由問題而發(fā)現(xiàn)、從假說到理論

1、第五講 由問題而發(fā)現(xiàn)、從假說到理論內(nèi)容提要 科學(xué)問題 科學(xué)假說的創(chuàng)立 科學(xué)假說的檢驗(yàn) 討論：科學(xué)研究始于觀察，還是始于問題？歸納主義發(fā)現(xiàn)觀認(rèn)為科學(xué)研究始于觀察，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的程序是：（1）觀察和記錄事實(shí)（2）分析事實(shí)并歸類（3）進(jìn)一步歸納引導(dǎo)出一般結(jié)論（4）驗(yàn)證結(jié)論科學(xué)問題 定義：科學(xué)問題是指在一定時(shí)代的科學(xué)家在特定的知識背景下提出的關(guān)于科學(xué)認(rèn)識和科學(xué)實(shí)踐中需要解決而又尚未解決的問題。它包括一定的求解目標(biāo)和應(yīng)答域?？茖W(xué)問題的類型 1.“是什么”的問題。要求對研究對象進(jìn)行識別或判定。 2.“為什么”的問題，要求回答現(xiàn)象的原因或行為的目的。 3.“怎么樣”的問題，要求描述所研究的對象或?qū)ο笙到y(tǒng)的狀態(tài)或

2、過程?？茖W(xué)問題的產(chǎn)生 1.當(dāng)已有理論內(nèi)部顯現(xiàn)邏輯困難時(shí)，產(chǎn)生科學(xué)問題 2.已有理論同經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生矛盾時(shí)，產(chǎn)生科學(xué)問題 3.已有理論之間產(chǎn)生矛盾時(shí)候，產(chǎn)生科學(xué)問題科學(xué)問題的解答途徑 1.通過進(jìn)一步獲取事實(shí)來回答問題 2.通過引入新的假說來解答問題 3.通過引入新的概念來解決問題內(nèi)容提要 科學(xué)問題 科學(xué)假說的創(chuàng)立 科學(xué)假說的檢驗(yàn)科學(xué)假說 定義：是人們根據(jù)已經(jīng)掌握的科學(xué)原理和科學(xué)事實(shí)，對未知的自然現(xiàn)象及其規(guī)律性，經(jīng)過一系列的思維過程，預(yù)先在自己頭腦中做出的假定性解釋。 和科學(xué)理論一樣，必須具有解釋性和預(yù)見性。 科學(xué)假說是通往科學(xué)理論的橋梁；科學(xué)假說是激發(fā)創(chuàng)造性思維的媒介；科學(xué)假說為科學(xué)研究指明方向；不同

3、科學(xué)假說的爭論有利于科學(xué)認(rèn)識的發(fā)展。 建立假說的方法論原則n 解釋性原則 假說應(yīng)與已知的經(jīng)過實(shí)踐復(fù)核的事實(shí)相符合，不僅能解釋個(gè)別事實(shí)，而且能解釋一系列相關(guān)的事實(shí)。n 對應(yīng)性原則 假說的提出不應(yīng)與經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)的理論中的內(nèi)容相矛盾，而應(yīng)與它們在適用范圍內(nèi)相對應(yīng)或相一致。n 可檢驗(yàn)性原則 提出的假說必須是原則上能夠被實(shí)踐檢驗(yàn)的，任何不能用觀察、實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)的假說，都不是科學(xué)假說。n 簡單性原則 假說在邏輯上應(yīng)該簡單，應(yīng)以盡可能少的原理或基本假定為前提，來解釋一定領(lǐng)域內(nèi)所有的已知事實(shí)。溯因推理一種提出嘗試性假說的推理n美國哲學(xué)家查爾斯皮爾士曾把推理劃分為三種類型：演繹推理、歸納推理和溯因推理，并著重探

4、討了溯因推理。在他看來，溯因推理是獨(dú)立于演繹和歸納的第三種推理，它是一種提出嘗試性假說的推理類型。它的形式是： 觀察到了令人吃驚的現(xiàn)象B； 如果A是真的，則B可獲得解釋； 因此，有理由猜想A是真的。 溯因推理的重新表述n 皮爾士的觀點(diǎn)被諾伍德漢森所發(fā)展。漢森確信存在發(fā)現(xiàn)的邏輯。溯因推理就是一種發(fā)現(xiàn)的邏輯。1958年，他在發(fā)現(xiàn)的模式一書中通過對開普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動三定律的過程的分析，對溯因推理的形式進(jìn)行了重新表述： 一些意外的令人吃驚的現(xiàn)象P1，P2，P3被觀察到； 找到一個(gè)假說H，它能對P1，P2，P3的原因作出解釋； 因此，有理由提出假說H。一種不被人們關(guān)注的推理 食品柜里的干酪不見了，僅留下

5、一些碎屑， 昨晚聽到了來自食品柜的刮擦聲音， 所以，干酪是被老鼠吃了。想象、靈感和直覺科學(xué)發(fā)現(xiàn)的心理學(xué)機(jī)制n 想象 科學(xué)發(fā)現(xiàn)是一種“思維的自由創(chuàng)造”，但這種“創(chuàng)造”不是胡思亂想，而是“自由性”和“嚴(yán)密性”的統(tǒng)一。能將這兩者統(tǒng)一起來的只能是想象。想象貫穿于創(chuàng)造過程的始終，沒有想象做鋪墊，靈感和直覺也就無從談起。n 靈感 人類創(chuàng)造心理處于激發(fā)狀態(tài)的表現(xiàn)，它來得快，去得也快，具有稍縱即逝的特點(diǎn)。觸發(fā)靈感的條件大概有三：科學(xué)家必須對所研究的問題已作了長期的艱苦探索；科學(xué)家必須為解決問題而窮思竭慮以至達(dá)到“忘我”的境界；科學(xué)家必須在緊張之余稍有松弛。n 直覺 靈感狀態(tài)到達(dá)以前，思維的自由度是很大的，允許

6、進(jìn)行各種想象，但往往毫無結(jié)果。只有在思維暫時(shí)中斷的時(shí)候，靈感才有可能突然而致，因?yàn)樗季S越活躍越難從混亂的思緒中作出最佳的選擇，而直覺就是這種選擇，它是靈感狀態(tài)達(dá)到高潮之后的必然結(jié)果。凱庫勒之夢苯環(huán)分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)大陸漂移說 德國地質(zhì)學(xué)家魏格納（A.Wegner） （1880-1930），大陸漂移說的創(chuàng)始人 一次世界大戰(zhàn)期間，魏格納受傷在醫(yī)院治療，他的病床對面有一幅世界地圖。有一天，魏格納盯著這幅地圖出神，無意中發(fā)現(xiàn)大西洋兩岸的大陸輪廓吻合得非常好非洲西海岸突出的部分與南美洲東海岸凹進(jìn)的部分正好拼成一個(gè)整體。于是魏格納突發(fā)奇想：大西洋兩岸的陸地在遠(yuǎn)古時(shí)代曾經(jīng)是連接在一起的，后經(jīng)裂開和漂移成了今天格

7、局。他廣泛收集地質(zhì)學(xué)和古生物學(xué)等方面的證據(jù)。1915年出版了大陸和海洋的起源，闡述了大陸漂移的觀點(diǎn)。 證據(jù)1：相鄰大陸的邊緣形態(tài)可以拼接 巴西東端的直角突出部分與非洲西岸直角凹進(jìn)的幾內(nèi)亞灣非常吻合。 1965年，人們曾根據(jù)大西洋最新海深圖通過計(jì)算機(jī)對1000米等深線處進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)兩岸幾乎可以完美無缺的拼接。具有如此高的擬合度不可能是偶然造成的。證據(jù)2：相鄰大陸在地層上有許多相似性和可拼合性 例如挪威到蘇格蘭的加里東褶皺山系在北美東海岸再現(xiàn)；南非開普山與南美布宜諾斯艾利斯的二疊紀(jì)地層可以拼合；非洲高原的前寒武紀(jì)片麻巖在巴西重現(xiàn)等等。這就象被撕碎的書頁，不僅毛邊可以拼接，連印刷文字都恰好齊整切合

8、，顯然就不是巧合了。證據(jù)3：古生物化石的分布 由于相同的生物種不可能在相隔十分遙遠(yuǎn)的地點(diǎn)分別獨(dú)立出現(xiàn)，它們應(yīng)該起源于同一地區(qū)，然后再逐漸傳播到其他地區(qū)。但是，魏根納通過對比發(fā)現(xiàn)，在遠(yuǎn)隔重洋的大西洋兩岸許多生物種群卻存在著親緣關(guān)系，其中特別是那些根本無法遠(yuǎn)涉重洋的陸生生物群落，只有用“聯(lián)合古陸”的觀點(diǎn)才能得到圓滿解釋。 內(nèi)容提要 科學(xué)問題 科學(xué)假說的創(chuàng)立 科學(xué)假說的檢驗(yàn)什么是檢驗(yàn)蘊(yùn)涵？n 從語言形式上看，科學(xué)假說大多表現(xiàn)為全稱命題。由于全稱命題無法直接與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比較，因此，檢驗(yàn)一個(gè)假說，只能通過間接的途徑，即通過檢驗(yàn)由假說推導(dǎo)出來的結(jié)論而實(shí)現(xiàn)。n 設(shè)受檢驗(yàn)的假說為H，H為全稱命題。顯然，如果H為

9、真，則可以推出某個(gè)命題I，I是可觀察事件。于是，檢驗(yàn)假說H的真假就可以通過檢驗(yàn)命題I的真假來間接實(shí)現(xiàn)。由于I是以H為前提演繹出來的，即I為H所蘊(yùn)涵，因此稱I為H的檢驗(yàn)蘊(yùn)涵。假說檢驗(yàn)的三個(gè)步驟n 從假說推導(dǎo)出一些預(yù)期的、可觀察事件的陳述，即推出假說的檢驗(yàn)蘊(yùn)涵。n 進(jìn)行觀察實(shí)驗(yàn)獲取觀察事實(shí)，并檢驗(yàn)假說的檢驗(yàn)蘊(yùn)涵與觀察事實(shí)是否相符。n 作出檢驗(yàn)結(jié)論，即如果假說的檢驗(yàn)蘊(yùn)涵與觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，就可以認(rèn)為假說得到了證實(shí)，否則，就可以認(rèn)為假說被證偽了。關(guān)于假說的確證n模式 如果H，那么I I 所以，Hn實(shí)質(zhì) 結(jié)論具有或然性，屬歸納推理。n意義 提供了一個(gè)證據(jù)，在一定程度上支持了這個(gè)假說，并且這樣的證據(jù)越多，

10、該假說為真的可能性就越大。證據(jù)支持包括四個(gè)方面：數(shù)量、種類、精確和創(chuàng)造性關(guān)于假說的證偽n模式 如果H，那么I 非I 所以，非Hn確定性 邏輯上具有必然性，屬演繹推理。n復(fù)雜性 當(dāng)檢驗(yàn)蘊(yùn)涵與觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致時(shí)，要考慮兩種情況：觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否正確；輔助性假說是否正確。案例：塞麥爾維斯-“母親的救星” 維也納總醫(yī)院死于產(chǎn)褥熱的產(chǎn)婦1844年1845年1846年第一產(chǎn)科病房8.2%6.8%11.4%第二產(chǎn)科病房2.3%2.0%2.7%可能的原因一、“宇宙-地球-大氣變化”傳播到整個(gè)地區(qū)而引起的二、過分擁擠三、第一產(chǎn)科病房所有接受訓(xùn)練的醫(yī)科學(xué)生的粗暴檢查造成的創(chuàng)傷四、心理解釋五、仰臥分娩與側(cè)臥分娩可能的原因六、醫(yī)生的雙手是傳染性物質(zhì)的攜帶者檢驗(yàn): 產(chǎn)褥熱能由化學(xué)方法消滅粘附在手上的傳染性物質(zhì)而得到預(yù)防。能解釋更多的事實(shí)： 1.第二產(chǎn)科病房死亡率低得多 2.“街道分娩”死亡率比較低什么是判決性實(shí)驗(yàn)？n 如果關(guān)于同一問題存在著兩個(gè)相互競爭的假說，已有的證據(jù)并非有利于其中的一個(gè)而不利于另一個(gè)，即這些證據(jù)不足以決定這兩個(gè)假說孰是孰非。在這種情況下，我們可以設(shè)置同樣的條件，由兩個(gè)相互競爭的假說分別推出相互排斥的檢驗(yàn)蘊(yùn)涵，通過相應(yīng)的觀