第五講由問題而發(fā)現(xiàn)從假說到理論

第五講由問題而發(fā)現(xiàn)從假說到理論第一頁，共三十頁，2022年，8月28日內(nèi)容提要科學問題科學假說的創(chuàng)立科學假說的檢驗第二頁，共三十頁，2022年，8月28日討論：科學研究始于觀察，還是始于問題？歸納主義發(fā)現(xiàn)觀認為科學研究始于觀察，科學發(fā)現(xiàn)的程序是：（1）觀察和記錄事實（2）分析事實并歸類（3）進一步歸納引導出一般結(jié)論（4）驗證結(jié)論第三頁，共三十頁，2022年，8月28日科學問題定義：科學問題是指在一定時代的科學家在特定的知識背景下提出的關(guān)于科學認識和科學實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和應(yīng)答域。第四頁，共三十頁，2022年，8月28日科學問題的類型1.“是什么”的問題。要求對研究對象進行識別或判定。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)或過程。第五頁，共三十頁，2022年，8月28日科學問題的產(chǎn)生1.當已有理論內(nèi)部顯現(xiàn)邏輯困難時，產(chǎn)生科學問題2.已有理論同經(jīng)驗產(chǎn)生矛盾時，產(chǎn)生科學問題3.已有理論之間產(chǎn)生矛盾時候，產(chǎn)生科學問題第六頁，共三十頁，2022年，8月28日科學問題的解答途徑1.通過進一步獲取事實來回答問題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第七頁，共三十頁，2022年，8月28日內(nèi)容提要科學問題科學假說的創(chuàng)立科學假說的檢驗第八頁，共三十頁，2022年，8月28日科學假說定義：是人們根據(jù)已經(jīng)掌握的科學原理和科學事實，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，預先在自己頭腦中做出的假定性解釋。和科學理論一樣，必須具有解釋性和預見性?？茖W假說是通往科學理論的橋梁；科學假說是激發(fā)創(chuàng)造性思維的媒介；科學假說為科學研究指明方向；不同科學假說的爭論有利于科學認識的發(fā)展。

第九頁，共三十頁，2022年，8月28日建立假說的方法論原則解釋性原則假說應(yīng)與已知的經(jīng)過實踐復核的事實相符合，不僅能解釋個別事實，而且能解釋一系列相關(guān)的事實。對應(yīng)性原則假說的提出不應(yīng)與經(jīng)過嚴格檢驗的理論中的內(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?？蓹z驗性原則提出的假說必須是原則上能夠被實踐檢驗的，任何不能用觀察、實驗加以檢驗的假說，都不是科學假說。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。第十頁，共三十頁，2022年，8月28日溯因推理——一種提出嘗試性假說的推理美國哲學家查爾斯·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，并著重探討了溯因推理。在他看來，溯因推理是獨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。

第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日溯因推理的重新表述皮爾士的觀點被諾伍德·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)行星運動三定律的過程的分析，對溯因推理的形式進行了重新表述：⑴一些意外的令人吃驚的現(xiàn)象P1，P2，P3……被觀察到；⑵找到一個假說H，它能對P1，P2，P3……的原因作出解釋；⑶因此，有理由提出假說H。第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日一種不被人們關(guān)注的推理食品柜里的干酪不見了，僅留下一些碎屑，昨晚聽到了來自食品柜的刮擦聲音，

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所以，干酪是被老鼠吃了。第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日想象、靈感和直覺——科學發(fā)現(xiàn)的心理學機制想象科學發(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。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。觸發(fā)靈感的條件大概有三：科學家必須對所研究的問題已作了長期的艱苦探索；科學家必須為解決問題而窮思竭慮以至達到“忘我”的境界；科學家必須在緊張之余稍有松弛。直覺靈感狀態(tài)到達以前，思維的自由度是很大的，允許進行各種想象，但往往毫無結(jié)果。只有在思維暫時中斷的時候，靈感才有可能突然而致，因為思維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)達到高潮之后的必然結(jié)果。第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日凱庫勒之夢——苯環(huán)分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日大陸漂移說

德國地質(zhì)學家魏格納（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的部分正好拼成一個整體。于是魏格納突發(fā)奇想：大西洋兩岸的陸地在遠古時代曾經(jīng)是連接在一起的，后經(jīng)裂開和漂移成了今天格局。他廣泛收集地質(zhì)學和古生物學等方面的證據(jù)。1915年出版了《大陸和海洋的起源》，闡述了大陸漂移的觀點。第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日證據(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算機對1000米等深線處進行擬合，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。

第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日證據(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地層可以拼合；非洲高原的前寒武紀片麻巖在巴西重現(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，顯然就不是巧合了。

第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日證據(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的地點分別獨立出現(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涉重洋的陸生生物群落，只有用“聯(lián)合古陸”的觀點才能得到圓滿解釋。第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日內(nèi)容提要科學問題科學假說的創(chuàng)立科學假說的檢驗第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日什么是檢驗蘊涵？從語言形式上看，科學假說大多表現(xiàn)為全稱命題。由于全稱命題無法直接與經(jīng)驗進行比較，因此，檢驗一個假說，只能通過間接的途徑，即通過檢驗由假說推導出來的結(jié)論而實現(xiàn)。設(shè)受檢驗的假說為H，H為全稱命題。顯然，如果H為真，則可以推出某個命題I，I是可觀察事件。于是，檢驗假說H的真假就可以通過檢驗命題I的真假來間接實現(xiàn)。由于I是以H為前提演繹出來的，即I為H所蘊涵，因此稱I為H的檢驗蘊涵。第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日假說檢驗的三個步驟從假說推導出一些預期的、可觀察事件的陳述，即推出假說的檢驗蘊涵。進行觀察實驗獲取觀察事實，并檢驗假說的檢驗蘊涵與觀察事實是否相符。作出檢驗結(jié)論，即如果假說的檢驗蘊涵與觀察實驗結(jié)果相符，就可以認為假說得到了證實，否則，就可以認為假說被證偽了。第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日關(guān)于假說的確證模式如果H，那么II

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所以，H實質(zhì)結(jié)論具有或然性，屬歸納推理。意義提供了一個證據(jù)，在一定程度上支持了這個假說，并且這樣的證據(jù)越多，該假說為真的可能性就越大。證據(jù)支持包括四個方面：數(shù)量、種類、精確和創(chuàng)造性第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日關(guān)于假說的證偽模式如果H，那么I

非I

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所以，非H確定性邏輯上具有必然性，屬演繹推理。復雜性當檢驗蘊涵與觀察實驗結(jié)果不一致時，要考慮兩種情況：觀察實驗結(jié)果是否正確；輔助性假說是否正確。第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日案例：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%第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日可能的原因一、“宇宙-地球-大氣變化”傳播到整個地區(qū)而引起的二、過分擁擠三、第一產(chǎn)科病房所有接受訓練的醫(yī)科學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)臥分娩第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日可能的原因六、醫(yī)生的雙手是傳染性物質(zhì)的攜帶者檢驗:

產(chǎn)褥熱能由化學方法消滅粘附在手上的傳染性物質(zhì)而得到預防。能解釋更多的事實：

1.第二產(chǎn)科病房死亡率低得多

2.“街道分娩”死亡率比較低第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日什么是判決性實驗？如果關(guān)于同一問題存在著兩個相互競爭的假說，已有的證據(jù)并非有利于其中的一個而不利于另一個，即這些證據(jù)不足以決定這兩個假說孰是孰非。在這種情況下，我們可以設(shè)置同樣的條件，由兩個相互競爭的假說分別推出相互排斥的檢驗蘊涵，通過相應(yīng)的觀察或?qū)嶒灒瑏砜礄z驗結(jié)果與哪一個檢驗蘊涵相符，從而斷定需要放棄哪個假說、接受哪個假說。這樣的實驗就是判決性實驗。第二十八頁，共三十頁，2022年，8月28日輔助性假說和特設(shè)性假說如果H，那么I