科学与科学方法.ppt
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1、科学与科学方法现在学习的是第1页,共76页第一节 科学的本质科学的含义?科学的含义?科学的主要特征?科学的主要特征?什么是非科学?什么是非科学?什么是伪科学?什么是伪科学?现在学习的是第2页,共76页1、词源科学这个术语没有汉语的起源。我们现在所讲的科学,清朝末年叫做格致。它是从儒家经典中的格物和致知缩略而来的。日本明治维新时期杰出的思想家福泽谕吉第一个把science译成科学。汉语所用的科学则是康有为在1893年从日本引进的。一、科学的含义一、科学的含义现在学习的是第3页,共76页 科学一词,来自拉丁文scientia,是知识的意思。英文、德文、法文中的科学一词都是拉丁文衍化而来,表示一个人
2、对某些具体事物和隐含原理的认知状态。science现在学习的是第4页,共76页 我们通常意义上的科学,泛指一切自然科学,它包括纯科学和应用科学,社会科学也是科学的一种。但本章所要定义的科学,不包括这样的推广性内涵。现在学习的是第5页,共76页2、科学的定义 科学是由建立在经验和逻辑基础之上的关于自然界各种现象及其相互关系的普遍性和精确性陈述构成的有组织的知识体系。现在学习的是第6页,共76页 1、经验性 科学是人们通过感官获得的知识的总和。从外延上讲,包括观察和实验。二、科学的特点二、科学的特点现在学习的是第7页,共76页 2 、逻辑性 首先首先,科学理论的若干个基本假设之间,基本假设和由科学
3、理论的若干个基本假设之间,基本假设和由这些基本假设逻辑地导出的一系列结论之间,各个结论之间这些基本假设逻辑地导出的一系列结论之间,各个结论之间必须是相容的,不相互矛盾的。必须是相容的,不相互矛盾的。其次,逻辑自洽性也要求建构理论过程中的所有逻辑其次,逻辑自洽性也要求建构理论过程中的所有逻辑推理和数学演算正确无误。推理和数学演算正确无误。逻辑自洽性是一个理论能够成立的必备条件。逻辑自洽性是一个理论能够成立的必备条件。现在学习的是第8页,共76页 3、可检验性。科学的结论在技术上可以重复接受实验的检验。科学理论都有推论,它们是实验检验的对象。现在学习的是第9页,共76页 例子1.圆周角定理:同弧所
4、对的圆周角是圆心角的一半。推论1:半圆和半径所对的圆周角是90度。推论2:同弧所对的圆周角相对。现在学习的是第10页,共76页例子2平行线等分线段定理:如果一组平行线在一条直线上截得的线段相等,那么在其它直线上截得的线段也相等。推论1:经过梯形一腰的中点与底平行的直线必平分另一腰。推论2:经过三角形一边的中点与另一边平行的直线必平分第三边。现在学习的是第11页,共76页例子4相对性原理相对性原理推论:推论:空间和时间的度量是依赖于速度的,速度的增加会使时间慢下来,而且距离(长度或大小)也增加了1972年美国的两位科学家将一架原子钟放在一个喷气设备上绕地球飞行在它们旅行的最后,显示出该钟与地球上
5、的同步的钟相比每秒慢了十亿分之89现在学习的是第12页,共76页反例:物体相互吸引的“爱”理论 无法检验。现在学习的是第13页,共76页4.伪科学 1、伪科学、伪科学伪科学这个词最早产生于伪科学这个词最早产生于1844年年.什么是伪科学:用虚假的或不充什么是伪科学:用虚假的或不充分的事实,以分的事实,以对应的方式对应的方式而不是而不是以逻辑的方式证明一个预设原理以逻辑的方式证明一个预设原理的存在,并用它来冒充科学的面的存在,并用它来冒充科学的面目出现的理论、方法和体系。目出现的理论、方法和体系。三、伪科学、非科学与反科学三、伪科学、非科学与反科学伪科学的基础是伪造的或虚妄的,此外,伪科学通常用
6、对应关系来代替科学中的因果关系。世界上的对应关系很容易找到。但是对应关系不是任何意义上的因果关系。科学所能接受的因果关系必须具有严格的经验基础和逻辑基础。是否具有严格的经验基础和逻辑基础,这是我们判断科学与伪科学的基本标准。伪科学不同于非科学,反科学和科学中的作弊行为。现在学习的是第14页,共76页风水学分二种,一种是迷信风水,一种是自然风水学。自然风水学有科学依据,可以经过实践来验证。比如家居风水设计,酒店风水设计。通过风水设计帮助人去掉一些疾病,改变心情状态。中国风水探求建筑的择地,方位,布局与天道自然,人类命运的协调关系。恰是中国风水学的人与自然融合,即天地人合一的原则,排斥人类行为对自
7、然环境的破坏,注重人类对自然环境的适应,并指导人如何按这些感应来解决建筑的选址乃至建造.社会流行广泛的多数是风水迷信;迷信风水没有科学依据。把风水与命运、发财等联系在一起,可以说是有迷信的成分。比如贪官供神像,照样被抓;穷人供神像,也不能成为富翁。改造住宅风水 风水学_640 x400_2.00M_h.264.avi老梁观世界-20130821 风水学 算命师_标清_448x336_2.00M_h.264.avi现在学习的是第15页,共76页2、非科学 还停留在经验层次或不能覆盖全部经验现象却又以科学面目出现的理论陈述或事实陈述。如热质说在18世纪曾经是科学的。可是因为它不能解释热现象从无到有
8、的经验事实,18世纪下半叶,它就变成非科学的了。非科学中没有伪造行为行为,所以,它不属于伪科学。现在学习的是第16页,共76页3、反科学、反科学 通常有两个方面的含义。通常有两个方面的含义。反对科学进一步发展的思潮。这种思潮认反对科学进一步发展的思潮。这种思潮认为,科学并没有给人类带来真正的福音,为,科学并没有给人类带来真正的福音,而是带来了人性和环境的毁灭。所以,他而是带来了人性和环境的毁灭。所以,他们要反科学。们要反科学。逆科学而动的行为。比如,科学追求经验逆科学而动的行为。比如,科学追求经验和逻辑上的实证性,而反科学则追和逻辑上的实证性,而反科学则追 求虚无求虚无缥缈的超我意境,在所谓的
9、超我意境中去缥缈的超我意境,在所谓的超我意境中去实现自我。实现自我。现在学习的是第17页,共76页它并不自称科学,反而直截了当地批判科学,揭科学的短。反科学有合理性,是科技与文化整合中不可缺失的一个成份或方面。反科学反对把科学方法视为最高准则,反对排斥其他方法,只用科学方法来仲裁政治、道德、法律、艺术、情感等一切人类问题。片面性,把一切灾难归之于科学是荒谬的。科学方法虽非万能,却的确有极广泛的应用可能性,至今仍不能说人类已穷尽了科学方法的所有可能应用领域。阻止了人类继续利用科学方法为自己谋得更多福利的可能,从而是不智的。现在学习的是第18页,共76页第二节第二节 科学的发展规律科学的发展规律1
10、.1.国外关于科学发展模式的理论国外关于科学发展模式的理论(1 1)逻辑实证主义理论逻辑实证主义理论 线性积累模式:科学的发展就是科学知识的不断增加。现在学习的是第19页,共76页(2)证伪主义的理论证伪主义的理论 卡尔卡尔波普尔波普尔P1(问题问题)TT(试探性理论试探性理论)EE(批判检验批判检验,排除错误排除错误)P2(新问题新问题)现在学习的是第20页,共76页(3)历史主义理论)历史主义理论 库恩:库恩:科学革命的本质是范式的变革和转换范式:Paradigm从事某一科学的研究者群体所共同遵从的世界观和行为方式,它包括三个方面的内容:共同的基本理论、观念和方法;共同的信念;某种自然观(
11、包括形而上学假定)“鸭兔变换”常规科学 科学革命 新常规科学现在学习的是第21页,共76页(4)“科学研究纲领科学研究纲领”发展模式发展模式 科学研究纲领包括硬核、保护带两个部分和正硬核、保护带两个部分和正、反启发法两条规则。、反启发法两条规则。研究纲领的硬核,即是研究纲领所依据的基本假定,是一个纲领区别于另一个纲领的本质特征。研究纲领的保护带,即是围绕硬核所形成的众多辅助性假设。纲领的正面启发法,则是关于如何改变、发展、研究纲领,以及如何修改、完善保护带的指导方针。纲领的反面启发法,即是把 指向硬核的反驳的矛头改为指向保护带,通过调整、改善,甚至更换保护带而保护硬核。拉卡托斯拉卡托斯现在学习
12、的是第22页,共76页第三节第三节 科学研究的方法科学研究的方法 科研选题方法。获取科学事实方法。思维加工方法。假说及其验证方法。建立理论体系方法。科学研究是运用严密的科学研究是运用严密的科学方法,有目的、有科学方法,有目的、有计划、有系统的认识客计划、有系统的认识客观对象,探索客观真理观对象,探索客观真理的活动。的活动。现在学习的是第23页,共76页一、科研选题 科研选题科研选题:确定出一个问题作为自己的研究目标。科研过程具有战略意义的第一步,具体表现为以下几点:1、科研选题及意义现在学习的是第24页,共76页(1)它规定着科研工作的总任务、总方向和进展速度。(2)选题能调整和加速科研人员的
13、知识积累,从而适应科学日益发展的趋势。(3)选题在一定程度上决定着科学研究中所使用的方法和手段,因而能推动研究方法的进步。(4)有创见的课题的提出,对于科学技术本身的发展将产生深远的影响。现在学习的是第25页,共76页 波普尔在一次讲演时,一开始就宣布“请观察!”听众莫名其妙,不知道要观察什么。波普认为这正好说明,离开一定的问题,漫无目的的观察是不存在的。2、科学研究从问题开始“认识源于实践认识源于实践”“科研始于观察科研始于观察”(1)“科研始于问题科研始于问题”现在学习的是第26页,共76页 第一、观察本身不足以成为科学研究的起点,只有问题,才引起了研究。人们总是以问题为框架有选择地去搜集
14、事实材料,与问题有关的材料被搜集起来,与问题无关的材料则任其流散,不在科学认识主体中引起信息效应。第二、那些远离经验世界的理论研究,则更不是从观察,而只是由问题而进入研究。只有发现了原有理论不能解决问题时,人们才会去修正、补充它,或着手建立新理论 现在学习的是第27页,共76页德国物理学家伦琴1895年一次在做阴极射线实验时观察到阴极射线管对附近的照相底板感光。这一观察事实不能用关于阴极射线的理论来解释,由此他转向研究这一异常现象,发现了一种新的射线即X射线。然而美国的古德斯密斯早六年前(1890年2月22日)就曾观察到过这类现象,并拍下了第一张这一现象的照片。但他并没有在这里看到有什么问题,
15、而是把这张照片简单地扔进了废相片堆中。几乎同时,克鲁克斯也曾发现一些照片模糊不清,但他只把它看成是照相底板质量不好所致。古德斯密斯和克鲁克斯尽管都早于伦琴5、6年前就观察到同类现象,但都因没有发现问题而未有进入研究,从而就不能发现这是一种不同于阴极射线的另一种射线X射线。现在学习的是第28页,共76页(2)科学问题与非科学问题科学问题与非科学问题科学问题是通过对科学背景科学问题是通过对科学背景知识的分析而产生的问题知识的分析而产生的问题 问题就是疑难问题就是疑难 简单问题是指由无知而不是通过简单问题是指由无知而不是通过对科学背景知识的分析而得出的对科学背景知识的分析而得出的问题问题 现在学习的
16、是第29页,共76页 科学问题的结构。问题的指向:问题的研究对象(what/why/how)研究的目标:想要获得的答案 应答域:预设的求解范围和方法。WHATHOWWHY现在学习的是第30页,共76页维纳在1948年提出关于信息论如何发展的问题。他明确指出:“我们必须发展一个关于信息量的统计理论,在这个理论中,单位信息量就是对于具有相等概念的二中择一的事物作单一选择时所传递出去信息。”.维纳在这里提出了一个需要探索的科学问题,问题的目标是发展一个关于信息量的统计理论,问题的应答域是应用统计理论和单位信息量的基本概念。现在学习的是第31页,共76页求解目标和应答目标起定向作用在1928年,弗莱明
17、外出度假回实验室时,注意到 一个与空气意外接触过的葡萄球菌培养皿中长出了一团青绿色霉菌,霉菌周围的葡萄球菌已被溶解。弗莱明认为,这意味着霉菌的某种分泌物能抑制葡萄球菌(别人不以为然)。此后的鉴定表明,上述霉菌为青霉菌,因此弗莱明将其分泌的抑菌物质称为青霉素。现在学习的是第32页,共76页 1887年,迈克尔逊-莫雷实验出现“零结果”,为什么出现这样结果?大多数科学家都企图在原来的“以太”理论(应答域)内做修补,但是没有获得满意的答案,反而阻碍了物理学的发展。爱因斯坦抛弃以太理论,建立相对论(改变应答域),才圆满解决。黑体辐射现象。在经典力学(应答域)不能很好解释,普朗克提出“能量子”假说(新的
18、应答域),问题就解决了。现在学习的是第33页,共76页 (3)科学问题的来源 1)从社会生产和实际生活的需要中产生问题。根据社会生产和实际生活的需要,提出种种实用性或技术性问题。例如,由于通讯工程和自动控制系统、机械电子工业和信息工业等新兴工业发展的需要,人们提出“信息高速公路”问题。又如,由于粮食危机,人们提出了转基因问题。杂交稻 绿肥不行吗 现在学习的是第34页,共76页 2)从科学事实与已有理论的矛盾中产生 在科学实践中发现的新的事实,原有理论解释不了或与原有理论不相容,因而会产生问题。例如,现代物理学革命的起因,就是经典物理学理论难以解释19世纪末、20世纪初不断涌现的新的物理实验事实
19、和现象,如黑体辐射,光电效应等,从而产生出大量足以动摇经典物理学大厦根基的问题,如能量究竟是连续的还是不连续的,经典物理学能否有效解释微观物质世界的运动规律等。现在学习的是第35页,共76页 3)科学理论体系本身的内在矛盾所产生的科学问题 科学理论体系的构建,在逻辑上应该是自洽的。当科学理论内部出现逻辑困难,如逻辑推理过程出现断点或发生跳跃,或导出相互矛盾的命题或结论时,就会产生需要进一步探讨的所谓概念问题。科学中的悖论,yang谬就是内部概念问题的典型形式。例如,亚里士多德动力学理论指出,物体运动的速度与物体所受的力的大小成正比,因此,重物下落的速度与物体的重量成正比。伽利略通过一系列的假设
20、和严密的逻辑推导,揭示了亚里士多德理论中的悖论。例如,双生子佯谬现在学习的是第36页,共76页有一对双生兄弟,其中一个甲跨上一宇宙飞船作长程太空旅行,而另一个乙则留在地球。结果当甲回到地球后,我们发现他比乙更年青。但如果我们从甲的角度去想这个问题,我们似乎会得出矛盾的结果:旅行者在宇宙飞船中会看到地球以高速离他而去,然后又高速回来。他可以认为乙才是移动时钟,所以才会受时间膨胀所影响,而不是他自己。因此甲预期回到地球后,会看见比他更年轻的双生兄弟。但这就与他兄弟的想法恰好相反那么究竟谁的想法才是正确呢?事实上双生子佯谬并不存在。狭义相对论是关于惯性系之间的时空理论。甲和乙所处的参考系并不都是惯性
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