第五章 科学理论的形成

1、第五章 科学理论的形成第一节 科学问题的确立科学问题是科学研究的起点一、科学问题的主要来源1.为寻求事实之间的联系提出问题。2从理论与事实之间的矛盾中发现问题。 3.理论内部的矛盾中发现问题。4从不同理论之间的矛盾中发现问题。 5从社会需要中发现问题。 二、科学问题的选择科研选题1、科研选题的重要意义第一，选题是整个科研程序的首要步骤；第二，课题选择是否恰当，直接关系着科研工作进展的速度、成果的大小乃至工作的成败；第三，正确地选择科研课题，决定了科研人员的主攻方向和进行此项工作所应采取的研究方法。 2、选题的基本原则创新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新性的科学技术成果。创新性是科学研究也是科研选题的灵魂。 科学性原则是指所选课题一定要有相关的科学事实和科学理论作为依据。 可行性原则是指选择课题时，必须要认真考虑完成课题的主观条件和客观条件是否可行，即根据已经具备的或经过努力可以具备的条件进行选题。 需要性原则是指应面向社会需要和科技发展的需要，面向社会、造福人类，使社会和科学能从中获益。 3科研选题的步骤（1）课题调研课题调研就是要求研

2、究者对所拟课题的一般历史背景、现状及发展趋势进行充分的调查研究，作出描述和评论。（2）课题选择课题选择阶段是根据课题调研结果，运用选题的基本原则，对若干个课题进行分析、筛选，确定一个最隹的课题。 （3）课题的可行性研究课题的可行性研究的目的，是要全面评价课题的研究的目的性、必要性以及实现的可能性，以确保选题的正确。课题的可行性研究一般请同行专家来研究评议。第二节 科学事实的获取一、观察与实验是获取科学事实的基本方法1观察（1）观察是人们通过感官或借助科学仪器在自然发生的条件下有目的、有计划地感知研究对象，从而获得科学事实的一种研究方法。（2）观察的特点 观察并非消极的、被动的注视，而是积极的、能动的反映。 观察的重要特点是在自然发生的条件下对自然现象进行研究。 （3）科学观察的基本原则坚持观察的客观性。观察的客观性，是指在对观察对象进行观察过程中，要求实事求是地进行周密的观察和反映，不能有主观臆断，必须客观地、如实地反映研究对象各方面的状态。坚持观察的全面性。观察的全面性，是指在观察过程中必须系统、全面地观察研究对象，以获取完整的信息。 （4）观察的作用和局限性第一，为科学假说的提出和

3、科学理论的形成提供第一手的原始材料。第二，观察可为检证科学假说和科学理论提供事实根据。观察方法有其局限性2实验（1）实验是人们根据一定的科学研究目的，运用一定的物质手段（科学仪器和设备），在人为控制或变革客观事物的条件下获得科学事实的方法。（2）实验方法的特点简化和纯化研究对象。强化和激化研究对象。再现、加速、延缓或模拟研究对象经济可靠（2）实验方法的类型依据测量手段的不同，可分为定性实验和定量实验。根据实验手段是否直接作用于实验对象，可分为直接实验和模拟实验。根据实验的直接目的不同，又可分为探索性实验、验证性实验、析因实验、对照实验和判决性实验等。 （3）实验方法的作用实验方法所具有的特点，决定了它在科学研究中具有越来越重要的作用，以至成为一个相对独立的社会实践。（1）实验是检验（即证明或反驳）在科学认识中得到的理论原理真理性的标准，是证明科学知识的手段；（2）实验是获得新假说、新理论的直接来源，是发展科学知识的手段。二、模拟实验中模型方法的应用 在科学研究中，把现实的对象叫做“原型”，而把原型的相似替代物叫做“模型”，模型方法就是以模型与原型之间存在相似性为基础，用于揭示模型与原型

4、（实物）相似关系的方法，体现了认识主体的主观能动性。 1模型方法的重要意义 由于科学研究的对象受到各种客观条件的限制，所以往往不能直接运用实验手段作用于研究对象自身（原型）。人们不得不力求找到或设计一个与原型相似的替代物（模型），通过模型来认识原型。 2模型实验中的物理模型 物理模型，是以自然界原有的或人工制造的材料，应用模拟方法设计出的、与原型相似的模式。依据模型与原型之间相似关系的特点，可以分为物理模型、化学模型、生物模型等。它们分别是以模式与原型之间物理、化学或生物性质的相似为基础的，通过模型来认识原型的物理、化学或生物运动过程。对应的是物理模拟实验观察、化学模拟实验观察或生物模拟实验观察。 3模型实验中的功能模拟方法（1）功能模拟方法的含义功能模拟法是以系统的功能和行为的相似性为基础，用模型来模拟原型的功能和行为的方法。（2）功能模拟方法的特点：第一，它是一种功能和行为的模拟。第二，不追求模型的结构与原型相同。第三，模型不再仅仅是一种研究的手段，它本身就是研究的目的。（3）功能模拟方法的作用第一，运用功能模拟方法进行人工智能研究，创造出具有人工智能的电脑和人工智能机器人，使机器

5、代替人脑和人体部分功能成为现实。第二，功能模拟方法的创立开辟了人类向生物界寻求技术设计思想和了解复杂系统运行规律的途径。4模拟实验中的数学模型 思想模型是运用科学思维的形式，发挥想象力在思想中构思的、与对象相似的模型。数学模型是最重要的思想模型，它是对研究对象在数量关系、逻辑关系与空间形式的模拟，以揭示出研究对象（原型）的内在本质或必然联系。数学模型表现为一个或一组数学方程、一个或一组函数、一些几何图形和逻辑关系。 5计算机仿真模型 数学模型多数要依赖电子计算机来求解，因而它常常被计算机仿真模型取而代之。仿真模型将原型的数学模型转变成能在计算机上运行的仿真模型；编出仿真程序，运行仿真模型进行实验观察；分析实验结果，对原型做出评价。 三、观察实验中重要的认识论问题1、观察与理论的关系 观察是属于认识领域的范畴，不单纯是生理活动的过程。这就决定了观察要受到观察者已有的经验和所掌握的理论的影响，即观察渗透理论。 理论对观察的影响，还表现在人们观察时的注意力与理论有极大的关系。科学观察是有目的、有选择的，观察什么、详略如何，都与研究的问题有关，与观察者的理论素养有关。 爱因斯坦也曾明确指出：“

6、是理论决定我们能够观察到的东西只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推理出基本现象”。 2、微观领域中仪器的影响问题 在微观领域中，实验仪器对微观客体状态的影响（“干扰”）很大，与宏观测量时的情况有明显的区别。仪器对观察对象的影响，在宏观领域与微观领域都是存在的，在对客观性的影响方面并没有原则的差异。就拿量子力学中的“不确定性原理”来说，它也没有否定观察的客观性。因为，微观粒子本来就不同时具有精确的位置和动量，所以在测量中就无法同时精确地测定粒子的位置和动量，这说明了观察的客观性在微观领域也是成立的。所以，在微观领域的实验观察仍是主客观相统一的过程。3、观察和实验中的机遇（1）机遇的特点和作用机遇的最大特点就是意外性。（2）机遇产生的客观根据和认识论根源机遇产生的客观根据在于自然界本身就是偶然性和必然性的辩证统一。机遇产生的认识论根源在于科学研究的目的性和探索性与自然现象间的错综复杂的矛盾。（3）如何正确对待机机遇具备丰富的准备知识保持对意外事物的警觉性和敏感性善于抓住机遇提供的线索，追根究底，作出科学解释第三节 科学抽象与科学思维 一、科学抽象1什么是科学抽象科学抽

7、象就是抽出和排除事物非本质的次要因素，通过思维揭示其固有的本质特征。2科学抽象的意义使知识本质化。使知识层次化。使过程纯粹化。 3科学抽象的一般过程 感性上的具体抽象的规定思维中的具体 感性的具体：是人对具体事物的感性直观，它在人的种种主观感受中综合为一个完整的表象，成为整个认识的起点。抽象的规定：从大量经验材料出发，经过科学概括，建立某些局部的科学定律（经验定律或经验公式），这些定律和公式反映了这一类自然现象的某一侧面或特点，反映了了其中某些规律性的东西。理性的具体：对这一系列的经验定律加以分析和综合，从那些最基本的的规定扩展到整体，把事物的各种联系在思维中完整地复制出来，即把事物作为整体在思维中再现出来。感性的具体抽象的规定理性的具体磨擦生热等机械能转化为热能等能量守恒与转化定律（热力学体系）光的生动的表象光的波动性、量子性、光速波粒二象性及光学理论体系4。科学抽象结果的基本形态（一）科学概念（二）科学符号（三）思想模型与理想实验二、理想化方法 所谓理想化方法，就是在抽象思维中，抓住主要矛盾，完全排除次要因素的干扰，把研究对象和研究条件置于理想化的纯粹状态下进行研究的一种方法。 理

8、想化的方法在自然科学中的应用，主要包括两个方面：（1）建立理想模型；（2）设计理想实验。 （一）理想模型及其作用1、思想模型及其作用（1）理想模型就是为了便于研究而建立的一种高度抽象的理想客体。（2）作用第一，使问题处理极度地简化、纯化。第二，帮助我们认识事物的规律性。第三，突出事物的主要特征，便于发挥想象和逻辑思维的力量。（二）理想实验及其作用1、理想实验的特点理想实验是在思维中把现实的实验条件和研究对象加以极度理想化，抽象塑造出来的一种理想过程的思维推演过程。又为思想实验、假想实验、抽象实验等等。理想实验同真实的科学实验是有原则区别的。前者是一种思维的活动；后者是一种实践活动。前者是由人们在抽象思维中设想出来而实际上不易做到的“实验”，则就对象的发展将过程理想化；后者是人们将设计通过物化过程而实现的实验。伽利略设计的小球从斜面滚下的机械运动考察，打破了1000多年来亚里士多德关于受力运动的物体，当外力停止作用时便归于静止的陈旧观念，为近代力学的建立奠定了基础。2、作用理想实验具有实际的科学实验达不到的极度简化和纯化程度，因而有利于探索和揭示自然事物或现象的规律性。理想实验可以帮助人

9、们提出一些基本的科学原理。理想实验具有使逻辑证明和反驳更加明确、直观的作用。理想实验还为微观和宇观等不易进行实物实验的科学研究提供了实验基础。三、科学思维的方法 科学思维的方法是多种多样的，主要有演绎方法(分析与综合、归纳与概括、类比与联想等)和非演绎方法两种基本类型。 （二）演绎1、演绎是从一般原理推演出个别结论的思维方法。它也是一种推理方法，主要形式是三段式。如直言三段式，其结构为： 大前提 MP（已知一般原理） 小前提 SM（已知的个别事实与一般原理的关系） 结论 SP（用已知的一般原理推断个别事实）例1：大前提：自然界中一切物质都是可分的； 小前提：基本粒子是自然界中的一种物质； 结论： 基本粒子是可分的。例2：大前提：一切金属都能导电； 小前提：铁是金属； 结论： 所以，铁能导电。2、演绎推理是一种必然性的推理。因为推理的前提是一般，推出的结论是个别，一般中概括了个别。凡是一类事物所共有的属性，其中的每一个别事物必然具有，所以从一般中能够推出个别。3、演绎推理在科学认识中的作用第一，演绎推理是逻辑证明和知识体系化的工具。第二，演绎推理是作出科学预见的手段。第三，演绎推理是发展假说和理论的一个必要环节。公理方法是一种重要的演绎方法。 公理化方法简称公理法，是对一门学科全面进行逻辑重建的理论方法。具体来说，是从已有的全部概念

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