科学的实验基础与逻辑前提.ppt
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1、自然辩证法概论(第2版),刘大椿 主编,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,第三篇 科学论与科学方法论,科学事实的获得与整理科学规律的合理性与可错性科学实验中的经验与理性科学理论的逻辑结构与功能,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,第六章 科学的实验基础与逻辑前提,重点问题,一、科学事实的获得与整理,科学事实及其重要作用,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,科学事实是指通过观察和实验所获得的经验事实,是经过科学整理和鉴定的确定事实。科学事实与客观事实是不同的。客观事实是指物质对象的现象和过程,它不以人的意志为转移,是客观的、第一性的。科学事实则是
2、人们通过观察和试验获得的关于对象的映像以及对它的描述。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,科学事实属于认识论的范畴,它体现的是客观事件在科学认识主体头脑中的记述和判断。没有客观事件发生,自然就不会有科学事实;没有主体所设置的认识条件,包括概念系统,也就无法记载出科学事实。科学事实的内容是客观的,形式则是主观的。对同一客观事件,可能因为认识条件设置得合理而被描述为精确的科学事实,也可能因为认识条件设置得不合理而被描述为粗糙的乃至歪曲的事实。客观事件不存在正确或错误的问题,而科学事实却存在可错性的问题。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校
3、硕士生马克思主义理论课教材,科学事实应该满足的条件,应该是关于个别存在的陈述,应该是可复核、可重现的,应该比较 清楚、系统,科学事实,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,科学事实的上述规定决定了它在科学认识过程中的重要作用:1.科学事实是形成科学概念和科学原理、建立科学理论的基础。虽然每个科学概念和每种科学理论不一定都直接来源于科学事实,但科学概念和理论归根到底必须以科学事实为基础。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,2.科学事实是确证或反驳科学假说和科学理论的基本手段,是推动科学进步的动力之一。科学假说和科
4、学理论的正确与否主要通过与科学事实相对照来进行评价,科学假说和科学理论不应与科学事实相矛盾,而应对科学事实作出解释,被解释的科学事实越多、越精确,科学假说和科学理论的真理性就越强。,一、科学事实的获得与整理,科学事实的获得:观察和实验,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,科学观察和科学实验是获得科学事实的两种主要途径。观察是有目的有计划地感知和描述客观事物、获取感性材料的基本手段。从获取信息的角度看,观察是指外部信息通过感官传送到大脑皮层,并由大脑中枢加工处理以感知外部世界的过程。观察不仅仅接受外部世界的信息,而且对来自外部世界的信息进行初步的加工处理。在心理学中,观察被视为一
5、种有目的有计划的知觉过程,是与主体的思维活动相联系的、获得感性认识的一种形式。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,科学观察一般是在自然发生的条件和状态下对研究对象所进行的观察。所谓自然发生的条件,是指在观察时,观察者不对自然事物或现象进行干预,使其按照本来的状况运动和变化。这是观察的重要特点之一。观察可分为直接观察和间接观察。直接观察是直接通过感官考察客体的方法,它生动、直观,但有局限性。间接观察是借助于一定的仪器观察客体的方法,它扩大了感官知觉的范围,能提供更准确的观察结果和科学事实。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思
6、主义理论课教材,科学实验是根据一定的科学研究目的,运用一定的物质手段,包括科学仪器和设备,在人为控制或模拟自然事物或现象的条件下获得科学事实的方法。俄国生理学家巴甫洛夫说,实验好像是把各种现象拿在自己的手中,并时而把这一现象、时而把那一现象纳入实验的进程,从而在人为的简化的组合中确定现象间的真实联系。观察主要是搜集自然现象所提供的东西,而实验则是主动地从自然现象中索取人们所期望的东西。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,可以使客体对象的属性及其变化过程重复出现,可以简化和 纯化研究对象,可以强化 研究对象,可以模拟研究对象的运动 过程,从而认识对象的
7、性质,科学实验的特性,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,实验方法多种多样,可以依据不同的标准进行不同的分类。根据测量手段的不同,可将实验划分为定性实验和定量实验。定性实验主要用来发现实验对象的某种属性。定量实验则可以精确地测定属性的量值,如热功当量等。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,根据实验手段是否直接作用于被研究对象,则有直接实验和模拟实验的划分。直接实验是在实验仪器直接干预对象的条件下观测对象所输出的信息。模拟实验则是一种间接实验,先设计出反映对象属性的模型,然后用实验手段作用于模型,通过模型实验了
8、解原型(对象)的性质及其运动规律。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,模拟实验可进一步划分为物理模拟、数学模拟和功能模拟。物理模拟是根据相似理论,构造出与客体对象相似的物理模型,通过模型实验了解原型变化的物理过程。数学模拟是在原型与模型之间存在数学方程或与数学模型相似的基础上,通过计算机求解来研究对象性质的一种模拟方法。功能模拟则是以控制论为理论基础、以功能相似为目标的模拟方法,它在当代科学和技术活动中发挥着十分重要的作用。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,科学事实的整理:归纳、演绎和类比,一般而言,从科
9、学事实向科学规律和科学理论的过渡大致要经过知性认识和理性认识两个阶段。知性认识阶段主要是对科学事实进行分类、系统化并对它们加以分析和概括,使之上升为科学规律的阶段。相应的科学方法主要是所谓的广义归纳方法,包括科学归纳法、统计方法、类比方法等或然性的推论方法,简称归纳方法。理性认识阶段主要是在科学概括的基础上形成理论体系,以便反映客观世界普遍而必然的联系。相应的科学方法主要是演绎方法。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,1.归纳方法,归纳方法,即归纳推理,是从个别或特殊的事物中概括出共同本质或一般原理的逻辑思维方法,其目的在于通过现象达到本质,通过特殊
10、揭示一般。就其形成关于经验世界的概括的过程而言,归纳推理可以划分为三种类型:本能的归纳;由对常识的思考所获得的归纳;通过批判性科学研究所获得的归纳。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,在具体的科学实践中,经常采用的是科学归纳法。它将分析方法或抽象方法和归纳方法加以综合,可以通过对理想模型的分析得出具有必然性的科学推论。数学中常用的数学归纳法,是科学归纳法的成功范例。这一归纳法的基本规则是:如果F对于F(1)成立;并且,它对于F(n)成立且对于F(n+1)也成立,那么,F对于任何F(n)都成立,n是无穷自然数列。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概
11、论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,统计推理是归纳方法的推广和应用。统计推理一般是用随机样本的属性来对样本所属的总体的属性进行预测或推断,它在本质上属于或然性推论,因为其结论所断言的范围(总体)超出了前提所断言的范围(样本)。但由于它采用了严格的数学理论规定的概率统计的成果,统计推理仍称得上具备或然性推论的精确化形式。,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,2.演绎方法,最早的从演绎方法层面对人类运用逻辑思维的经验进行的系统总结,是亚里士多德在其形式逻辑中所阐述的三段论。他巧妙地运用符号化的办法,把人类运用自然语言进行思维的经验提升到基本思维规律和基
12、本思维方法的高度。,一、科学事实的获得与整理,3.类比方法,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,类比方法是根据两类对象之间在某些方面的类似或同一,推断它们在其他方面也可能类似或同一的逻辑思维方法.类比方法在逻辑学中被称为类比逻辑推理,可表示为:A有a、b、c、d,B有a、b、c,则B可能有d 由A到B的推理可以是“特殊特殊”,也可以是“一般一般”。类比推理的客观基础是事物之间存在普遍联系的本性,但类比方法扬弃了未知的(或不甚清楚的)中间环节,从此一事物直接推出彼一事物的判断,其结论在逻辑上总是或然性的。,一、科学事实的获得与整理,类比推理的思维过程,其基本环节是联想和比较。首先
13、是选取何种类别对象的联想和比较,其次是对所研究的对象在形态、属性、结构、功能方面,以及在理论原则、形式、方法、内容等方面的联想和比较,以便从对已知事物的判断过渡到对未知事物的判断。,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,一、科学事实的获得与整理,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,类比推理的逻辑根据是不充分的。类比可能会提供科学发现的重要线索,引导科学家走上成功之路,但作为类比推理基础的相似属性和作为类比推论结果的推出属性之间不一定有必然性联系。类比推理允许在不知道它们是否具有必然性联系的基础上进行大胆假说,这在某种意义上搭建了根据已知经验或理论探索未知经验或理论
14、的桥梁,极大地推动了科学事实整理和科学理论创造活动的开展。类比方法是科学概括的重要手段,应用得当,便可以成为确立科学假说和创造科学理论的有力工具。,二、科学规律的合理性与可错性,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,经验规律与理论规律,现代科学认识活动同时在两个层面上进行,一是在可观察层面上进行的、与感官和经验直接相联系的认识活动;二是用抽象的或形式化的语言表述的、其对象与过程一般不可直接观察的认识活动。前者将已知事实互相联系起来,形成以经验概括的形式出现的试探性假说或所谓的经验规律,都是经过直接观察,即通过寻找类似的事实并观察由假说提出的各种关系而得到确证的;后者则在经验定律的
15、基础上进一步抽象,最终形成以抽象概念和若干公理为前提的逻辑演绎系统,这样的逻辑演绎系统一般被科学共同体确认为理论规律。,二、科学规律的合理性与可错性,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,经验规律的最大特征就在于实际可观察性,或者实际可确证性。一般把经验规律看做是一种经验的概括,它表示这些规律是通过对观察和测量结果的概括而获得的。这种经验概括不仅仅是简单的定性定律,也包括某些定量定律。经验规律能够直接用感官来观察或者可以用极为简单的仪器和技术给予测量,它既可以用来解释观察到的现象,也可以用来预言未来的可观察的事件。从经验定律的生成角度看,经验定律既可以是直接经验的概括,也可以是理
16、论规律的逻辑推断。后一种情况常常成为检验理论规律的一个重要手段。,二、科学规律的合理性与可错性,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,和经验规律相比较,理论规律具有如下几个特点:理论规律是运用概念表述的抽象规律。它一般借助于科学家创造的抽象概念来加以抽象表述。理论规律的词语不涉及可观察的东西,它所表述的内容不能用简单的、直接的方法来测量。理论规律不是对观察现象的直接概括和总结。经验规律一般直接来源于经验概括,而理论规律却不是观察现象之后得出的具体结论,而是抽象概括和理论思维的产物。,二、科学规律的合理性与可错性,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,任何理论规律都有
17、两种显著的特征:1.任何理论规律均能解释观察的规律性,而这些规律性与该理论规律作为存在的事实推导出的新实体相联系。2.任何理论规律必须能够从该理论规律的各种命题中演绎出新概括,它们可用于直接的可观察的事件。只有满足以上两点,才能表明理论规律带给科学的新概念是与事实或经验概括相对应的概念。,二、科学规律的合理性与可错性,自然辩证法概论 普通高校硕士生马克思主义理论课教材,哲学家布朗指出,“合理性”概念的古典模型具有三个特征:普遍性、必然性以及规则性。普遍性是指所有理性思考如果从同样的信息开始,得出的结论应该相同;必然性是指最终结果能够从给予的信息中必然地推出,必然性比普遍性更根本,它保证了普遍性
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