第五讲 科学问题与科学事实

1、西方学者关于科学问题概念的解释
1、 Popper、S.Toulmin把问题看作是与矛盾、 冲突、差距等相类似的东西。 2、查尔斯·皮尔斯、岩奇允胤和宫原将平等认 为，问题是表示无知并且愿意知道某件事情， 它是认识主体想要弄清或力图说明的东西。 3 、在波兰尼看来，问题之所以成为问题，是 相对于特定认识主体而言的。
微观与宇观领域的科学实验
► 有些自然现象极为短暂，转瞬即逝，如基本
粒子的寿命一般为10-10~10-8秒，而共振态粒 子的寿命仅为10-24~10-23秒，而有的极为缓 慢，如天体演化、生命起源。
1953年美国芝加哥大学研究生米勒用甲烷、氨、 氢、水汽混合成一种与原始大气相同的气体，放 入真空玻璃瓶，对它进入火花放电来模拟原始地 球大气层的闪电，结果只用了一星期，便在其中 得到了甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸等 四种构成蛋白质的重要氨基酸。而这个过程在自 然条件下却需要数百万年时间。
机遇性发现的条件
► 有敏锐的思想，丰富的想象力和判断力
► 巴斯德“在观察的领域，机遇只偏爱那种有准备的头脑”。
► 弗莱明青霉素/伦琴//约里奥· 居里误把中子当成高能r射线
► 要有严密观察的良好习惯和较强的洞察力
► 达尔文观察野鸭和家鸭/ ► 密立根1910年油滴实验，测量电荷，但他指出有一个电荷为电子
四、观察、实验中的认识论问题
► 1、观察、实验中的“机遇”问题
“机遇”是科学实验中的意外性发现。 1895年 伦琴发现X射线；1896年贝克勒尔发现铀的天然放 射性 机遇的特点：意外性，较大的科学价值性 机遇的认识论问题： “在观察的领域,机遇只偏爱那种有准备的头 脑”； 机遇只是科学发现的一种线索.如佛莱明发现葡 萄球菌被杀死----灰尘----青霉素. 能否利用机遇提供的机会做出科学发现，反映 了一个科学家的科学素养。
7、科学问题的类型
研究的视角或角度不同，或者分类的 标准不同其类型表现就不同。依据科 学问题的性质、研究需要及其方式， 以及在目标整体中的地位等，可以将 其作如下分类。
（1）理论性问题与实用性问题
根据理论与应用的关系，把科学问题归结为理论性 和实用性问题两类。 A、理论性问题 或称理解性的问题，即与解释现象和理论思维有关， 或主体探讨有关科学概念、原理、假说等问题。如 物理学中的万有引力、时空相对性和光速不变；生 物学中的遗传本质、基因本质及其化学结构等等问 题。 B、实用性问题 或称经验性问题，即凡与观察、实验等实践活动相 关的问题。
观察的类型
直接观察：凭借感官直接进行的观察 ►感知范围极有限（可见光390~750纳米 波，可闻声20~20000赫兹频率） ►精度低 ►观察速度受限：高速或低速变化人无法 感知 ►感官错觉：温水实验 间接观察：引入仪器
2、观察的作用
依照是否运用仪器，可将观察分为直接观察 与间接观察。 观察是直接获取科学事实的重要手段，是检 验科学理论的重要手段，是科学实验的基础。 对于经验性比较强的学科，如地质学、气象 学、天文学等，科学观察往往成为决定科学 理论发展的基本因素。
2、科学实验的分类
► 定性实验与定量实验 ► 直接实验（作用于研究对象）与模拟实验
（作用于被研究对象的模型）
3、科学实验的作用
► 科学实验是独立于生产的科学实践活动，是
人类最基本的科学活动之一。 ► 科学实验是获取科学事实，检验科学理论的 基本途径。 ► 在现代，科学实验的手段和方法水平的高低， 已成为衡量和决定一个国家科技发展水平的 重要因素。
（二）科学事实的特点与作用
► 1、特点： ► 科学事实具有客观性——内容上的客观性和
可检验性。 ► 科学事实具有具体性——对某一具体对象的 存在状态或属性的陈述。 ► 科学事实具有解释性——科学事实本质上是 人对观察现象的解释。 ► 科学事实具有历史性——它的含义与指称是 在发展中获得真理的。
几个例子
8、科研选题：从问题到课题
科研选题不是主观任意的选择一个课题， 而必须遵循一定原则、按照特定步骤， 对本学科前沿所有已发现并提出的或潜 在的科学问题，进行层层筛选、反复比 较，以及深入分析和严密论证。惟有如 此才能真正选择到科学疑难、科学探索 性问题，也才能使科研选题具有重大的 理论价值和现实意义。
2、科学问题的概念



指一定时代的科学认识主体在当时的知识背 景下提出的关于科学知识体系内和科学实践 中需要解决而又未获解决的矛盾。 这一概念具有这样几个基本点： （1）科学问题，它产生于对科学背景知识 的分析，反映当前科技背景能力和智能主体 能力对所提问题的求解理想的差距。 （2）科学问题包含着一定的求解目标和问 答域。 （3）科学问题是用语言表达的科学疑问。
5、科学问题的基本特征
（1）、探索性。即科学问题是对未知现象、事 件、过程及其本质和规律的探求。 （2）、模糊性和不确定性。即主体对问题探求 的模糊性和不确定性等。 （3）、待解决性。即目前不知道其答案，它有 待解决。 （4）、可解决性。相信它是可解决的。 （5）、可变异性。不仅科学问题的应答域是可 变的，而且科学问题本身也是可变的，从而 可以引出另一个科学问题。
电荷的2/3——是不是一个夸克？
► 要有广博的知识和经验
► 1609里波斯//伽利略的望远镜
► 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的人，达尔文并不是第
一个提出进化论的人；巴斯德也不是第一个提出疾病的细菌学说。
塞夫斯特穆以风趣笔调形容其1830年发现钒： “在宇宙极光处住着一位漂亮可爱的女神。 一天有人敲响了她的门，女神懒得动，等着 第二次敲门，谁知这位来宾一敲过后就走了。 她急忙打开窗子张望，是谁家的冒失鬼呀？ 她自言自语说，‘啊，一定是维勒！’如果 他再敲一下不就见到女神了吗？过了几天又 有人来敲门，一次敲不开，继续敲下去，女 神开了门，是塞夫斯特穆，他们相晤了，钒 便应运而生了”。
6、科学问题的来源
（1）、来自社会生产和生活的实际需要
如浮力定律、控制论、青霉素等。 （2）、来自实践与理论之间的矛盾与疑难 如光的微粒说与波动说实践之间的矛盾催生了 Einstein的“光量子”假说与德布罗意的“物质波” 假说，并最终揭示出光的波粒二象性本质。 天王星轨道摄动和海王星的发现是由新的实践与牛 顿力学的矛盾所引发的。 （4）、理论与理论之间的矛盾与疑难 同一领域内不同理论间; 不同领域理论间 （5）、理论自身内部的逻辑矛盾或悖论
3、科学问题的意义
（1）科学问题是科学活动的起点 两种观点： 科学始于观察 科学始于问题 （2）科学问题是科学发展围绕着的中心，科学发现 的逻辑在一定意义上就是科学问题的“解—答逻 辑” （3）科学问题是科学活动的归宿 P1—TT—EE—P2
4、科学问题的结构
科学问题中所蕴涵着的问题的指向、研究 的目标、求解的应答域(respondent territory)以及疑项等要素及其相互间关系。 科学问题最基本的组成：疑问项和解答域。 疑问项指出了科学问题的对象，解答域则 包含了科学问题的指向、研究目标和可能答 案的领域。
三、科学事实发现的方法——观察与实验 （一）观察方法 1、观察：人们有目的、有计划地感知客观 事物，获取感性材料的方法。 真如日常生活中人们对事物的“看”与对 事物的判断结合在一起一样，科学观察既包 含接收外部世界的信息，也包括对获得的信 息的初步加工。 “我看见太阳东升西落”，“我观察到x 射线穿过原子被散射的现象”。
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事实Ⅰ与事实Ⅱ
A：事实Ⅰ是事实Ⅱ的客观基础，没有事实Ⅰ也就没 有科学事实Ⅱ。没有事实Ⅰ做基础的事实Ⅱ，不是 事实。 B：科学事实Ⅱ是人们用语言对事实Ⅰ的解释。作为 客观现象，事实Ⅰ正是通过事实Ⅱ为人们所认识和 把握。没有科学事实Ⅱ，客观事实Ⅰ就完全是不可 捉摸的东西。 C：一般的认识逻辑是：事实Ⅰ（客观现象）——科 学事实、理论——自然对象。 人们首先得到的是事实Ⅰ（客观现象），然后对 现象进行解释，得到科学事实，建立科学理论，最 后建构出科学对象。自然对象既是科学研究的前提， 也是科学研究的结果。
（二）科学实验
1、实验方法是人们根据一定的科学目的，运用 一定的科学仪器，在人为控制或变革对象的 条件下获得科学事实的方法。 居维叶：“观察者听命于自然界，而实验者 则质问自然界，并迫使自然界坦露她的奥秘” 实验方法的特点： 科学实验可以简化和纯化研究对象 科学实验可以激化和强化研究对象 科学实验可以再现和重演研究对象
► “太阳东升西落”——“地球围绕太阳转”，
“太阳围绕地球转” ► “空气助燃”——“燃素”、“氧” ► “水星近日点的进动”——“火神星”、“广 义相对论效应”
2、科学事实的作用
► 1、科学事实是科学概念、科学理论形成的基
础 ► 2、科学事实是科学评价和选择的基本手段 ► 爱因斯坦：科学评价和选择的基本标准—— 经验的证实与逻辑的完备。
科研选题的原则
需要性原则 新颖性原则 合理性原则 可行性原则 效益性原则
科研选题的步骤
1、发现问题
2、查阅有关文献资料和进行实验或社会 调研 3、建立模型 4、选题论证与综合评价
二、科学事实
(一)科学事实的概念 1、科学事实：科学事实是指通过观察和实 验所获得的经验事实，是经过科学分析和确 定的事实。 事实Ⅰ——宏观的仪器现象，它是客观对 象与观察仪器相互作用结果的表征。如仪器 上所显示和记录的数字、曲线、图象等。 事实Ⅱ——通常的科学事实，对观察实验 所得结果的陈述和解释。
B、非常规性质的科学问题 指在科学革命阶段为突破已有的并 创造新的理论体系而提出的问题。 例如，为突破托勒密(Ptolepy,C.)地心 说哥白尼(Copernicus,N.)提出太阳中 心说；Einstein在Newton绝对时空观 所潜藏的问题中提出狭义相对论。
（３）依据问题表述形式的分类
由于科学发展的不平衡，既有以归纳为主的描述 性 科 学 ， 也 有 以 演 绎 、 公理 化 方法 为 主的 “精密科学”。科学问题从低级到高级表现 为： A、“…是什么？”的问题 即what，要求对研究对象进行识别或判定， 其答案是对事实的陈述。 B、“…怎么样？”的问题 即 how，要求从要素构成、性质、相互关系 及其规律等方面描述对象状态或过程。 C、“…为什么？”的问题 即 why ，要求分析揭示产生某类现象的原因 或行为的目的等。
科学问题诸要素的作用 其中作为基本要素的应答域(或“问题之 解的应答域预设”)具有特别重要的价值:任何 具有价值的问题总要求作出具体的应答域预 设以明确地指导研究，而泛泛的全域性预设 则毫无意义；应答域预设又是可错的，即在 应答域内求解则有强力推动作用，反之相反。 问题的指向通过指向问题对象而对科研 具有指导性，并客观潜在地决定了问题的解； 应答域则通过预设问题解的存在域而如路标 般为研究者求解导航，即它主观上明确指示 了求解的方向。
第五讲 科学问题与科学 事实
一、科学问题 二、科学事实 三、科学发现的经验方法
一、科学问题
科学家一般很少从理论上去反思什么是 “科学问题”，但却总能从已有科技背 景知识中发现并提出实际存在的问题， 同时又总是能提出完美的假说或设计出 切实可行的方案，使问题得到圆满的解 决。哲学家则通过考察不同科学家研究 成果的产生过程，力图描绘出其运行轨 迹的共同特征。
（2）常规与非常规性问题
根据问题与现在理论的关系，把科学问题分为常规
问题与非常规性问题。 A、常规性质的科学问题
此指在科学逐步积累、演化阶段，为充实和完善已 有理论体系而提出的问题。 例如在牛顿《自然哲学的数学原理》所规定的 经典力学的基本理论框架或范式下，亚当斯 (Adams,J.C.)和勒维烈(Leverrier,U.J.J.)所提出的 天王星轨道摄动和海王星的发现；瑞士数学家丹 ·贝 努力 (Bernoulli,D.) 和欧勒 (Euler,L.) 的多质点体系、 刚体和流体力学；拉格朗日 (Lagrange,J.L.)用变分 法得出能概括牛顿力学的普适数学形式等等问题。