01 第1章 科學的實驗基礎(chǔ)與邏輯結(jié)構(gòu) 190410.課件電子教案

科學技術(shù)哲學

第一章：科學的實驗基礎(chǔ)與邏輯結(jié)構(gòu)

李建會北京師范大學ljh@

馬克思主義理論研究

和建設(shè)工程重點教材科學活動是人類的一種特殊的認識活動。這種特殊的認識活動離不開科學實驗和科學理論。因此，本章主要講述科學認識的實驗基礎(chǔ)以及科學理論的邏輯結(jié)構(gòu)。但在講述這些問題之前，我們需要首先對科學的本質(zhì)特征及其與非科學的區(qū)別和聯(lián)系做一系統(tǒng)的說明。本章要點本章基本結(jié)構(gòu)第一章科學的實驗基礎(chǔ)與邏輯結(jié)構(gòu)第一節(jié)科學與非科學的劃界科學、非科學與偽科學劃界的標準及其變化科學與宗教、神話、巫術(shù)第二節(jié)科學認識的實驗基礎(chǔ)從科學觀察到科學實驗科學儀器與科學測量受控實驗與仿真科學實驗的結(jié)構(gòu)和特點第三節(jié)科學理論的結(jié)構(gòu)與功能觀察語言與科學語言經(jīng)驗事實與科學理論科學理論的邏輯結(jié)構(gòu)科學說明與科學預見第一節(jié)科學與非科學的劃界一、科學、非科學與偽科學二、劃界標準及其變化三、科學與宗教、神話、巫術(shù)科學與非科學的劃界主要回答科學和非科學的區(qū)別和聯(lián)系問題?？茖W劃界問題是科學哲學的最重要的問題，或者說是核心問題。因為，科學劃界不僅可以揭示科學的本質(zhì)，而且可以厘清科學與非科學的復雜關(guān)系?？茖W哲學其他問題實際上都是在不同方面回答科學是什么的問題。（一）科學的涵義和本質(zhì)屬性

科學是什么的問題看似是一個非常簡單的問題，實際上卻非常復雜。比如：特異功能、進化論、創(chuàng)世論、占星術(shù)是不是科學？當代曾有過廣泛的爭論。

1.科學一詞的來源詞源上科學英語是Science，來自拉丁文的“Scientia”,原意是“知識”、“學問”的意思，后來多指關(guān)于自然的知識。我國徐光啟最早把西方的自然知識翻譯成“格物致知之學”，簡稱“格致之學”或“格物之學”?！案裎镏轮眮碜钥鬃印抖Y記?大學》。日本明治維新時期的啟蒙思想家西周把science翻譯成“科學”意思是“分門別類的學問”。戊戌變法時期，康有為、梁啟超等人率先使用“科學”一詞。五四運動時期，“賽先生”和“德先生”成為流行的口號，自此之后，“科學”代替了“格致之學”。一、科學、非科學與偽科學

2.科學的涵義廣義：泛指分門別類的知識系統(tǒng)，包括自然科學、社會科學和人文學科。狹義：專指各門自然科學，有時也單指與應用科學有別的從事基礎(chǔ)理論研究的純科學。3.科學的不同形相科學是反映客觀事實和規(guī)律的知識體系?？茖W是一種生產(chǎn)知識的社會性、專業(yè)性、創(chuàng)造性的實踐活動。科學是一種社會建制，成為現(xiàn)代社會的重要組成部分?！靶】茖W”→“大科學”4、科學知識的本質(zhì)屬性客觀性與真理性

科學知識包含的定律和原理是客觀自然現(xiàn)象的反應，是不以人的主觀意志為轉(zhuǎn)移的，因此是客觀的，真理性的。比如，萬有引力定律。實證性與可檢驗性

科學的規(guī)律或真理是可以被證實的，是可檢驗的，并且這種檢驗是可重復的。比如，牛頓力學就受到了哈雷彗星的再現(xiàn)、地球形狀的判明、行星攝動的觀測、海王星的預言和發(fā)現(xiàn)等的反復證明。邏輯性與系統(tǒng)性

科學理論是建立在客觀事實基礎(chǔ)上的，系統(tǒng)化的理論化的知識體系，這種知識體系最明顯的特點就是邏輯的一致性和系統(tǒng)性。比如，牛頓力學就是在實驗的基礎(chǔ)上，先建立三定律和萬有引力定律，然后通過演繹，推導出了動量守恒，動能守恒，角動量守恒，機械能守恒等一系列新的定律，從而形成了系統(tǒng)的牛頓力學體系。1、非科學非科學是指科學之外的其他知識或信念體系，包括宗教、藝術(shù)、哲學、道德和各種無法納入科學經(jīng)驗范圍的知識。非科學無法運用自然科學方法進行檢驗或評價，但它們對科學的發(fā)展在具體條件下有一定的推動或制約作用?？茖W與非科學的劃分標示了兩類不同性質(zhì)的知識，非科學不一定是負面的壞的知識體系。只有那些打著科學的旗號招搖撞騙的偽科學才是我們要否定的。（二）科學、非科學與偽科學2、偽科學偽科學是一種常見的、和科學有本質(zhì)區(qū)別的社會現(xiàn)象，又稱為假科學，是非科學的一種變異形式，產(chǎn)生于現(xiàn)代意義上的科學產(chǎn)生并發(fā)展起來以后。偽科學往往把沒有科學根據(jù)的非科學偽裝成科學，以達到欺騙大眾、蠱惑人心、為個人或小集團牟取利益等不可告人的目的。偽科學是一個世界性的社會文化現(xiàn)象。科學科學是求真的活動，力圖建立具有普遍必然性的真知識，從研究對象到內(nèi)容都具有客觀性?？茖W一定能被實踐檢驗，實驗過程及其揭示的規(guī)律具有可重復性。實踐既是科學的來源，又是科學的檢驗標準，是證實和證偽的辯證統(tǒng)一。科學是理性原則和經(jīng)驗證據(jù)高度整合的具有邏輯完備性的系統(tǒng)知識，如數(shù)學在科學中的普遍應用，具有邏輯的自洽性，能接受批判并不斷完善。偽科學偽科學的內(nèi)容多為主觀臆造之物，無法正確反映客觀世界的規(guī)律，沒有也不會體現(xiàn)客觀性。偽科學缺乏系統(tǒng)觀察的支持并違背客觀規(guī)律，其論證過程、舉證方式和“理論”表達無法經(jīng)受實踐的檢驗，不具有可重復性。偽科學往往與已有的科學公理和定理明顯抵觸，不遵循邏輯規(guī)律，在其內(nèi)部邏輯矛盾層出不窮，在關(guān)鍵問題上訴諸權(quán)威，抗拒批判且經(jīng)不起科學的反駁。VS科學和偽科學有著原則的區(qū)別和對立：（三）可證實與可證偽實證主義認為，科學最重要的特征是其可證實性。知識有兩類，一類是以分析命題為表現(xiàn)形式的知識；一類是以綜合命題形式表現(xiàn)的知識。前者是邏輯和數(shù)學知識，后者是科學的知識。綜合命題是可檢驗的，其真假就是看其是否能得到檢驗。因此，科學的特征就是其可證實性。1.可證實性孔德：人類知識的發(fā)展必然走向科學階段，科學性的保障就在于摒棄神學和形而上學解釋，代之以經(jīng)驗事實的證明，真理性就意味著經(jīng)驗的證實。不足：單憑觀察所得的經(jīng)驗，是絕不能充分證明必然性的。古典的證實觀念石里克：命題的意義就在于其證實方法，而完全的證實是不可能的，應將證實轉(zhuǎn)化為包括邏輯證實和經(jīng)驗證實在內(nèi)的證實的可能性，即可證實性。證實總是具體表現(xiàn)為概率相關(guān)的確證。邏輯實證主義2、可證偽性

波普爾提出了證偽主義理論，后又發(fā)展為獨斷證偽主義和方法論證偽主義。1）獨斷證偽主義理論在經(jīng)驗中是不可完全證實的，因為全稱命題不能完全從單稱命題中推導出來。理論卻是可以證偽的。只要有一個單稱命題是錯誤的，就必然可以推出全稱命題是錯誤的。2）方法論證偽主義經(jīng)驗并不完全可靠科學發(fā)現(xiàn)的過程是大膽猜測并提出假說，通過試錯法激發(fā)更多新假說而非確立終極真理，因此演繹法是科學研究的基本方法對可證實和可證偽的更深思考：沒有中性的觀察，科學研究中的任何觀察都預設(shè)或滲透著某種理論，并不能不借助已有的理論而僅由經(jīng)驗來證偽一個命題。一個命題因為得不到完全的證實就代之以證偽，這并非科學研究實際所遵循的邏輯。一個命題并不孤立，往往處于一個理論體系中，并不會輕易被經(jīng)驗事例證偽?？茖W劃界問題是科學哲學的基本問題之一，自20世紀以來，科學劃界標準的爭論形成了幾種有代表性的觀點，主要包括：邏輯經(jīng)驗主義標準、批判理性主義標準、歷史主義標準、消解論和多元論標準。二、劃界的標準及其變化邏輯經(jīng)驗主義和理性批判主義在科學劃界問題上看似分歧很大，但二者都主張一個絕對的邏輯標準，都是從科學知識內(nèi)部來確立劃界，因此又稱為邏輯主義的劃界標準。1、邏輯經(jīng)驗主義的劃界劃界標準就是科學命題是否有意義的標準。科學知識是由可還原為直接經(jīng)驗記錄的命題構(gòu)成的，科學知識是純粹的、客觀的、合邏輯的和清晰的知識。（反駁：判斷真假的和意義的有無并非同一個問題，同時經(jīng)驗意義上的證實對于具有全稱命題形式的科學理論而言是無法達成的。2、批判理性主義衡量一種理論的科學地位的標準是它的可證偽性或可反駁性。（反駁：既然完全證實一個命題而將其歸于科學是不可能的，完全的證偽也不可能）。（一）一元論的劃界標準20世紀中期后，科學哲學中的歷史主義學派興起，主張要從科學的實際歷史看科學的本質(zhì)特征是什么。庫恩指出：波普爾說，科學一遇反例就應當被拋棄，但實際的科學史卻不是如此。庫恩認為，波普爾的錯誤在于沒有從實際的科學歷史來提出他的科學哲學?？茖W發(fā)展實際上經(jīng)歷了“前科學-常規(guī)科學-危機-科學革命-新的常規(guī)科學”等幾個發(fā)展階段。庫恩認為，波普爾所說的情況僅僅發(fā)生在科學革命時期，平時，科學遇到反例，科學家的工作不是推到已有的科學理論，而是在已有的科學理論（即常規(guī)科學）的指導下進行解疑難的活動。（二）歷史主義的劃界標準常規(guī)科學：科學共同體遵循的共同信念或思想范式。因此，范式成為科學與非科學的劃界的標準。范式，即科學共同體成員普遍接受的一整套公認的假說、定律、準則、方法及手段的總和，不同的范式能夠標示科學發(fā)展的不同階段。常規(guī)科學時期科學有固定的范式，科學革命時期缺乏統(tǒng)一的范式。這樣，因為舊的范式和新的范式都是科學，而在庫恩看來，新舊范式之間并沒有好壞優(yōu)劣之分，都是不同時期指導人們解疑難的活動，因此新舊范式之間不可比。這樣，在庫恩這里，不同時期的科學就沒有好壞之分了。拉卡托斯：提出精致證偽主義。拉卡托斯同意庫恩實際的科學歷史并不是科學理論一遇到反例就立刻被推翻，但他反對庫恩由此走向相對主義的錯誤。拉卡托斯認為，很多時候科學理論遇到了反例，并沒有被推翻，是因為，邏輯上說，理論是由很多定律構(gòu)成的，出現(xiàn)了反例并不能說所有的定律都是錯誤的，可能僅僅是某個定律或某個前提出了問題。所以，只要適當?shù)男薷倪@個定律或前提就可以了。因此，我們需要認真分析科學理論的結(jié)構(gòu)。拉卡托斯認為，科學分成兩個部分：硬核和保護帶。硬核是科學的核心，一般是不能推翻的，除非在科學革命時期。保護帶位于科學的外圍，保護科學免受反例的反駁。一旦有了反例，科學家會調(diào)整保護帶，使得反例能夠在科學內(nèi)部得到解決。拉卡托斯把包含硬核和保護帶的科學理論叫做“科學研究綱領(lǐng)”。拉卡托斯認為，庫恩的相對主義是錯誤的，因為，科學研究綱領(lǐng)分成兩種：進步的研究綱領(lǐng)和退步的研究綱領(lǐng)。如果一個科學研究綱領(lǐng)不僅能解釋已有的科學事實，而且能夠解釋新的事實，還能做出預言，并得到檢驗，那么這種研究綱領(lǐng)就是進步的研究綱領(lǐng)，反之，則是退步的研究綱領(lǐng)。這樣，不同的研究綱領(lǐng)就可以進行比較，可以分出優(yōu)劣。與拉卡托斯修正波普爾證偽主義和庫恩相對主義的嘗試不同，費耶阿本德則把庫恩的相對主義發(fā)展到了極致，認為科學中沒有普遍有效的合理的方法，所有的科學方法都有局限性。因此，唯一正確的方法就是“怎么都行”。因此，費耶阿本德提出了“反對方法”的口號，反對在科學研究中設(shè)立規(guī)范的科學劃界標準，認為科學劃界并無意義，科學只是一種并無特殊性的文化形式，科學和非科學并沒有明顯的可以明確區(qū)分的界限，科學也沒有相對于其他文化形式的優(yōu)越性，應消解其文化權(quán)威。（三）對劃界標準的消解費耶阿本德之后，羅蒂、法因、勞丹等也都反對人為的科學劃界，主張具有濃厚的反傳統(tǒng)、反權(quán)威、反精英、反本質(zhì)主義和反基礎(chǔ)主義色彩的新理論，具有明顯的非理性主義和相對主義的特征，或者說后現(xiàn)代主義特征。這些人的觀點雖然也有值得重視的方面，但最終卻走向極端，否定科學劃界的可能性，否定科學與其他文化的本質(zhì)不同。因此，必須尋求新的研究方向?？茖W劃界消解論的極端傾向以一種后現(xiàn)代的態(tài)度而謀求各種文化形式的平等共存，科學在迷信和偽科學面前也無任何權(quán)威可言，不僅貶損了科學的價值，而且貶損了人類的理性本身。因此，科學劃界問題不僅不應取消，而且還應當以更積極、審慎的態(tài)度，更合理、全面的觀點建立科學劃界的標準。薩伽德和邦格的多元主義就是在重建科學劃界標準方面的有益嘗試。（四）科學劃界標準的變化傳統(tǒng)的劃界標準給出的理想化的劃界標準形式為:X是科學的當且僅當C。X是理論、命題或領(lǐng)域,C是X是科學的充分必要條件。薩伽德反對這種定義形式,代之以兩組特征作為典型:一組是典型的科學,另一組是典型的偽科學。判斷X是科學還是偽科學,就是看它的特征更接近于科學的典型還是偽科學的典型。他所列舉的典型特征如下表:科學偽科學使用關(guān)聯(lián)思維方式使用相似思維方式追求經(jīng)驗的驗證與否證忽視經(jīng)驗因素研究者關(guān)心理論與競爭理論的評價研究者不關(guān)心競爭理論采用高度一致、簡單的理論非簡單理論:有很多特設(shè)性假說不斷進步:發(fā)展說明新事實的新理論在教條與應用上停滯不前加拿大科學哲學家邦格(MarioBunge)也堅持科學劃界的多元標準,并提出了自己的理論。典型態(tài)度和活動科學家偽科學家肯定否定任選肯定否定任選承認自己無知,因而需要做進一步的研究√

認為自己的研究領(lǐng)域充滿困難與漏洞√

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通過提出和解決問題取得進展√

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歡迎新的假說和方法√

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提出并檢驗新假說√

√努力找出和使用規(guī)律√

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希望科學的統(tǒng)一√

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依靠邏輯√

√使用數(shù)學√

√搜集或使用數(shù)據(jù),特別是定量數(shù)據(jù)√

尋找反面例證√

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發(fā)明或使用客觀檢驗方法√

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通過實驗或計算解決爭論√

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一貫依賴權(quán)威

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隱瞞或歪曲不利的資料

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更新自己的知識√

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征求別人的批評意見√

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寫的論文要讓每個人都看得懂

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容易一舉成名

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邦格非常重視反對偽科學。他指出:第一,迷信、偽科學和反科學是思想的病毒,可以侵襲包括普通人和科學家在內(nèi)的任何人,使整個文化癱瘓并使之反對科學研究。第二,迷信、偽科學和反科學的興起和傳播是重要的心理社會現(xiàn)象,值得用科學辦法加以研究,也許可以用來當作指示文化健康狀態(tài)的標志。第三,偽科學和反科學是任何科學哲學值得加以檢驗的典型問題?？傊?，科學劃界問題是科學哲學的重要問題，經(jīng)歷了從邏輯主義到歷史主義再到多元主義的不斷變化。多元主義的提出，說明科學劃界問題是綜合的，錯綜復雜的，但無論多么復雜，科學與偽科學之間是可以做出區(qū)分的。科學劃界標準，應該是多元的、全面的，而不是一元的、片面的；科學劃界標準是發(fā)展變化的，具有和歷史發(fā)展關(guān)聯(lián)的相對性，而不是靜止、絕對的；科學劃界標準應該是相對精確、客觀、可操作的，而不是主觀隨意和空泛的；科學劃界不僅針對科學理論和科學知識，也應包括科學實踐在內(nèi)，應考慮到科學的社會、政治和文化的方面?？茖W并不是在一片廣闊而有利于健康的草原——愚昧的草原——上發(fā)芽成長的，而是一片有害的叢林——巫術(shù)和迷信的叢林——中發(fā)芽成長的，這片叢林一再地對知識的幼苗加以摧殘，不讓它成長?！猈.C.丹皮爾《科學史—及其與哲學和宗教的關(guān)系》三、科學與宗教、神話、巫術(shù)1、神話：擬人化和萬物有靈論的自然觀。其發(fā)展出了的一些觀念成為科學的萌芽的重要因素。2、巫術(shù)：模仿自然現(xiàn)象，尤其是交感巫術(shù)。巫術(shù)雖然有很多錯誤，但對自然的觀察和模仿，也包含為后來科學發(fā)展所借鑒的因素。3、宗教：系統(tǒng)化、儀式化的神學體系。與科學的關(guān)系復雜多樣。（一）科學與神話、巫術(shù)、宗教（二）用科學反對和制止迷信迷信涉及對自然和神秘現(xiàn)象的錯誤認知和科學所不容許的超自然現(xiàn)象，包括頑固的偏見和強迫的信念，還包括對神秘事物、超自然力量的崇拜，對個人權(quán)威的夸大，代表了對理性主義觀念的放棄。人們常常樂觀地認為，通過科學的發(fā)展及普及，迷信即刻被戰(zhàn)勝，神秘主義也沒有立足之地。但歷史反復告訴我們，科學與迷信的斗爭是長期的，是不會停息的。被普及的科學和專業(yè)的科學研究并不一定能徹底驅(qū)散人們心中的神秘主義，甚至有些科學家也會陷入迷信之中而不自知。這說明，科學與迷信的對抗是復雜的。戰(zhàn)勝迷信需要科學，但除了學習科學，普及科學的基本知識之外，還要深刻理解科學的方法，科學思想和科學精神。只有深入理解了科學，才能最終戰(zhàn)勝迷信。第二節(jié)科學認識的實驗基礎(chǔ)一、從科學觀察到科學實驗二、科學儀器與科學測量三、受控實驗與仿真科學認識是在觀察實驗的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立理論模型。觀察和實驗在科學認識中都至關(guān)重要。因此，對觀察和實驗的考察是澄清科學認識機制的第一步。一、從科學觀察到科學實驗（一）科學觀察人們通過感官接受外部刺激，就形成了對外部世界的感覺。如果我們主動地、有選擇地、帶有某種目的地去獲取這種感覺信息，就是觀察。觀察日常觀察科學觀察直接觀察間接觀察日常觀察是人們在日常生活中對事物主動的感知和探究，根植于生活世界。日常觀察獲得的經(jīng)驗總是帶有個人的體驗，因此是易謬的，常與科學知識相悖。主要是自然觀察，首先是因為觀察對象是在自然條件下發(fā)生的，其次是因為科學研究者不借助特別的科學儀器而直接通過感覺獲得第一手的觀察資料，這在生活世界中是不可能直接獲得的。通過借助科學儀器來獲得自然條件下不能獲得的觀察資料，如天文望遠鏡。當間接觀察涉及對觀察對象的測量時，可稱之為觀測。無論是直接觀察還是間接觀察，都主張不改變觀察對象，不干預自然現(xiàn)象，不介入外部世界，觀察只是向研究者呈現(xiàn)現(xiàn)象。科學觀察是有局限的：第一，科學觀察的對象常受到自然中的各種因素的干擾，會影響認知結(jié)果；第二，科學觀察會收到先入之見的影響，“觀察滲透理論”；第三，感覺器官的局限性。要保持觀察的客觀性，首先，要反復觀察；第二，要尋找典型對象進行觀察；第三，要避免先入之見；同時，要多掌握正確的理論；第四，要借助科學儀器。近代科學被稱之為實驗科學。科學實驗方法的確立，使得近代科學掌握了探尋大自然的有效方法，從而獲得了突飛猛進的發(fā)展。實驗方法之所以如此成功，因為與觀察方法相比，實驗方法更能發(fā)揮科學研究工作者的主動性和創(chuàng)造性?？茖W實驗是這樣一種研究手段：在人工設(shè)備中干預和控制對象，或人工模擬自然現(xiàn)象，盡可能地隔離外界的干擾因素，通過操縱、監(jiān)控和記錄實驗系統(tǒng)的活動變化，可獲得在自然條件下不能觀察到的證據(jù)。（二）科學實驗與觀察方法相比，實驗方法具有如下特點：理想性?？茖W實驗是在理想狀態(tài)下研究自然，它明確了研究對象的邊界條件，純化了各種環(huán)境因素，使研究對象少受干擾。可控性?？茖W實驗可控制實驗對象的變化，以便研究者對其進行充分和準確的觀察。擴展科學事實的范圍?？茖W實驗通過制造極端狀態(tài)和特殊條件，可人工控制自然中難以存在的現(xiàn)象。不少科學觀察的對象稍縱即逝、難以重復?？茖W實驗則可在特定的控制條件下讓研究對象反復出現(xiàn)，獲得穩(wěn)定的觀察結(jié)果。從日常觀察到科學觀察，再到科學實驗，既是不斷對觀察對象進行純化和簡化，排除不相關(guān)因素對觀察過程的干擾，也是在對外部對象施加控制和干預，以獲得客觀、精確和可靠的數(shù)據(jù)。具體地說，從觀察到實驗，我們排除了個人的主觀偏見和情感因素，依據(jù)嚴格的邏輯程序表征研究對象；排除了感覺器官的限制，借助精密儀器表征研究對象；排除了自然界偶然因素對研究對象的干擾，可以對研究對象進行純粹的研究；通過人工控制或模擬自然現(xiàn)象，可以獲得一邊條件下看不到的自然特征。這個過程同時也是科學世界逐步脫離日常生活，獲得科學知識的確定性和嚴格性的過程?？茖W實驗并不能完全取代科學觀察，科學觀察也不能取代日常觀察?？茖W實驗應用較廣的是物理學、化學等容易對研究對象進行控制和干預的學科，對于像天文學、地理學等領(lǐng)域，人們很多時候必須借助純粹的科學觀察而獲取數(shù)據(jù)。（三）觀察與實驗的關(guān)系在間接的科學觀察和科學實驗中，都不可避免地會使用到科學儀器，并通過儀器對相關(guān)物理量進行測量。科學儀器是人類感官的延伸。二、科學儀器與科學測量哈勃天文望遠鏡科學儀器在認識世界上具有如下優(yōu)勢：擴展了人類認識自然現(xiàn)象的范圍。提高了人類認識自然現(xiàn)象的精度?？茖W儀器可彌補人類感覺不夠精準的自然局限性，提供精密客觀的計量標準。科學儀器可捕捉到更多、更精確的觀察數(shù)據(jù)。提升了人類處理表征信息的效率?？茖W家需要處理的海量數(shù)據(jù)已遠超過人類的生理極限，必須借助電子計算機。顯微鏡紅外線治療儀（一）科學儀器:人類感官的延伸（二）科學測量科學儀器中很重要的一類儀器是測量儀器。在科學實驗中獲取定量的數(shù)據(jù)是不可少的，為此，需要訴諸定量觀測，即測量。測量是在我們所設(shè)計的數(shù)字表征系統(tǒng)和可觀察的物理系統(tǒng)之間建立映射關(guān)系的過程。從科學史上看，一門科學越成熟，使用的定量數(shù)據(jù)就越多，因此，可以把定量描述視為對定性描述的深化。測量對科學而言至關(guān)重要。科學測量的作用：1.測量將物理學與數(shù)學聯(lián)結(jié)起來，可用更加簡潔的數(shù)學語言作出關(guān)于自然規(guī)律的陳述。S=1/2gt22.通過測量可對同一物體或材料的不同性質(zhì)或不同狀態(tài)進行比較，將不同的性質(zhì)或狀態(tài)的值聯(lián)系起來，最終獲得有關(guān)事物的各種性質(zhì)或狀態(tài)的規(guī)律。比如波義耳定律PV=C3.測量作為一種實驗程序，可以作為檢驗科學定律的手段。（三）測量與實在的關(guān)系測量是不是客觀的？經(jīng)典的測量理論：測量、數(shù)值、量與量之間的關(guān)系都是實在的，測量是對客觀存在的量及其關(guān)系的測量，隨著測量技術(shù)的進步，測量值會逐漸逼近真值，這忽視了人在測量中的主動作用。操作主義的測量理論：強調(diào)測量的主觀因素，認為測量只與完成了的測量操作有關(guān)，其結(jié)果是約定的，只有操作活動本身是實在的。測量的表征論：不再關(guān)心測量是否是對客觀存在的量的測定，認為測量只是在數(shù)學系統(tǒng)與非數(shù)字系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，并將數(shù)字指派給被側(cè)的存在，數(shù)字并非是在測量中被發(fā)現(xiàn)的，而是獨立于被測的存在。三、受控實驗與仿真（一）受控實驗的意義單純的觀察和不控制邊界條件的實驗，由于存在各種各樣的干擾因素，往往難以重復獲得穩(wěn)定的觀察數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果，從而也就不能從觀察結(jié)果中總結(jié)出可靠的理論。而受控實驗通過對實驗對象和邊界條件的嚴格控制和精密設(shè)計，排除不可控的偶然因素對實驗對象的作用，從而得到理想的觀察或測試數(shù)據(jù)。近代科學就是建立在受控實驗的結(jié)果的基礎(chǔ)之上的。受控實驗分為減法實驗和加法實驗。近代科學出現(xiàn)前唯一的研究對象是“自然的自然”（喬治·索雷爾）或“天然的自然”，人們難以控制其發(fā)生和重現(xiàn)。從近代科學開始，人們創(chuàng)造出人工的對象，或“人工的自然”，自然現(xiàn)象在人工支配下發(fā)生，自然展現(xiàn)出比在自然狀態(tài)下更典型、明顯的特性，這些特性可通過實驗儀器被人感知、測量和記錄。（二）仿真模型仿真模型是對客體的描述或模擬，模型的結(jié)構(gòu)和原本的結(jié)構(gòu)具有同態(tài)對應的關(guān)系。與受控實驗相比，仿真實驗在科學研究中有著不可替代的優(yōu)點。通過仿真技術(shù)建立仿真模型，不僅可以模擬各種苛刻的實驗條件，而且可以模擬那些不能對其進行真實實驗的研究對象，最終獲得實驗所需的結(jié)果。實體仿真模型：通過實驗儀器設(shè)備人工構(gòu)造出與被模擬對象相似的物理模型，用以描述仿真系統(tǒng)的內(nèi)部特性及實驗所必須的環(huán)境條件。虛擬仿真模型：首先建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，然后在計算機系統(tǒng)中將數(shù)學模型轉(zhuǎn)換成仿真計算模型，最終在計算機輸出端以動畫與圖形的形式顯示出來。（一）科學實驗的結(jié)構(gòu)科學實驗是在實驗系統(tǒng)的中介下，認知主體與實驗對象在特定的科學和文化語境下的交互活動。因此，可把實驗分成下列四個部分：1.實驗者。實驗者及其活動是任何實驗的主要組成部分。2.實驗系統(tǒng)。包括實驗儀器、科學研究的一般程序等實驗系統(tǒng)是實驗主體和實驗客體交互活動的中介，可分為物質(zhì)性中介和話語性中介。3.實驗對象。實驗對象是被研究者控制、干預、形塑甚至創(chuàng)造的，但它有著自身的規(guī)律，具有可重復性和可模擬性的特點。4.實驗語境。實驗語境包括實驗室內(nèi)部的認知語境和實驗室外部的社會語境。這些語境因素獨立構(gòu)成了實驗的一個要素。四、科學實驗的結(jié)構(gòu)和特點2.科學實驗通過各種形式模型對研究對象進行模型化處理。人們在很多情況下難以對研究對象進行直接實驗，必須建構(gòu)對象系統(tǒng)的理想模型以間接進行實驗。3.科學實驗具有可重復性的特點?？茖W實驗有一個明確要求：任何一個實驗事實，只有當它能夠被另一位獨立的研究者重復實現(xiàn)時，才能確立?？芍貜托钥杀ＷC保證實驗的客觀性和現(xiàn)實可行性。米勒-尤里模擬大氣實驗（二）科學實驗的特點1.科學實驗可以對自然過程進行簡化、純化處理，也可以強化或弱化研究對象，從而可以更好地研究對象的屬性和運動的規(guī)律。第三節(jié)科學理論的結(jié)構(gòu)與功能一、觀察語言與科學語言二、經(jīng)驗事實與科學理論三、科學理論的邏輯結(jié)構(gòu)一、觀察語言與科學語言（一）科學語言的區(qū)分科學語言中的詞語邏輯詞（包括純數(shù)學詞）觀察詞理論詞科學語言中的語句邏輯語句觀察語句理論語句科學語言觀察語言：邏輯詞+觀察詞理論語言：邏輯詞+理論詞+（觀察詞）觀察語言包含觀察詞和觀察陳述。觀察詞陳述的是可觀察的對象，如“彩虹”；觀察陳述可以是單稱的經(jīng)驗命題，如“這條河結(jié)冰了”，也可以是全稱的經(jīng)驗命題，如“所有天鵝都是白的”。理論語言由理論語言和理論陳述構(gòu)成，理論詞陳述的是不可觀察或抽象的對象，比如“磁場”，“光速”等。理論陳述表達的是抽象的實體的屬性，比如，“真空中的光速是一個常量”。邏輯經(jīng)驗主義1.觀察語言與理論語言之間存在截然區(qū)分。2.理論語言的意義取決于觀察語言。3.觀察陳述不僅是科學理論唯一的意義來源，而且是對科學理論進行辯護的唯一根據(jù)?？柤{普對應規(guī)則，即在理論語言和觀察語言間存在這樣一些公設(shè)，將理論詞和理論語句與觀察詞和觀察語句聯(lián)系起來，使前者獲得意義。漢森1.觀察陳述必須使用相應的名詞概念，而每個概念都與特定的理論相聯(lián)系?！斑@是H2O”;2.對于同一個觀察詞而言，在不同的理論背景中有不同的含義，其意義也不同。（二）觀察語言和理論語言觀察語言與理論語言之間的關(guān)系，構(gòu)成了科學哲學中不同流派爭論的焦點。事實的概念在科學中有著基礎(chǔ)性的地位。巴浦洛夫曾經(jīng)說過，“不管鳥的翅膀怎樣完善，它任何時候都不可能不依賴空氣飛翔高空。事實就是科學家的空氣，沒有它，你任何時候都不能飛起，沒有它，你的理論就是枉費苦心?？茖W事實是科學理論的基礎(chǔ)。二、經(jīng)驗事實與科學理論（一）對事實的不同理解1.對事實有兩種理解：客觀事實：把事實視為外部世界的事件、現(xiàn)象和過程，這是把客觀現(xiàn)象理解為現(xiàn)實，即本體論意義上的事實。經(jīng)驗事實：把事實視為感覺經(jīng)驗給予主體的東西，它是某種特殊的經(jīng)驗陳述或判斷，描述被認識的事件或現(xiàn)象，即認識論意義上的事實。2.事實也可區(qū)分為日常事實與科學事實日常事實是日常生活中事實，比如“我感覺冷”。相比日常事實，科學事實有兩個特征：（1）可被用來概括、論證或證明科學理論，只有與科學理論有關(guān)，至少是可能有關(guān)的事實才是科學事實，不能作為科學理論基礎(chǔ)的事實只能是日常事實。（2）科學事實是公共性的。日常事實一般滲透了個體的不可傳達的體驗，或這種事實在不同的人那里有不同的經(jīng)驗?！拔腋杏X到冷”，可能是我生病了，可能別人并不覺得冷，只有“現(xiàn)在的溫度是16攝氏度”是科學事實，因為它不僅客觀，而且精確可靠?？茖W事實是理論的基礎(chǔ)，所以，獲取事實，目的是為了獲得或證明某個理論。如何從科學事實上升到科學理論，就涉及科學方法論的問題。經(jīng)驗主義：歸納法是獲得科學理論的唯一方法。近代以來，很多學者強調(diào)歸納法的重要性，最后在實證主義那里被推向極端。培根“三表法”、“穆勒五法”，等等。歸納法的作用：歷史上一直存在爭議。休謨“歸納問題”。歸納方法通過概括和加工由觀察和實驗獲得的事實，進而做出的或然性推論。或然性的推論的目的是探索自然規(guī)律，是科學認識不可缺少的環(huán)節(jié)。貶低歸納法，并因此忽視或然性推論的傾向是錯誤的。正方實證主義者“精致的歸納主義”穆勒“穆勒五法”培根“三表法”反方觀察滲透理論休謨“歸納問題”（二）從科學事實到科學理論（一）科學理論的構(gòu)成科學理論的結(jié)構(gòu)問題是科學哲學中阿喲問題。澄清科學理論的構(gòu)成要素及邏輯結(jié)構(gòu)，對于進入科學哲學的問題域，進而理解科學的本質(zhì)至關(guān)重要?？茖W理論的構(gòu)成要素：包括科學概念、定律、假設(shè)、公式、推論和模型等。科學理論是這些構(gòu)成要素依據(jù)邏輯演繹規(guī)則構(gòu)造起來的形式體系，有著嚴格的邏輯結(jié)構(gòu)，可由少量的前提或判斷推導出大量帶有邏輯必然性的結(jié)論。三、科學理論的邏輯結(jié)構(gòu)科學理論形式內(nèi)容經(jīng)驗知識理論知識科學理論的形式就是它的形式邏輯系統(tǒng)和數(shù)學工具，它們是科學理論的骨骼結(jié)構(gòu)，具有自身的內(nèi)在推演規(guī)則而不受外部實在的影響。對可觀察的經(jīng)驗實體的單稱陳述對不可觀察的抽象實體的全稱陳述一般而言，一種理論越成熟，越精確，它的形式結(jié)構(gòu)就越完善。我們可以把科學理論區(qū)分為形式和內(nèi)容兩個部分。（二）對科學理論的不同認識人們對科學理論結(jié)構(gòu)的認識經(jīng)歷了一個不斷深化的過程。1.卡爾納普“兩層語言模型”科學語言分為兩部分，即觀察語言和理論語言。困難：（1）觀察詞和理論詞難以嚴格區(qū)分；（2）觀察陳述和理論陳述也難以區(qū)分。因為觀察總是滲透理論，而可觀察和不可觀察的實體也是依據(jù)語境而界定的。理論陳述對應規(guī)則觀察陳述理論語言指稱的是不可觀察的事件、事件的不可觀察的方面或特點，要澄清和解釋理論語言的意義，需要建立一個對應規(guī)則C，使理論詞和觀察詞聯(lián)系起來。觀察語言運用標識可觀察的屬性和關(guān)系的詞語來描述可觀察的事物或事件，其意義是明確而固定的。建立對應規(guī)則C，使理論詞和觀察詞聯(lián)系起來：從理論中推導出可觀察的定理，然后就可通過觀察或?qū)嶒烌炞C這個定理，從而間接驗證了理論2.亨普爾“安全網(wǎng)理論”

針對兩層語言模型的缺憾，亨普爾提出了科學結(jié)構(gòu)的安全網(wǎng)模型：科學理論就像一個復雜的空間網(wǎng)絡(luò)，它的術(shù)語對應著這個網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)結(jié)，而連接網(wǎng)結(jié)的線索，則對應著對術(shù)語的定義以及一部分假說。整個理論體系浮在觀察的平面之上，通過解釋規(guī)則而與觀察建立關(guān)聯(lián)。因此，與以往邏輯經(jīng)驗主義把理論看成孤立的命題看成是判斷意義的有無是不正確的，意義的單元不是單個的命題，而是整個命題系統(tǒng)。所以，亨普爾說，單獨一個句子照例不能推出任何觀察句；要能從它推導出斷定某種可觀察現(xiàn)象出現(xiàn)的推論，非把它同其他輔助假說的某個集合連接在一起不可。這樣，亨普爾依據(jù)理論陳述與經(jīng)驗陳述的接近程度把科學理論分成不同的層次：即從全部由觀察詞構(gòu)成的陳述開始，到在經(jīng)驗觀察的基礎(chǔ)上依賴理論構(gòu)想來表述的理論，最后到那些幾乎不同經(jīng)驗發(fā)生關(guān)系的命題。因此，科學理論不再是簡單的雙層模型，而是一個網(wǎng)狀模型。這個網(wǎng)被形象地稱為安全網(wǎng)。在這個網(wǎng)絡(luò)的上層是理論系統(tǒng)底層是各種觀察陳述。在理論系統(tǒng)中，有少數(shù)理論陳述通過語義規(guī)則與底層的觀察陳述有直接的聯(lián)系，而其他理論陳述與觀察陳述只有間接的聯(lián)系。亨普爾把與觀察陳述有直接聯(lián)系的理論陳述叫做連接原理，將有間接聯(lián)系的理論陳述叫做內(nèi)在原理。內(nèi)在原理描述了理論所敬愛定的基本試題及其基本規(guī)律，它們是純粹的理論句。總結(jié)：亨普爾的理論說明了科學理論的層次性特征：（1）不同的理論陳述與觀察陳述發(fā)生聯(lián)系的層次（2）不同的理論陳述在科學理論系統(tǒng)中的功能地位不同:在科學理論的語言系統(tǒng)中，不同的語句在理論的產(chǎn)生、應用、檢驗、修改、調(diào)整的過程中并不處于完全相等的地位。有些處于核心，有些處于邊緣?；径ɡ砗洼o助性假說科學說明和科學預見是科學理論的基本功能?？茖W說明：對于既定的自然現(xiàn)象，科學理論能夠調(diào)用基本的科學概念和原理規(guī)律說明現(xiàn)實中的相關(guān)現(xiàn)象?？茖W預見：對于未知的自然現(xiàn)象，科學理論同樣能依靠嚴密的演繹，從既有的科學事實和規(guī)律中推演出可能出現(xiàn)的自然現(xiàn)象。科學理論說明的是已知的自然現(xiàn)象，預言的是未知的自然現(xiàn)象?？茖W是如何說明已知的自然現(xiàn)象，又是如何預言未知的現(xiàn)象呢？四、科學說明與科學預見1.亨普