自然辩证法-科学发展的模式.ppt

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1、1,科学发展的模式,2,一、因经验积累而进步的发展模式,19世纪以前科学界相信科学的发展 是累积的。分析原因：科学研究只有一种模式（从观察开始）；大多数历史事实使学者领悟到的也是如此,3,1.弗兰西斯培根,科学家的研究活动蜜蜂采蜜，即从自然界采取原料，然后把它变成新产品。经院哲学家像蜘蛛一样只用自身物质来织网。炼金士和其他经验主义者像蚂蚁一样只知道不加选择地搜集原料而不作丝毫加工。,4,2.约翰赫歇尔（1792-871）,大天文学家威廉赫歇尔的儿子。剑桥毕业，是那时英国一流的科学家。成功制作了大型反射望远镜并进行了大量天文观察。曾任皇家天文学会会长，英国科学促进学会会长，造币局长。1830年发

2、表试论自然哲学研究,5,2.1提出理论的程序,*赫歇尔指出，表述理论的程序与理论的可接受问题毫不相干。*他认为，从观察上升到定律和理论，可以有两种不同的方式，一种是应用特定的归纳格，另一种是提出假说。,6,*从复杂现象到有关方面：在这一过程中，将注意力集中在对解释现象有意义的那 些性质上。如：为了说明物体的运动，人们必须先把着 眼点放在力，质量和速度这些性质上；而声音这一复杂 现象也可分解为声源的震动，在介质中的传递，耳朵的 接受和感觉的产生等问题来考察。*自然定律：包括性质的相关（如波义耳定律）和事件的顺 序（如落体问题）两个方面。*从有关方面到自然定律 途径一：归纳(求同，差异，协变）途径

3、二：假说 P V（无法归结为 0.5 2.0 固定规则）1.0 1.0 P 1/V 2.0 0.5*从定律到理论,7,2.2确证的类型：理论确真性的探讨,类型一：将定律扩展到特例，如用硬币和鸡毛检验落 体定律。类型二：表明定律或理论具有非预计的范围外的意外 效果。如：亚当斯，勒维烈发现海王星类型三：判决性实验，如：培根提出的关于下落原因（来自地球还是下落物体）的实验，帕斯卡 关于水银在密闭管中上升的实验（是厌恶 真空还是大气压所致）。赫歇尔认为，理论的价值只有靠它经受住上述攻击的能力才能得到证明。,8,最早代表：19世纪的科学哲学家惠威尔（休厄尔William Whewell,1794-186

4、6）毕业于剑桥大学三一学院，随后被任命为矿物学教授（1828），道德哲学教授，副校长（1842）。他对潮汐现象进行了广泛的研究，并于1837年完成了他的内容广泛的归纳科学史。通过对科学史的研究发现，科学是在从事实出发，用概念去综合事实，使事实上升为定律；再通过综合上升为理论这个历史过程中进步的。,3.惠威尔,9,3.1科学进步的形态学,*惠威尔力求把他的学说建立在对科学史的全面研究的基础 上。他建议考察各门科学发现的实际过程，以便看一看有 什么模式在其中呈现出来。*事实和观念：休厄尔把科学进步看作是事实和观念的成功 结合。他认为，我们平时称为感觉经验的报告那类事实，只是事实的一类。广义地说，事

5、实是片段的知识，是提出 定律和理论的原料。这样的事实和理论间只有相对的区 别，如果一个理论被归并到另一个理论中去的话，那他本 身就是事实。休厄尔把观念看作是把事实结合在一起的 理性原理。比如：在一年有365天这一事实中，就包含着 时间，数和循环的概念。,10,3.2科学发现的模式,科学发现的模式：序曲，归纳和结局的三拍子的进行曲。,11,3.3事实的分解和概念的阐明,事实的分解和概念的阐明是建立理论的必经阶段。*事实的分解是把复杂事实还原为陈述那些清楚而有区别的观念如空间，时间，数和力等之间关系的基本事实。*概念的阐明在科学史上，科学家间的讨论，常常有澄清概念的结果。如，力，质量和种的概念的澄

6、清。他要求对生命的概念也应如此。*阐明概念的标准：当他们同基本观念的逻辑关系被清楚地认识到时，就被阐明了。基本观念的意义可以用一组公理表达。,12,3.4事实的综合,*走向定律和理论的过程是一个综合过程，在这个过程中，研究者将概念引入一组事实中，将事实捆绑在一起。（如开普勒模型）*归纳过程是一个发现过程，它是通过科学家的创造性洞察力而达到的。因此归纳推理不仅是单纯地把事实搜集在一起，而且还应以新观点看它们，引入 一种新的精神因素。,13,科学的进化发展支流汇合成江河，强调科学通过把过去的成果逐渐合并到现在的理论中而不断进化。比如，牛顿的万有引力定律相对于伽利略定律、开普勒定律的研究体现为一种进

7、步，是因为在牛顿理论中包含了伽利略的自由落体定律、开普勒的行星运动定律等。旧理论不论多么荒谬总会对科学的进步产生影响，如燃素说虽被氧化说所取代，但它把燃烧、酸化和呼吸归为一类来进行研究的见解却在化学史上起了积极作用。,14,逻辑实证主义是20世纪初以维也纳学派为代表的科学哲学学派。它提出了科学发展的直线式积累模式，即认为科学知识的增长是不断归纳的结果。在这个模式中，科学知识的增长被看成是一个量变的过程，它否认科学发展中的质变和飞跃。总之，积累发展观认为科学是一个不断积累的过程，知识从少到多，日渐积累，越积越多.,4.逻辑实证主义,15,20世纪初期逻辑实证主义者的科学理论发展观：先后产生的两个

8、理论T和T之间的关系，逻辑地看，可以有T与T等价和T优于T两种，但历史地看，从T到T便是知识的增长。科学进步或知识的增长，在于通过归纳逻辑得到高概率经验证实的命题和理论的积累。,16,累积模式的图示,知识量,时间,直线发展的不存在突变没有科学革命的地位,17,基本主张：科学发展是一个渐进积累的直线发展过程，其中没有渐进的中断，没有革命；观察事实越多，越深入，通过归纳逻辑得出的科学定律或理论被经验证据所证实的频率越高，它就越普遍，解释力和预见力就越强，其中包含的非科学的错误成分也就越少。,18,5.归纳主义科学观的基本内容,第一作为常识的科学观流行的观点 科学知识是已经证明了的知识。科学理论是严

9、格地从用观察和实验得来的经验事实中推导出来的。,19,第二朴素归纳主义对科学知识的产生途径的概括,科学理论的建立始于观察，观察提供科学知识能够赖以确立的可靠基础，科学知识是用归纳法从观察陈述中推倒出来的。单称陈述全称陈述：单称陈述上升为全称陈述的条件理论的预见性是通过接下来的演绎推理来实现的,20,第三归纳主义科学的客观性问题,观察的客观性（观察者具有正常的未受伤害的感官，他忠实地记录下所看到，听到的东西，不带任何成见）推理过程的客观性（满足规定的条件与否不由主观意见决定）即便如此，科学知识能够被证明是客观的吗？换言之，上述的理论结构能够确保为我们提供正确的知识吗？,21,第四朴素归纳主义的问

10、题及其对应,归纳原理的正确性能够被证明吗仅仅靠“大量的，重复多次的，没有矛盾的”就能保证逻辑上的正确吗罗素的归纳主义火鸡观察依赖于理论1）观察者看到的东西部分地决定于他们视网膜上的映像，部分地依赖于他们的经验，知识，期望和一般的内心状态。2）理论是陈述观察结果的前提3）理论指导观察向概率退却将发现的方式与证明的方式分开,22,6、评价,6.1不完全归纳之或然性概率归纳 多次重复可增加信心？一朝被蛇咬十年怕井绳 有完全相同的重复吗？,23,2、观察归纳总是有理论负载的,康德的先天综合判断 个人建构主义社会建构主义 有绝对的先天知识吗？,24,库恩的评价：按照这种观点，“科学的发展成了一点一滴的进

11、步，各种货色一件一件地或者一批一批地添加到那个不断加大的科学技术知识的货堆上”。,25,逻辑实证主义科学观勾画了一幅积累式的科学发展图景，这从一个侧面反映了科学不断进步的总趋势。能较好地说明新旧理论之间的继承性根本缺陷：科学发展并不全是渐进的，其间曾经存在革命，有间断，无法用继承性加以说明;新理论的产生常开始于旧理论与观察事实的矛盾;累积模式把科学发展问题太简单化了根本缺陷：忽视了科学中的革命现象，因而不能解释那些在逻辑上与传统的科学理论不同的原创性的、革命性的新理论的产生过程。,26,二、通过证伪而增长的发展模式不断革命模式,波普尔：1902年生于奥地利，1928年获维也纳大学博士学位。当时

12、维也纳学派的影响正处于上升时期。二战后定居英国，任伦敦大学经济学院教授，科学方法，逻辑学和哲学系主任。后入英国籍。,27,1 背景,1905年相对论提出此前，牛顿理论已经受千百次检验，取得惊人成功，被证明是真理。在相对论冲击下，根基发生了动摇一个理论，不管多么成功，都难免被推翻的命运。由此出发看1919年爱丁顿实验（不是对爱氏理论的证实，而是对牛顿理论的“证伪”、“否证”）科学不可能是“向着最终目标稳步前进的系统，它永远得不到真理，甚至象几率那样的真理的替代物。”,28,2.证伪概念,波普尔把问题看作科学发展的动力，问题是认识的起点又是认识的终点。把猜测和反驳看作是科学知识发展过程的本质强调假

13、说、想象、否定、批判在科学发展中作用，强调知识的相对性和发展的无限性，否认科学发展机制包含着量变渐进的过程，否定归纳法和证实的作用。,29,3.证伪的发展模式,波普尔：科学理论不能通过归纳得到证实，但却能被证伪。科学理论的发展并不是一个不断积累的过程，而是科学理论不断被经验反驳和证伪的反复过程。猜想和反驳是科学发展过程中最基本的环节。科学理论的发展过程就是大胆地提出假说，通过证伪然后再推翻理论的过程，科学知识的增长或科学理论的发展是通过不间断的革命实现的。,30,P1,TT,EE,P2,科学从问题开始,经过试探性理论,又经过批判性检验、排除错误,进而提出新的问题,循环往复，推动科学不断前进,3

14、1,4.波普尔模式包含四个环节,科学从问题开始针对问题，科学家进行各种大胆的尝试性猜测，即提出假设和理论各种理论之间激烈竞争，相互批判，并经受观察和实验的严格检验，从而清除错误，筛选出逼真度较高的新理论新理论被证伪，又出现新问题，开始下一个过程,32,他把科学看成是从问题到问题而进步的，随着这种进步，问题的深度不断增加贯穿该模式的红线是猜测与反驳的过程他自己将这个模式称为“以猜测和反驳为手段来解决问题的一般模式”,33,5.应提倡的科学精神,要有敢于犯错误的精神“怕犯错误是一种可怜的愿望”“从错误中学习”“科学史仅是一部不可靠的猜测史或错误史”要有批判精神 向权威批判 向自己批判要有否定精神

15、否定已有理论是发展新理论的前提，否定得越早，进步越快。,34,波普理论并没有改变科学直线发展的总趋势,5.对波普尔模式的评价：,35,突破了逻辑实证主义者对科学知识仅作静态的语言逻辑分析的框框，把人们的眼光引导到对科学知识的增长作动态考察和对这一过程的内在机制作逻辑说明的方向上去。他的科学始于问题的提法也给人以启迪。他认为一个反例就可以证伪一个问题（理论）不对。理论的免疫问题。问题有各种类型：,36,a、产生于理论内部的问题 地心说统治时期逆行的问题 悬天说提出后“天会不会掉下来”问题 爱氏引力理论提出后光线会不会弯曲的问题b、产生于两种不同的理论之间 天体演化和地质进化提出后会问“地球表面的

16、生物怎么来的？”上帝创造的吗？C、产生于理论和观察的矛盾 日心说理论和恒星周年视差问题产生以后，如何从一个问题转换到另一个问题，波普尔也没有作出令人信服的说明。,37,只强调理论只能被证伪，不能被证实，必然导致他对真理的错误看法。,38,6.意义,（1）科学问题是科学理论演变的动力。问题是认识的起点，也是认识的终点，由此推动着科学理论的演变或进步。（2）科学理论本质上是一种猜想。为了解决问题，科学家通常会提出若干个尝试性的理论猜测，以便从中比较、选择出最有解释和预言能力的科学理论。（3）科学只有在不断的证伪和批判中才能前进。我们无法用经验和逻辑挑选出正确的理论，但我们能够用经验和逻辑挑选出错误

17、的理论，科学理论的演变或进步的实质在于通过对理论的证伪把其中的错误和迷惘排除出去。（4）科学理论的演变或进步表现为一个理论对另一个理论的替代，它不是积累式的，倒像是跳跃式的、不断革命的过程。,39,历史主义者批评波普：,不同意不断否定论，这样不会有知识增长了 不同意经验证伪主义 波普尔理论与科学发展史不相符合,40,三个世界的理论,物理世界是世界1，主观精神世界是世界2，客观知识世界是世界3,41,三 范式嬗替的科学革命模式,库恩美国科学史家，科学哲学家。科学哲学中历史主义学派的代表人物之一。1922年生，1949年获哈佛大学哲学博士（物理学）学位。1952年开始讲授科学史。1958-59年在

18、斯坦福行为科学高级研究中心从事研究工作，60-70年代任普林斯顿高等研究所教授，1979年起，任麻省理工学院教授。,托马斯库恩（19221996）,42,关键词：范式（Paradigm）科学革命的结构（1962）100多页，20余种范式解释必要的张力（1977）,43,20世纪50年代末出现了新的情况：一方面，形成了一股自然科学奔向社会科学的洪流，科学社会学、科学学、科学史学、科学心理学等一系列新兴学科相继涌现，标志着自然科学与社会科学的相互联系与相互渗透；另一方面，科学成为社会的一项重要的事业，它广泛地深入到社会的各个领域，对生产方式、生活方式、思维方式以至价值观念都产生了极其深刻的影响。在

19、新的形势下，对科学理论发展的研究不能孤立地、离开它所处的社会历史环境来进行，因此在科学哲学中出现了社会历史学派。,44,库恩正是从科学认识的社会历史背景的角度，提出他的科学发展观的。从社会学的角度出发，库恩认为，科学研究虽然离不开个人，但科学理论本质上是集体研究的产物；科学理论不是单纯的知识积累，又是一种“范式”（Paradigm），它是集体用以不断生产科学知识的工具。从历史学的角度出发，库恩认为，累积式发展观是渐变的观点，它看不到科学发展中的质变（科学革命）；否证式的发展观强调不断革命，但它忽略了常规科学发展的长期积累。为了克服这两种科学发展观的片面性，库恩主张应当尊重历史，从动态的角度来考

20、察科学理论发展的机制和规律，据此，他提出科学革命模式。,45,科学共同体：在科学发展的某一历史时期，该学科领域中持有共同的基本观点、基本理论和基本方法的科学家集团集团所采用的符号概括；为集团提供类比和给人们以启发的模型；,46,科学共同体,40年代英国科学家波朗依提出了科学共同体概念：今天的科学家不能孤立地实践他的使命。他必须在各种体制的结构中占据一个确定的位置。每一个人都属于专门化了的科学家的一个特定集团。科学家的这些不同的集团共同形成了科学共同体。50年代，社会学家希尔斯指出：科学共同体有自己的组织机构，有自己的规则，有自己的权威，这些权威通过自己的成就按照普遍承认与接受的标准而发生作用，

21、并不需要强迫。60年代，托马斯库恩重要著作科学革命的结构对科学共同体作了进一步的概括：这种共同体具有这样一些特点：内部交流比较充分，专业方面的看法也比较一致。同一共同体成员很大程度上吸收同样的文献，引出类似的教训。不同的共同体总是注意不同的问题，所以超出集团范围进行业务交流就很困难，常常引起误会，勉强进行还会造成严重分歧。,科学共同体是科学社会建制的基本构成要素；是科学家集团的一般抽象存在形式，其深刻内含在于它的特殊的体制目标、行为规范和精神气质。,47,库恩在科学革命的结构（1962年）中提出的科学理论发展的模式：强调科学的发展是“新理论抛弃并取代与之不相容的旧理论的革命过程，革命的重要标志

22、是范式（Paradigm）变换.”前科学常规科学反常危机科学革命新的常规科学科学是“科学家共同体的活动”,48,库恩的科学发展模式,在前科学时期，范式还没有确立，各种理论、假说、观点百家争鸣，互相竞争，但是没有一种得到公认。在常规科学时期，范式已经形成，并在科学共同体中得到公认，科学共同体在这种范式的指导下，进行常规的科学研究，解决范式提出的疑难问题。在科学革命时期，范式面临一系列反常现象的挑战而陷入危机，这使得科学家对范式产生动摇，科学共同体因而产生分化和新组合，有人抛弃旧范式，提出新范式，科学革命发生。尔后，科学进入“新的常规科学”时期，进入在新的范式指导下新的渐进发展时期。,49,前科学

23、,常规科学,反常,危机,科学革命,新的常规科学,（早期阶段）,（形成范式）,（动力）,新范式战胜并代替旧范式，整体转向,50,具体的解题范例,托氏地心体系为早期天文学家的范式.（它规定了基本理论、基本观点和基本方法，提供了研究问题和解决问题的模型或框架，为当时天文学发展规定了方向）哥白尼日心说是以后天文学家的范式。,51,“前科学时期”就是“范式”没有形成之前的时期。,亚里士多德以前的动力学阿基米德以前的静力学布莱克以前的热力学燃素说以前的化学赫顿以前的地质学,前科学时期,52,范式的形成，标志着从原始科学到成熟科学的重要转折。随着常规科学的发展，各类现有范式不能解释的“反常”现象不断出现，进

24、而导致一系列重大的科学发现，要求对现有的范式进行调整和变革，直到发生新范式取代原有范式的重大变革。如氧的发现、X射线的发现、天王星的发现等都属于这些“反常”的科学发现。,范式是一门学科成为科学的必要条件,53,“常规科学时期”是范式已经形成的时期 科学发展快 对待反常的态度：不理睬,54,普劳特（W.Prout,1785-1850）假说（1815-1816年提出）,普劳特时代仍相信，上帝只会用少数几个砌块来创造世界，氢就是其中之一。由于当时发现氢的原子量为整数，其它元素的原子量是氢的整数倍，因此元素的原子量应该是整数。（相信元素是氢的化合物或聚合物）后来发现氯的原子量不是整数。有了反常出现。相

25、信传说的说法的科学家干脆不予理睬这一反常。消化反常,55,怀疑自己运用范式的能力,科学家思想保守 很有必要很少有创造性“危机时期”：对旧范式发生了怀疑 有四种情况会导致怀疑反常的数目越来越多。如,56,1895年，x射线，伦琴1896年，铀放射性，贝克勒尔1987年，电子，1898年，、射线，卢瑟福1901年，me随速度增大，考夫曼 原子不可分 原子最小 元素不变 质量不变,传统认识,新发现冲击着传统（反常出现）,57,有些反常非常顽固。如“以太”有些反常打击了范式的基本原则 如地心说,58,社会的迫切需要 对危机的认识有个过程,派别斗争激烈科学家心理变化复杂科学家热衷于哲学和基本问题争论,5

26、9,反常积累到一定程度就会产生危机。危机预示着范式转换的时刻已经到来，它是从常规科学到科学革命的过渡阶段。当旧范式面临反常和危机，为新范式所取代时，便导致科学革命，科学革命标志着科学发展的重大转折，预示着科学理论的革命性演变。科学革命发生之后，科学又会在新的范式指导下常规地发展。,60,“一个新的科学理论并不是靠使它的对手信服并使他们接受而获胜的。不如说是因为它的对手死绝了，而不熟悉这个真理的新一代又成长起来了。”（普朗克语）“范式的转换是一代人的转换”（库恩）,61,对范式的选择也不是毫无标准：,简单性有效性精确性广泛性一贯性,62,新的常规科学时期：,以新范式为指导的科学发展时期,63,2

27、.库恩模式的评价,克服了直线发展模式存在的问题，既看到了科学发展的继承性，又看到了科学发展的间断性,常规科学,科学革命,时间,知识量,64,新范式是怎样产生的？突然出现的，有点象格式塔转换 科学革命后产生的理论是否更接近真理？新范式的产生是否是旧范式的决定性破坏？,65,4.3范式嬗替的科学革命模式,这种基于范式转换的科学理论演变模式，将科学理论的演变描述为革命性的转化和渐进性的积累相统一的过程。,66,四、基于研究纲领进化的发展模式,科学研究纲领的理论。科学研究纲领是一组具有严密的内在结构的科学理论系统。科学研究纲领由“硬核”、“保护带”和“启发法”(heuristic)三者组成。,伊姆雷拉

28、卡托斯（19221974）,67,2.科学研究纲领的结构,内部结构硬核保护带启示法,弹性地带,基本假设和基本原理,各种辅助性假设和初始条件,正面启示法反面启示法,68,硬核（哥白尼体系：地球和行星环绕太阳运行，地球每日自转一周；牛顿体系：三定律加万有引力定律）“硬核”：科学研究纲领的核心部分或本质特征，包含非常一般的、构成纲领未来发展基础的基本假设和基本原理。硬核的改变会导致整个研究纲领的改变。在科学史上，“地心说”是托勒密天文学理论体系的硬核，牛顿动力学定律和万有引力定律是牛顿理论系统的硬核。,69,保护带,保护带，纲领的可反驳的外围地带。（哥白尼体系中的本轮）硬核的周围是保护带，它由各种辅

29、助性假设、初始条件或背景知识组成，是研究纲领的可反驳的弹性地带。比如，托勒密时期的天文学家就通过修改本轮和均轮等辅助性假设来保护“地心说”；牛顿理论的拥护者曾通过增设新行星的假设来解释天王星的摄动观象以保护牛顿的万有引力定律。,70,启事法,启事法：形成研究纲领的方法论。包括保护硬核的“反面启事法”和完善发展纲领的“正面启事法”。反面启发法(反面助发现法)和正面启发法(正面助发现法)。反面启发法是一种方法论上的反面的禁止性规定，它本质上是一种禁令，规定应该避免哪些途径或不应该做什么。正面启发法是一种积极的鼓励性规定，它规定应该遵循什么样的途径或应该做什么。它提倡并鼓励科学家通过增加、精简、修改

30、或完善辅助性假设以发展整个科学研究纲领，实现科学研究纲领的进步。,71,“硬核”、“保护带”和“启发法”“牛顿科学不只是一组的猜想三条力学定律和万有引力定律。这四条定律仅仅构成牛顿纲领的硬核。不过，这硬核被一个庞大的辅助假说保护带保护，韧性地抵御反驳”。“此外，甚至更为重要的是，研究纲领还有一种启发法，即一种强有力的解题机构，它借助精致的数学手段来消化反常，甚至把它们转变为正面的证据。”,72,以科学研究纲领理论为基础，拉卡托斯提出的科学理论的演变模式是：科学研究纲领的进化阶段科学研究纲领的退化阶段新的研究纲领证伪并取代退化的研究纲领新的研究纲领的进化阶段,73,科学发展模式,科学研究纲领的进

31、化阶段,科学研究纲领的退化阶段,新的进化的纲领取代退化研究纲领,发展的过程,新的研究纲领的进化阶段,74,重要思想,1、科学家应当通过不断修正保护带来实现研究纲领的进步。2、一个研究纲领要经过从进化到退化的很长的量变阶段才能被淘汰。3、科学理论发展的过程是科学理论的质变过程和量的进化过程的统一。科学理论的发展过程是一个经验内容不断增长的过程，而不仅是库恩所归结的非理性的信念的转变过程。,75,总 结,“思辨实验理论实践”之流变 科学实验与科学理论之张力是科学活动的基本矛盾。科学实验最终是主要矛盾和决定性因素。但我们也要注意到实验与理论的交互影响与作用。,76,总 结,科学观：从静态到动态从个体知识到理论整体从对知识的分析到对人的分析从镜象反映到主观建构从确定性到相对性,