科学发现

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科学发现(Scientific discovery)

　　科学发现是指人们对自然界客观存在的前所未知的物质、现象及其变化过程和客观规律的认识。

　　(一)依据发现客体的分类依据发现客体的不同，科学发现可分为：

　　(1)科学新事实的发现。如烟草花叶病毒的发现。

　　(2)科学新理论的发现。如氧化学说的诞生。

　　(二)依据发现主体的分类依据发现主体的不同，科学发现可分为：

　　(1)个体发现，即该科学发现由某一位科学家独立完成。如狭义相对论的建立。

　　(2)群体发现，即该科学发现是由众多科学家合作的结果。如量子力学理论的创立。

　　(三)依据发现方法的分类依据发现方法的不同，科学发现可分为：

　　(1)观察发现，即通过观察方法而导致的发现。如红移现象的发现。

　　(2)实验发现，即通过实验方法而导致的科学发现。如质子的发现。

　　(3)纯理性发现，即通过纯粹理性的方法而导致的科学发现。如相对论和行星运动三定律。

　　(4)非理性发现，即通过直觉、灵感、想象、顿悟等跳跃式思维方法而导致的科学发现。如苯环结构的发现。

　　(四)依据发现的性质的分类依据发现的性质的不同，科学发现可分为：

　　(1)可预见性发现，即从理论上已经预知了它们的存在。如无线电波、填补元素周期表上的空格的那些元素的发现。

　　(2)未预见性发现，即已有的理论事先不能预见它们的存在。如氧气、电流、x射线的发现。

　　(五)依据发现的后果的分类依据发现的后果的不同，科学发现可分为：

　　(1)革命性发现，即对原有的科学理论进行根本性的变革。如相对论和量子力学的建立。

　　(2)改良性发现，即对原有科学理论进行补充和完善。如伴性遗传现象的发现。

　　1、亚里士多德的归纳一演绎逻辑

　　2、培根的归纳主义逻辑

　　3、笛卡尔的演绎主义逻辑

　　1、赫舍尔等从发现与证明的区分上确认科学发现无逻辑

　　2、赖欣巴赫等将科学发现视为纯粹心理过程而回避科学发现的逻辑存在

　　3、库恩等依据史实案例视发现为“瞬间的心理体验”而否定科学发现的逻辑

　　4、夏佩尔等从科学发现过程的分析入手，说明发现并无规则的程序和某种算法存在，因而否认发现的逻辑存在

　　科学发现是整个科学活动的一部分。由于科学发现的历史背景、科学的类型，以及科学家个人思想方法、专业特长之不同；也由于科学发现是一种探索性、创造性的活动，科学发现活动历来不存在固定的模式、单一的途径。然而，尽管科学发现活动各具特色、个性特点鲜明，但同一切社会实践活动一样有规律可循。就其实现的内在机制说，还是存在着一定的法则。

　　科学发现的思维过程即是创新思维的实现过程，必然同样经历着创新思维发展的四阶段——准备期、酝酿期、明朗期和验证期，同样是逻辑过程与非逻辑过程的统一。 ．

　　科学发现思维过程的四个阶段实际上是不可能截然分开的，它经常是重叠和交叉的；思维过程的张与弛也是相互交织的；逻辑思维方式与非逻辑思维方式也是协作互补的。这种协作互补性在科学发现的第三个阶段—-一明朗期表现得非常明显，在此阶段，科学认识主体的思维方式由原来的以逻辑思维为主，转变为以非逻辑思维为主，尤其是形象思维在此阶段的科学思维中占据了主导地位，发挥着重要而独特的作用。科学发现过程中逻辑与非逻辑的统一主要表现在：创造性思维“灵光”的闪现往往是形象的，而其思想的深化又往往是逻辑的；当思维中断以后，接通思维路经的思维形式往往是形象的，而沿着思路走向目标的进程，又往往是逻辑的；在创新思维酝酿过程中激发飞跃的思维往往是形象的，而对这种飞跃获得的认识成果的验证，又往往是逻辑。

　　“发明”与“科学发现”不同。科学发现是对自然现象、物质或规律的发现或认识，“发现”的对象是自然规律或者自然现象，而发明的对象则是技术方案。“发现”只是人类对自然界的认识，并非人类的创造，故而不是发明。

　　(一)形象思维为科学发现奠定可感知的认识基础；

　　(二)形象思维能连接中断了的逻辑思维链条；

　　(三)形象思维引导科学创造；

　　(一)确立科学问题

　　沃森、克里克DNA分子双螺旋结构的发现模式如图7—4所示。克里克在回忆DNA分子双螺旋结构发现的经过时曾说，他们成功的第一步就是明确了“分子生物学的中心问题是基因的化学结构”。20世纪三四十年代(实际上到1952年)，生物学界一直流行的是“四核苷酸假说”，即蛋白质是遗传物质。即使在1944年艾弗里等人的实验已证实了DNA是遗传物质，1952年赫尔希等发现噬菌体的外壳蛋白质不进入大肠杆菌，更进一步说明蛋白质不是遗传物质后，不少科学家仍觉得对他们的资料应当谨慎地加以解释。1952年4月在牛津举行的普通微生物学会议上讨论病毒繁殖的本质时，到会的400多位微生物学家除少数几位外，绝大多数人对上述两项成果不感兴趣。然而沃森、克里克却认为，“艾弗里的实验使我们闻到了DNA是基础遗传物质的气息”，并意识到“蛋白质并不是真正解开生命之密的罗塞塔石碑。相反，DNA却能提供一把钥匙，使用它我们就能找出基因是如何决定生物性状的，其中包括我们的头发和眼睛的颜色。”

　　(二)选择最佳方法

　　明确了科学问题后，下一步的工作就是如何选择最佳的研究方法去解决提出的科学问题。为此，沃森、克里克选择了模型法(与沃森他们同时研究DNA结构的弗兰克和威尔金斯也选择了模型法)，即将DNA的组织与结构用一个完整的模型形象地展示出来。因为模型可以使科学问题更为直观化、简洁化、简明化，从而美感化了。模型法的选用，是他们类比鲍林从事蛋白质晶体结构研究的结果。既然鲍林用分子模型说明蛋白质的结构取得了成功。那为什么就不能用同样的方式去揭示DNA的结构呢?的确，如沃森所说，“我们必须做的一切是建构一个分子模型”。

　　(三)建构直观模型

　　在建构DNA分子模型过程中，他们不仅广泛吸收了鲍林、威尔金斯、查伽夫、弗兰克林等人的研究成果，而且成功地运用了试错法。即先提出假定，然后建立可能的结构，再根据经验事实与其核对，看其能否作出合理解释。他们先后建构过三个模型。第一个是三链模型；第二个是双链同配模型；第三个是双链异配模型。模型I以三条糖一磷骨架在内侧，碱基在外侧，并设想分子内部靠Na+的结合力保持结构稳定。结果它因DNA的含水量少算了一半而被弗兰克林所否定。模型Ⅱ改以两条位于外侧的糖一磷骨架，碱基在内侧，并借两个氢键进行同配。但又被多诺休从化学角度指出鸟嘌呤和胸腺嘧啶不应为互变异构体所否定，同时碱基同配也无法解释遗传复制。后来，他们联想到了查伽夫的碱基异配。正是在不断试错的过程中，模型Ⅲ成功问世了。

　　(四)完善既定理论

　　DNA模型成功地解释了双螺旋特有的x射线资料，即DNA纤维的固定直径、碱基有规律地间隔堆积以及1：1的比例，有效地说明了遗传学的自催化和异催化现象，及DNA如何储存遗传信息的机制。因此用模型解释实验结果和经验事实是验证理论正确与否的必经之路。当然，若有进一步的实验结果表明理论模型的不足，还需要在新事实面前加以完善。事实上，就在沃森、克里克公布他们的DNA结构模型后不久，鲍林通过实验证明，鸟嘌呤与胞嘧啶之间存在着三个氢键而不是两个。于是沃森、克里克毫不犹豫地对原模型进行了更正。