的一个重要来源。这时，选题常常得于科研人员的想象、灵感、直觉，以及对这些直觉思维、意外发现带来的机遇的捕捉。第71页，共146页，2023年，2月20日，星期日（4）科研选题的方法

问题调研课题选择

课题论证课题决策第72页，共146页，2023年，2月20日，星期日问题调研确定自己的研究方向；明确自己的研究领域、研究范围及其研究层次；对国内外在同一科技领域或学科领域或应用领域的情况进行全面的调查研究，坚持跟踪、不间断地大量搜集这一领域有关的科技问题的历史、现状、进展、趋势等信息和情报，为最后选定具体的课题和科研内容做准备第73页，共146页，2023年，2月20日，星期日课题选择

课题选择是提出并确定拟研究的具体课题与科研内容的阶段根据问题的调研结果，运用选题原则，从在调研中所拟定的问题中择优选出备选课题，然后设计出科研工作方案，并写出开题报告开题报告内容一般包括有课题来源、研究的目的和意义、国内外现状和发展趋势、所采用的研究方法、完成任务的主客观条件、研究时间、所需经费、成果应用推广及预期经济社会效益等，开题报告是对课题进行可行性研究和审批课题的重要依据。第74页，共146页，2023年，2月20日，星期日课题论证

课题论证是为了确保课题选择正确而对课题及其方案做出论证和全面评审，根据选题的基本原则，对课题的依据、实施条件、社会与经济效益及对科技发展的潜在价值依次逐项剖析、审议课题论证一般采取同行专家评议、领导参与决策、管理部门决策结合的方式进行。第75页，共146页，2023年，2月20日，星期日课题决策课题决策就是最终确定课题的取舍，经过论证与评议，最后做出决策，课题若通过论证则可确定为待研究课题或立即立项实施，否则被淘汰出局而另选课题。总之，科研选题是一个不断反馈并反复调整的过程，常常需要反复调研、调整、更改和多次论证。第76页，共146页，2023年，2月20日，星期日开题报告应阐述的内容1．课题的目的、意义、价值；2．问题的起因或任务的来源，理论依据及实验依据；3．国内外当前研究状况、水平、症结、进展情况；4．课题的理论要点或技术关键；5．研究的途径、角度、方法；6．自己已进行的准备、前期研究的状况、进展程度；第77页，共146页，2023年，2月20日，星期日7．课题的主客观条件；8．预期进展和最终成果；9．阶段成果和最终成果的形式：论文、专著、报告、决策建议和提交成果的时间。10．专家意见和可能已有的一些反映；11．科研的人员组成、分工、协作形式，课题负责人的资历、能力、已有成果情况；12．课题实施的总体规划、基本部署和主要步骤。13．设备、经费情况；14．申请、要求与希望。第78页，共146页，2023年，2月20日，星期日（二）科学事实的获取第79页，共146页，2023年，2月20日，星期日1、获取科学事实的基本方法科学观察科学实验基本原则涵义和分类涵义和分类在科学研究中的作用要素程序特殊作用特点和功能实验者实验对象实验手段1.科学观察隶属于实践活动

2.科学观察是主体和客体相互作用的过程

3.科学观察是积极能动的反映1.科学观察是科学认识的源泉和基础

2.科学观察是检验科学认识的重要手段

3.科学观察往往直接导致科学上的发现，为科学开辟新的研究领域1.简化和纯化研究对象

2.定向强化实验对象

3.寻求自然规律和技术手段比较经济、可靠第80页，共146页，2023年，2月20日，星期日2、观察实验中的一些认识论问题1）关于观察与理论的关系培根以来的归纳主义者倡导独立于理论之外的纯粹的观察、并认为只有经过这种纯粹的观察才能进入形成理论的阶段波普、汉森、库恩等人则否认有纯粹的中性观察存在，明确提出“观察渗透理论”爱因斯坦：“是理论决定我们能够观察到的东西”

第81页，共146页，2023年，2月20日，星期日2）关于测量问题a、实验仪器的干扰“干扰”是否可以忽略，是区别宏观物理和微观物理的重要标志

“波包扁缩”微观粒子测量的“干扰”立方体骰子桌子的“干扰”电子磁矩＝1.001159652193+0.000000000010玻尔磁子

第82页，共146页，2023年，2月20日，星期日第83页，共146页，2023年，2月20日，星期日b、微观客体的可知性第84页，共146页，2023年，2月20日，星期日3）关于观察实验中的机遇

案例：光化治癌技术的问世1、机遇及其在科学发现中的重要意义（1）什么是机遇观察、实验中得到的意外收获或偶然发现（2）机遇在科学发现中的重要作用第85页，共146页，2023年，2月20日，星期日2、机遇的类型及产生根源（蓦然回首型）科学研究中寻找的目标是明确的，但发现的场合和方式却是非常意外的。（顺手牵羊型）本来所要寻找的某种预期的现象，但结果却意外地发现了完全不同的另一种甚至是更重要的现象。

第86页，共146页，2023年，2月20日，星期日3、捕捉机遇的能力和要求

（l）首先必须具备敏锐的观察力（2）高度的判断力拉瓦锡:建立燃烧的氧化学说普列斯特利:真理已碰到了他的鼻尖

（3）抓住机遇深入研究（4）要有丰富的知识和有准备的头脑第87页，共146页，2023年，2月20日，星期日普利斯特列（1733~1804）是一位杰出的科学家，可惜犯了个巨大的判断错误。离奇的是，尽管他终生坚持的化学理论——燃素论——最终被他自己的研究所推翻，他本人却从未放弃过这一理论。不过，他终是对科学有着显著贡献。普利斯特列对气体特别有兴趣，他被酿啤酒时释放的气体（现在我们知道那是二氧化碳）所吸引，便收集了许多，并通过实验表明，这种气体在高压下易溶于水。这是苏打水和发泡软饮料工业的开端，风行的“汽水”（这名字并不恰当）热的源头。几乎所有淡而无味的流体，包括白开水，溶解了二氧化碳之后都会变得非常可口。当前的商家正把二氧化碳溶入“天然矿泉”水，造出美味的饮料，赚进大笔的银子。第88页，共146页，2023年，2月20日，星期日

燃素说是指任何能够燃烧的东西都含有一种特殊的物质，称为燃素。在燃烧过程中，燃素被释放到空气中。1772年，普利斯特列发现植物能释放出一种动物生存必需的气体。他试着呼吸这种气体，发现它不仅无害，而且使人感到轻快舒畅。他在在封闭的容器里分别充入等量的普通空气和这种新气体，发现老鼠在新气体里的清醒程度比在空气里还高一倍。

第89页，共146页，2023年，2月20日，星期日铅、汞的氧化物空气普利斯特列做了许多实验，用很大的放大镜聚焦阳光，加热金属氧化物（矿石），观察“燃素”的性质。1774，他通过加热汞和铅的红色氧化物，制取出了同样的气体。普利斯特列得出结论说，他发现了一种不含燃素的新气体，并把它称之为“无燃素气”。事实上，他是发现了氧气。

第90页，共146页，2023年，2月20日，星期日瑞典药剂师及化学家舍勒（KarlWilhelmScheele，1742~1786）几乎籍籍无名，不过现在正逐渐被科学史家认为是18世纪最伟大的化学家。他非常了不起，在化学上做出了许多发现，科学史上几乎无人能比。舍勒致力于追求科学的一生，可能还因为喜欢他尝尝新发现的物质的味道而被缩短了。他分离出了砷、钡、氯、镁、钼和氮，制造出了几十种重要的新型化合物，包括氧化溴、苯甲酸、柠檬酸、亚砷酸铜（绿色颜料舍勒绿）、没食子酸、氰化氢、硫化氢、氟化氢、乳酸、苹果酸、多种高锰酸、四氟化硅、酒石酸、钨酸和尿酸。事实上，他对化学的贡献可能超过了同时代任何其他科学家。1775年他被选为瑞典皇家科学院院士，这对一位药剂师的助手来说，实在是一桩独特的荣誉。1771年，舍勒在加热氧化汞时，发现了一种具有奇特性质的新型气体。它无色、无臭，身处其中的小动物如老鼠非常活泼。带火星的木条放进这种气体，会立刻冒出火焰。舍勒把这种气体称为“火气”，成为第一个发现空气中含有两种气体、一种能够支持燃烧而另一种不能的人。他立刻写了一本叫做《论空气和火的化学》的书，描述了这些实验。舍勒之所以被科学史家所忽略，很大程度上该归咎于他的赞助人、瑞典化学家伯格曼（TorbernBergman,1735~1784）太懒。伯格曼答应给舍勒的书写序言，生性安静恬退的舍勒可能是太羞怯，也可能是太专注于其它的研究，不愿去向伯格曼唠叨。结果伯格曼拖了很久才把序言写出来，舍勒的出版商（有时候他也会因为这本书出得太迟而受到指责）直到1777年才得以出版这本书。这时候，普利斯特列类似实验的结果已经发表很久了，他获得了发现氧气的荣誉。第91页，共146页，2023年，2月20日，星期日这还不是故事的结局。1774年，普利斯特列去拜访伟大的法国化学家拉瓦锡（AntoineLaurentLavoisier，1743~1794），把自己的实验结果告诉了他。傲慢的拉瓦锡把普利斯特列当作一个业余科学家，他立刻重复了普利斯特列的实验，证实了这一发现，并马上认识到其重要性，想到这种新气体是空气的重要组成部分。在经过一番有点儿混乱的思考之后，他决定把它称做氧气（Oxygen），希腊文的意思是“酸素”（其实不是）。拉瓦锡错误地认为，所有的酸都含有这种新气体。不过，他也像舍勒一样指出，空气中含有两种主要气体，一种支持燃烧（氧），一种不支持（氮）。他还研究了呼吸氧气的动物产生的热，证明呼吸作用与燃烧有关系。

这些发现实在太重要了，拉瓦锡决定以新元素的发现者进入历史，便声称这发现是自己作出的，完全抹杀了普利斯特列的功劳。至于氧气真正的发现者舍勒，自然更是被忽视和遗忘。第92页，共146页，2023年，2月20日，星期日（贝弗里奇）①在机会稀少的情况下，不要局限于传统的步骤，而要去尝试新奇的步骤；②在注意观察预期事物的同时，要保持对意外事物警觉性和敏感性；③解释线索，这是一切方面中最困难的方面；④不要满足于澄清手边的问题，而是要在取得某些新知识后去揭示更新的知识；⑤新发现在开始的时候也许没有用武之地，但绝不要因此而忽视；⑥新发现往往跟传统相悖，要能经得住冷淡和反对。

第93页，共146页，2023年，2月20日，星期日我们在科学研究中，在做每个实验的时候，都既要有明确的目的性和计划性，但也要充分注意可能的意外性。而在对待机遇的问题上，既要看到偶然性，又要看到隐藏在偶然性背后的必然性。第94页，共146页，2023年，2月20日，星期日（三）科学假说的形成1、科学假说的来源对于科学问题的解答对于科学事实的概括对于经验定律的解释第95页，共146页，2023年，2月20日，星期日2、科学假说建立的步骤

1）提出科学问题质疑

2）分析问题,作出初步假定

3）形成科学假说答疑所谓答疑,就是对某个尚无现成答案的问题提出某种解释或说明,这在逻辑上就称为假说第96页，共146页，2023年，2月20日，星期日1）导致假说形成的问题新事实和旧理论之间发生矛盾而提出的问题某个理论内部存在逻辑矛盾而提出的问题原有理论体系之间出现矛盾而提出的问题第97页，共146页，2023年，2月20日，星期日新事实和旧理论之间

发生矛盾而提出的问题科学研究的过程中,随着实践活动的不断深入,一旦科学家发现了一些意外的新现象,用旧的理论无法对这些新的事实作出合理的说明或这些新事实与原有理论所作出的推导是相抵触的,那么就会提出科学的问题。例：

17世纪以来,许多学者发现非洲西部的海岸线和南美洲东部的海岸线彼此相吻合这一事实,而当时的地质科学理论如地球收缩说、陆桥说对这一事实都不能作出圆满的解释。正是这一问题的出现,引发了魏格纳“大陆漂移”这一假说的提出。第98页，共146页，2023年，2月20日，星期日某个理论内部

存在逻辑矛盾而提出的问题如果某个理论内部存在着逻辑上的不一致,那么人们就会对这一理论的真理性和适用性提出质疑,新的问题就会出现。例：根据亚里士多德力学原理,物体速度与物体的重量成正比。而伽利略设计了这样的理想实验:用一根绳子把两块重量不同的石头联系起来,看它们以什么速度下落。根据亚里士多德的落体观念,可以得出两个相互矛盾的结论,这样,自由落体的速度问题就被提出来了,而正是这一问题的提出导致了后来自由落体定律的发现。第99页，共146页，2023年，2月20日，星期日伽利略对此提出了质疑：

按亚氏理论：物体从高空下落，重轻快慢AB伽利略假设：AB合物A快B慢，B拖累A

合物比A慢A比B快合物比A重按亚氏理论

合物比A快矛盾？？结论：合物既比A快又比A慢伽利略落体定律：物体从高空下落，不论轻重，将同时落地第100页，共146页，2023年，2月20日，星期日原有理论体系之间

出现矛盾而提出的问题如果原有理论体系内部存在的不同的理论,它们在各自领域内部都取得了成功,并且发挥着很大的作用,但它们之间却存在着矛盾,也会导致科学问题的提出。例：19世纪,生物进化论和热力学理论取得了前所未有的成就,建立起了比较完善的科学体系。但它们的基本理论之间却无法作出统一的说明。生物进化论认为物种在生存斗争中经过自然选择,由低级向高级不断进化。而根据热力学第二定律可以推导出:在物质系统发展的演化过程中,随着一系列有序化和组织化程度不断提高,系统的熵不断减少。这样就提供了两种完全相反的世界时间箭头。“怎样才能对二者作出统一的理论说明?”这一科学问题的提出必然引发科学家们作出各种猜想,提出假说第101页，共146页，2023年，2月20日，星期日2）分析问题,作出初步假定

为了回答所提出的科学问题,人们根据为数不多的事实材料和已有的理论原理,对问题进行科学分析,作出初步假定,形成假说的基本理论观点,即硬核。初步假定的提出是假说形成的基础。通过对问题的分析,作出初步假定,主要包括以下两种情况:在原有理论框架下,作出初步假定突破背景知识的束缚,作出初步假定第102页，共146页，2023年，2月20日，星期日在原有理论框架下,作出初步假定在科学史上天王星轨道“摄动”问题出现以后,天文学家经过分析,坚信经过100多年的实践考验过的牛顿天体力学并非失效了,他们认为可以在牛顿力学范围内解决,属于常规的问题。于是在原有理论框架内提出多种设想,经过反复考察,作出了天王星外存在着一颗“未知行星”的初步假定。06年，冥王星已降级为矮行星，太阳系剩下8颗行星第103页，共146页，2023年，2月20日，星期日突破背景知识的束缚,作出初步假定通过对问题“定性”,如果属于非常规问题,则需要突破背景知识的局限作出初步假定。背景知识是研究者从事科研工作的基础,但往往也成为创建思想的障碍,很容易把人的思维束缚在特定的理论框架内。如果所面临的科学问题是在原有的理论框架内无法解决的,这就需要研究者有革新的精神,敢于对背景知识提出质疑,向“经典理论”挑战,提出创新性的初步假定。哥白尼“日心说”、达尔文“物种进化论”、爱因斯坦“相对论”的初步假定的提出都是突破背景知识束缚的产物。第104页，共146页，2023年，2月20日，星期日

不论在哪种情况下提出的初步假定,由于研究者回答问题的角度不同,因而提出的初步假定往往是多元的。例：关于天王星轨道“摄动”问题,天文学家们开始提出了三种设想,即“灾变”,“未知卫星”，“未知行星”,经过反复考察,天文学家认为:如果曾有慧星撞击过天王星,则会使天王星轨道发生改变,但是,人们在那个时期没有观测到慧星经过天王星,因而“灾变”的假定不能成立;如果天王星有一颗尚未发现的卫星,其质量和体积之大足以使人们用望远镜发现它,而实际情况并非如此“,未知卫星”的假定也不能成立。因此“,未知行星”的初步假定就被确立下来。第105页，共146页，2023年，2月20日，星期日3）假说体系的形成初步假定是为了解答问题而猜想出来的基本理论观点,仅仅是假说的基本内核。初步假定确立以后怎样才能发展为结构稳定的假说体系呢?正如一篇文章有了钢筋骨架之后,需要血肉枝叶来润色加工。假说体系的形成则需要初步假定的外推和扩展来论证假说的基本观点,充实假说的基本内容。初步假定的外推和扩展,即由初步假定引申出关于事实的结论,包括以下两种情况:对已知事实的解释对未知事实的预测第106页，共146页，2023年，2月20日，星期日对已知事实的解释对已知事实的解释就是从已确立的基本观点出发,广泛地解释已知的事实。无论是对基本观点形成之前人们已观察过的事实,还是对基本观点形成后新观察到的事实,都要加以解释。被解释的事实越多,支持假说基本观点的证据也就越多。门捷列夫元素周期律最初作为假说被提出时,解释了当时已发现的63种元素的多种性质。魏格纳从大陆漂移的观点出发,解释了古生物学、地质学、气候学中的一系列发现。这些被解释的事实都对假说的基本观点起到了一定程度的支持。第107页，共146页，2023年，2月20日，星期日对未知事实的预测一个初步假定的提出不仅仅要能解释已知的事实,更重要的是能预测未知的事实,预测的未知事实一旦被证实,就能给假说的基本观点提供极大的支持和辩护。门捷列夫所制的早期元素周期表“未知行星”的假定预言太阳系外还有一颗比天王星更远的行星，1846年伽勒观察到了海王星“,未知行星”的假定就得到了证实。门捷列夫元素周期律的假说提出时给未知元素留下空白,预言了未知元素的存在及其性能,当这些预言后来被证实时,元素周期律的假定就具有了强大的说服力,并且顺利地由假说过渡到了科学定律。第108页，共146页，2023年，2月20日，星期日综上,一个科学的假说是由问题引发,经初步假定逐步发展成为结构稳定的假说体系,这是假说形成的三步曲。由于假说是科学性和假定性的统一,因而假说形成以后还有待于验证,实践是最后的试金石,任何假说,不管它如何复杂,都能在人们的实践中及对这个实践的理解中得到合理的解决。第109页，共146页，2023年，2月20日，星期日3、建立假说应遵循的原则解释性原则----燃素说由于不能对金属煅烧之后重量增加的现象做出合理解释，因而不能被普遍接受，最终被氧化说取代。相容性原则----牛顿力学是相对论在宏观低速状态下的特例。第110页，共146页，2023年，2月20日，星期日3、建立假说应遵循的原则简单性原则----爱因斯坦曾指出：逻辑上简单的东西，也许不一定是物理上真实的东西，但物理上真实的东西一定应当是逻辑上简单的。E=mc2可检验性原则----爱因斯坦建立广义相对论后，曾预言了两个重要效应：光线在引力场中的偏转和光谱线的红向移动。这两个预言分别得到实践证实，为广义相对论在科学理论之林中的地位打下了坚实的基础。第111页，共146页，2023年，2月20日，星期日4、科学假说的检验方法逻辑分析：判断假说的可检验性.实践检验直接检验:观察和实验直接观测科学假说的实质内容.间接检验:观察和实验观测来检验假说基本命题所推演出来的结论或预言.证实/证伪第112页，共146页，2023年，2月20日，星期日5、衡量好的科学假说的标准内容比较丰富----不但能够解释设定它要解决的问题,而且必须能够比较广泛地解释与其相关的问题预见新事实或现象----预见度的大小,预见精度的高低,反映了假说的真实性程度。较高的理论精确性较强的逻辑性----对原有的事实或现象进行扬弃,遵从事实内部的逻辑规律。经得住时间的考验第113页，共146页，2023年，2月20日，星期日（四）科学理论的评价和检验第114页，共146页，2023年，2月20日，星期日1、科学理论的评价真理性评价（逻辑评价）价值评价（功利评价）美学评价第115页，共146页，2023年，2月20日，星期日1）真理性评价科学理论评价首先是判别科学理论的真理性，包括科学理论的真与假的评价和真的程度的评价，即质的评价和量的评价。两个基本条件：逻辑条件(前验性检验理性检验)

经验条件第116页，共146页，2023年，2月20日，星期日相容性评价自洽性评价简单性评价第117页，共146页，2023年，2月20日，星期日相容性评价新的科学理论同公认的科学理论在逻辑上是相容的

相容性评价过程中，相关理论一般都是已经经受了科学共同体的严格批判和长期检验，是已获普遍接受的理论。对一个新提出来的科学理论，必须考察它是否与先行已获公认的背景理论具有相容性。第118页，共146页，2023年，2月20日，星期日

卢瑟福原子结构的“小太阳系”模型麦克斯韦电磁场动力学理论泡利中微子第119页，共146页，2023年，2月20日，星期日例如：牛顿力学、相对论和量子力学三者之间的关系

牛顿力学是量子力学在宏观世界的近似表现，是相对论在低速世界的近似表现。第120页，共146页，2023年，2月20日，星期日考察一个理论与背景理论之间是否相容，是科学家们拒斥轻率的理论的重要办法，也是利用经过大量经验确证了的理论抵制伪科学的重要手段。“水变油”事件--原子核的变化用普通的化学方法无法完成

“永动机”—违背能量守恒与转化定律第121页，共146页，2023年，2月20日，星期日分析理论内部是否自相矛盾要求科学理论内部的各个命题相互之间有逻辑联系，不能相互矛盾

自洽性评价NB:评价一个理论是否自洽，这是逻辑问题，可以不借助直接的实验。

第122页，共146页，2023年，2月20日，星期日亚里士多德：“一定的重量在一定的时间内运动一定的距离；落体下落的时间同落体的重量成反比”伽利略在其《关于两种新科学的对话》一书中使用亚里士多德式的严密的逻辑推理来揭示亚里士多德运动理论的不自洽。第123页，共146页，2023年，2月20日，星期日处于退化阶段的科学理论，在面对新的关键性的反例越来越多的时候，往往导致对理论的非自洽修改，而这种非自洽修改只能使该理论进一步暴露出其内在的矛盾，加快其被新理论所取代的速度。拉瓦锡氧化说取代燃素说第124页，共146页，2023年，2月20日，星期日处于进化阶段的科学理论，会在理论发展的过程中消化掉自身的不自洽之处。

化学元素周期理论第125页，共146页，2023年，2月20日，星期日简单性评价科学理论的简单性是指“这样的一种努力，它要把一切概念和一切相互关系，都归结为尽可能少的一些逻辑上独立的基本概念和公理。”

第126页，共146页，2023年，2月20日，星期日在科学认识中的作用包含的信息量往往较大，因而具有更大的普遍性具有更大的可否证性一个美学原则一定程度上表现了科学理论对自然界的正确摹写自然规律的简单性也是一种客观事实。——爱因斯坦第127页，共146页，2023年，2月20日，星期日科学理论的简单性评价:首先是看理论的普遍性