科學問題的生成GK

1、科學問題的生成及其在科學研究中的作用 想要了解科學問題的生成及其在科學研究中的作用，我們需要先把什么是“科學問題”、什么是“科學研究”搞搞清楚。首先來看問題是什么？問題的定義：. 要求回答或解釋的題目；需要研究討論并加以解決的矛盾、疑難、關鍵；重要之點；事故或意外。在我們的生活、工作、科研中，問題無處不在，無時不有。科學是什么？近代的科學，旨在理性、客觀的前提下，用知 識（理論）與實驗完整地證明出的真理。達爾文也曾給科學下過一個定義：“科學就是整理事實，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，做出結論”。那么“科學問題”呢？看看百度的解釋：科學問題是指一定時代的科學家在特定的知識背景下提出的關于科學知識和科學實踐中需要

2、解決而尚未解決的問題。它包括一定的求解目標和應答域，但尚無確定的答案，所以，我們可以盡最大的努力去尋找，去探索。了解了科學問題后，我們再來看看科學研究。百度解釋：一般是指利用科研手段和裝備，為了認識客觀事物的內在本質和運動規(guī)律而進行的調查研究、實驗、試制等一系列的活動。為創(chuàng)造發(fā)明新產(chǎn)品和新技術提供理論依據(jù)?？茖W研究的基本任務就是探索、認識未知?？茖W研究就是提出了科學問題后，這一系列的為了解決科學問題的活動。所以，科學問題是科學研究的出發(fā)點和目標?？茖W研究是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題&提出問題和解決問題的艱苦求索過程。發(fā)現(xiàn)問題&提出問題以及確定課題是科學研究的起點，但要進入科學研究程序，首

3、先要把問題變成課題，然后對課題進行選擇即選題。所謂課題，就是為了解決某個問題&某種特定任務和達到某一目的而需要研究的用科學術語明確表達的一個或一組科學問題。所謂選題，就是選擇和確定所要研究和解決的課題?？茖W學創(chuàng)始人貝爾納曾指出：課題的形成和選擇，無論作為外部的經(jīng)濟要求，抑或作為科學本身的要求，都是研究工作中最復雜的一個階段，一般來說，提出課題比解決課題更困難，所以評價和選擇課題，便成了研究戰(zhàn)略的起點。著名科學家維納也說過：知道應該干什么，比知道干什么更重要"可見科學研究選題之重要。（徐超富， 2014）人們總是在不斷地認識自然、改造自然。在此過程中，必然會發(fā)現(xiàn)各種問題，對其產(chǎn)

4、生困惑與懷疑，進而進行科學探索，以期能加以解決的歷史。20世紀之前，人們一直認為光、電、磁都是依靠以太傳播的，麥克斯韋方程組也是以電磁波波源相對以太靜止為條件建立起來的。如果電磁波波源相對以太運動，電磁波傳播的速度就會變得各向異性。電磁波是橫波，這就要求以太比鋼還堅固，但又比空氣還稀薄，這樣天體才能在以太中自由運動。這種奇特的以太究竟存在不存在呢？科學家們對于以太存在與否的問題爭論不休。1887年美國物理學家邁克耳遜和美國化學家莫雷合作，設計了邁克耳遜-莫雷實驗來尋找以太。邁克耳遜設法使一束光線分成相互垂直的兩束，經(jīng)平面鏡反射后，又使它們回到一起，發(fā)生干涉。由于地球的運動，光沿不同的方向傳播速

5、度不一樣，這樣上述兩束相互垂直的光即使經(jīng)過相同的距離，再回到同一地方，所花費的時間一般是不相同的。時間的差值不同，干涉條紋的位置也將不同。如果整個實驗裝置一起轉過一個角度。那么，兩束光回到同一地方的時間差將變化，干涉條紋的位置也就變化了。邁克耳遜和莫雷做了這個實驗，但在整個實驗過程中，他們沒有看到條紋的位置有絲毫變化。這個實驗使科學家面臨痛苦的選擇，要么承認地球不在運動，要么承認宇宙中根本不存在以太。這次實驗的結果就是飄在19世紀末物理學萬里晴空中的一朵烏云！為了解釋這個實驗事實，科學家們開始提出了種種假設，其中之一就是假設運動物體沿運動方向的長度將縮短。洛倫茲根據(jù)這個假設提出了著名的洛倫茲變

6、換。1905年，愛因斯坦放棄了以太學說，把伽利略的力學相對性原理推廣到所有物理學規(guī)律，提出了光速不變原理，創(chuàng)立了狹義相對論。在狹義相對論中，洛倫茲變換成了兩個基本原理的必然結果。狹義相對論把時間、空間和物質、運動的內在聯(lián)系揭示出來了。1915年，愛因斯坦又通過引進"引力場"把相對性原理從慣性系推廣到作勻加速運動的參考系，建立了廣義相對論。廣義相對論進一步揭示了物質及其存在形式的辯證關系。廣義相對論導出的一些結論，已被一些實驗和觀察結果所證實。愛因斯坦（18791955）因此成為20世紀最偉大的物理學家。愛因斯坦從小就是一個奇怪的孩子。他酷愛音樂，6歲時學習小提琴，14歲時已

7、能登臺演出。但上學時，教師說他智力遲鈍，除數(shù)學外，歷史、地理和語言成績都很差，以致遭退學處分。他的教育主要靠家庭和自學。在叔父影響下，他對數(shù)學特別愛好，受舅父影響又對自然科學產(chǎn)生強烈的好奇心。17歲時，他就開始接觸了一些理論物理學。愛因斯坦大學畢業(yè)后，到伯爾尼市聯(lián)邦專利局工作，在這段工作期間他陸續(xù)發(fā)表了許多論文，特別是1905年他發(fā)表的五篇論文，其中三篇都有資格獲得諾貝爾獎。1916年他又發(fā)表了著名的廣義相對論的基礎。1921年，愛因斯坦因對光電效應的研究而獲得諾貝爾獎。1933年，希特勒上臺，愛因斯坦因受法西斯迫害而被迫移居美國。1933年，愛因斯坦寫信給美國總統(tǒng)羅斯福，建議搶在德國法西斯的

8、前面制造原子彈。后來當他得悉美國的原子彈轟炸了人口稠密的日本城市時，他大為震驚，并為自己曾給羅斯福寫過信這件事感到無比懊悔。1955年4月18日，愛因斯坦病逝于普林斯頓醫(yī)院。法國著名物理學家朗之萬這樣評價愛因斯坦："在我們這一代的物理學史中，愛因斯坦的地位將在最前列。他現(xiàn)在是并且將來也還是人類宇宙中有頭等光輝的一顆巨星。""也許比牛頓更偉大，因為他對于科學的貢獻更深入到人類思想基本概念的結構中。"19世紀末，許多科學家用經(jīng)典理論研究黑體的熱輻射問題都遭到了失敗。普朗克以瑞利-金斯和維恩公式為基礎，利用數(shù)學的內插法，導出了一個與實驗結果非常一致的輻射公式。

9、但普朗克從理論上論證這個公式時，發(fā)現(xiàn)要得到正確的黑體輻射公式，除非黑體在輻射或吸收能量過程中，能量是一份一份的，而不是連續(xù)的。1900年普朗克在一篇論文中宣布了這一革命性的發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)立了量子說。1905年愛因斯坦把熱輻射的量子說推廣到光現(xiàn)象，提出了光量子理論，指出了光的波粒二象性。愛因斯坦用光量子理論成功地解釋了經(jīng)典理論無法解釋的光電效應現(xiàn)象。普朗克（18581947年）是德國物理學家，1858年生于德國的基爾，普朗克少年時就表現(xiàn)出很有天分。他對數(shù)學和音樂有特殊的愛好。據(jù)說，中學畢業(yè)選擇專業(yè)時，他曾在音樂和自然科學之間猶豫不決。1874年普朗克考入慕尼黑大學，初主攻數(shù)學，隨后又愛上物理。他的老師

10、約里曾勸阻他這樣做。在約里的眼里，當時的物理學已是一門高度發(fā)展的、幾乎是盡善盡美的科學，似乎在這個領域已無事可做。約里的觀點實際是反映了當時物理學家的普遍想法。普朗克一生在科學上提出了許多創(chuàng)見，貢獻最大的就是1900年提出的黑體輻射中的量子假說。此項成就使他獲得了1918年的諾貝爾獎。在從事科學的同時，普朗克還從事音樂演奏和登山運動。他把音樂和登山運動看作是緊張的科研活動后的必不可少的調劑。普朗克退休后仍經(jīng)常參加物理研究所的懇談會和舉辦大眾講座。他參加會議總是十分準時，據(jù)說根據(jù)他在會場上的出現(xiàn)時刻可以校正鐘表！1913年，玻爾引進普朗克的量子概念，建立了氫原子核外電子軌道理論，這個理論成功地解

11、釋了氫原子光譜，建立了經(jīng)典原子物理學。玻爾的經(jīng)典量子論雖然在確定原子能級的細節(jié)方面取得了許多成就，但到那時為止，即使能夠算出譜線的頻率，但不能計算它們的強度和解釋光為什么會偏振等問題。量子力學的建立才解決了這些問題。1924年德布羅意受光量子具有波粒二象性啟發(fā)，提出了實物粒子跟光子一樣，也具有波粒二象性。后來實物粒子波叫做物質波，又稱德布羅意波。德布羅意還給出了物質波的波長跟粒子質量、運動速度等關系。1927年戴維遜和革麥通過電子衍射實驗證實了德布羅意的假說。1925年海森堡、玻恩等人，采用矩陣數(shù)學的方法，拋棄了以經(jīng)典軌道、坐標和動量等描述微觀世界的方法，創(chuàng)立了矩陣力學。1926年，薛定諤從物

12、質波的思想出發(fā)，采用了德布羅意提出的波函數(shù)作為描述微觀粒子的狀態(tài)，建立了薛定諤方程，創(chuàng)立了波動力學。波動力學和矩陣力學后來被證明為等價的學說，以后兩者統(tǒng)稱為量子力學。量子力學用"幾率波"、"測不準關系"等新概念來描述微觀粒子的運動，揭示了微觀世界的許多新特點。通過解氫原子的薛定諤方程，能非常自然地導出玻爾理論中的四個量子數(shù)和電子躍遷時的選擇定則。量子力學把描述宏觀現(xiàn)象的牛頓力學作為一種極限情況包括在內，這是物理學發(fā)展史上又一次大的綜合。1928年狄拉克又把量子力學與狹義相對論結合起來，創(chuàng)立了相對論性量子力學。由于量子力學能很好地統(tǒng)一說明分子、原子、電子等

13、微觀粒子運動的規(guī)律。因此，量子力學后來被應用到化學上，產(chǎn)生了量子化學。隨著生物學研究水平逐漸深入到分子水平，在這個水平上研究生物學，量子力學又成了最有力的工具，于是產(chǎn)生量子生物學。這樣在微觀世界中，物理學、化學和生物學的界限又變得模糊起來。古代的不分學科的自然科學經(jīng)過發(fā)展、分化，現(xiàn)在又在微觀問題的研究中又逐步趨向合并了起來?？茖W問題對于科學的發(fā)展進步必然起著至關重要的作用，為了解決一定的科學問題，人們根據(jù)已知的科學事實和科學原理，對所研究的問題及其相關的現(xiàn)象做出一系列猜測性的陳述或假定性的說明。這些猜測性的陳述或假定性的說明可以稱為假說，假說會隨著時代的發(fā)展而不斷更新，最后在科學家們的努力下發(fā)

14、展成為科學！科學問題的生成通道不僅是可以探索的、有規(guī)律可循的，而且還可以是邏輯刻畫的。這就從本體論、認識論和方法論等方面對科學問題進行了全方位地透視和把握，也為從事科學研究的工作者提供一定的啟示和借鑒之作用。（沈振東， 2014）綜上所述，我們可以說由于有科學問題的存在，科學研究才一直進行下去。提出科學問題是科學研究的出發(fā)點，解決科學問題是科學研究的最終目標。正確的、有意義的科學問題為科學發(fā)展指明了方向。正是為了解決科學問題這樣的直接動力，使得科學家們不斷的進行探索，不斷的進行著科學研究，最終促使人類文明的不斷進步。但是我們也必須注意到“只要我們沒有提出正確的問題,那么,我們就永遠不能期待問題的正確答案?！庇捎诳茖W研究是由科學問題定向的,而科學問題又是由其預設定向的,所以,科學問題預設的正確與否、具體與否,與科學研究的成敗與否、效率高低與否是密切相關的。因此,分析科學問題預設的意義,不