自然辩证法-第五章科学认识的形成

第五章科学认识的形成第一节科学问题的提出一、科学问题是科学研究的起点以往科学哲学家关于“问题”的看法.科学哲学家波兰尼(M.Polanyi)认为,一个问题,就是一个智力上的愿望.著名科学哲学家波普尔(K.Popper)认为,问题是背景知识中固有的预期与所提出的观察或某种假说等新发现之间的冲突.另一个科学哲学家图尔敏(Toulmin)认为,科学问题即:解释的理想与当前能力之间的差距,其公式为问题=解释的理想—当前能力1、科学问题科学问题：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认识和科学实践中需要解决而又未能解决的矛盾，它包括求解目标和应答域。但尚无确定的答案。科学问题实质上是经验知识和理性知识之间的矛盾，包括：经验事实之间的矛盾、经验与理论之间的矛盾、理论自身的矛盾以及理论与理论之间的矛盾。定义2：指科学研究主体在认识过程中目标状态与目前状态之间的差距。二、科学问题的结构结构：科学问题≠单纯的疑问句结构：提出问题的依据对求解目标的设计对求解方向和范围的设想科学问题的类型常规问题：在常规科学时期提出的有待解决的疑难（不危及原有理论的存在）。反常问题：科学革命时期提出的，已有理论无法解决的疑难问题。如果说常规问题的解决是原有的理论获得新的发展，那么反常问题的解决就是新理论的发现。事实问题：通过核实纠正观察事实的报告来解决疑难，从事实的描述上给予解决。理论问题：通过调整解释事实的理论来解决疑难。根据问题求解的类型，可以把科学问题划分为：回答为什么（why）的问题——研究并且要回答对象内部机理和规律性的问题；回答是什么(what)的问题——研究并且要回答对象的识别、判定类型、性质的问题。回答怎么样(how)的问题——研究并且要回答对象的运动状态及运动转化过程的问题。问题例子之一－费马大定理费马大定理，也称费马最后定理乃下述定理：当整数n2时，对于所有正整数x,y,z都有这个定理，本来又称费马猜想，由17世纪法国数学家费马提出。费马宣称他已找到一个绝妙证明。但经过三个半世纪的努力，这个世纪数论难题才由普林斯顿大学英国数学家安德鲁·怀尔斯和他的学生理查·泰勒于1995年成功证明。问题例子之二——推销商问题推销商路线选择问题(NP问题)假设某位推销商要到n个城市，已知各城市之间路程d和一个界限B，问是否存在一条旅行路线，恰好到每个城市一次，最后返回出发城市，且总路程不超过B?(判定形式问题)问总路程中最短路线？（最优形式问题）以上问题的复杂性就是被计算的总代价来识别的。众所周知，要找到推销商问题的精确解，其代价是解的问题按照被访问城市数目指数增长：问题将变得非常复杂。问题例子之三－千禧年大奖难题千禧年大奖难题（MillenniumPrizeProblems）,是七个由美国克雷数学研究所（ClayMathematicsInstitute,CMI）于2000年5月24日公布的数学难题。根据克雷数学研究所订定的规则，所有难题的解答必须发表在数学期刊上，并经过各方验证，只要通过两年验证期，每解破一题的解答者，会颁发奖金100万美元。这些难题是呼应1900年德国数学家大卫·希尔伯特在巴黎提出的23个历史性数学难题，经过一百年，许多难题已获得解答。而千禧年大奖难题的破解，极有可能为密码学以及航天、通讯等领域带来突破性进展。P对NP问题（PversusNP）霍奇猜想（TheHodgeConjecture）庞加莱猜想（ThePoincaréConjecture）黎曼假设（TheRiemannHypothesis）杨-米尔斯理论（Yang-MillsExistenceandMassGap）斯托克斯方程（Navier-StokesExistenceandSmoothness）戴尔猜想（TheBirchandSwinnerton-DyerConjecture）问题例子之四－三农问题三农指农村、农业和农民；“三农问题”特指中国大陆的农村问题、农业问题和农民问题。“三农”作为一个概念则由经济学家温铁军于1996年正式提出，自此渐渐被媒体和官方广泛引用；2000年初，湖北省监利县棋盘乡党委书记李昌平给朱镕基总理写信提出“农民真苦，农村真穷，农业真危险”以及出版《我向总理说实话》后，“三农”问题在社会上引起了广泛反响；2001年三农问题的提法写入文件，正式成为大陆理论界和官方决策层引用的术语；中共中央于2003年正式将“三农”问题写入工作报告。农民问题，是“三农问题”中的核心问题，表现为农民收入低，增收难，城乡居民贫富差距大，实质表现为农民权益得不到保障；农村问题，集中表现为农村面貌落后，经济不发达。形象比喻为中国的城市像欧洲，农村像非洲；农业问题，集中表现为农民种田不赚钱，产业化程度底。三农问题背景城镇和乡村的收入差距增大。根据国家统计局发布的统计公报，2005年中国大陆城镇居民人均可支配收入10493元，农村人均纯收入3255元，二者差距为3.22:1；而1985年城镇居民人均工资690元，农村人均纯收入397元，二者差距为1.74:1，20年时间城乡收入差距扩大了85％。自改革开放以来，农村地区实行的是统分结合的家庭联产承包责任制，并开始推动农村产业化进程。同时中国农业产品开始面对外国农业大国的竞争，单一的家庭生产单位无力进行市场竞争，农民第一次出现了“手里有粮卖不出”的现象。邓小平南巡讲话后，中国经济开始起飞，与同期中国总体经济的发展相比，第一产业的发展程度远不及第二、第三产业发展。农民认为种田没有足够的收入，因而农村地区开始出现农民进城打工的现象，但城市并没有足够的就业岗位提供，从而形成大量集聚在城内而没有工作的农民工群体。随之而来的就是农村地区生产积极性下降，农业投入开始减少，引发更多的农民进城“找工作”，形成恶性循环。由于农业的发展将直接影响国家经济的正常发展，而农村人口占中国总人口的3/4，他们的总体生活情况是中国总体生活情况的最主要体现。农村的发展将是实现中国共产党提出的“三步走”战略最大的挑战，从而使三农问题成为当前社会中显著的问题。政府采取的解决措施推行农村税费改革。2003年3月，为了减轻农民负担，促进农民收入恢复增长，推进农村经济持续发展和农村社会全面进步，解决制约中国发展的农业生产落后的瓶颈问题，中国政府在原有的于2000年首先在安徽进行的农村税费改革试点的基础上，发出《国务院关于全面推进农村税费改革试点工作的意见》的文件。国家领导人承诺推出给农民减负具体方案。2004年3月5日，温家宝在全国人大二次会议开幕的时候作政府工作报告中谈到要巩固和加强农业基础地位，实现农民增收和农业增产，在五年内取消农业税。（附注：世界各国中已很少有国家征收农业税）推行新农村建设目标。2005年10月11日中共第十六届中央委员会第五次全体会议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》提出了“建设社会主义新农村”目标，其核心内容是发展农业和建设农村，增加政府对农业和农村投入，改善基础设施包括乡村道路建设，强调以工促农、以城带乡，基本建立农村合作医疗制度，巩固九年制义务教育，对农村学生免收杂费。2005年11月29日至12月1日中共中央经济工作会议，确定2006年总体工作要求中，提出“着重推进社会主义新农村建设”的要求；2005年12月23日国务院常务会议决定，2006年开始全部免除西部地区农村义务教育阶段学生学杂费，2007年扩大到中部和东部地区；取消农业税。2005年12月29日，十届全国人大常委会第十九次会议经表决决定，农业税条例自2006年1月1日起废止，中国农民将告别有2600年历史的“皇粮国税”。推出“农民工”维权方案。2006年1月18日国务院第122次常务会议原则上通过了《国务院关于解决农民工问题的若干意见》。2、科学研究开始于问题？归纳主义的科学方法论观点：认为科学研究不是始于问题，而是始于观察。科研是从观察和收集材料开始的，然后经过归纳上升为理论科学始于观察。以培根为代表的古典归纳主义学派，片面地夸大归纳法对于科学发现的作用，进一步突出了科学始于观察的观点。科学哲学家波普论“问题”对科学知识增长的“理性重建”，如下：P1→TT→EE→P2。科学研究始于问题（P1）；对问题的大胆猜测（TT,tentativetheory）,各种猜测（理论）在竞争中接受反驳，消除错误（EE,eliminationoferror）新困难导致新问题（P2）。科学活动是人的积极的富有创造性的能动的活动，无论基础研究还是应用研究，都是为了解决问题，都是探索未知的过程，它并不消极地等待客观对象“暴露”其自身的规律，而是积极地探索自然界的奥秘，积极地进行着合乎于规律的发明创造。这就集中表现为提出问题和解决问题。3、科学问题的来源事实之间：为寻求的联系提出问题经验定律型假说实践与理论：原理论难解释新现象理论内部：理论的推论中证明了两个矛盾命题理论中有悖论；从理论中能推出它不能成立的结论佯谬。不同理论、学派之间的争论：不同学派运用不同理论；不同学科领域的不同理论解释。社会需要：现有技术不能满足社会需要，引起需要激发。二、科学问题的选择1、正确提出问题对于科研有重要意义爱因斯坦:“提出一个问题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的进步。”海森伯:提出一个问题比解决问题更为重要。科学问题的提出是非常复杂的过程。涉及研究的内部和外部。波普尔:“应当把科学设想为从问题到问题的不断进步从问题到越来越深刻的问题。”希尔伯特：“只要一门科学分支能提出大量的问题，它就充满生命力，而问题缺乏则预示着独立发展的衰亡或中止。”2、科研选题的基本原则社会需求原则(与社会、经济发展密切联系，试验应用、发展研究和基础研究）创新性(科研是探索性工作，本质上要求创新，其生命在于创新)科学性(有一定的科学理论、事实的依据，把选题置于当时背景条件下，使之成为科学上可成立和探索的问题)可行性（与主客观条件适应，据已有条件或努力创备条件，取得预期或一定成果)。可行性讲的就是资源、条件和机会问题。三、科学问题的条件和转换1、科学问题的条件科学问题是有条件的，与它提出时的知识背景有密切关系。常识性的或无知的问题伪问题由虚假问题转化的科学问题2、科学问题的转换①常规问题与反常问题之间的转换洛仑兹与爱因斯坦对“以太漂移”问题的不同态度。②理论问题与事实问题之间的转换爱因斯坦与彭加勒对“高速电子质量不变”问题的看法③逆向转换古代炼金术与波义尔：“能使贱金属变成贵金属吗？”④问题互补转换爱因斯坦：“光既是粒子又是波？”⑤问题发散转换“脚气病是由哪些细菌引起的？”→克瑞斯汀•爱杰克曼：“为什么食用景白米的人容易得脚气”⑥问题立体转换罗巴切夫斯基和黎曼的非欧几何理论分析科学问题的方法①思路：把复杂问题分解为简单问题——按次序从简单问题上升到复杂问题，寻找解决问题的途径和关系网络（明确已知和未知、明确已知与未知的关系、明确从已知到未知的过程中所涉及的事实、理论与方法的缺欠和空白）②可以将复杂问题分解为：链条式复杂问题和并列式复杂问题。③注意科学问题分析中的派生问题：新的科学事实是什么？四、科研选题步骤与选题的艺术1、科研选题步骤：文献调研和实际考察；提出选题；初步论证；评议和确定课题。实际上是一个不断反馈调节的非线性过程，常常需要反复调研和多次论证。2、如何选题?——科研选题的艺术（一）科学内部的选题1、在学科生长点选题通过搜集大量的文献资料,全面了解信息,掌握科学研究的第一手材料.在综述大量文献资料的基础上,了解课题的国内外研究现状,发展动态及趋势,结合自己的研究工作基础和现有实验条件,开拓视野,抓住学科的前沿生长点,选择新的起点或研究方向,这是科研选