科学发展模式课件.ppt
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- 科学 发展 模式 课件
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1、1科学发展模式 2题解:何谓科学发展模式?定义:定义:“从动态上描述科学发展的主要从动态上描述科学发展的主要特征和内在机理特征和内在机理”指数增长律指数增长律汤浅现象汤浅现象凯德洛夫:带头学科理论凯德洛夫:带头学科理论累积模式累积模式波普尔模式波普尔模式库恩模式库恩模式应包括两个方面:宏观上描述科学整体运动的规律:3 微观上阐述科学理论生长 的过程:观察、实验假说检验理论问题尝试性答案检验理论4科学发展模式的特点和意义 特点特点 模型和型式化模型和型式化 不可能详细表征科学发展的一切方面不可能详细表征科学发展的一切方面 意义意义 加深科学及其规律的认识加深科学及其规律的认识 推动科学进步和发展
2、推动科学进步和发展5一、证实原则与科学积累发展模式 可证实性原则(可证实性原则(verifiability principle)认识和理论既来自经验,又由经验验证。认识和理论既来自经验,又由经验验证。一个陈述是科学还是非科学,应以其是否一个陈述是科学还是非科学,应以其是否被证实为判别标准。被证实为判别标准。科学随经验的不断积累而向前发展。科学随经验的不断积累而向前发展。6逻辑实证主义的证实原则 有意义的命题:有意义的命题:综合命题:(经验证实)综合命题:(经验证实)后天的、经验的、以事务为对象的命题后天的、经验的、以事务为对象的命题 “这朵花是香的这朵花是香的”分析命题分析命题 (逻辑句法规则
3、证实)逻辑句法规则证实)数学的、逻辑的、以纯形式为对象的命题数学的、逻辑的、以纯形式为对象的命题 “如果如果a=b;b=c;那么那么 a=c”无意义命题:无意义命题:形而上学(形而上学(世界是由物质构成的)世界是由物质构成的)7累积增长模式 科学是一个不断积累的过程,科学是一个不断积累的过程,知知识从少到多,日渐积累,越积越多识从少到多,日渐积累,越积越多.代表人物代表人物:亚里士多德(亚里士多德(Aristotle)惠威尔(惠威尔(W.Whewell)8 亚里士多德 从观察上升到理论,再从理论返回从观察上升到理论,再从理论返回到观察,以指导观察。前者采用到观察,以指导观察。前者采用“归纳归纳
4、”,后者采用,后者采用“演绎演绎”。9 从过程从过程1到过程到过程2,一般理论一般理论1成了成了 认认识的背景,识的背景,指导并解释经验观察指导并解释经验观察2,这,这就要暗含一个前提:就要暗含一个前提:前后不矛盾前后不矛盾。不矛。不矛盾意味着知识融汇的可能。盾意味着知识融汇的可能。经验观察1经验观察3一般理论2经验观察2一般理论1归纳演绎归纳演绎过程1过程2认识背景指导、解释观察2用图表示:10 在认识的每一个阶段,作为认识起点的知识所包括的内容越来越多,知识就像滚雪球一样越滚越大 如果相信累积模式,则:对发现抱乐观态度;科学的发展就是这种必然真的知识的不断增多的过程;整个科学史就是科学不断
5、进步的历史 11 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(牛顿;文献)12惠威尔:把科学的进化比作支流汇成江河的形把科学的进化比作支流汇成江河的形式,即科学是通过式,即科学是通过归并归并而进化的而进化的 开普勒定律开普勒定律 伽利略自由落体定律伽利略自由落体定律 潮汐运动规律潮汐运动规律 其它事实其它事实牛顿的万有引力理论13如何归并的呢?首先要有事实首先要有事实1、2 m 经验定律经验定律1、2、n 更高层次定律更高层次定律1、2、o 理论理论归并归并归并14 事实1,事实2事实m经验定律1,2,经验定
6、律n 更高层次定律1,2,o 理论mn015必然的推论:定律和理论并不在同一个层次上16对惠威尔观点的批评 图尔明的批评图尔明的批评给科学史强加了一种虚假的连续性;科学的发展是坎坷不平的,理论并不互相流入对方;相反,竞争是法则,一个理论被另一个理论替代,常常是革命性推翻燃素说和氧化说之间是取代、推翻关系,是竞争结果,是不连续的17亚里士多德亚里士多德:速度速度V取决于作用力与阻力之比;取决于作用力与阻力之比;运动的存在表明作用力起了作用;运动的存在表明作用力起了作用;需要解释的是运动本身,不是运动的变化需要解释的是运动本身,不是运动的变化牛顿第一定律匀速直线运动是惯性运动,它不需要作用力,也不
7、需要解释;要解释的只是运动的变化这两种理想之间是冲突的,牛顿理想的获胜是对亚氏理想的否定,不是归并。18内格尔的批评:牛顿力学 相对论解释范围大;可以推出前者 单纯用惠威尔的方法不能说明科学理论的变化,如:19内格尔将归并分为两类:“同质归并同质归并”,这是惠威尔自己提出的。,这是惠威尔自己提出的。“异质归并异质归并”这是他自己补充的:这是他自己补充的:从经典热力学统计力学从牛顿力学相对论20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21卡尔纳普:中国套箱22评价:优点:优点:能较好地说明新旧理论之间的继承性能较好地说明新旧理论之间的继承性问题:问题:科学发展并不全是渐进
8、的,其间曾经存在革命,有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累积模式把科学发展问题太简单化了23二、证伪原则与不断革命模式 1905年相对论提出年相对论提出 此前,牛顿理论已经受千百次检验,取得惊人成功,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。被证明是真理。在相对论冲击下,根基发生了动摇在相对论冲击下,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。一个理论,不管多么成功,都难免被推翻
9、的命运。由此出发看由此出发看1919年爱丁顿实验(不是对爱氏理论的年爱丁顿实验(不是对爱氏理论的证实,而是对牛顿理论的证实,而是对牛顿理论的“证伪证伪”、“否证否证”)科学不可能是科学不可能是“向着最终目标稳步前进的系统,它永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。远得不到真理,甚至象几率那样的真理的替代物。”背景24证伪原则 证伪主义(证伪主义(falsificationism)波普尔波普尔 反对归纳法反对归纳法 经验观察经验观察-个别,特称;科学理论个别,特称;科学理论-普遍命题普遍命题 区分科学与非科学区分科学与非科学-可证伪性可证伪性 科学理论不能被
10、经验证实,却可以被经验证伪科学理论不能被经验证实,却可以被经验证伪 可证伪性:逻辑上的可能性可证伪性:逻辑上的可能性 25模式描述P1TTEEP2P1问题TTTentative Theory 试探性理论EEElemination of error 用证伪消除错误P2下一个新问题 猜测和反驳是科学知识发展过程的本质26波普尔模式包含四个环节科学从问题开始科学从问题开始针对问题,科学家针对问题,科学家进行各种大胆的尝试进行各种大胆的尝试性猜测,即提出假设性猜测,即提出假设和理论和理论各种理论之间激烈各种理论之间激烈竞争,相互批判,并竞争,相互批判,并经受观察和实验的严经受观察和实验的严格检验,从而
11、清除错格检验,从而清除错误,筛选出逼真度较误,筛选出逼真度较高的新理论高的新理论新理论被证伪,又新理论被证伪,又出现新问题,开始下出现新问题,开始下一个过程一个过程27 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贯穿该模式的红线是猜测与反驳猜测与反驳的的过程过程 他自己将这个模式称为他自己将这个模式称为“以猜测和以猜测和反驳为手段来解决问题的一般模式反驳为手段来解决问题的一般模式”28应提倡的科学精神要有敢于犯错误的精神要有敢于犯错误的精神 “怕犯错误是一种可怜的愿望怕犯错误是一种可怜的愿望”“从错误中学习从错误中学习”“科学史仅是一部不可靠的猜测史
12、或错误史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 否定旧理论是发展新理论的前提,否定得越早,进步越快。29对波普尔模式的评价:突破了逻辑实证主义者对科学知识仅作静态的语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。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)他认为一个反例就可以
13、证伪一个问题(理论)不对。理论的免疫问题不对。理论的免疫问题。问题有各种类型:问题有各种类型:30 a、产生于理论内部的问题产生于理论内部的问题 地心说统治时期逆行的问题地心说统治时期逆行的问题 悬天说提出后悬天说提出后“天会不会掉下来天会不会掉下来”问题问题 爱氏引力理论提出后光线会不会弯曲的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31恒星视差aO日21恒星1和2相差半年,两次观察同一恒星,应该有不同的视角,(a )但未有看到。原因:恒
14、星太远 日心说不对 1938年才观察到恒星视差问题产生以后,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。32 历史主义者批评波普: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不断否定论,这样不会有知识增长了 不同意经验证伪主义不同意经验证伪主义 波普尔理论与科学发展史不相符合波普尔理论与科学发展史不相符合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。33 波普理论并没有改变科学直线发展的总趋势:时间知识量34历史主义学派 库恩库恩 范式主义范式主义 拉卡托斯拉卡托斯 研究纲领研究纲领 费耶阿本德费耶阿本德 无政府主义无政府主义35三.库恩
15、(T.S.Kuhn)的范式变化模式 又叫科学革命模式。因为他强调科学的发展是“新理论抛弃并取代与之不相容的旧理论的革命过程,革命的重要标志是范式(Paradigm)变换.”36关键词:范式(Paradigm)科学革命的结构科学革命的结构(1962)100多页,多页,20余种范式解释余种范式解释 必要的张力必要的张力(1977)37 范式的要素 一定时期内科学共同体一定时期内科学共同体“看问题的方式看问题的方式”,包括共同的世界观、方法论、信仰和价值观。包括共同的世界观、方法论、信仰和价值观。科学共同体一致接受的专业学科的科学共同体一致接受的专业学科的基本理论基本理论和取得的重大成就和取得的重大
16、成就,包括可以进行逻辑和数,包括可以进行逻辑和数学演算的符号概括系统。学演算的符号概括系统。科学共同体拥有的科学共同体拥有的仪器设备和使用方法仪器设备和使用方法 科学共同体从事科学活动所遵循的科学共同体从事科学活动所遵循的范例范例381、模式描述、模式描述前科学时期常规科学时期危机时期科学革命时期新的常规科学时期39 “前科学时期”“范式”没有形成之前的时期。亚里士多德以前的动力学亚里士多德以前的动力学 阿基米德以前的静力学阿基米德以前的静力学 布莱克以前的热力学布莱克以前的热力学 燃素说以前的化学燃素说以前的化学 赫顿以前的地质学赫顿以前的地质学前科学时期40 范式是一门学科成为科学的必要条
17、件“常规科学时期常规科学时期”是范式已经形成的时是范式已经形成的时期期l 科学发展快l 对待反常的态度:不理睬不理睬 消化反常消化反常 怀疑自己的能力怀疑自己的能力41 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应该是整数。(相信元素是氢的
18、化合物或聚合物)聚合物)后来发现氯的原子量不是整数。有了反常后来发现氯的原子量不是整数。有了反常出现。出现。相信传说的说法的科学家干脆不予理睬这一相信传说的说法的科学家干脆不予理睬这一反常。反常。42 洛伦兹(H.A.Lorentz,1853-1928)收缩假说u消化反常43垂直平行平行平行平行垂直LcvLvccLvcLvcLtLtvc22221212222v收缩假说消化了反常44怀疑自己运用范式的能力科学家思想保守 很少有创造性很有必要45“危机时期”:对旧范式发生了怀疑 有四种情况会导致怀疑q反常的数目越来越多。反常的数目越来越多。46 1895年,年,x射线,伦琴射线,伦琴 1896年,
19、铀放射性,年,铀放射性,贝克勒尔贝克勒尔 1987年,电子,年,电子,J.J.Thomson 1898年,年,、射线,卢瑟福射线,卢瑟福 1901年,年,me随速度增大,考夫曼随速度增大,考夫曼 原子不可分原子不可分 原子最小原子最小 元素不变元素不变 质量不变质量不变传统认识新发现冲击着传统(反常出现)47地均轮 可以解释行星亮度变化和逆行 欧多克斯引进了26个球面,每个球面都有一个方向不同的旋转轴。亚氏引入56个球面,太复杂了。阿波罗尼乌斯(fl.BC 230)提出本、均轮概念本轮48地心说早期“同心球”概念恒星系不能解释:行星不规则运动;行星与地球变化;行星亮度变化和逆行。天体地49派别
20、斗争激烈派别斗争激烈科学家心理变化复杂科学家心理变化复杂科学家热衷于哲学和基本问题争论科学家热衷于哲学和基本问题争论50科学革命时期 抛弃旧范式确立新范式的时期抛弃旧范式确立新范式的时期 但不是全体科学家的一致行动但不是全体科学家的一致行动科学革命时期,科学家可以不抛弃旧范式:范式的选择不完全由观察、实验决定;两个范式之间不可比,无中性元标准,如莫雷实验51“一个新的科学理论并不是靠使它的对手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。新一代
21、又成长起来了。”(普朗克语)(普朗克语)“范式的转换是一代人的转换范式的转换是一代人的转换”(库恩)(库恩)52对范式的选择也不是毫无标准:简单性简单性 有效性有效性 精确性精确性 广泛性广泛性 一贯性一贯性53新的常规科学时期:以新范式为指导的科学发展时期以新范式为指导的科学发展时期542.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科学革命知识量常规科学时间55 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?56拉卡托斯的科学研究纲领 拉卡托斯Lakatos(
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