《科學(xué)思維與科學(xué)方法論》第一章 科學(xué)問(wèn)題與科研選題

第一章科學(xué)問(wèn)題與科研選題

第一節(jié)科學(xué)問(wèn)題

一、科學(xué)問(wèn)題的定義

1、什么是問(wèn)題？

2、學(xué)術(shù)界對(duì)“問(wèn)題”的界定

①“差距論”

美國(guó)科學(xué)哲學(xué)家圖爾敏認(rèn)為：

科學(xué)問(wèn)題=假說(shuō)的理想-目前的能力

②“疑難論”

1）知識(shí)性疑難

背景知識(shí)中固有的預(yù)期與所提出的觀察或某種假說(shuō)與新發(fā)現(xiàn)之間的沖突。

2）科學(xué)探索性疑難

科學(xué)探索性疑難產(chǎn)生于對(duì)科學(xué)背景知識(shí)的分析，反映的是對(duì)所提問(wèn)題的求解期望與當(dāng)前科學(xué)背景知識(shí)之間存在的差距。3、科學(xué)問(wèn)題的規(guī)定

科學(xué)問(wèn)題是指一定時(shí)代的科學(xué)認(rèn)識(shí)主體在當(dāng)時(shí)的知識(shí)背景下提出的關(guān)于科學(xué)認(rèn)識(shí)和科學(xué)實(shí)踐中需要解決而又未解決的矛盾。

二、科學(xué)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)和類型

1、科學(xué)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)

①疑項(xiàng)

一般疑問(wèn)句：物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的嗎？

特殊疑問(wèn)句：

what型：要求對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行識(shí)別或判定。

why型：要求回答現(xiàn)象的原因或行為目的。

How型：要求描述研究對(duì)象或?qū)ο笙到y(tǒng)的狀態(tài) 或過(guò)程，是一種描述性的問(wèn)題。

②問(wèn)題的指向（指問(wèn)題所指向的研究對(duì)象）

一般疑問(wèn)句：陳述句子的真值就是問(wèn)題的指向

特殊疑問(wèn)句:

what型：?jiǎn)栴}的指向是可觀察的實(shí)體或現(xiàn)象。

why型：?jiǎn)栴}的指向是現(xiàn)象的原因。

How型：?jiǎn)栴}的指向是對(duì)象的狀態(tài)、過(guò)程等。

③問(wèn)題的應(yīng)答域

應(yīng)答域是問(wèn)題提法中對(duì)問(wèn)題解的存在域所作的預(yù)設(shè)。

2、問(wèn)題的主要類型

①真問(wèn)題、偽問(wèn)題、錯(cuò)問(wèn)題②常規(guī)問(wèn)題與反常問(wèn)題

2、科學(xué)問(wèn)題的轉(zhuǎn)移

①一個(gè)問(wèn)題解決后，轉(zhuǎn)向由此引伸出來(lái)的其他 問(wèn)題

②追蹤機(jī)遇所提示的新問(wèn)題

③從新的角度提出問(wèn)題a④研究時(shí)，對(duì)研究對(duì)象既不能直接觀察又不能做實(shí)驗(yàn)時(shí) 可用轉(zhuǎn)移法

轉(zhuǎn)移方法的過(guò)程可以描述為：

科學(xué)目的→聯(lián)想、推理→選擇類同對(duì)象→轉(zhuǎn)移

↑

↓

聯(lián)想判斷←轉(zhuǎn)移←聯(lián)想、推理←實(shí)驗(yàn)、觀察

1)關(guān)系的轉(zhuǎn)移

“斯金納箱”

內(nèi)有一個(gè)杠桿和一個(gè)自動(dòng)給食器，有撳扭與杠桿相連。

“直線式教學(xué)程序”

2)量的轉(zhuǎn)移

宇宙射線+空氣 中子+氮14 碳14（半衰期為5568年）

“考古學(xué)時(shí)鐘”

C14測(cè)定是根椐C14的半衰期測(cè)定期定物質(zhì)的地質(zhì)年代的一種方院法。

四、提出問(wèn)題對(duì)科研的意義

1、提出問(wèn)題是科研的起點(diǎn)，確定問(wèn)題就規(guī)定了 研究的目標(biāo)。

2、提出問(wèn)題比解決問(wèn)題更重要。

3、提出問(wèn)題比解決問(wèn)題更困難。

提出問(wèn)題比解決問(wèn)題更重要。

1900年8月8日，在巴黎第二屆國(guó)際數(shù)學(xué)家大會(huì)上，德國(guó)的希爾伯特(1862—1943)提出新世紀(jì)數(shù)學(xué)家應(yīng)當(dāng)努力解決的23個(gè)問(wèn)題。從那以后，全世界幾乎所有的數(shù)學(xué)家，都被他吸引。這23個(gè)問(wèn)題成為20世紀(jì)數(shù)學(xué)學(xué)科發(fā)展的縮影。這些問(wèn)題的研究有力地推動(dòng)了20世紀(jì)數(shù)學(xué)的發(fā)展。

希爾伯特生于普魯士，從小對(duì)數(shù)學(xué)得心應(yīng)手。他的一位親戚回憶說(shuō)，小希爾伯特“作文”要靠媽媽幫助，但是卻能給老師講解數(shù)學(xué)難題。希爾伯特18歲進(jìn)大學(xué)，23歲獲博士學(xué)位。

他在1900年提出的23個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題，被認(rèn)為是20世紀(jì)數(shù)學(xué)的制高點(diǎn)，在世界上產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。著名的哥德巴赫猜想也是問(wèn)題之一，以陳景潤(rùn)為代表的中國(guó)數(shù)學(xué)家獲得了重大突破，但還沒(méi)有徹底解決。希爾伯特領(lǐng)導(dǎo)的數(shù)學(xué)學(xué)派是19世紀(jì)末20世紀(jì)初數(shù)學(xué)界的一面旗幟，希爾伯特被稱為“無(wú)冕的數(shù)學(xué)之王”。

連續(xù)統(tǒng)假設(shè)。

算術(shù)公理體系的相容性。

只根據(jù)合同公理証明底面積相等、高相等的兩個(gè)四面體有相等的體積是不

可能的。即不能將這兩個(gè)等體積的四面體剖分為若干相同的小多面體。

直線作為兩點(diǎn)間最短距離的幾何結(jié)構(gòu)的研究。

拓?fù)淙撼蔀槔钊旱臈l件。

物理學(xué)各分支的公理化。

某些數(shù)的無(wú)理性與超越性。

素?cái)?shù)問(wèn)題。包括黎曼猜想、哥德巴赫猜想等問(wèn)題。

一般互反律的証明。

丟番圖方程可解性的判別。

一般代數(shù)數(shù)域的二次型論。

希爾伯特?cái)?shù)學(xué)問(wèn)題

12、類域的構(gòu)成問(wèn)題。具體為阿貝爾域上的克羅內(nèi)克定理推廣到作意代數(shù)有理

域。

13、不可能用只有兩個(gè)變數(shù)的函數(shù)解一般的七次方程。

14、証明某類完全函數(shù)系的有限性。

15、舒伯特計(jì)數(shù)演算的嚴(yán)格基礎(chǔ)。

16、代數(shù)曲線與曲面的拓?fù)溲芯俊?/p>

17、正定形式的平方表示式。

18、由全等多面體構(gòu)造空間。

19、正則變分問(wèn)題的解是否一定解析。

20、一般邊值問(wèn)題。

21、具有給定單值群的線性微分方程的存在性。

22、用自守函數(shù)將解析關(guān)係單值化。

23、發(fā)展變分學(xué)的方法。

希爾伯特?cái)?shù)學(xué)問(wèn)題

希爾伯特問(wèn)題在過(guò)去百年中激發(fā)數(shù)學(xué)家的智慧，指引數(shù)學(xué)前進(jìn)的方向，其對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展的影響和推動(dòng)是巨大的，無(wú)法估量的。

1950年，赫爾曼·魏依爾對(duì)二十世紀(jì)前半葉的數(shù)學(xué)歷史作總結(jié)時(shí)說(shuō)：“希爾伯特在巴黎數(shù)學(xué)會(huì)上提出的問(wèn)題是一張航圖，過(guò)去五十年間，我們數(shù)學(xué)家經(jīng)常按照這張圖來(lái)衡量自己的進(jìn)步?！?/p>

效法希爾伯特，許多當(dāng)代世界著名的數(shù)學(xué)家在過(guò)去幾年中整理和提出新的數(shù)學(xué)難題，希望為新世紀(jì)數(shù)學(xué)的發(fā)展指明方向。數(shù)學(xué)界也愛(ài)搞點(diǎn)新聞效應(yīng)，2000年初美國(guó)克雷數(shù)學(xué)研究所的科學(xué)顧問(wèn)委員會(huì)選定了七個(gè)“千年大獎(jiǎng)問(wèn)題”，克雷數(shù)學(xué)研究所的董事會(huì)決定建立七百萬(wàn)美元的大獎(jiǎng)基金，每個(gè)“千年大獎(jiǎng)問(wèn)題”的解決都可獲得百萬(wàn)美元的獎(jiǎng)勵(lì)?？死讛?shù)學(xué)所“千年大獎(jiǎng)問(wèn)題”的選定，其目的未必是為了形成新世紀(jì)數(shù)學(xué)發(fā)展的新方向，而是集中在對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展具有中心意義、數(shù)學(xué)家們夢(mèng)寐以求而期待解決的重大難題。

這七個(gè)“千年大獎(jiǎng)問(wèn)題”是：NP完全問(wèn)題，郝治（Hodge）猜想，龐加萊（Poincare）猜想，黎曼（Rieman

）假設(shè)，楊－米爾斯(Yang-Mills)理論,納衛(wèi)爾－斯托可（Navier-Stokes）方程，BSD（BirchandSwinnerton-Dyer）猜想。

“千年大獎(jiǎng)問(wèn)題”公布以來(lái)，在世界數(shù)學(xué)界產(chǎn)生了強(qiáng)烈反響。這些問(wèn)題都是關(guān)于數(shù)學(xué)基本理論的，但這些問(wèn)題的解決將對(duì)數(shù)學(xué)理論的發(fā)展和應(yīng)用的深化產(chǎn)生巨大推動(dòng)（第一個(gè)問(wèn)題就是關(guān)于計(jì)算機(jī)算法的一個(gè)基本理論）。認(rèn)識(shí)和研究“千年大獎(jiǎng)問(wèn)題”已成為世界數(shù)學(xué)界的熱點(diǎn)。不少國(guó)家，包括我國(guó)數(shù)學(xué)家，正在組織聯(lián)合攻關(guān)。

怎樣真正地形成一個(gè)有科學(xué)價(jià)值的問(wèn)題？

第一、必須對(duì)構(gòu)成該問(wèn)題的各項(xiàng)事物和各種現(xiàn)象 做一透徹的分析。第二、用科學(xué)的概念語(yǔ)言工具去正確表述待形成 的問(wèn)題。第三、必須對(duì)問(wèn)題展開(kāi)的步驟，即問(wèn)題可能解決的途徑預(yù)先做一番構(gòu)思與論證，把解決問(wèn)題的方法和前景包含在問(wèn)題的形成中。

五、科學(xué)問(wèn)題的來(lái)源

1、從科學(xué)實(shí)踐與科學(xué)理論的矛盾中產(chǎn)生問(wèn)題。如：光的性質(zhì)之爭(zhēng)。

2、從科學(xué)理論內(nèi)部的矛盾中產(chǎn)生問(wèn)題。

數(shù)學(xué)中的悖論：一種導(dǎo)致邏輯矛盾的數(shù)學(xué)命題，即由命題的真可以推出它的假，由它的假可以推出它的真。

“羅素悖論”：羅素把集合分成兩類：A類是以自身為元素；B類是不以自身為元素的。問(wèn)：B類所組成的集合B是屬于A類還是屬于B類？羅素悖論的通俗表述（理發(fā)師悖論）：一位理發(fā)師宣稱：給那些不給自己剃胡子的人剃胡子，而不給那些給自己剃胡子的人剃胡子。問(wèn)：這位理發(fā)師給不給自己剃胡子？

薛定諤貓佯謬：1935年，薛定諤在論證量子力學(xué)不完備性時(shí)提出的一個(gè)假想實(shí)驗(yàn)。薛定諤提出：量子力學(xué)所描述的宏觀態(tài)不能滿足態(tài)區(qū)分原理，因而量子力學(xué)不僅對(duì)物理實(shí)在的描述是不完備的，而且其自身的理論基礎(chǔ)有嚴(yán)重缺陷。為了論證這一點(diǎn)，他在《量子力學(xué)的現(xiàn)狀》中，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把一只貓放在一個(gè)鋼箱里，同時(shí)放入微量放射性物質(zhì)（其原子每小時(shí)蛻變的幾率為0.5）、蓋革計(jì)數(shù)器、繼電器和盛有氫氰酸的瓶子。若無(wú)原子蛻變，貓就安全活著，若原子蛻變，蓋革計(jì)數(shù)器就使繼電器動(dòng)作，繼電器上的小錘打碎氫氰酸的瓶蓋，使貓中毒死亡。科學(xué)理論內(nèi)部的邏輯困難產(chǎn)生問(wèn)題

亞里斯多德：不同重量的物體下落速度不同。伽利略：不同重量的物體下落速度相同。3、從不同學(xué)派理論之間的矛盾中產(chǎn)生問(wèn)題。4、從社會(huì)需要同現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)手段不能滿足這種需要的矛盾中產(chǎn)生問(wèn)題。

第二節(jié)科研選題

一、科研選題的基本原則

1、需要性原則

即科研選題要滿足社會(huì)實(shí)踐的需要和科學(xué)技術(shù)自身發(fā)展的需要，是科研選題的首要原則。

2、創(chuàng)造性原則

怎樣貫徹和堅(jiān)持選題的創(chuàng)造性原則？

第一，要弄清和確定課題本身所蘊(yùn)含的新穎的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，而不要浮在易于接受課題的表面形式上。

第二，在課題選擇中要善于把繼承和創(chuàng)新結(jié)合起來(lái)，富有創(chuàng)造性的課題本身就是繼承和

創(chuàng)新的辯證統(tǒng)一。

3、科學(xué)性原則

持之有故，選之有理包含兩層意思：

①選題要以唯物主義基本原理為指南

②選題要以被科學(xué)實(shí)踐反復(fù)證實(shí)的客觀規(guī)律為基礎(chǔ)

4、可行性原則

即選題必須考慮到課題有可能完成的主客觀條件，要以實(shí)際具備和經(jīng)過(guò)努力可以達(dá)到的條件定題?？尚行栽瓌t又稱為“條件原則”或“優(yōu)勢(shì)原則”。

二、選題在科研中的作用

1、選題決定研究者的主攻方向與目標(biāo)

2、選題關(guān)系著科研成果的大小和成敗

3、選擇有創(chuàng)見(jiàn)性的科研課題，能保證科研的水平和價(jià) 值，促進(jìn)科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展

4、選題決定研究的途徑和采用的方法

DNA大分子結(jié)構(gòu)

三、選題的線索

1、自然科學(xué)理論中的空白區(qū)和“處女地”

2、兩門或幾門學(xué)科相接觸的邊緣區(qū)和“結(jié)合部”

3、科學(xué)理論的實(shí)際應(yīng)用

4、尋找古老經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的理論解釋

5、解決舊理論與新事實(shí)之間的矛盾和沖突

6、消除科學(xué)理論內(nèi)在的邏輯不完備性

7、對(duì)科學(xué)假說(shuō)的實(shí)踐檢驗(yàn)

a8、某一領(lǐng)域中新的實(shí)驗(yàn)或測(cè)試技術(shù)在其他領(lǐng)域中的推廣運(yùn)用和改進(jìn)、變革。

9、某一領(lǐng)域中的概念和理論向其他領(lǐng)域的移植、擴(kuò)展。10、以己取得的研究成果為起點(diǎn)，跟蹤追擊。11、抓住研究中意外出現(xiàn)的新問(wèn)題和付產(chǎn)品，調(diào)整課題、轉(zhuǎn)向進(jìn)攻，甚至變付為主。12、以失敗的探索為借鑒，從反面提出新的問(wèn)題。

13、接受哲學(xué)預(yù)見(jiàn)和科幻的啟迪。

四、選題的方法

1、同步選題法

2、階段分析法

一門學(xué)科產(chǎn)生發(fā)展的四個(gè)階段：

①學(xué)科誕生階段 ②學(xué)科發(fā)展階段

③學(xué)科成熟階段 ④學(xué)科相對(duì)飽和階段

3、“邊界”選擇法4、機(jī)遇線索法

第三節(jié)科研選題評(píng)估

一、科研選題的論證

1、目的性論證

①選題是否以社會(huì)和自然科學(xué)迫切需要解決的問(wèn)題作為 自己的主攻目標(biāo)

②選題以解決當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重大的、關(guān)鍵性的、 共性的技術(shù)問(wèn)題為目的

。

1’2、根據(jù)性論證立論根據(jù)應(yīng)當(dāng)是真實(shí)的

②立論根據(jù)的數(shù)量應(yīng)當(dāng)符合數(shù)理統(tǒng)計(jì)原則

③立論根據(jù)要與社會(huì)的進(jìn)步文化相一致

④立論根據(jù)必須是經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的科研成果1;3、創(chuàng)造性論證

①選題要應(yīng)用現(xiàn)代檢索手段

②通過(guò)檢索判定選題是否重復(fù)他人已經(jīng)完成了的課題

③選題應(yīng)具有創(chuàng)新性和方向性

④選題要瞄準(zhǔn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的生長(zhǎng)點(diǎn)

12.4、可行性論證

①選題科學(xué)依據(jù)是否充分