04第四章 科学问题与科研选题解析

时代的知识背景决定科学问题的内涵深度 和解答途径。 科学问题是“未知”与“已知”的对立统 一，都有它的解的应答域。所谓应答域是指在 问题的论述中可预设一个域限，并假定问题的 解就在这个域限中。如：是什么力使原子核中 的质子和中子结合在一起？这个问题的应答域 就是“力”。科学问题不是完全未知的，问题 中已包含有某种确定的知识。正如爱因斯坦所 说：“提出科学问题，等于解决了问题的一 半。” 科学问题的应答域设定的对不对，直接关 系到科研的成败！
六、从各个知识领域的空白区来
当前，科学发展的趋势是交叉和渗透。其特征是： 一门学科内各分支学科的交叉结合；各门学科相互交叉 结合；自然科学与社会科学交叉结合；科学与技术、科 学与艺术日益紧密结合；数学向一切学科领域渗透等等。 在各种知识领域交叉和渗透所产生的空白区，是科学园 地中未开垦的“处女地”，那里课题最多，可望收获最 大。控制论的创始人诺伯特· 维纳指出：“在科学发展史 上可以得到最大收获的领域是各种已经建立起来的部门 之间的被人忽视的无人区。”正是基于这一信念，维纳 和他的同事们在数学、物理学、自动控制、电子技术、 神经生理学等学科相互渗透的边缘地带，无人涉猎的空 白区，开拓了一个崭新的研究领域，创建了控制论。
第四章 科学问题与科研选题
授课教师
政法学院 刘国建
第一节 科学认识
自然辩证法不仅研究自然界，还研究人类认 识自然和改造自然的规律，而科学认识是一个不 断地提出问题和解决问题的过程。 一、科学认识系构成 科学认识是一种特殊的社会实践活动，它 具有变革和改造某种对象的特点，其成果是知 识、是精神产品。进行这种精神产品的生产的 各要素的有机结合就构成科学认识系统。
1910年卡斯末· 芬克(1884—1967)吸取了爱 杰克曼的教训，又从一个新的角度提出问题的应 答域：脚气病是不是由于缺乏某种营养物引起的？ 实践证明这个应答域的设定是正确的。他通过比 较法，用两年时间从稻米外层表皮中分离出一种 新东西——维他命。从而发现了脚气病的真正原 因是缺乏某种维生素，问题终于获得解决。
美国科学家朱克曼在《科学界的精英》一书中谈 到，他曾对一批诺贝尔奖获得者进行了问卷调查，其 中一个问题是：“你在当学生时从导师那里学到的最 重要的东西是什么？是知识还是方法？”被调查的科 学精英们竟惊人一致地回答：是方法。的确，没有正 确的科学方法，即使有天赋才能，也不能很好地发挥。 正如法国生理学家贝尔纳所说：“良好的方法能使我 们更好地发挥运用天赋的才能，而掘劣的方法则可能 阻碍才能的发挥。”如开普勒在年青时就表现出很好 的数学才能，但由于他思想方法运用的欠缺，他前半 生并没有取得实际成就，只是在成为第谷的助手以后， 从弟谷那里学到了缜密的工作方法和思维方式，才在 科学研究中取得了突破，发现了行星运动三大定律。
怎样才能确定科学问题应答域的合理性呢？ 这要求研究人员要善于运用试错法。例如， 1895年荷兰政府派遣克里斯琴· 爱杰克曼(1858— 1930)去东印度殖民地，要他查清当地居民的脚 气病的原因，给他的问题是：引起脚气病的是什 么细菌？这个问题的应答域是“细菌”，实践证 明，这个应答域的设定是错误的。爱杰克曼在这 个问题上工作了两年，毫无结果。于是他把问题 应答域转换为：脚气病由精白米中含着的某种毒 素引起的。这个应答域的设定仍是错误的。因为 他又工作了几年没能在精白米中找到引起脚气病 的毒素来。
三、从科学理论内部的矛盾中来
任何一种科学理论，在它的内部常常存在 着某种逻辑上的困难、裂缝、矛盾乃至悖论。 有时一个理论取得成功往往会掩盖其内部的矛 盾，但终归要暴露出来，引出新的课题。 哥德尔定理证明了这个问题的存在。
四、从不同学科的理论体系之间的矛盾中来
一个理论内部的逻辑困难和逻辑矛盾有时并 不明显，而一个科学理论和另一个科学理论之间 的矛盾则常常比较明显。比如，光学发展过程中 的微粒说与波动说的矛盾；化学发展过程中的燃 素说与燃烧氧化说的矛盾；热力学发展过程中的 热素说与热的分子运动说的矛盾等，就是一个科 学理论与另一个科学理论之间的典型矛盾。不少 科研课题就是从解决这类矛盾中来的。
二、从旧理论与新事实的矛盾中来
人们在实验中观察到的科学事实往往与既有的科学 理论不一致，或者理论事实不能为实验所证实，就会产 生矛盾，有矛盾就要找出解决矛盾的办法，于是就有了 新的科研课题等待人们去攻关。比如，在19世纪未，人 们通过实验得出这样的事实：光电管的金属上电子的动 能与光的强度无关，只与光的频率有关。这个事实与当 时流行的光的波动说发生冲突，因为按照光的波动说， 照射在金属上的光的强度愈大，发射出来的电子的能量 应该更大。这个冲突就是理论与实验的矛盾，也引出了 新的课题，导致爱因勘斯坦光量子论的提出。爱因斯坦 说：“波动说不能预言实验的结果。于是从旧理论与实 验之间的冲突中又有一个新理论兴起来了。”
第二节 科学问题
一、科学问题的含义 科学研究总是从问题开始的，科学问题在科学 研究中具有重要意义。科学问题既是科学认识的 起点，又是科学认识的终点。 所谓科学问题是指科学认识主体在特定的知 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，是科学认识中目标状 态与目前状态的差距。 时代性是科学问题的最主要特点。
二、科研选题的基本原则
选择、确定基础研究、应用研究和发展研究 的课题，实践证明应遵循以下基本原则： 第一，需要性原则。即是指选定研究课题必 须着眼于社会实践的需要或科学本身发展的需要。 社会实践的需要，包括生产发展的需要、国防建 设的需要、医疗卫生的需要和文化教育的需要等。 其中最基本的是生产发展的需要。科学理论发展 的需要包括开拓科学领域、更新科学理论、改进 科学方法等方面的需要，加强这方面科研课题的 研究，其根本目的还是为社会实践需要服务的。
一、科研选题的意义
科研选题是形成、选择和确定所要研究和解 决的课题。课题是为了实现某个特定目标所需要 研究的一个或一组科学问题。科研选题是科研工 作的第一步，是解决应该着手研究什么的一项研 究工作。它在科研中具有重要意义。 首先，科研选题关系到科学研究的方向、目 标和内容的确定，在科研中具有战略意义。能否 摸准科学发展的脉络，确定科研的主攻方向，是 科学技术研究主体能否在科研中获得成功的关键 性的一步。
五、从寻求经验事实之间的联系和统一 解释的需要中来
在科学发展进程中，当某一领域的某些事物 的经验事实已经积累到一定的数量时，由于科学 本身发展的需要，要求对它们进行整理和概括， 寻求经验事实之间的联系和统一解释，从而引出 新的课题。
比如，由于化学工业和原子论的推动，到了19世 纪中叶，人们发现了60多种化学元素，并分别研究了它 们的化学性质。于是逻辑上就产生了一种统一解释的需 要，即各种化学元素之间难道没有内在联系吗？如何找 到一种规律性来统一解释它们的性质？纽兰兹、门捷列 夫等许多化学家都是围绕这一重大课题进行研究的，由 此导致门捷列夫发现元素周期律。 20世纪以来，基本粒子最初也是被一个个相对孤 立地发现和研究的，随着新发现的基本粒子数目的增多， 人们不禁要问：这些基本粒子有没有内在联系呢？有什 么样的内在联系呢？由此，建立统一的基本粒子的理论 这一重大课题就摆上了科学日程。现在，关于夸克的研 究也走上了这条道路。
由维也纳学派所倡导的逻辑经验主义， 波普尔（Popper K）的批判理性主义， 库恩（Kuhn T）的科学范式和科学发展理论， 拉卡托斯（Lakatos I）的科学研究纲领方法论， 费耶阿本德（Feyerabend P）的多元主义方法论， 夏皮尔（Shapere D）的科学实在论，等等。
科学研究是一种探索未知的创造性活动。对 于一个科技工作者来说，要在科学研完中取得重 大成果，丰富的科学知识和严谨的科学态度无疑 是不可缺少的条件，但更为重要的是掌握正确的 科学方法。在科学史上，那些杰出的科学家无一 不是运用科学方法的大师。 巴甫洛夫指出：“科学是随着方法所取得 的成就而前进的。研究方法每前进一步，我们就 提高一步，随之在我们面前也就开拓了一个充满 着种种新鲜事物的更辽阔的前景。因此，我们头 等重要的任务乃是制定研究方法”。
假 说
理 论
再 观 察 实 验
三、科学认识方法
科学认识方法是科学认识主体把握客体的 工具和手段。 科学方法可划分为三个层次
第一，自然科学、社会科学各门学科所特有的方法。
第二，适应于各门自然科学的一般研究方法。 第三，适应于自然科学、社会科学和思维科学的最普 遍的方法。
现代西方科学哲学探讨科学方法论问题 主要流派有：
比如，在2001年获首届国家自然科学一等奖之一 的吴文俊院士在拓朴学示性类和示嵌类作出突出贡献后， 正确的选择了“数学机械化”的科研选题从而获得巨大 成功。正如他所总结的“我在数学机械化方面的成功， 因为两大机缘：一是到北无一厂（北京无线电一厂）的 劳动；另一是对中国数学史的重新认识”。 其次，科研选题还直接影响到科研的途径和方法， 决定着等问题。因此， 它又是科研管理的基础和依据。人们对于重大的科研任 务，经常组织科技攻关，总是迫切地期望它能获得成功， 但是并非次次如愿以偿。究其原因十分复杂。影响和决 定攻关成败的因素有：定题、经费、管理、科技骨干、 协作状况、科技情报、实验手段、中试条件、技术转让 政策、经济效益合理分配，等等。实践证明，其中选题 立项是否正确，是决定科技攻关成败的首要因素。
第二节 科学问题的来源
一、从社会生产和实际生活的需要中来 社会生产和社会生活会不断提出新的要求和新的问 题，当科学技术满足不了这些新的要求和回答不了新的 问题时，便会有新的课题产生。比如随着工业化程度的 不断加深，环境污染问题就凸显出来了，如何治理环境， 如何保持生态平衡就成了当代的重大科研课题。如果已 有的基础理论的研究，不能满足解决在社会生产和社会 生活中提出的课题，将会导致推动基础理论的研究。例 如，1957年武汉长江大桥落成典礼时，大桥突然晃动， 该现象已有基础理论无法解释，这就要求科学地揭示大 桥晃动的振动机理。我国著名力学桥梁专家李国豪教授 由此提出并系统地研究了桁梁桥挠曲扭转的稳定和振动 问题，建立了“桥梁实用空间分析理论”，发展了桁梁 和箱梁理论。还如杂交水稻研究等。