科學發現

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科學發現(Scientific discovery)

　　科學發現是指人們對自然界客觀存在的前所未知的物質、現象及其變化過程和客觀規律的認識。

　　(一)依據發現客體的分類依據發現客體的不同，科學發現可分為：

　　(1)科學新事實的發現。如煙草花葉病毒的發現。

　　(2)科學新理論的發現。如氧化學說的誕生。

　　(二)依據發現主體的分類依據發現主體的不同，科學發現可分為：

　　(1)個體發現，即該科學發現由某一位科學家獨立完成。如狹義相對論的建立。

　　(2)群體發現，即該科學發現是由眾多科學家合作的結果。如量子力學理論的創立。

　　(三)依據發現方法的分類依據發現方法的不同，科學發現可分為：

　　(1)觀察發現，即通過觀察方法而導致的發現。如紅移現象的發現。

　　(2)實驗發現，即通過實驗方法而導致的科學發現。如質子的發現。

　　(3)純理性發現，即通過純粹理性的方法而導致的科學發現。如相對論和行星運動三定律。

　　(4)非理性發現，即通過直覺、靈感、想象、頓悟等跳躍式思維方法而導致的科學發現。如苯環結構的發現。

　　(四)依據發現的性質的分類依據發現的性質的不同，科學發現可分為：

　　(1)可預見性發現，即從理論上已經預知了它們的存在。如無線電波、填補元素周期表上的空格的那些元素的發現。

　　(2)未預見性發現，即已有的理論事先不能預見它們的存在。如氧氣、電流、x射線的發現。

　　(五)依據發現的後果的分類依據發現的後果的不同，科學發現可分為：

　　(1)革命性發現，即對原有的科學理論進行根本性的變革。如相對論和量子力學的建立。

　　(2)改良性發現，即對原有科學理論進行補充和完善。如伴性遺傳現象的發現。

　　1、亞里士多德的歸納一演繹邏輯

　　2、培根的歸納主義邏輯

　　3、笛卡爾的演繹主義邏輯

　　1、赫舍爾等從發現與證明的區分上確認科學發現無邏輯

　　2、賴欣巴赫等將科學發現視為純粹心理過程而迴避科學發現的邏輯存在

　　3、庫恩等依據史實案例視發現為“瞬間的心理體驗”而否定科學發現的邏輯

　　4、夏佩爾等從科學發現過程的分析入手，說明發現並無規則的程式和某種演算法存在，因而否認發現的邏輯存在

　　科學發現是整個科學活動的一部分。由於科學發現的歷史背景、科學的類型，以及科學家個人思想方法、專業特長之不同；也由於科學發現是一種探索性、創造性的活動，科學發現活動歷來不存在固定的模式、單一的途徑。然而，儘管科學發現活動各具特色、個性特點鮮明，但同一切社會實踐活動一樣有規律可循。就其實現的內在機制說，還是存在著一定的法則。

　　科學發現的思維過程即是創新思維的實現過程，必然同樣經歷著創新思維發展的四階段——準備期、醞釀期、明朗期和驗證期，同樣是邏輯過程與非邏輯過程的統一。 ．

　　科學發現思維過程的四個階段實際上是不可能截然分開的，它經常是重疊和交叉的；思維過程的張與弛也是相互交織的；邏輯思維方式與非邏輯思維方式也是協作互補的。這種協作互補性在科學發現的第三個階段—-一明朗期表現得非常明顯，在此階段，科學認識主體的思維方式由原來的以邏輯思維為主，轉變為以非邏輯思維為主，尤其是形象思維在此階段的科學思維中占據了主導地位，發揮著重要而獨特的作用。科學發現過程中邏輯與非邏輯的統一主要表現在：創造性思維“靈光”的閃現往往是形象的，而其思想的深化又往往是邏輯的；當思維中斷以後，接通思維路經的思維形式往往是形象的，而沿著思路走向目標的進程，又往往是邏輯的；在創新思維醞釀過程中激發飛躍的思維往往是形象的，而對這種飛躍獲得的認識成果的驗證，又往往是邏輯。

　　“發明”與“科學發現”不同。科學發現是對自然現象、物質或規律的發現或認識，“發現”的對象是自然規律或者自然現象，而發明的對象則是技術方案。“發現”只是人類對自然界的認識，並非人類的創造，故而不是發明。

　　(一)形象思維為科學發現奠定可感知的認識基礎；

　　(二)形象思維能連接中斷了的邏輯思維鏈條；

　　(三)形象思維引導科學創造；

　　(一)確立科學問題

　　沃森、克裡克DNA分子雙螺旋結構的發現模式如圖7—4所示。克裡克在回憶DNA分子雙螺旋結構發現的經過時曾說，他們成功的第一步就是明確了“分子生物學的中心問題是基因的化學結構”。20世紀三四十年代(實際上到1952年)，生物學界一直流行的是“四核苷酸假說”，即蛋白質是遺傳物質。即使在1944年艾弗里等人的實驗已證實了DNA是遺傳物質，1952年赫爾希等發現噬菌體的外殼蛋白質不進入大腸桿菌，更進一步說明蛋白質不是遺傳物質後，不少科學家仍覺得對他們的資料應當謹慎地加以解釋。1952年4月在牛津舉行的普通微生物學會議上討論病毒繁殖的本質時，到會的400多位微生物學家除少數幾位外，絕大多數人對上述兩項成果不感興趣。然而沃森、克裡克卻認為，“艾弗里的實驗使我們聞到了DNA是基礎遺傳物質的氣息”，並意識到“蛋白質並不是真正解開生命之密的羅塞塔石碑。相反，DNA卻能提供一把鑰匙，使用它我們就能找出基因是如何決定生物性狀的，其中包括我們的頭髮和眼睛的顏色。”

　　(二)選擇最佳方法

　　明確了科學問題後，下一步的工作就是如何選擇最佳的研究方法去解決提出的科學問題。為此，沃森、克裡克選擇了模型法(與沃森他們同時研究DNA結構的弗蘭克和威爾金斯也選擇了模型法)，即將DNA的組織與結構用一個完整的模型形象地展示出來。因為模型可以使科學問題更為直觀化、簡潔化、簡明化，從而美感化了。模型法的選用，是他們類比鮑林從事蛋白質晶體結構研究的結果。既然鮑林用分子模型說明蛋白質的結構取得了成功。那為什麼就不能用同樣的方式去揭示DNA的結構呢?的確，如沃森所說，“我們必須做的一切是建構一個分子模型”。

　　(三)建構直觀模型

　　在建構DNA分子模型過程中，他們不僅廣泛吸收了鮑林、威爾金斯、查伽夫、弗蘭克林等人的研究成果，而且成功地運用了試錯法。即先提出假定，然後建立可能的結構，再根據經驗事實與其核對，看其能否作出合理解釋。他們先後建構過三個模型。第一個是三鏈模型；第二個是雙鏈同配模型；第三個是雙鏈異配模型。模型I以三條糖一磷骨架在內側，鹼基在外側，並設想分子內部靠Na+的結合力保持結構穩定。結果它因DNA的含水量少算了一半而被弗蘭克林所否定。模型Ⅱ改以兩條位於外側的糖一磷骨架，鹼基在內側，並借兩個氫鍵進行同配。但又被多諾休從化學角度指出鳥嘌呤和胸腺嘧啶不應為互變異構體所否定，同時鹼基同配也無法解釋遺傳複製。後來，他們聯想到了查伽夫的鹼基異配。正是在不斷試錯的過程中，模型Ⅲ成功問世了。

　　(四)完善既定理論

　　DNA模型成功地解釋了雙螺旋特有的x射線資料，即DNA纖維的固定直徑、鹼基有規律地間隔堆積以及1：1的比例，有效地說明瞭遺傳學的自催化和異催化現象，及DNA如何儲存遺傳信息的機制。因此用模型解釋實驗結果和經驗事實是驗證理論正確與否的必經之路。當然，若有進一步的實驗結果表明理論模型的不足，還需要在新事實面前加以完善。事實上，就在沃森、克裡克公佈他們的DNA結構模型後不久，鮑林通過實驗證明，鳥嘌呤與胞嘧啶之間存在著三個氫鍵而不是兩個。於是沃森、克裡克毫不猶豫地對原模型進行了更正。