《自然辩证法概论》教学内容提要(5)

2、科学问题：一定时代的科学认识主体在当时的知识背景下提出的关于科学认

识和科学实践中需要解决而又尚未解决的矛盾。它包含着一定的求解目标和应答域，但尚无确定的答案。

科学问题与非科学问题之分，并不是看提出什么问题，而是看怎样提出问题。 形成科学问题的要点：

第一，必需对构成该问题的各要素做一番透彻的分析。进而在一定的知识背

景下，运用科学术语的逻辑关系去正确地揭示客观对象的矛盾及矛盾 的各个方面。

第二，必需对反映和表示这些事物与现象的科学概念、科学符号、科学模型

的意义有明确的认识与界定，这样才能正确地运用科学的范畴系统去将问题表述为科学问题。

第三、必需对问题的求解目标、应答域，展开的步骤可能的解决途径，预先做一番构思与论证，把解决问题的方法、验证的手段与指标及解决问题的前景包含在科学问题的形成与表述中。

2.1 提出问题与人文因素的影响

科学研究活动是一个解题的过程，一个科学家的真正的科学生涯都要从提出问题开始。一个科学问题必须是可以言传的，也就是说它能够用文字、图形或者模型来表述，而不是只能意会的东西；同时一个科学问题也必须是在现实知识基础上认为可解的，而不是一些子虚乌有的东西。

劳丹把科学问题分为经验问题和概念问题[3]。自然界中使我们感到惊奇或者需要说明的任何事物构成经验问题（包括未解决的问题、已解决的问题和反常问题），由这种理论或那种理论显示出来的问题则构成概念问题（包括内部概念问题和外部概念问题）。科学进步的基本单位是已解决问题(经验的或者概念的)，科学的目的就是不断扩大其解决经验问题的范围，不断缩小反常问题和概念问题的范围。

科学家的个人情感在从事科学研究活动开始时就已经介入其中。例如，科学家对自然感到无比的好奇，这种好奇心将成为他们今后从事艰苦并且通常是枯燥乏味的研究工作时的不竭动机和力量的源泉；其他的情感包括对问题的兴奋、解决问题的雄心、憧憬解决问题之后的幸福感等等。

还有很多外部因素也在科学活动开始时发挥作用。当科学家决定花费时间和精力对一些科学问题进行攻关时，对科学问题的选择也必然受到文化的、社会的、政治的和经济的因素的影响。每一个科学家生活与工作于不同的国家、文化、政治、经济等背景，这些背景决定了哪些问题是可以研究的，哪些问题是不能研究的；哪些问题是能够得到大量资助的，哪些问题必须是自费或者业余研究的；哪些问题是政府鼓励的，哪些问题企业鼓励的。在科学问题变得日益复杂化并需要大量经费支持的今天，选择一个能够得到资助的科学问题是科学家首要考虑的。

还有一些非科学因素也决定了科学家走向不同的道路。比如，一个科学家会因为对自然界严重的大气污染特别义愤来选择污染成因作为科学问题；另一个科学家可能从事有关烟草对人类健康的影响问题，仅仅是因为他能够从烟草公司获得研究职位和薪金。

科学家的直觉、灵感（往往来自于睡梦）和机遇等也可能产生科学问题。也就是说，提出问题、发现问题本身与科学思维是可以没有关系的，可以是非逻辑的。 尽管科学理论形成从开始到结束的整个过程都受到这些个人情感因素、外部因素和非科学因素的影响，而且这些影响的作用往往不可低估，但它们与最终的科学理论的可靠性和客观性没有必然的联系。科学问题不会受命于这些因素，因为科学方法中后续的步骤将逐步排除这些因素对科学问题的影响而把科学引向客观与可靠的结论，当然这需要很长的时间和艰

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苦的努力。

一、科学问题

感性直观和理性思维是科学认识的两大基本手段，两者的统一构成理论发现的综合过程。

前面我们已经指出，就整个人类认识过程来说，实践是认识的基础，认识是从生动直观开始的，但就某一项具体研究来说，任何研究又总是从问题开始的，科学研究是一个提出问题和解决问题的过程。*

1.什么是科学问题

问题就是疑难，就是矛盾。人们在认识世界的过程中，总要遇到各种各样的问题，产生各种各样的矛盾。问题就其产生的特点来说，可以分为两类。一类叫做简单问题或表浅问题；一类叫做科学问题。简单或表浅问题是指由简单的无知而不是通过对科学背景知识的分析而得出的问题。这种问题是任何一个人都可以提出来的。例如，任何一个小孩也都能向他的爸爸妈妈提出许多问题。这些问题，就本身来说，并不都是简单的、容易回答的，其中有许多往往还是当前科学所不能回答的问题，只是就产生原因来说，是简单的或表浅的，即只是由于不懂。所以，简单问题在科学中并不就是没有意义的，其中有的常常可以由此深入而成为科学问题。所谓科学问题是指通过对科学背景知识的分析而产生的问题。人们在科学研究中，通过对科学背景知识的认真思索和分析，从中发现各种矛盾，它是现有人类认识未解决的矛盾，这种矛盾或疑难，就是科学所要研究的问题，也即不同于上述简单问题的科学问题。

由于科学问题是通过对科学背景知识的深刻分析而得出的问题，时代所提供的知识背景决定着科学的内涵深度和解答途径，因此，科学问题总是一定历史时代的产物。同一问题，在不同知识背景下，其内涵深度是不同的。比如，探索遗传的奥妙是一个古老的问题，在19世纪的知识背景下孟德尔（G.J.Mendel）提出的是“体质”和“种质”的问题，20世纪初摩尔根（T.H.Morgan）提出的则是“基因”的问题，到了20世纪50年代，沃生（J.D.Watson）和克里克（F.Crick）则提出了生物大分子DNA的结构问题。显然，问题的内涵因知识背景的不同而有所变化。除此之外，背景知识还制约着解决的途径。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。20世纪以前，这主要是用神学进行解释的宇宙创生问题，直到本世纪40年代，伽莫夫（G.Gamov）把基本粒子理论同宇宙创生结合起来，才使宇宙的起源有可能用核 物理理论加以研究，从而使宇宙起源变成一个科学问题。

由于不同的人所掌握的知识不同，因此，有些人提出的问题，在一定的科学背景下，实际上是已被科学解决了的问题。对于这类问题，只是对于未掌握的人来说才成为问题，它可通过学习来掌握，对探索人类未知的科学研究来说，一般地就不再是它的研究对象。当然，有些问题在一定科学知识背景之下被认为是已经解决了的，在另一背景知识下又常常成为问题，需要从新的角度进行研究和解决。

如果就问题的形式来说，科学问题不同于一般随便提出的问题，科学问题是有结构的。在科学问题中蕴涵着问题的指向、研究的目的和求解的应答域。应答域是指在问题的论述中所确定的域限，并假定所提出问题的解必定在这个域之中。这意味着，在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。尽管这种预设仍是一种猜测，是可错

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的，但在科学探索过程中却能起定向和指导作用。其原因在于，这种包含应答域的科学问题，排除了许多因素，能对解决提供明确的指向，有利于科学探索。维纳（Wiener)在1948年所提出的关于信息论如何发展的问题就是如此。他明确指出：“我们必须发展一个关于信息量的统计理论，在这个理论中，单位信息量就是对于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信息。” 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。

若问题只有求解目标而没有一定的应答域，则只是一般的疑问句，求解范围是一个无所限定的全域。这样的问题很难成为科学问题。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的应答域之内，它将会使人劳而无获。只有改变应答域，才可能获得成功。

如果就问题探索所得结果来看，科学问题应该是可以在实践中加以检验的真实问题。它本质上不同于那些既不能证实又不能证伪的，不能由经验来回答的虚假问题，或称伪科学问题。诸如鬼神问题，它既不能由经验来证实，但同时又是一个涉及无限范围的存在问题，因而又是一个逻辑上不能由经验来证伪的问题。既然这类问题不可能由经验来检验，因而也就可以由人凭玄想来胡说八道。判断一个问题是真实的科学问题，还是虚假的伪科学问题，也要根据背景知识来确定，根据今天的科学背景，试图设计研制永动机一类的问题就是虚假的伪科学问题。但应看到，科学总是发展的，因此科学和伪科学问题的区分往往是历史的、可变的，有的问题在过去科学背景下是伪科学问题，而到了今天却又成为真实的科学问题。例如，要使贱金属变成贵金属的炼金术在以往的普通化学背景知识下是伪科学问题，但在今天的核化学背景知识和现代技术条件下，它又成为真实的科学问题了。此外，由于科学背景知识的复杂性以及科学家对之掌握和理解的不同，科学问题和伪科学问题有时很难区分。例如关于所谓人体特异功能的研究，有人认为是虚假问题，有人认为是有重大意义的科学问题。但无论问题多么复杂，应该肯定，在确定的条件下，科学问题与伪科学问题的区别，是客观存在的，并且是确定的。科学研究的应该是真实的科学问题，而决不应陷入虚假的伪科学问题而虚耗时间。

2.科学问题的来源

实践是认识的源泉，也是问题的根本源泉。但是这并不等于说，问题都是直接来之于实践的。由于科学问题的提出可以通过多种途径，其中主要的有：

（1）新的观察、实验现象同原有理论的矛盾。

在观察和实验中，发现了某种不能由已有理论解释的新事实和现象，或者已有理论的预测不符合观测到的事实时，这就会使原有理论面临难题或危机。对如何用原有理论来解释这个难题，或变革原有理论来解决这个危机的探寻，常常引导人们进入研究并作出重大的发现。前者如历史上关于天王星实测轨道与按牛顿力学所计算的理论轨道不符，为了解决这个问题而导致了勒维烈（U.Le Verrier）假说并通过伽勒发现了海王星。后者如黑体辐射、光电效应等新的实验事实经典物理的能量连续理论不相容，为了解决这个矛盾而导致了量子论的产生。

（2）理论内部的逻辑悖论和佯谬。

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一个理论，如果看上去是没有问题的，但在推论中却证明了两个互相矛盾的命题的等价式，那么这个理论就包含有悖论。悖论所提出的问题往往有助于新概念或新理论的产生。例如，微积分初创时期出现的无穷小悖论，曾推动了极限理论和方法的产生。集合论中的罗素（B.Russell）悖论，曾促进了类型论和哥德尔不完备性定理的出现。

佯谬也具有悖论的性质。如果从一个理论中能推出它不能成立的结论，就构成一个佯谬。佯谬或者表明理论本身有缺陷，或者表明理论中蕴含着未被人察觉的深刻内容。比如，根据热力学第二定律，孤立系统中的不可逆过程将最终导致平衡态的到来，但是，麦克斯韦（I.C.Maxwell）在1871年提出了如下假想：用一个隔板把平衡状态的密封容器分为A、B两部分，隔板上开有能自由开关的小门，如果有一个能分辨各个分子速度的存在物（被称为麦克斯韦妖），他根据自己的判断而掌管小门的开关，使快分子能从A跑到B，慢分子从B跑到A，这样就可以不消耗能量而提高B部分的温度，降低A部分的温度，从而使已趋向温度均匀的体系变成温度不均匀的体系，不可逆过程也就变成可逆过程了。“麦克斯韦妖”的假设提出了一系列的问题，诸如“妖”应具有什么属性，这种属性是不是的生命的、原子尺度的、有智力的，能否用几率和内涨落来解释“妖”，等等。直到本世纪50年代布里渊（Brillouin）才发现，“妖”若能看到分子的速度必须消耗能量，这要求以系统熵的增加为代价，某数值超过了“妖”所可能影响的系统熵的减少量。因此，“妖”并不改变热力学第二定律。麦克斯韦提出的问题虽然不意味着热力学第二定律有缺陷，但却揭示出更丰富的内涵，并推动了信息论的研究。光度佯谬的例子，可以更清楚地说明佯谬对科学认识的推进作用。1826年，德国天文学家奥尔伯斯从牛顿理论的无限宇宙模型，推出宇宙中全部星体到达地球观测点的辐射能量将趋于无穷大的结论。如果该推论成立，在地球上就不会有昼夜之分，这显然是不可能的。但是，正是为了消除这一佯谬，才推动了天文学家们相继提出等级式模型、大爆炸宇宙模型，等等。

（3）不同学科的理论体系之间的矛盾

在科学中，常常有这类现象，不同学科中的理论各自解释了一大类现象，但它们相互之间却存在着矛盾。例如，生物进化论和热力学在各自的范围内都解释了广泛的现象，建立了相对严密的理论体系。但仔细分析这两种理论基本原理，这两门学科间却存在着矛盾：热力学第二定律表明，任何孤立系统的熵将不断趋向于极大，它提供的是一个不断衰退的时间箭头；而生物进化论却提供了一个相反的时间箭头，它表明了我们所处的世界是由一个不断地由低级向高级发展的进化过程。这两种时间箭头如何统一？热力学和生物学如何统一？这些疑难问题的探索研究，终于导致了普里高津耗散结构理论的创立。

（4）不同学派观点的矛盾

在科学中，对于同一现象范围内的许多事实，常常会有不同学派运用不同的理论（假说）对它们进行解释，如天文学中的日心说与地心说，地质学中的渐变论与灾变论，遗传学中的米丘林学派与摩尔根学派。这类不同观点，谁是谁非呢？为了解决这类问题，常常导致判决性实验的设计或进行新的理论探索。

（5）社会需要同现有的生产技术手段不能满足这种需要之间的矛盾。

工农业生产的需要、社会生活与健康的需要、军备和战争需要等等社会需要都提出了大

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量的问题。这些问题经过抽象、转化，可以成为基础理论研究的科学问题。如农业增产的需要、培养优良品种的农业技术研究等向遗传学提出了研究的问题。

科研始于问题，只是有了问题，才会去进行研究。从科学理论发展的总体过程看，只有发现了原有理论不能解决的问题时，人们才会去修正、补充它，或着手建立新理论。从科学研究的具体进程看，人们总是以问题为框架有选择地去搜集事实材料，与问题有关的材料被搜集起来，与问题无关的材料则置于一边，不在科学认识主体中引起信息效应。也许正由于此，所以，爱因斯坦（A.Einstein）指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”为此，搞科学研究，首先要善于发现问题。

3、选题：正确地选题是科研成功的关键。

选题决策的原则；

第一、需要性原则：社会需要与科学需要。

第二、创新性原则：指向前人没有解决或没有完全解决的疑难问题。

（概念创新、理论创新、方法创新、运用创新）

第三、科学性原则：具有一定的科学理论与事实依据，把课题置于

当时的科学背景之下，使之成为可以在科学逻辑和科学实践上加以论证和检验的课题。

第四、可行性原则：所选课题必须与主客观条件相适应。

需要性原则是前提，创新性原则是灵魂，科学性原则是基础，可行性原则是保证。

开题报告内容示例： 题目：?必须是对一个科学问题的逻辑表述

意义：?理论意义、现实意义、本项研究处于国内外研究的状况。

构思：?理论依据、事实依据、创新点、切入点、技术路线、步骤安排 条件：?文献资料、前期准备、负责人及课题组实力、设备情况 申请：?经费及使用安排，计划进度，其它条件。

（1）需要性原则。这是指课题应面向社会需要和学科理论发展的需要。社会需要包含经济发展的需要、国防建设的需要、医疗卫生和文化教育的需要等等。学科理论发展的需要包含开拓科学领域的需要、更新科学理论的需要、改进科学方法的需要等等。

科学研究首先要考虑社会的需要，这对于那些发展研究和应用研究来说尤为重要。发展研究担负着把科学技术直接转化为社会生产力的任务，其选题应将当前社会需要置于首要位置，充分注意所开发技术的经济效益、社会后果和对环境影响。即使是跟踪世界高技术的发展研究，其主要目的虽然是为未来新技术开发作准备，但也要充分重视在当前有应用价值的项目。应用研究致力于解决国民经济和社会生活中所提出的实际科学技术问题，其任务在于把理论推进到应用的形式，因而应用研究的选题也要充分考虑社会的需要，把当前和近期社会需要的项目作为优选项目。

但是，另一方面也要看到，科学上的重大问题并不都是直接来自社会当前的直接需要，许多课题是由科学自身发展的内在矛盾而提出。这些理论探索性课题在开始时看不出有什么应用价值，但随着实践的发展越来越显示出对社会发展的巨大潜在推动作用。因此，科学研

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