第六講從科學假說到科學理論課件

1、1,第六講 從科學假說到科學理論,2,本講內容,科學假說的特點和作用（3-9）從科學假說到科學理論（10-19）科學理論的評價（20-26）科學理論的修改和淘汰（27-28）觀看視頻：《科學史上的100個最偉大的發(fā)現(xiàn)——醫(yī)學》（約45分鐘）,3,科學知識的構成,科學事實 科學認識主體關于客觀存在的、個別事物（事件、現(xiàn)象、過程、關系等）的真實描述或判斷，其邏輯形式是單稱命題?？茖W定律 反映自然界事物、現(xiàn)象之間的必然性關系的

2、科學命題，其邏輯形式大多為全稱命題。科學定律可分為經(jīng)驗定律和理論定律?？茖W假說 根據(jù)已有的科學知識和新的科學事實，對所研究的問題作出的猜測性說明和嘗試性解答?？茖W理論 系統(tǒng)化的科學知識，是關于客觀事物的本質及其規(guī)律性的相對正確的認識，是經(jīng)過邏輯論證和實踐檢驗并由一系列概念、判斷和推理表達出來的知識體系。,4,科學假說的特點,假說具有科學性?？茖W假說是以一定的科學事實為依據(jù)，并在某些背景知識的基礎上提出來的，它能解釋有關事實，并與

3、引以為據(jù)的理論相一致。假說具有猜測性。假說的核心內容是靠推測、靠想象、靠邏輯的跳躍得到的，它已經(jīng)超越了它所依據(jù)的經(jīng)驗事實的范圍，包含尚未經(jīng)驗到的，或者在原則上不可能經(jīng)驗到的內容。,5,科學假說的作用,科學假說是形成和發(fā)展科學理論的必經(jīng)途徑。當新發(fā)現(xiàn)的事實不能用原有的理論來說明時，就需提出假說?？茖W假說是發(fā)揮意識能動性的有效方式。首先，由于假說是對蘊含在科學事實背后的本質規(guī)律的猜測，它本身就是人類創(chuàng)造性的高度表現(xiàn)，所以，提出假說的能力

4、，往往被認為是科學創(chuàng)造性的重要標志。其次，科學假說引導人們自覺地進行新的觀察、新的實驗、發(fā)現(xiàn)新的事實，成為發(fā)揮意識能動性的有效手段。其三，不同假說之間的競爭有利于科學的發(fā)展。關于同一對象的多種不同假說之間的競爭，有利于揭露各種假說中存在的問題，促使人們的認識在實踐的基礎上不斷深化和精確化。,6,關于假說的一個例子——大陸漂移說,德國地質學家魏格納（A.Wegner） （1880-1930），大陸漂移說的創(chuàng)始人,一次世界

5、大戰(zhàn)期間，魏格納受傷在醫(yī)院治療，他的病床對面有一幅世界地圖。有一天，魏格納盯著這幅地圖出神，無意中發(fā)現(xiàn)大西洋兩岸的大陸輪廓吻合得非常好——非洲西海岸突出的部分與南美洲東海岸凹進的部分正好拼成一個整體。于是魏格納突發(fā)奇想：大西洋兩岸的陸地在遠古時代曾經(jīng)是連接在一起的，后經(jīng)裂開和漂移成了今天格局。他廣泛收集地質學和古生物學等方面的證據(jù)。1915年出版了《大陸和海洋的起源》，闡述了大陸漂移的觀點。,7,證據(jù)1：相鄰大陸的邊緣形態(tài)可以拼接,巴西

6、東端的直角突出部分與非洲西岸直角凹進的幾內亞灣非常吻合。 1965年，人們曾根據(jù)大西洋最新海深圖通過計算機對1000米等深線處進行擬合，發(fā)現(xiàn)兩岸幾乎可以完美無缺的拼接。具有如此高的擬合度不可能是偶然造成的。,8,證據(jù)2：相鄰大陸在地層上有許多相似性和可拼合性,例如挪威到蘇格蘭的加里東褶皺山系在北美東海岸再現(xiàn)；南非開普山與南美布宜諾斯艾利斯的二疊紀地層可以拼合；非洲高原的前寒武紀片麻巖在巴西重現(xiàn)等等。這就象被撕碎的書頁，不僅毛邊可以拼接，

7、連印刷文字都恰好齊整切合，顯然就不是巧合了。,9,證據(jù)3：古生物化石的分布,由于相同的生物種不可能在相隔十分遙遠的地點分別獨立出現(xiàn)，它們應該起源于同一地區(qū)，然后再逐漸傳播到其他地區(qū)。但是，魏根納通過對比發(fā)現(xiàn)，在遠隔重洋的大西洋兩岸許多生物種群卻存在著親緣關系，其中特別是那些根本無法遠涉重洋的陸生生物群落，只有用“聯(lián)合古陸”的觀點才能得到圓滿解釋。,10,科學假說的檢驗,科學假說由于具有假定性和猜測性的特點，其本身還不是科學理論，因此，假

8、說提出來之后還要接受檢驗。通過檢驗，假說可能被證實或獲得某種支持，也可能被否證或被推翻。被推翻了的假說將被人們所拋棄，而被證實或獲得支持的假說則轉化為科學理論被人們接受下來，成為科學知識的一部分。,11,假說檢驗的三個步驟,從假說推導出一些預期的、可觀察事件的陳述，即推出假說的檢驗蘊涵。進行觀察實驗獲取觀察事實，并檢驗假說的檢驗蘊涵與觀察事實是否相符。作出檢驗結論，即如果假說的檢驗蘊涵與觀察實驗結果相符，就可以認為假說得到了證實或得

9、到了支持，否則，就可以認為假說被證偽或被推翻了。,12,什么是檢驗蘊涵？,從語言形式上看，科學假說大多表現(xiàn)為全稱命題。由于全稱命題無法直接與經(jīng)驗進行比較，因此，檢驗一個假說，只能通過間接的途徑，即通過檢驗由假說推導出來的結論而實現(xiàn)。設受檢驗的假說為H，H為全稱命題。顯然，如果H為真，則可以推出某個命題I，I是可觀察事件。于是，檢驗假說H的真假就可以通過檢驗命題I的真假來間接實現(xiàn)。由于I是以H為前提演繹出來的，即I為H所蘊涵，因此稱I為

10、H的檢驗蘊涵。,13,充分條件假言推理的兩種有效式,肯定前件式 如果p，那么q p —————— 所以，q 例如： 如果死者身上有自己無法形成的致命傷，則死者是他殺； 本案死者身上有自己無法形成的致命傷； —————————————————— 所以，本案的死者是他殺。,否定后件式 如果p，那么q 非q ———————

11、 所以，非p 例如： 如果死者是砒霜中毒而死的，那么死者的牙根就會呈現(xiàn)出青黑色； 這名死者的牙根沒有呈現(xiàn)出青黑色； —————————————————— 所以，這名死者不是砒霜中毒而死的。,14,充分條件假言推理的兩種無效式,否定前件不能否定后件例 如果某甲是販毒犯，那么某甲應受法律制裁； 經(jīng)查明，某甲不是販毒犯； ——————————————

12、——————— 所以，某甲不應受法律制裁肯定后件不能肯定前件例 如果礦石中的黃金含量很高，那么礦石就會帶有光澤； 這塊礦石帶有光澤； ————————————————————————— 所以，這塊礦石中的黃金含量很高。,15,假說證實中的邏輯,模式 如果H，那么I I ————— 所以，H實質 結論具有或然性，屬歸納推理。

13、意義 提供了一個證據(jù)，在一定程度上支持了這個假說，并且這樣的證據(jù)越多，該假說為真的可能性就越大。,16,假說證偽中的邏輯,模式 如果H，那么I 非I ————— 所以，非H確定性 邏輯上具有必然性，屬演繹推理。復雜性 當檢驗蘊涵與觀察實驗結果不一致時，要考慮兩種情況：觀察實驗結果是否正確；輔助性假說是否正確。,17,實踐檢驗與邏輯證明,所謂邏輯證明，是指在認識過程中，運用

14、正確的概念和判斷進行推理，從理論上論證和確定一個新判斷是否正確的邏輯方法。邏輯證明是實踐檢驗的必要補充。第一，邏輯證明把實踐檢驗由特殊提高到普遍，從而輔助實踐檢驗。第二，邏輯證明是實踐檢驗的先導，它為實踐檢驗提供理論依據(jù)，做到知其然又知其所以然。第三，有些理論無法直接引入實踐來加以證明，必需借助邏輯推理來證明。,18,科學理論及其其特征,科學假說經(jīng)過嚴格的檢驗轉化為科學理論。科學理論是人們借助于抽象思維所把握的關于事物的本質及其規(guī)律的

15、認識，其邏輯形式是概念、判斷、推理及其由此組成的理論系統(tǒng)?？茖W理論作為一種系統(tǒng)化的知識體系，是由三個基本的知識元素組成的：基本概念、聯(lián)系基本概念的判斷即基本原理或定律、由這些概念與原理推演出來的邏輯結論，即各種具體的規(guī)律和預言?？茖W理論具有四個基本特征：真理性、邏輯性、統(tǒng)一性、簡單性。,19,科學理論的構建方法,公理化方法 指從盡可能少的基本概念、公理出發(fā)，運用演繹推理規(guī)則，推導出一系列的命題和定理，從而建立整個理論體系的方法。

16、從抽象上升到具體的方法 指在思維過程中，把表現(xiàn)復雜對象的多種規(guī)定性，按照從抽象到具體的邏輯順序聯(lián)系起來，形成一個反映對象整體的理論體系。邏輯與歷史相統(tǒng)一的方法 指思維或理論的邏輯進程應當與客觀事物的歷史發(fā)展過程相一致，或與人類認識的歷史過程相一致。,20,科學理論的評價,由于科學實踐本身不能絕對證實也不能絕對證偽一個科學假說，因此，科學假說的檢驗問題就推廣為科學理論的評價問題。所謂科學理論的評價，是指人們怎樣接受和選擇理論的問

17、題，也就是人們以什么樣的標準去衡量和看待已經(jīng)出現(xiàn)的理論，并由此決定對理論的態(tài)度，是接受還是拒絕?？茖W理論的評價概念比科學假說的檢驗概念要廣一些，因為對一個理論的接受或拒斥是由多種因素、多種標準的共同作用決定的。,21,經(jīng)驗標準,一個假說是否可以被接受，可接受的程度有多高，不僅要看它有沒有獲得經(jīng)驗事實證據(jù)的支持，還要看支持它的事實證據(jù)的數(shù)量和質量。在數(shù)量方面，支持一個假說的經(jīng)驗證據(jù)越多，假說的確證度也就越高。在質量方面，要考慮證據(jù)的

18、多樣性、精確性和新穎性。確證證據(jù)越是多樣廣泛，越是精確，越是新穎，對假說的支持就越強。,22,功能標準,科學理論具有解釋和預見兩種功能，它不僅能解釋已知的自然現(xiàn)象，還能預見一些目前尚未觀察到的自然現(xiàn)象。評價一個假說的優(yōu)劣，除了要看證據(jù)支持程度之外，還要看它的解釋力和預見力的大小。如果一個假說比另一個假說解釋、預言了更多的東西，即使它的預言尚未得到確證，它也會比另一個假說更可接受。,23,結構標準,科學假說評價的結構標準要求理論內部具有簡

19、單性和邏輯自洽性。簡單性是指科學理論體系內所包含的獨立的基本概念和基本假定應該盡可能地少，它要求以簡單的邏輯形式反映盡可能多的理論內容。公理系統(tǒng)最典型地體現(xiàn)了這一原則。邏輯自洽性是指科學理論內部的無矛盾性，即要求理論自身能自圓其說，不允許在同一理論內部存在自相矛盾的命題。,24,案例：一個不自洽的理論——燃素說,在化學發(fā)展史上，燃素說曾經(jīng)解釋了許多化學現(xiàn)象，取得了極大的成功，在化學中長期占據(jù)著主導地位。該理論認為，燃燒是物體放出一種特

20、殊的化學元素即燃素的過程。這個核心假定可以解釋木頭燃燒后得到的灰燼比木頭輕的現(xiàn)象。但是后來人們發(fā)現(xiàn)，金屬煅燒后形成的煅灰卻比煅燒前的金屬重。于是燃素論者提出一個新的輔助性假設，即燃素具有負重量。這就出現(xiàn)了矛盾：同一種燃素，在木頭中具有正重量，而在金屬中卻具有負重量。這種不自洽的理論觀點，反映了燃素說的嚴重缺陷。,25,背景標準,一個新假說應與已經(jīng)得到確證并且被普遍接受的科學理論相一致。如果一個假說與這些背景知識相容，并且得到這些背景知識

21、的有力支持，它的可接受程度就會大些；相反，如果某個假說與這些背景知識不協(xié)調，它的可接受程度就會差些。所謂與背景知識協(xié)調或與背景知識相容，主要包括兩種情況：它或者包含了背景知識，或者為背景知識所蘊涵。,26,案例：相對論、量子力學與牛頓力學,牛頓力學研究宏觀物體的低速運動，量子力學研究微觀客體的高速運動，相對論研究宇觀物體的高速運動。據(jù)此，牛頓力學一方面可以看作是量子力學在宏觀世界的近似表現(xiàn)，另一方面又可看作是相對論在低速世界的近似表現(xiàn)

22、。反過來說，可以把相對論和量子力學看成是牛頓力學在高速運動領域和微觀世界領域的拓展。因而它們之間是相容的關系。,27,科學理論的修改,理論的修改是指人們?yōu)榱颂岣呃碚摰慕忉尯皖A言能力，在理論的基本概念和基本原理即理論的硬核保持不變的情況下，對體系的次要部分做出的某種調整和改進?？茖W理論之所以要進行修改有，一是研究者認識能力的局限性，二是認識對象的復雜性，這兩個原因決定了人們不可能一蹴而就地獲得完善的認識。理論的修改主要有兩種類型：第一

23、，為理論的完善而自主地修改；第二，為對付反常而被迫地修改。,28,科學理論的淘汰,科學理論的淘汰，是指一個曾經(jīng)被確證的科學理論，由于它的內容被歸并或被放棄，不再作為獨立的系統(tǒng)而存在，而被另一個理論系統(tǒng)所取代。理論淘汰的方式之一就是歸并，即被淘汰的理論被歸并到另一個解釋力和預測力更強的理論中去，而不再作為獨立的理論系統(tǒng)而存在；另一種方式是放棄，即以一種全新的理論取代某種過時的或錯誤的理論。,29,思考題,假說的特點和作用是什么?如何理