科研方法论讲座:第一讲 科学问题


  一、科学研究从问题开始

  科学研究从何开始?传统观点认为,科学研究始于观察。在历史上,古希腊亚里士多德曾指出过“归纳—演绎”的程序理论,近代的牛顿则总结出“分析—综合”的程序观,他们都认为科学研究的起点是通过观察实验所获得的经验事实。以至在当今我们有的马克思主义哲学教材中也把“科研始于观察”的命题当作是由“认识源于实践”的基本命题导出的正确结论。这种观点长期以来极为流行,它虽然对科学史上的许多研究活动作过一定的说明,但始终未能对科学研究的起点作出合理的解释。

  当代科学哲学家波普曾针对这种流行的观点,在一次讲演时,一开始就宣布“请观察!”听众莫名其妙,不知道要观察什么。波普认为这正好说明,离开一定的问题,漫无目的的观察是不存在的。

  的确,科学研究常与观察事实有关。但是如果观察到某一事实而没有在此发现问题,那么即使是观察到前人从未观察到的新事实也不会因此而进入新的研究。现代科技史上关于X射线的发现就是一个有力的佐证。德国物理学家伦琴1895年一次在做阴极射线实验时观察到阴极射线管对置于附近的用不透明黑纸包起来的照相底板感光。这一观察事实不能用关于阴极射线的理论来解释,由此他转向研究这一异常现象,发现了一种新的射线即X射线。然而美国的古德斯密斯早六年前(1890年2月22日)就曾观察到过这类现象,并拍下了第一张这一现象的照片。但他并没有在这里看到有什么问题,而是把这张照片简单地扔进了废相片堆中。几乎同时,克鲁克斯也曾发现一些照片模糊不清,但他只把它看成是照相底板质量不好所致。古德斯密斯和克鲁克斯尽管都早于伦琴5、6年前就观察到同类现象,但都因没有发现问题而未有进入研究,从而就不能发现这是一种不同于阴极射线的另一种射线—X射线。科学史上这类事例,不胜枚举。由此可见,观察本身不足以成为科学研究的起点,只有问题,才引起了研究。至于那些远离经验世界的理论研究来看,则更不是从观察,而只是由问题而进入研究了。

  波普及当代其他许多有见地的科学家和哲学家都认为,科学研究是从问题开始的。只有提出问题,才可以说是真正地进入了研究。问题的提出对于科学研究有着极为重要的意义。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任其流散,不在科学认识主体中引起信息效应。也许正是基于以上考虑,爱因斯坦指出:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已,而提出新的问题,新的可能性,从新的角度去看待旧的问题,却需要有创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步。”

  “科学研究从问题开始”与“认识以实践为基础”这两个命题所要解答的并不是同一层次的问题。前者是就具体的研究来说,着眼于科学研究的程序,后者是就认识的全过程来说,着眼于认识的来源和基础。同时,两个命题更不是不相容的,矛盾的。科学研究开始于问题,而问题并不是凭空产生的。它的产生直接间接都是同实践有关的,归根到底都是在实践基础上产生的。所以,如果用“科学研究开始于问题”这一命题,去否定“实践是认识的基础和源泉”这一命题,那是根本错误的。如果以为强调了“实践是认识的基础和源泉”这一命题,就不理解“科学研究开始于问题”,那就是对科学研究过程缺乏具体分析。“科学研究从问题开始”,这就告诉我们从事科学研究,就要善于发现和提出问题。在科学理论和实践之间,在不同学科理论体系之间,在同一学科的不同理论之间,在同一理论的内部以及在社会需要同现有生产技术手段不能满足这种需要之间,都会存在着各种各样的矛盾,也就是问题。我们只有从中发现,特别是发现常人所难以发现的问题,才有望真正进入科学的研究。

  二、科学问题和非科学问题

  科学研究开始于问题,那么什么是问题?什么是科学问题,科学问题和非科学问题又如何区别?

  什么是问题?简单地说,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提出的是“体质”和“种质”的问题,20世纪初摩尔根提出的则是“基因”的问题,到了20世纪50年代,沃生和克里克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。

  三、科研选题

  人们在研究过程中会发现各种各样的问题。但是,对于一个具体的研究者来说,不是任何问题都可以作为研究课题的。他必须从中筛选出适合自己研究的问题,这就是科研选题。科研选题是一个极其复杂的工作,一般要经过文献调研、实际考察、提出选题,剖解、分析问题,初步论证、评议、确定课题等步骤。为了做好科研课题的选择工作,一般要遵循如下一些基本原则。

  (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,科学研究也要考虑学科理论发展的需要,重视基础研究。基础研究包括各门自然科学的基础研究和应用基础研究。各门自然科学基础研究的选题,要从学科理论发展的需要出发,去研究和发现自然界的新现象和新规律,为正确地认识和成功地改造世界提供根本性的理论依据。

  自然科学基础研究具有普遍性和公有性的规范,需公开发表自己的研究成果,因此应面向世界,树立参与国际竞争的观点,立足本学科前沿进行选题。应用基础研究是指有一定应用目的或以技术开发为背景的基础研究,它的选题方向应指向加强生产活动的技术基础,弄清技术机理。例如,要从生产中的材料、加工工艺、工艺装备、技术精密组合能力、技术监测等问题中提炼出基础性的研究课题来。对我国来说,有了应用基础研究的开展,才能消化吸收国外先进技术,真正为我所有、为我所用,从而建立起自己的技术基础。

  (2)创造性原则。这是指选出的课题应是前人没有解决或没有完全解决的疑难问题,并预期能从中产生创造性的科学技术成果。

  创造性的含义是多方面的,它的主要表现有:①概念和理论上的创新,如拉瓦锡用“氧化”的概念代替了“燃素”的概念,爱因斯坦的相对论突破了牛顿理论;②方法上的创新,如巴斯德设计了曲颈瓶试验证明了生命不能自然发生的问题,斐索改进了测量光速的方法首次解决了在短距离内测量光速的难题;③应用上的创新,如李斯特运用了巴斯德关于微生物的发现提出了手术中的消毒措施,挽救了许多病人的生命。

  科学研究应有创造性,对于那些有可能导致新理论、新概念、新方法、新应用出现的课题,应该成为优先被选择的课题。当然,在选题阶段,对课题结果的创造性是难于作出精确估计的。因此,创造性原则实质上是要求作到:在选题时熟悉别人已进行过的工作,避免重复劳动;课题论证时恰当估计课题的意义和其中可能包含的创造性成分。科学研究是探索性工作,其本质在于创新。别人已经解决了的问题,或者在现实条件下难以取得创造性进展的课题,不应作为选择的对象。

  (3)科学性原则。这是指选出的课题要有一定的科学理论和科学事实作为根据,把课题置于当时的科学技术背景下,并使之成为在科学上可以成立和可以探讨的问题。

  一般来说,明显与已确证的科学理论相违背的题目不应作为选择对象,除非确已发现了与该理论相矛盾的事实并把这种矛盾作为科研课题。如果毫无根据地把推翻或改变已确证的理论作为研究项目,那就失去了起码的科学性。与此相应,毫无事实根据的题目也不应作为选择对象,除非确有把握在研究过程中可以获取有关事实。如果既无已有事实作根据,又无获得相关事实的理论和实践上的把握,那就会使选题失去科学性。

  当然,选题毕竟是科学研究的开端。科学工作者在开始时所依据的事实是不完全的,也可能存在错误;理论也受着一定条件的限制,会随着科学实践的发展而不断更新。因此科研选题既要尊重所依据的科学理论和科学事实,同时还要随着基础事实和背景理论的改变而对选择的题目进行调整。这正是坚持科学性原则所必须的。

  (4)可行性原则。这是指选择的课题应与自己的主、客观条件相适应,即根据已经具备的或经过努力可以具备的条件进行选题。

  符合需要的有创造性和科学性的题目并非都是可行的题目。如果主观条件或客观条件不具备,无论多么诱人的题目也难以取得预期的成果。有些课题目前还缺乏解决的条件,而这些条件又是在短期内难以创设的,即应视为尚不具备可行性的课题。如果这类课题非常重要,并且这类课题的解决需要长时期的努力,也可以将它分解为一系列子课题,从中选择某些相对来说具有较大可行性的子课题进行工作。但要对这类课题的难度作充分的估计。可行性原则要求在选题时认真考虑科学研究的整体能力。在主观条件方面要分析科研队伍的结构、各种人才的配置、研究者的素质、能力以及对课题的认识和研究的兴趣等因素。在客观条件方面要考虑科研经费、实验设备、原材料供应、图书情报资料以及对期限的要求等因素。还要考虑科研的外部环境、国家政策、学术交流等条件。选题时从实际出发,扬长避短,发挥优势,才容易取得研究成果。

  当然,对可行性的思考往往与个人的价值观念有关。有些人喜好可行性明显、见效快的“短、平、快”项目;另一些人则不赞成急功近利、专在薄木片上“钻孔”的作法,而着眼于难度大、风险大、周期长的项目。但是,不论出于哪种价值考虑,都应该在发挥自觉能动性的前提下从现实可行的工作做起。

  上述选题原则都是限制性原则,它们相互制约把所选课题限制在比较窄小的范围内,从而有利于适时而正确地作出决断。

  思考题:

  1.怎样理解科学研究从问题开始,而不是始于观察。认识这一点有何重要意义?
  2.什么是科学问题?怎样理解科学问题的历史性?
  3.科学问题的结构由哪几方面组成?什么是科学问题的应答域。它在科学探索过程中有什么作用?
  4.怎样区别科学问题和伪科学问题?认识这种区别有何意义?
  5.什么是科研选题?科研选题要掌握哪些原则?