PPT《第五章 科学发现方法》

第五章 科学发现方法 科学问题科学事实科学事实发现的方法 科学认识作为人类探索自然界性质和规律的活动,是从提出科学问题开始的.

科学问题为搜集科学事实活动提供指向,观察和实验是获取科学事实的基本方法和手段.

第一节 科学问题 科学始于问题科学问题的结构与特征科研选题 科学研究是不断提出问题和解决问题的过程.科学问题中既包含理论背景,也包含事实因素.发现、选择和分析科学问题是展开科学研究的前提,也是衡量科研人员能力和水平的重要标志.

一、科学始于问题 科学始于观察,来自观察,来自于对经验事实的概括和归纳.这种见解一直到20世纪30年代才遭到波普尔的否定. 波普尔:观察不是科学的起点,因为没有纯粹的 观察,想把理论陈述都还原为观察陈述是不可能的.科学始于问题,只有提出问题,才能激发人的好奇心和探索的兴趣.科学只垂青那些有准备的头脑,即带着问题进行观察的头脑. 以问题为起点,波普尔构想出科学发展模式为 Pl→TT→EE→P2 科学就是 从问题到问题 不断进步的过程 Pl代表问题TT代表试探性理论EE代表(尝试)排除错误P2代表新的问题 启迪:问题是科学的血液,是科学的生命.即使是已经证明某问题为不可能,对科学的发展仍然是有益的,如永动机的否定导致了能量守恒定律的发现.有时,人们对旧问题有了更好理解时,新的问题往往随之而生.只有提出问题才能分析问题与解决问题,从这个意义上说,提出问题比解决问题更重要. 爱因斯坦: 解决一个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,从新的角度去看旧的问题,却需要创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步 . 史实例证――光速测定:17世纪伽利略提出测定光速问题,对科学实验和自然科学发展起了重大的推动作用,它导致了后来罗爱、斐索、迈克尔逊等人对光速越来越精确的测定,而光速的测定,为天文学提供了方便的计量单位――光年.此外,它也推动了光学理论、电磁理论以及狭义相对论的发展.

二、科学问题的结构与特征 科学问题,是指一定时代科学认识主体在当时知识背景下提出的关于科学认识和科学实践需要解决而又未解决的矛盾,它包含着一定的求解目标和解答域,但尚无确定的答案. 科学问题 疑问项 解答域 科学问题的结构:问题的指向、研究的目标、求解的应答域以及疑问项等要素及其相互间关系.疑问项和解答域是基本组成部分. 疑问项:科学问题的主体,指出了科学研究的对象. 燃素的比重是多少 DNA分子是怎样由四链构成的 这两个问题所指示的认识对象分别是 燃素的比重 和 DNA分子的结构 . 解答域:问题论述中所确定的域限,并假定所提出的问题的解必定在这个域限之中.尽管这种预设仍是一种猜测,是可错的,但在科学探索过程中却能起定向和指导作用.如 爱滋病是由什么病毒引起的? 该问题的解答域为 爱滋病的病因在病毒范围之内 . 科学问题的特征历史性历史性可解性可变异性 历史性 只有依据当时的科学认识和科学实践水平,才能提出真正有价值的科学问题脱离当时的科学认识和科学实践水平,提出的问题则可能是无意义的,不能成为科学问题 希尔伯特:之所以能够于1900年提出作为数学研究重大目标的23个问题,就是因为他的研究领域几乎遍及当时数学的各个重要分支且造诣很深,能够总揽全局,把握数学发展的动向. 发展性 同一问题在不同理论背景下,内涵深度是不同的,是发展的.如生物遗传,19世纪末魏斯曼提出的是 种质 ,20世纪初摩尔根提出的则是 基因 ,到了20世纪50年代,汉森和克里克则提出了生物大分子DNA的结构问题. 可解性 提出问题时,求解范围和基本方法就被预设了.虽然解答域在求解过程中可以调整,但调整后的解答域依然应当是确定而有限的范围.没有一定解答域的问题,其求解范围是一个无限定的全域,很难成为科学问题. 可变异性 科学问题是可变的,可以引出另一个科学问题.困惑数学史两千年的欧氏几何第五公设证明就是典型例子.19世纪俄国数学家罗切夫斯基改变了问题,创立了非欧几何.

三、科研选题 科研选题就是形成、选择和确定所要研究和解决的课题.课题是为了实现某个特定目标所需要研究的一个或一组科学问题.科研选题有其步骤和原则. 科研选题的步骤 文献调研和科学分析 提出选题、初步论证 选择和确定课题 文献调研和科学分析 文献调研应查明有关专著和论文,并尽可能追溯其发展历史,以便继承前人已有的科研成果,在新的起点上选择研究课题.在选题调研中要保持批判头脑,过分依赖和盲目相信文献资料会使人墨守陈规,而摆脱固有观念的束缚和解决问题本身同样困难. 提出选题,初步论证 调研后经过分析、筛选,提出研究课题,然后还要对课题进行可行性分析,如建立模型进行初步计算,或设计一些必要的实验.若有几个备选课题,则需要对计算和实验结果进行分析比较和筛选. 评议和确定课题 在评议和确定课题时,可以提出 三问 问专家:在您的研究领域中,最有意义的尚待解决的问题或难题是什么?问同伴:向他们说明自己正准备研究什么问题?问自己:我对解决这些问题最可能做出贡献的独特背景知识和经验到底是什么? 整理出以上三问,并将之交集,就能够较好地抓住研究方向和重点. 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. 选题的基本原则 需要性原则创造性原则科学性原则可行性原则 需要性原则 应面向社会需要和学科发展需要.社会需要包含经济发展、国防建设、医疗卫生和文化教育事业等需要.学科发展需要包含开拓科学领域、更新科学理论、改进科学方法等.需要性原则还体现在科学研究的三个层次. 开发研究 应用研究 基础研究 开发研究 担负着把科学技术直接转化为社会生产力的任务,其选题应将当前社会需要置于首要位置.即便是跟踪世界高技术研究,也要充分重视在当前有应有价值的项目. 应用研究 致力于解决国民经济和社会生活中所提出的实际科学技术问 题,是基础研究成果向现实社会生产力转化的关键环节.选题方向一方面应指向加强生产活动的技术基础,弄清技术机理一方面应在充分了解国内外重大基础研究成果的基础上,选择有市场潜力和能衍生新技术群体的成熟理论作为应用价值发现的攻关课题. 基础研究 要从学科发展的需要出发,去研究和发现自然界的新现象和新规律,为认识和改造世界提供理论依据.当代科学技术一体化趋势日益缩短了基础研究到应用研究再到开发研究的周期,某些基础研究已成为当代高技术的直接生长点,因此基础研究的选题方向应面向现代大科学观. 创造性原则 是指选出的课题应是前人没有解决或没有完全解决的疑难问题,并预期从中能产生创造性的科学........