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1、自然辨证法概论自然辨证法概论文法学院文法学院 胡振亚胡振亚第三编第三编 科学技术方法论科学技术方法论第七章第七章 科学问题科学问题第八章第八章 科学事实科学事实第九章第九章 科学理论的形成科学理论的形成第十章第十章 科学理论体系的建构科学理论体系的建构第十一章第十一章 数学方法与系统科学方法数学方法与系统科学方法第十二章第十二章 技术方法论概述技术方法论概述 第七章第七章 科学问题的提出科学问题的提出 科学认识作为人类探索自然界的性质和规律的活动，是科学认识作为人类探索自然界的性质和规律的活动，是从提出科学问题开始的。从提出科学问题开始的。本章阐释科学发现始于问题的理念，讨论科学问题的界本章阐

2、释科学发现始于问题的理念，讨论科学问题的界定、逻辑结构、基本类型及其意义，论述科学问题的来源与定、逻辑结构、基本类型及其意义，论述科学问题的来源与选题的基本原则，阐发转换科学问题的方法论思想。选题的基本原则，阐发转换科学问题的方法论思想。7.1 7.1 科学问题：科学发现的真正起点科学问题：科学发现的真正起点1 1科学发现始于问题科学发现始于问题1)1)观察实验并不是科学发现的起点观察实验并不是科学发现的起点 科学发现的起点是什么科学发现的起点是什么?在历史上，古希腊的亚里士多德曾提出过在历史上，古希腊的亚里士多德曾提出过“归纳归纳演绎演绎”的程序理论，近代的牛顿则总结出的程序理论，近代的牛顿

3、则总结出“分析分析综合综合”的程序的程序观，他们都认为科学发现的起点是通过观察实验所获得的经观，他们都认为科学发现的起点是通过观察实验所获得的经验事实。验事实。在现代也有人依据认识源于实践的哲学基本命题，进一在现代也有人依据认识源于实践的哲学基本命题，进一步推出科研始于观察实验，认为观察实验是实践活动，是人步推出科研始于观察实验，认为观察实验是实践活动，是人们获得感性认识的方法；既然认识从实践开始，从感性上升们获得感性认识的方法；既然认识从实践开始，从感性上升到理性，科学研究自然应当而且必须从观察实验开始。到理性，科学研究自然应当而且必须从观察实验开始。科学发现当然与观察事实有关，但是，如果被

4、观察到某一科学发现当然与观察事实有关，但是，如果被观察到某一事实并非引出问题，那么这种事实，即使是观察到前人从未事实并非引出问题，那么这种事实，即使是观察到前人从未观察到的新事实也不会因此而进入新的研究。观察到的新事实也不会因此而进入新的研究。例如，德国物理学家例如，德国物理学家WCWC伦琴伦琴18951895年发现了年发现了X X射线，而射线，而在此之前，英国的在此之前，英国的ww克鲁克斯等人也曾观察过类似的异常克鲁克斯等人也曾观察过类似的异常现象，但他们并未由此引出新问题，做出新发现。现象，但他们并未由此引出新问题，做出新发现。可见，科学观察本身不足以成为科学发现的起点。可见，科学观察本身

5、不足以成为科学发现的起点。再从理论上看，研究对象越是远离经验世界，如各门学科再从理论上看，研究对象越是远离经验世界，如各门学科中的理论研究部分，其研究越是不可能直接从观察实验入手。中的理论研究部分，其研究越是不可能直接从观察实验入手。如果否认这一点，无异于从根本上取消理论研究本身。如果否认这一点，无异于从根本上取消理论研究本身。2 2）科学问题才是科学发现的起点）科学问题才是科学发现的起点 实际上，作为科学发现的第一个环节，即引导科学家作出发现的起实际上，作为科学发现的第一个环节，即引导科学家作出发现的起点不是观察实验，而是问题。点不是观察实验，而是问题。英国的英国的KRKR波普尔：波普尔：如

6、果从收集事实的观察实验开始，然后再建构理论，实际上是不可如果从收集事实的观察实验开始，然后再建构理论，实际上是不可能的。这是因为：能的。这是因为：首先，要求研究者第一步就去首先，要求研究者第一步就去“观察并记录一切事实观察并记录一切事实”，这一点实，这一点实际上是永远无法完成的。际上是永远无法完成的。“一切事实相对于人的认识来说是一个无穷集一切事实相对于人的认识来说是一个无穷集合，研究者永远不可能穷尽一切事实合，研究者永远不可能穷尽一切事实”；其次，观察和实验离不开理论，尽管通过观察可以引出问题，但观其次，观察和实验离不开理论，尽管通过观察可以引出问题，但观察过程总是要渗透、伴随着预设的问题，

7、观察总是有选择性的，它需要察过程总是要渗透、伴随着预设的问题，观察总是有选择性的，它需要有一个挑选出来的观察对象，需要明确一定的任务，需要带有一定的兴有一个挑选出来的观察对象，需要明确一定的任务，需要带有一定的兴趣，需要持有一定的观点，需要怀着一定的疑问。观察要首先回答观察趣，需要持有一定的观点，需要怀着一定的疑问。观察要首先回答观察什么、为什么观察和如何观察的问题。什么、为什么观察和如何观察的问题。在维也纳，在维也纳，KRKR波普尔为了让一群学物理的学生意识波普尔为了让一群学物理的学生意识到这一思想，给他们作了一个演讲。到这一思想，给他们作了一个演讲。一上来，他就指令他们：一上来，他就指令他

8、们：“拿出一张纸和一支笔，仔细拿出一张纸和一支笔，仔细地观察，并且把你观察到的写下来地观察，并且把你观察到的写下来!”!”学生们莫名其妙，不学生们莫名其妙，不知道要观察什么。知道要观察什么。KRKR波普尔指出，这就是没有问题而引起的。科学认波普尔指出，这就是没有问题而引起的。科学认识主体总是以解决科学问题为目标，有选择地搜集事实材料，识主体总是以解决科学问题为目标，有选择地搜集事实材料，有目的地进行科学观察和实验，而与问题无关的东西往往任有目的地进行科学观察和实验，而与问题无关的东西往往任其流散，不在科学认识主体中引起信息效应或思维共鸣。其流散，不在科学认识主体中引起信息效应或思维共鸣。由此，

9、由此，19671967年年KRKR波普尔在波普尔在“没有认识主体的认识论没有认识主体的认识论”的论文中提出了一种新的科学认识活动的模式，即著名的的论文中提出了一种新的科学认识活动的模式，即著名的猜想与反驳的模式。按照这种模式，科学和知识的增长永远猜想与反驳的模式。按照这种模式，科学和知识的增长永远始于问题，终于问题。始于问题，终于问题。“科学发现始于问题科学发现始于问题”和和“科学发现始于观察科学发现始于观察”这两种观这两种观点有着原则上的区别。点有着原则上的区别。前者把科学发现看作是能动的、创造性活动，后者则把前者把科学发现看作是能动的、创造性活动，后者则把科学发现看成是自发的、消极的活动。

10、科学发现看成是自发的、消极的活动。科学发现就是为了解决科学问题。如果在科学家的大脑科学发现就是为了解决科学问题。如果在科学家的大脑中没有任何问运那就不会激发科学家去作出创造性的科学中没有任何问运那就不会激发科学家去作出创造性的科学发现。发现。当然，当然，“科学发现始于问题科学发现始于问题”并不否认以实践为基础的并不否认以实践为基础的认识一般规律，它们是从不同角度提出的不同命题。认识一般规律，它们是从不同角度提出的不同命题。它们既相互区别又相互联系。它们既相互区别又相互联系。科学发现始于问题是对于具体的科学认识过程而言的，科学发现始于问题是对于具体的科学认识过程而言的，它告诉我们从何着手研究，它

11、与人类认识源于实践并不矛盾。它告诉我们从何着手研究，它与人类认识源于实践并不矛盾。从认识发生学的角度和科学认识的总秩序来说，问题最从认识发生学的角度和科学认识的总秩序来说，问题最终来自观察实验，科学始于观察和实验，认识源于感性经验。终来自观察实验，科学始于观察和实验，认识源于感性经验。我们既不能由认识源于实践简单地断言科学发现始于观察，我们既不能由认识源于实践简单地断言科学发现始于观察，也不能由科学发现始于问题错误地推出科学始于问题。也不能由科学发现始于问题错误地推出科学始于问题。2 2科学问题的界定与逻辑结构科学问题的界定与逻辑结构1 1）什么是科学问题）什么是科学问题 科学问题是指在特定时

12、代，科学认识主体在分析当时科学背景知识基科学问题是指在特定时代，科学认识主体在分析当时科学背景知识基础上提出的科学认识上和科学实践中需要解决的矛盾。础上提出的科学认识上和科学实践中需要解决的矛盾。2 2）科学问题的表现形式）科学问题的表现形式-疑问和认识矛盾疑问和认识矛盾 疑问是由疑问是由“知道怎么办知道怎么办”的常识性认识过渡到的常识性认识过渡到“为什么如此这般为什么如此这般”的理性思考的思维活动。的理性思考的思维活动。认识矛盾则反映了现象事实与以往知识背景所发生的冲突。认识矛盾则反映了现象事实与以往知识背景所发生的冲突。不管是疑问还是认识矛盾，都反映了认识主体所处的特定的认识状态。不管是疑

13、问还是认识矛盾，都反映了认识主体所处的特定的认识状态。3 3）科学问题应该是科学家）科学问题应该是科学家“共同体的问题共同体的问题”就科学家的某个就科学家的某个“个体个体”而言，某一而言，某一“问题问题”的确定是合理的，但置的确定是合理的，但置于群体于群体(科学界科学界)则不成为则不成为“问题问题”，或是一个早已解决的问题。，或是一个早已解决的问题。所以，从科学的角度看，广义的问题定义是：所以，从科学的角度看，广义的问题定义是：“某个给定的智能活动某个给定的智能活动过程的当前状态与智能主体所要求的目标状态之间的差距。过程的当前状态与智能主体所要求的目标状态之间的差距。”所以说，在科学研究的起始

14、阶段，要求科学家应该全方位、系统地查所以说，在科学研究的起始阶段，要求科学家应该全方位、系统地查阅国内外已有的研究成果和资料，目的就在于评价该问题是否是真正的阅国内外已有的研究成果和资料，目的就在于评价该问题是否是真正的还没解决的科学问题。还没解决的科学问题。4 4）科学问题的时代性）科学问题的时代性 科学问题是一定时代的产物，一定的时代所提供的知识背景决定着科学问题是一定时代的产物，一定的时代所提供的知识背景决定着科学问题的内涵深度。科学问题的内涵深度。比如，探索遗传的奥秘是一个古老的问题，在比如，探索遗传的奥秘是一个古老的问题，在1919世纪末的知识背景下，世纪末的知识背景下，A.F.L.

15、A.F.L.魏斯曼提出的是魏斯曼提出的是“种质种质”的问题，的问题，2O2O世纪初世纪初T.H.T.H.摩尔根提出的则摩尔根提出的则是是“基因基因”问题，而到了问题，而到了2020世纪世纪5050年代，年代，JDJD沃森和沃森和FHCFHC克里克克里克则提出了生物大分子则提出了生物大分子DNADNA的结构问题。的结构问题。而且，有些问题受目前认识和实践水平的限制，一时尚无法进行研究，而且，有些问题受目前认识和实践水平的限制，一时尚无法进行研究，这些问题还不能称为科学问题，只有在一定条件下，它才能转化为科学这些问题还不能称为科学问题，只有在一定条件下，它才能转化为科学问题。问题。例如，追溯宇宙的

16、起源，是一个早已提出而未解决的问题。例如，追溯宇宙的起源，是一个早已提出而未解决的问题。2020世纪以世纪以前，这主要是用神学进行解释的宇宙创生问题，直到前，这主要是用神学进行解释的宇宙创生问题，直到2020世纪世纪4040年代，年代，GG伽莫夫把广义相对论理论同宇宙演化结合起来，又进一步引入基本粒子伽莫夫把广义相对论理论同宇宙演化结合起来，又进一步引入基本粒子理论和核物理理论加以研究，才使宇宙起源变成一个科学问题。理论和核物理理论加以研究，才使宇宙起源变成一个科学问题。5 5）科学问题的逻辑结构）科学问题的逻辑结构 指向指向问项问项应答域应答域指向指向 问题所指的研究对象问题所指的研究对象问

17、项问项 与特定的疑问词相联系的与特定的疑问词相联系的“疑问项疑问项”。问项即是提问的内容。问项即是提问的内容。例如，例如，“燃素的比重是多少燃素的比重是多少?”“DNA?”“DNA分子的结构是怎样的分子的结构是怎样的?”?”这两个问题所指示的认识对这两个问题所指示的认识对象分别是象分别是“燃素的比重燃素的比重”和和“DNADNA分子的结构分子的结构”。科学问题的问项对于科学研究具有重要的指导作用，只有正确的问项才能使问题获得正科学问题的问项对于科学研究具有重要的指导作用，只有正确的问项才能使问题获得正确的答案，而虚假错误的问项则将研究者引入歧途。确的答案，而虚假错误的问项则将研究者引入歧途。应

18、答域应答域 应答域是指问题的提法本身所假定的问题解的范围或应答域是指问题的提法本身所假定的问题解的范围或“存在域存在域”，即在问题的提法中所，即在问题的提法中所确定的域限，并假定所提出问题的解必定在这个域限之中。确定的域限，并假定所提出问题的解必定在这个域限之中。如，如，NN维纳在维纳在19481948年所提出的关于信息论如何发展的问题，年所提出的关于信息论如何发展的问题，“我们必须发展一个关于信息量的统计理论，在这个理论中，单位信息量就是对具有相等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的信息。概念的二中择一的事物

19、作单一选择时所传递出去的信息。”NN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。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。应答域选择的重要性应答域选择的重要性 科学问题作为一种特殊的知识形态，它所提供的知识科学问题作为一种特殊的知识形态，它所提供的知识不仅表现在提出探索的对象，而且表现在提示答案的存在范不仅表现在提出探索的对象，而且表现在提示答案的存在范围。围。这意味着，在科学问题的结构中已经包含了问题求解这意味着，在

20、科学问题的结构中已经包含了问题求解的目标、预设的求解范围和方法。的目标、预设的求解范围和方法。尽管这种预设仍是一种猜测，是可错的，但在科学探尽管这种预设仍是一种猜测，是可错的，但在科学探索过程中却能起定向和指导作用。索过程中却能起定向和指导作用。这种包含应答域的科学问题，排除了许多因素，能对这种包含应答域的科学问题，排除了许多因素，能对解决问题提供明确的指向，有利于科学探索。解决问题提供明确的指向，有利于科学探索。科学问题中所设定的答域可能是各种各样的。它可能是一个限定得科学问题中所设定的答域可能是各种各样的。它可能是一个限定得非常具体的类域，也可能是一个无所限定的全域。非常具体的类域，也可能

21、是一个无所限定的全域。如，当我们问：如，当我们问：“脚气病是由什么细菌引起的脚气病是由什么细菌引起的?”?”这时，它所设定这时，它所设定的应答域是一个非常具体的类：细菌。相应地，它排除了自然界中无数的应答域是一个非常具体的类：细菌。相应地，它排除了自然界中无数其他的类。其他的类。而当我们问：而当我们问：“脚气病是由什么原因引起的脚气病是由什么原因引起的?这时，除了假定这时，除了假定引起脚气病总是有原因的以外，对于问题的应答域几乎没有作任何限定，引起脚气病总是有原因的以外，对于问题的应答域几乎没有作任何限定，它是一个全域。它是一个全域。显然，问题的提法中所设定的应答域愈小，限定得愈具体，它的指显

22、然，问题的提法中所设定的应答域愈小，限定得愈具体，它的指向性愈明确，对于科学研究的指导性就愈强；向性愈明确，对于科学研究的指导性就愈强；反之，在问题的提法中所设定的应答域愈宽，愈缺少限定，它所排反之，在问题的提法中所设定的应答域愈宽，愈缺少限定，它所排除的东西就愈少，指向性就愈不明确，因而对科学研究的指导性就愈弱；除的东西就愈少，指向性就愈不明确，因而对科学研究的指导性就愈弱；若一个科学问题预设的应答域是错误的，即问题的解不在所设定的若一个科学问题预设的应答域是错误的，即问题的解不在所设定的应答域之内，它将会使人劳而无获。只有改换应答域，才可能获得成功。应答域之内，它将会使人劳而无获。只有改换

23、应答域，才可能获得成功。如，试图证明欧氏几何中的第五公设就是这样的案例。如，试图证明欧氏几何中的第五公设就是这样的案例。寻求第五公设的直接证明是数学史上持续了两千多年的科学问题。寻求第五公设的直接证明是数学史上持续了两千多年的科学问题。尽管前人在寻求证明的应答域中已多次失败，后人仍然坚信只要改变证尽管前人在寻求证明的应答域中已多次失败，后人仍然坚信只要改变证明方法，迟早会找到它的直接证明。许多数学家为此一无所获仍不肯放明方法，迟早会找到它的直接证明。许多数学家为此一无所获仍不肯放弃求证第五公设的目标，在已有的应答域中不能解脱。弃求证第五公设的目标，在已有的应答域中不能解脱。1919世纪初，俄国

24、数学家世纪初，俄国数学家NINI罗巴切夫斯基对求证这一疑难问题罗巴切夫斯基对求证这一疑难问题的做法产生了怀疑。的做法产生了怀疑。他大胆地提出了反问题，即第五公设不可证明，他大胆地提出了反问题，即第五公设不可证明，改变了应答域和改变了应答域和问题的目标。他采用反证法，创立了非欧几何，为几何学开拓了新领域。问题的目标。他采用反证法，创立了非欧几何，为几何学开拓了新领域。事实说明科学问题中应答域设立得是否合理，直接决定着该问题是事实说明科学问题中应答域设立得是否合理，直接决定着该问题是否有解。否有解。科学问题是科学问题是“无知无知”和和“已知已知”的统一的统一 一切科学问题都具有问题的指向、与特定疑

25、问词相联系的一切科学问题都具有问题的指向、与特定疑问词相联系的“问项问项”和和求解的答域三要素。这就是科学问题的基本逻辑结构，也是科学问题的求解的答域三要素。这就是科学问题的基本逻辑结构，也是科学问题的实质所在。它说明，问题不仅意味着无知，而且包含着已知，是实质所在。它说明，问题不仅意味着无知，而且包含着已知，是“未知未知”与与“已知已知”的对立统一。的对立统一。P PB B科普宁说：科普宁说：“问题不仅是未知性，而且是关于未知东西的某问题不仅是未知性，而且是关于未知东西的某种知识。问题不单是不知，而且是关于不知的知识。种知识。问题不单是不知，而且是关于不知的知识。”“所谓关于不知的知识所谓关

26、于不知的知识”，一是指对于，一是指对于“未知未知”这一特定研究对象的这一特定研究对象的已具备的确定的知识，二是指在已具备的确定的知识，二是指在“已知已知”中蕴涵着关于所要求解的对象中蕴涵着关于所要求解的对象的某些不确定的知识，即问题的问域所提供的关于问题之解存在范围的的某些不确定的知识，即问题的问域所提供的关于问题之解存在范围的假设。假设。问题所表达的知识，显然是不完整的、部分的，以至于要求人们对问题所表达的知识，显然是不完整的、部分的，以至于要求人们对它进一步开展研究。同时，问题所表达的知识又是某种确定的知识，我它进一步开展研究。同时，问题所表达的知识又是某种确定的知识，我们确实知道一些东西

27、，它在问题中构成一种约束与限制，它约束问题的们确实知道一些东西，它在问题中构成一种约束与限制，它约束问题的解答范围与解答空间，从而为寻求解答确定一个方向。倘若没有对问题解答范围与解答空间，从而为寻求解答确定一个方向。倘若没有对问题的一定的预设和约束，就不可能表达任何一个问题。的一定的预设和约束，就不可能表达任何一个问题。有时问题甚至有很大的信息量，它可以帮助形成假说，它自身包含有时问题甚至有很大的信息量，它可以帮助形成假说，它自身包含了解决问题的途径。了解决问题的途径。3 3科学问题的分类科学问题的分类1)1)根据科学问题与背景知识的关系，可以把科学问题划分为根据科学问题与背景知识的关系，可以

28、把科学问题划分为常规问题和非常规问题。常规问题和非常规问题。常规问题常规问题 所谓常规问题，是指以已获得实践检验和社会公认的背所谓常规问题，是指以已获得实践检验和社会公认的背景知识即主导背景知识为前提而形成的科学问题。景知识即主导背景知识为前提而形成的科学问题。它的问项和答域都是在主导背景知识启发下提出的。其它的问项和答域都是在主导背景知识启发下提出的。其中正确的常规问题存在正确的解答，它的解答和主导背景知中正确的常规问题存在正确的解答，它的解答和主导背景知识是相容的。这种解答将使已知的理论更加充实、完善和系识是相容的。这种解答将使已知的理论更加充实、完善和系统化。统化。非常规问题非常规问题a

29、“a“错误错误”的常规问题导致非常规问题的常规问题导致非常规问题 错误（但在当时的主导知识背景下却是符合逻辑的）的错误（但在当时的主导知识背景下却是符合逻辑的）的常规问题的问项和答域是在主导背景知识的启发下提出的。常规问题的问项和答域是在主导背景知识的启发下提出的。但有时它在常规理论的框架内却找不到正确的答案。在根据但有时它在常规理论的框架内却找不到正确的答案。在根据该类问题进行研究的过程中，会发现主导理论所不能说明的该类问题进行研究的过程中，会发现主导理论所不能说明的科学事实，这些科学事实构成了非主导的背景知识，由此而科学事实，这些科学事实构成了非主导的背景知识，由此而引出非常规问题。引出非

30、常规问题。例如，在例如，在1919世纪末，根据经典电磁理论提出的测定世纪末，根据经典电磁理论提出的测定“以以太风太风”的速度问题是一个问项错误的常规问题。的速度问题是一个问项错误的常规问题。由于测得由于测得“以太风以太风”的速度为零，因而导出了一个与经的速度为零，因而导出了一个与经典电磁理论不相容的问题即非常规问题：典电磁理论不相容的问题即非常规问题：“以太确实是存在以太确实是存在的吗的吗?”?”b b 根据非主导背景知识根据非主导背景知识(即未获得实践检验和社会公认的背景知识即未获得实践检验和社会公认的背景知识)提出提出的科学问题，也是非常规问题。的科学问题，也是非常规问题。非常规问题要求突

31、破主导理论的框架解释新的科学事实，或是要求进非常规问题要求突破主导理论的框架解释新的科学事实，或是要求进一步发展和证实非主导知识。一步发展和证实非主导知识。非常规问题的内容是和主导理论不相容的，它的提出是对主导背景知非常规问题的内容是和主导理论不相容的，它的提出是对主导背景知识的挑战。识的挑战。例如在例如在1919世纪和世纪和2020世纪之交，在经典物理学已经获得完满的发展和占世纪之交，在经典物理学已经获得完满的发展和占据统治地位的情况下，出现了据统治地位的情况下，出现了“两朵乌云两朵乌云”：一个是迈克尔逊：一个是迈克尔逊莫雷实莫雷实验，一个是热辐射实验。验，一个是热辐射实验。根据前者，根据前

32、者，AA爱因斯坦提出了爱因斯坦提出了“如果绝对运动是不存在的，那么自如果绝对运动是不存在的，那么自然规律将是什么样子的然规律将是什么样子的?”?”的问题；根据后者，的问题；根据后者，MKELMKEL普朗克提出普朗克提出了了“能量是否不连续能量是否不连续?”?”的问题。这两个问题都是非常规问题。的问题。这两个问题都是非常规问题。非常规问题的提出和解决往往会导致对主导背景知识的否定和更换，非常规问题的提出和解决往往会导致对主导背景知识的否定和更换，甚至引发新的科学革命。甚至引发新的科学革命。2)2)经验问题与概念问题经验问题与概念问题经验问题分为三类：经验问题分为三类：(a)(a)未解决问题未解决

33、问题 是那些未被任何一个理论有效解决的经验问题；是那些未被任何一个理论有效解决的经验问题；(b)(b)已解决问题已解决问题 是那些已经被某种理论所解决了的经验问题；是那些已经被某种理论所解决了的经验问题；(c)(c)反常问题反常问题 某一理论虽然未能解决，但却已成为与此理论相竞争的一个或多个理某一理论虽然未能解决，但却已成为与此理论相竞争的一个或多个理论解决的经验问题。论解决的经验问题。已解决问题有利于理论地位的确立，反常问题为反对某个理论提供已解决问题有利于理论地位的确立，反常问题为反对某个理论提供了证据。未解决问题只为我们指出新的理论探索方向。了证据。未解决问题只为我们指出新的理论探索方向

34、。科学进步的重要标志，就是把未解决的问题和反常问题转变为已解科学进步的重要标志，就是把未解决的问题和反常问题转变为已解决的问题。决的问题。概念问题概念问题 是指这种或那种理论所显示出来的问题。它是理论所特有的，不能是指这种或那种理论所显示出来的问题。它是理论所特有的，不能独立于理论而存在。独立于理论而存在。如果说，经验问题是有关某一领域的实体的第一层次问题，那么概如果说，经验问题是有关某一领域的实体的第一层次问题，那么概念问题就是有关理论的概念结构基础是否牢靠的更高层次问题。念问题就是有关理论的概念结构基础是否牢靠的更高层次问题。概念问题可分为两类：概念问题可分为两类：一是内在概念问题，即由理

35、论内部逻辑不一致或基本范畴不清而造一是内在概念问题，即由理论内部逻辑不一致或基本范畴不清而造成的问成的问 题；题；二是外在概念问题，即由同一领域或不同领域的两个理论之间的矛二是外在概念问题，即由同一领域或不同领域的两个理论之间的矛盾冲突而造成的问题。盾冲突而造成的问题。一般认为，解决一个概念问题比解决一个经验问题重要得多。科一般认为，解决一个概念问题比解决一个经验问题重要得多。科学理论的发展，常常起因于对概念的非难。学理论的发展，常常起因于对概念的非难。著名物理学家著名物理学家EE马赫正是通过对牛顿的绝对空间和绝对时间的马赫正是通过对牛顿的绝对空间和绝对时间的概念的批判，认识到牛顿力学的局限性

36、所在，而概念的批判，认识到牛顿力学的局限性所在，而AA爱因斯坦正是通过对爱因斯坦正是通过对同时性概念的分析促成了相对论的创立。同时性概念的分析促成了相对论的创立。“悖论悖论”和和“佯谬佯谬”概念问题往往隐藏在科学理论的深处，科学家常常通过概念问题往往隐藏在科学理论的深处，科学家常常通过所谓的所谓的“悖论悖论”或或“佯谬佯谬”来揭示概念问题的存在。来揭示概念问题的存在。如果从一个理论中能推出它不能成立的结论，就构成一如果从一个理论中能推出它不能成立的结论，就构成一个悖论或佯谬。个悖论或佯谬。悖论或佯谬或者表明理论本身有缺陷，或者表明理论中悖论或佯谬或者表明理论本身有缺陷，或者表明理论中蕴涵着未被

37、人察觉的深刻内容。蕴涵着未被人察觉的深刻内容。物理学、天文学中的佯谬如麦克斯韦妖佯谬、薛定谔猫物理学、天文学中的佯谬如麦克斯韦妖佯谬、薛定谔猫佯谬、引力佯谬等，都是如此。佯谬、引力佯谬等，都是如此。4 4科学问题的意义科学问题的意义1 1）“科学问题科学问题”推动科学研究，促进科学进步推动科学研究，促进科学进步 19351935年，年，AA爱因斯坦和爱因斯坦和LL英费尔德合著的英费尔德合著的物理学的进化物理学的进化一书曾剖析了一书曾剖析了GG伽利略在伽利略在关于两门新科学的对话关于两门新科学的对话(1683(1683年年)中提出的光速问题。中提出的光速问题。GG伽利略在该书中提出了光的传播即使

38、再快也有速度的问题。伽利略在该书中提出了光的传播即使再快也有速度的问题。当时，当时，GG伽利略曾试图在相距较远的两座山上测定光信号的速度，但是因伽利略曾试图在相距较远的两座山上测定光信号的速度，但是因为历史条件的局限、实验的技术条件不具备而失败，然而从此测量光速就成为物为历史条件的局限、实验的技术条件不具备而失败，然而从此测量光速就成为物理学领域的基本问题之一，被许多物理学家当作毕生科学研究的课题。理学领域的基本问题之一，被许多物理学家当作毕生科学研究的课题。正是基于对光速这个基本物理常数的测定，才引出了迈克尔逊一莫雷的以太正是基于对光速这个基本物理常数的测定，才引出了迈克尔逊一莫雷的以太实验

39、零结果。实验零结果。由于物理学在以太问题上陷入了困境，才引出由于物理学在以太问题上陷入了困境，才引出AA爱因斯坦的爱因斯坦的“光学悖论光学悖论”，提出了狭义相对论和广义相对论，并导致了物理学的伟大革命。，提出了狭义相对论和广义相对论，并导致了物理学的伟大革命。所以，爱因斯坦称伽利略是所以，爱因斯坦称伽利略是“近代物理学之父近代物理学之父”。对于对于GG伽利略提出光速问题的普遍意义，伽利略提出光速问题的普遍意义，AA爱因斯坦进行了高度的概括，爱因斯坦进行了高度的概括，他指出：他指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问

40、题也许仅是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题，新的可能性，从新的角是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”19901990年，年，DD希尔伯特本人作为当时众望所归的国际数学希尔伯特本人作为当时众望所归的国际数学权威，应邀在第二届国际数学家大会上作了题为权威，应邀在第二届国际数学家大会上作了题为“数学问题数学问题”的报告。的报告。这篇报告的视野囊括当时几乎整个数学领域，从中概括这篇报告的视野囊括当时几乎整个数学领域，从中概

41、括出了最富有生命力的出了最富有生命力的2323个问题，即著名的希尔伯特问题。个问题，即著名的希尔伯特问题。这些问题，从它们被提出的那天起，就始终像一块块强这些问题，从它们被提出的那天起，就始终像一块块强大的磁石那样，吸引着全世界数学家们的兴趣，激励着数学大的磁石那样，吸引着全世界数学家们的兴趣，激励着数学的发展。的发展。即使在今天，这些问题也仍然散发着诱人的魅力。有鉴即使在今天，这些问题也仍然散发着诱人的魅力。有鉴于希尔伯特问题对于希尔伯特问题对2020世纪数学发展的伟大推动作用，国际数世纪数学发展的伟大推动作用，国际数学家们专门为此撰写了一本文集，并于学家们专门为此撰写了一本文集，并于197

42、61976年以美国数学学年以美国数学学会纯数学讨论会会报的形式出版，其题目就是会纯数学讨论会会报的形式出版，其题目就是希尔伯特问希尔伯特问题引起的数学发展题引起的数学发展。正是因为这种通过对科学背景知识的分析而提出科学问正是因为这种通过对科学背景知识的分析而提出科学问题对于科学发现的重要性，所以许多科学家都把善于提出问题对于科学发现的重要性，所以许多科学家都把善于提出问题看作是科研工作者的一种最重要的素养。题看作是科研工作者的一种最重要的素养。著名物理学家著名物理学家E.E.费米认为，一个学生必须会解答习题，费米认为，一个学生必须会解答习题，而一个研究工作者则还必须会提出问题。而一个研究工作者

43、则还必须会提出问题。19491949年，他和他的学生杨振宁合作写了一篇题为年，他和他的学生杨振宁合作写了一篇题为“介子介子是基本粒子吗是基本粒子吗?”?”的论文，当时杨振宁不打算发表它，而的论文，当时杨振宁不打算发表它，而EE费米却提议发表，其理由是：费米却提议发表，其理由是：“我们提出的问题值得发表我们提出的问题值得发表”，至于问题是否被解决，至于问题是否被解决，“我们不存在任何幻想，不能认为我们不存在任何幻想，不能认为我们无论提出什么见解都能符合实际我们无论提出什么见解都能符合实际”。2 2）科学问题不仅推动科学研究，并且指导研究）科学问题不仅推动科学研究，并且指导研究 由于科学问题本身蕴

44、涵着由于科学问题本身蕴涵着“问题的指向问题的指向”、问题的应、问题的应答域答域”，而问题的指向指示了研究对象，指明了研究方向；，而问题的指向指示了研究对象，指明了研究方向；问题的应答域指示了求解范围，所以，科学问题本身能指导问题的应答域指示了求解范围，所以，科学问题本身能指导科学研究。科学研究。例如，例如，AA弗菜明提出的一个问题：是否绿霉具有某种弗菜明提出的一个问题：是否绿霉具有某种作用而把它周围的葡萄球菌杀死了作用而把它周围的葡萄球菌杀死了?这个问题所含问题的指向是：葡萄球菌的死因；问题这个问题所含问题的指向是：葡萄球菌的死因；问题的应答域是：假定绿霉具有的某种作用。的应答域是：假定绿霉具

45、有的某种作用。AA弗菜明在这一假定的指引下从事葡萄球菌死因研究，弗菜明在这一假定的指引下从事葡萄球菌死因研究，获得了成功。获得了成功。7.2 7.2 科学问题的来源和选题的基本原则科学问题的来源和选题的基本原则 1 1科学问题的来源科学问题的来源 科学问题产生于对科学知识背景的分析。科学问题产生于对科学知识背景的分析。在这个意义上，科学问题本身已经客观地存在于背景知在这个意义上，科学问题本身已经客观地存在于背景知识之中，只待人们通过分析去发现它。识之中，只待人们通过分析去发现它。所以，科学问题的提出，它本身就已构成了科学中的所以，科学问题的提出，它本身就已构成了科学中的“发现发现”。科学问题往

46、往是通过下述途径而被提出或发现的：。科学问题往往是通过下述途径而被提出或发现的：经验事实积累到一定阶段时产生的科学问题经验事实积累到一定阶段时产生的科学问题 科学的任务不仅在于描述、归纳、整理经验事实，而且在于从理论科学的任务不仅在于描述、归纳、整理经验事实，而且在于从理论上概括和把握各种自然现象的内在联系。上概括和把握各种自然现象的内在联系。因此，当经验事实积累到一定阶段，自然会提出因此，当经验事实积累到一定阶段，自然会提出“如何统一解释和如何统一解释和揭示那些曾经被分门别类研究的自然现象之间的内在联系揭示那些曾经被分门别类研究的自然现象之间的内在联系”之类的问题，之类的问题，而这一类科学问

47、题的提出常常给科学带来飞跃。而这一类科学问题的提出常常给科学带来飞跃。如元素周期律的发现就是建立在这类问题之上的。我们知道，在历如元素周期律的发现就是建立在这类问题之上的。我们知道，在历史上，各种化学元素曾经被一个个地孤立地发现和研究，但进入史上，各种化学元素曾经被一个个地孤立地发现和研究，但进入1919世纪世纪以后，所发现的化学元素已不下以后，所发现的化学元素已不下2828种，并且还在不断地增加。这时人们种，并且还在不断地增加。这时人们就提出了这样的问题：各种化学元素之间难道没有内在联系吗就提出了这样的问题：各种化学元素之间难道没有内在联系吗?如何来揭如何来揭示各种化学元素之司的内在联系呢示

48、各种化学元素之司的内在联系呢?从那时起，人们就想统一解释各种化从那时起，人们就想统一解释各种化学元素。先是学元素。先是ww普劳特假说，以后，普劳特假说，以后，JWJW段柏莱纳段柏莱纳(三素组假说的提三素组假说的提出者出者)、DD尚古都尚古都(螺旋图假说提出者螺旋图假说提出者)、JARJAR纽兰兹纽兰兹(“(“八音律八音律”假说提出者假说提出者)、DIDI门捷列夫门捷列夫(元素周期表的提出者元素周期表的提出者)都是围绕着这个重都是围绕着这个重大课题展开研究的。大课题展开研究的。像这种基本的科学问题的解决，常常成为科学中的奠基性工作。像这种基本的科学问题的解决，常常成为科学中的奠基性工作。科学理论

49、与科学实践的矛盾所产生的科学问题科学理论与科学实践的矛盾所产生的科学问题 传统的科学理论难以解释新的经验事实，是科学发展中传统的科学理论难以解释新的经验事实，是科学发展中产生科学问题的重要来源之一。产生科学问题的重要来源之一。随着科学实践的发展，实验技术和手段不断完善，以及随着科学实践的发展，实验技术和手段不断完善，以及大量新的经验事实被揭示，必然会加剧理论与实践的矛盾，大量新的经验事实被揭示，必然会加剧理论与实践的矛盾，从而引发一系列的经验问题。从而引发一系列的经验问题。例如，现代物理学革命的起因，就是经典物理学理论难例如，现代物理学革命的起因，就是经典物理学理论难以解释以解释1919世纪末

50、、世纪末、2020世纪初不断涌现的新的物理实验事实和世纪初不断涌现的新的物理实验事实和现象，如现象，如“黑体辐射黑体辐射”、“光电效应光电效应”等，从而产生出大量等，从而产生出大量足以动摇经典物理学大厦根基的问题，如足以动摇经典物理学大厦根基的问题，如“能量究竟是连续能量究竟是连续的还是不连续的的还是不连续的”、“经典物理学能否有效解释微观物质世经典物理学能否有效解释微观物质世界的运动规律界的运动规律”等。等。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。科学理论体系的构建，在逻辑上应该是自洽的。如果从同一个前提