第五讲由问题而发现从假说到理论

第五讲由问题而发现从假说到理论第一页，共三十页，编辑于2023年，星期一内容提要科学问题科学假说的创立科学假说的检验第二页，共三十页，编辑于2023年，星期一讨论：科学研究始于观察，还是始于问题？归纳主义发现观认为科学研究始于观察，科学发现的程序是：（1）观察和记录事实（2）分析事实并归类（3）进一步归纳引导出一般结论（4）验证结论第三页，共三十页，编辑于2023年，星期一科学问题定义：科学问题是指在一定时代的科学家在特定的知识背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而又尚未解决的问题。它包括一定的求解目标和应答域。第四页，共三十页，编辑于2023年，星期一科学问题的类型1.“是什么”的问题。要求对研究对象进行识别或判定。2.“为什么”的问题，要求回答现象的原因或行为的目的。3.“怎么样”的问题，要求描述所研究的对象或对象系统的状态或过程。第五页，共三十页，编辑于2023年，星期一科学问题的产生1.当已有理论内部显现逻辑困难时，产生科学问题2.已有理论同经验产生矛盾时，产生科学问题3.已有理论之间产生矛盾时候，产生科学问题第六页，共三十页，编辑于2023年，星期一科学问题的解答途径1.通过进一步获取事实来回答问题2.通过引入新的假说来解答问题3.通过引入新的概念来解决问题第七页，共三十页，编辑于2023年，星期一内容提要科学问题科学假说的创立科学假说的检验第八页，共三十页，编辑于2023年，星期一科学假说定义：是人们根据已经掌握的科学原理和科学事实，对未知的自然现象及其规律性，经过一系列的思维过程，预先在自己头脑中做出的假定性解释。和科学理论一样，必须具有解释性和预见性。科学假说是通往科学理论的桥梁；科学假说是激发创造性思维的媒介；科学假说为科学研究指明方向；不同科学假说的争论有利于科学认识的发展。

第九页，共三十页，编辑于2023年，星期一建立假说的方法论原则解释性原则假说应与已知的经过实践复核的事实相符合，不仅能解释个别事实，而且能解释一系列相关的事实。对应性原则假说的提出不应与经过严格检验的理论中的内容相矛盾，而应与它们在适用范围内相对应或相一致。可检验性原则提出的假说必须是原则上能够被实践检验的，任何不能用观察、实验加以检验的假说，都不是科学假说。简单性原则假说在逻辑上应该简单，应以尽可能少的原理或基本假定为前提，来解释一定领域内所有的已知事实。第十页，共三十页，编辑于2023年，星期一溯因推理——一种提出尝试性假说的推理美国哲学家查尔斯·皮尔士曾把推理划分为三种类型：演绎推理、归纳推理和溯因推理，并着重探讨了溯因推理。在他看来，溯因推理是独立于演绎和归纳的第三种推理，它是一种提出尝试性假说的推理类型。它的形式是：

观察到了令人吃惊的现象B；如果A是真的，则B可获得解释；因此，有理由猜想A是真的。

第十一页，共三十页，编辑于2023年，星期一溯因推理的重新表述皮尔士的观点被诺伍德·汉森所发展。汉森确信存在发现的逻辑。溯因推理就是一种发现的逻辑。1958年，他在《发现的模式》一书中通过对开普勒发现行星运动三定律的过程的分析，对溯因推理的形式进行了重新表述：⑴一些意外的令人吃惊的现象P1，P2，P3……被观察到；⑵找到一个假说H，它能对P1，P2，P3……的原因作出解释；⑶因此，有理由提出假说H。第十二页，共三十页，编辑于2023年，星期一一种不被人们关注的推理食品柜里的干酪不见了，仅留下一些碎屑，昨晚听到了来自食品柜的刮擦声音，

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所以，干酪是被老鼠吃了。第十三页，共三十页，编辑于2023年，星期一想象、灵感和直觉——科学发现的心理学机制想象科学发现是一种“思维的自由创造”，但这种“创造”不是胡思乱想，而是“自由性”和“严密性”的统一。能将这两者统一起来的只能是想象。想象贯穿于创造过程的始终，没有想象做铺垫，灵感和直觉也就无从谈起。灵感人类创造心理处于激发状态的表现，它来得快，去得也快，具有稍纵即逝的特点。触发灵感的条件大概有三：科学家必须对所研究的问题已作了长期的艰苦探索；科学家必须为解决问题而穷思竭虑以至达到“忘我”的境界；科学家必须在紧张之余稍有松弛。直觉灵感状态到达以前，思维的自由度是很大的，允许进行各种想象，但往往毫无结果。只有在思维暂时中断的时候，灵感才有可能突然而致，因为思维越活跃越难从混乱的思绪中作出最佳的选择，而直觉就是这种选择，它是灵感状态达到高潮之后的必然结果。第十四页，共三十页，编辑于2023年，星期一凯库勒之梦——苯环分子结构的发现第十五页，共三十页，编辑于2023年，星期一大陆漂移说

德国地质学家魏格纳（A.Wegner）（1880-1930），大陆漂移说的创始人一次世界大战期间，魏格纳受伤在医院治疗，他的病床对面有一幅世界地图。有一天，魏格纳盯着这幅地图出神，无意中发现大西洋两岸的大陆轮廓吻合得非常好——非洲西海岸突出的部分与南美洲东海岸凹进的部分正好拼成一个整体。于是魏格纳突发奇想：大西洋两岸的陆地在远古时代曾经是连接在一起的，后经裂开和漂移成了今天格局。他广泛收集地质学和古生物学等方面的证据。1915年出版了《大陆和海洋的起源》，阐述了大陆漂移的观点。第十六页，共三十页，编辑于2023年，星期一证据1：相邻大陆的边缘形态可以拼接巴西东端的直角突出部分与非洲西岸直角凹进的几内亚湾非常吻合。1965年，人们曾根据大西洋最新海深图通过计算机对1000米等深线处进行拟合，发现两岸几乎可以完美无缺的拼接。具有如此高的拟合度不可能是偶然造成的。

第十七页，共三十页，编辑于2023年，星期一证据2：相邻大陆在地层上有许多相似性和可拼合性例如挪威到苏格兰的加里东褶皱山系在北美东海岸再现；南非开普山与南美布宜诺斯艾利斯的二叠纪地层可以拼合；非洲高原的前寒武纪片麻岩在巴西重现等等。这就象被撕碎的书页，不仅毛边可以拼接，连印刷文字都恰好齐整切合，显然就不是巧合了。

第十八页，共三十页，编辑于2023年，星期一证据3：古生物化石的分布由于相同的生物种不可能在相隔十分遥远的地点分别独立出现，它们应该起源于同一地区，然后再逐渐传播到其他地区。但是，魏根纳通过对比发现，在远隔重洋的大西洋两岸许多生物种群却存在着亲缘关系，其中特别是那些根本无法远涉重洋的陆生生物群落，只有用“联合古陆”的观点才能得到圆满解释。第十九页，共三十页，编辑于2023年，星期一内容提要科学问题科学假说的创立科学假说的检验第二十页，共三十页，编辑于2023年，星期一什么是检验蕴涵？从语言形式上看，科学假说大多表现为全称命题。由于全称命题无法直接与经验进行比较，因此，检验一个假说，只能通过间接的途径，即通过检验由假说推导出来的结论而实现。设受检验的假说为H，H为全称命题。显然，如果H为真，则可以推出某个命题I，I是可观察事件。于是，检验假说H的真假就可以通过检验命题I的真假来间接实现。由于I是以H为前提演绎出来的，即I为H所蕴涵，因此称I为H的检验蕴涵。第二十一页，共三十页，编辑于2023年，星期一假说检验的三个步骤从假说推导出一些预期的、可观察事件的陈述，即推出假说的检验蕴涵。进行观察实验获取观察事实，并检验假说的检验蕴涵与观察事实是否相符。作出检验结论，即如果假说的检验蕴涵与观察实验结果相符，就可以认为假说得到了证实，否则，就可以认为假说被证伪了。第二十二页，共三十页，编辑于2023年，星期一关于假说的确证模式如果H，那么II

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所以，H实质结论具有或然性，属归纳推理。意义提供了一个证据，在一定程度上支持了这个假说，并且这样的证据越多，该假说为真的可能性就越大。证据支持包括四个方面：数量、种类、精确和创造性第二十三页，共三十页，编辑于2023年，星期一关于假说的证伪模式如果H，那么I

非I

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所以，非H确定性逻辑上具有必然性，属演绎推理。复杂性当检验蕴涵与观察实验结果不一致时，要考虑两种情况：观察实验结果是否正确；辅助性假说是否正确。第二十四页，共三十页，编辑于2023年，星期一案例：塞麦尔维斯-“母亲的救星”维也纳总医院死于产褥热的产妇1844年1845年1846年第一产科病房8.2%6.8%11.4%第二产科病房2.3%2.0%2.7%第二十五页，共三十页，编辑于2023年，星期一可能的原因一、“宇宙-地球-大气变化”传播到整个地区而引起的二、过分拥挤三、第一产科病房所有接受训练的医科学生的粗暴检查造成的创伤四、心理解释五、仰卧分娩与侧卧分娩第二十六页，共三十页，编辑于2023年，星期一可能的原因六、医生的双手是传染性物质的携带者检验:

产褥热能由化学方法消灭粘附在手上的传染性物质而得到预防。能解释更多的事实：

1.第二产科病房死亡率低得多

2.“街道分娩”死亡率比较低第二十七页，共三十页，编辑于2023年，星期一什么是判决性实验？如果关于同一问题存在着两个相互竞争的假说，已有的证据并非有利于其中的一个而不利于另一个，即这些证据不足以决定这两个假说孰是孰非。在这种情况下，我们可以设置同样的条件，由两个相互竞争的假说分别推出相互排斥的检验蕴涵，通过相应的观察或实验，来看检验结果与哪一个检验蕴涵相符，从而断定需要放弃哪个假说、接受哪个假说。这样的实验就是判决性实验。第二十八页，共三十页，编辑于2023年，星期一辅助性假说和特设性假说如果H，那么I