科学问题的来源和选题的基本原则

二、科学问题的来源和选题的基本原则

1.科学问题的来源

科学问题产生于对科学知识背景的分析。在这个意义上，科学问题本身已经客观地存在于背景知识之中，只待人们通过分析去发现它。所以，科学问题的提出，它本身就已构成了科学中的“发现”。科学问题往往是通过下述途径而被提出或发现的。

①经验事实积累到一定阶段时产生的科学问题。科学的任务不仅在于描述、归纳、整理经验事实，而且在于从理论上概括和把握各种自然现象的内在联系。因此，当经验事实积累到一定阶段，自然会提出“如何统一解释和揭示那些曾经被分门别类研究的自然现象之间的内在联系”之类的问题，而这一类科学问题的提出常常给科学带来飞跃。如元素周期律的发现就是建立在这类问题之上的。我们知道，在历史上，各种化学元素曾经被一个个地孤立地发现和研究，但进入19世纪以后，所发现的化学元素已不下28种，并且还在不断地增加。这时人们就提出了这样的问题：各种化学元素之间难道没有内在联系吗？如何来揭示各种化学元素之间的内在联系呢？从那时起，人们就想统一解释各种化学元素。先是W·普劳特假说，以后，J·W·段柏莱纳（三素组假说的提出者）、D·尚古都（螺旋图假说提出者）、J·A·R·纽兰兹（“八音律”假说提出者）、D·I·门捷列夫（元素周期表的提出者）都是围绕着这个重大课题展开研究的。像这种基本的科学问题的解决，常常成为科学中的奠基性工作。

②科学理论与科学实践的矛盾所产生的科学问题。传统的科学理论难以解释新的经验事实，是科学发展中产生科学问题的重要来源之一。随着科学实践的发展，实验技术和手段不断完善，以及大量新的经验事实被揭示，必然会加剧理论与实践的矛盾，从而引发一系列的经验问题。例如，现代物理学革命的起因，就是经典物理学理论难以解释19世纪末、20世纪初不断涌现的新的物理实验事实和现象，如“黑体辐射”、“光电效应”等，从而产生出大量足以动摇经典物理学大厦根基的问题，如“能量究竟是连续的还是不连续的”、“经典物理学能否有效解释微观物质世界的运动规律”等。

③科学理论体系本身的内在矛盾所产生的科学问题。科学理论体系的构建，在逻辑上应该是自洽的。如果从同一个前提出发，导出两个彼此矛盾而在逻辑上又同时成立的两个命题，这就出现所谓逻辑悖论，它与科学理论的自洽性要求不符，因而是要尽力排除的。一般说来，一个理论内部的逻辑矛盾是比较隐蔽的，必须经过缜密的分析和严格的推导才能揭示出来。G·伽利略通过揭露亚里士多德关于重物先落地的所谓亚里士多德动力学悖论，进而建立起包括自由落体定律在内的一系列运动定律。他首先根据亚里士多德的动力学理论假设，重物的下落速度v₁大于轻物的下落速度v₂；然后设想把重物M₁和轻物M₂捆绑在一起考察其下落的速度v，结果出现了相互矛盾的两种推论：（a）因为M₁＋M₂＞M，所以两物捆绑后的下落速度v应大于v₁；（b）由于轻物的v₂小于重物的v₁，应产生一种抵消作用，因此两物捆绑后的下落速度v应小于v₁。正是这一动力学悖论的提出，促使G·伽利略发现了传统动力学理论中的逻辑缺陷，进而发现了自由落体定律。

④不同科学理论之间的矛盾所产生的科学问题。在一个学科领域中，对同一事物，可以由不同学派运用不同理论进行解释，如天文学中的日心说与地心说，地质学中的水成论与火成论、渐变论与灾变论，光学中的波动说与微粒说，化学中的燃素说与氧化说，生物学中的特创论与自生论、自然选择学说与中性学说等；或者在不同学科领域的理论之间产生了矛盾，如生物进化论和热力学之间的矛盾就是这样。热力学第二定律表明，任何孤立系统的熵将不断趋向极大。熵增加意味着系统的无序化和组织秩序的解体亦即系统的退化。但生物进化论则表明，包括生命在内的许多物质系统可以处于不断由低级到高级、由简单到复杂的进化过程。这两种理论如何统一？正是为了解决这一矛盾，推动着I·普里戈金进行耗散结构理论的研究。

⑤为了验证假说和新发现的事实而提出对它们进行检验的科学问题。科学中的一个新的假说被提出来了，但这个假说是否正确呢？要回答这个问题，通常就要根据这个假说，作出尽可能多的预言，然后设计一定的实验或观察对之进行检验。在自然科学中，一般总是通过实验和观察事实来检验理论的。但问题在于：通过实验和观察所获得的经验事实可靠吗？如何来检验经验事实的可靠性呢？怎样通过观察和实验来检验假说以及新发现的事实的可靠性，常常是科学研究中的一件十分细致而巧妙的事情。它们甚至成为实验科学家的主要工作。例如，吴健雄对杨振宁、李政道提出的“宇称不守恒定律”所作的实验检验，就属于此类工作。

2.课题与问题的关系

所谓课题，就是为了解决某个特定的任务所需要研究的通常是用科学术语明确表达的一个或一组的科学问题。它与提出的科学问题既有联系又有区别。

对科学而言，课题与问题的共同点在于两者都是值得研究探讨的科学问题，都是未知的东西。只不过问题是课题的基础，课题是问题的深化，是由一些有价值、有创造的问题进一步形成的。

课题与问题的不同之处在于：（a）课题是具有独立性的科学问题，也就是说，作为课题各有其不同于其他课题的特殊的质。而问题是只要表明不知道的东西就可构成问题，这种不知道的东西往往包含着大量肤浅的、表面的现象。因此，要使问题升华为课题，首先要进行筛选，然后还要根据已知的科学知识，对未知的问题进行科学预测，从本质上找出该问题区别于其他问题的特殊的质。（b）课题是有明确意义的科学问题。所谓明确的意义包含两层意思：一是课题是有科学根据的问题，或者说，在科学上是成立的，可以从已知的条件加以实际研究；二是课题是用科学术语表述的，是问题的科学化。课题的这个特征比提出一般问题更成熟、更深刻。地质学家李四光就说过：“无论问宇宙或者问我们自己，我们不难一口气发出许多问题，但是这许多问题，不一定都具有独立的且明了的意义；也许有些根本就不能成立。”⁽⁹⁾他总结自己长期进行科研的实践，特别是开创地质力学这个新学科领域的经验时指出：“科学工作最使人感兴趣的，与其说是问题的解决，恐怕不如说是问题的形成。任何一个实际问题很少是单纯的，总要对于构成一个问题的各项事物，实际上就是代表事物的那些词句的意义，和那个问题展开的步骤，有了正确的认识，方才可以形成一个问题。做到这一步，问题可算已经解决了一半。”⁽¹⁰⁾他在这里不仅强调了形成研究课题的重要性，而且指出了形成课题的方法，具有普遍的方法论意义。

3.选题的基本原则

所谓选题，就是形成、选择和确定所要研究和解决的课题。J·D·贝尔纳指出：“课题的形成和选择，无论作为外部的经济技术要求，抑或作为科学本身的要求，都是研究工作中最复杂的一个阶段。一般来说，提出课题比解决课题更困难……所以评价和选择课题，便成了研究战略的起点。”⁽¹¹⁾由于课题的性质不同，选题的原则不尽相同，各有侧重，但是从大量的科研选题实践中可以概括出选题所遵循的下述几个基本原则。

①需要性原则。这一原则是指所选择的研究课题确实有研究必要，而这种必要一般是来自两个方面的需要：一是社会的需要；二是科学自身发展的需要。它规定了科学研究的根本方向。历史上的科学发展和现实的科学研究表明，许多重大课题是依据社会生产和生活的需要而提出来的，它们的解决不仅带来了直接的经济效益，而且推动着科学技术本身的深入发展。例如，袁隆平等人关于杂交水稻育种研究的成功，为我国和世界其他国家水稻大面积、大幅度增产开辟了一条新路，为人类社会带来了巨大的经济效益，同时也促进和深化了遗传学理论特别是杂交优势遗传机制的研究。另一方面，我们也应看到，科学上的重大问题并不都是直接来自社会生产实践的需要，有时是为了解决科学自身发展的内在矛盾而提出来的。这些理论探索性课题在开始时往往看不出有什么实际应用价值，但随着实践的发展越来越显示出对社会经济发展的巨大潜在推动作用。从一般意义上说，立足于满足社会需要进行研究和立足于满足科学自身发展需要进行研究两者并不矛盾，它们是统一过程中的两个方面。但是，对于不同国别以及同一国家在不同发展时期，其研究则应有所侧重，并注意在两者之间保持一个合理的比例。就研究者个人来说，无论是从事应用研究还是从事理论研究，原则上都没有背离科学研究的根本方向。从现实上来说，立足于满足社会需要的课题比较容易得到社会的认可和资助。

②科学性原则。这一原则是指选择的研究课题应当具有科学依据，要求不能违背自然规律。它体现了科学研究的内在根据。因此，纯属迷信荒诞的课题不选，从根本上违背科学原理的课题不选。遵循这一原则，就能保证研究方向正确无误，为研究最终获得成功奠定坚实基础。否则，将使研究徒劳无功。例如，I·牛顿晚年致力于《约翰启录》的诠释，试图用其科学发现去论证上帝的存在和全能，结果使这位科学巨匠白白浪费了后半生30多年的宝贵时光。W·克鲁克斯用科学仪器研究降神术，为后人提供了极为深刻的教训。但是，事情总是复杂的，我们所依据的事实开始总是不完全的，事实本身有其脆弱的一方面，而且它还会变动和发展；理论也因受各种主客观条件的限制不可避免地具有某种局限性，它会随着实践的发展而不断推陈出新。历史上许多创造性的科学发现正是发端于已有事实和理论之真实性和科学性的重新审查。因此，贯彻科学性原则要求我们具备辩证分析的头脑，选题既要尊重事实，又不拘泥于事实；既要接受已有理论的指导，又要勇于突破传统观念的束缚。

③创造性原则。这一原则包含两重含义：一是选择研究新颖的课题，即前人没有研究过或虽研究过但没有完全解决的问题；二是探索研究课题的方案、途径和方法有突破性、独创性，有助于获得人们意想不到的科学成果。创造性原则体现了科学研究的本质特征和价值意义，遵循这一原则就可能保证预期的科学成果具有一定的学术价值。创造性的含义是多方面的：（a）概念、观点上的创新，如M·K·E·L·普朗克的作用量子、A·爱因斯坦的同时性的相对性等都是概念、观点上的创新，它们在科学发展中起了一种里程碑式的作用。（b）方法上的创新，如W·冯特将实验方法引入心理学研究之中，创立了近代实验心理学这门新学科。（c）应用上的创新，即将现有理论和方法应用到新的领域中去而做出创造性成就。

④可行性原则。这一原则是指要根据实际具备的或者经过努力可以具备的条件来选择课题，对预期完成课题的主观和客观条件尽可能加以周密的估计。科学研究总是由具体的人在一定的社会环境条件下进行的，因而总是受各种主客观条件的制约。正如恩格斯所指出的：“我们只能在我们时代的条件下进行认识，而且这些条件达到什么程度，我们才能认识到什么程度。”⁽¹²⁾可行性原则要求所选定的课题是可以实现的，即经过一段艰苦的研究之后有可能被解决。主观条件是指研究者为完成某个课题所必须具备的知识结构、研究能力和技术水平等；客观条件是指从事某项研究活动所必须具备的设备、仪器等物质手段，以及必要的资金、人力和图书情报资料等。可行性原则要求人们必须依据实际具备的，或通过努力可以获得的主客观条件来选择研究课题。如果条件不具备，不管某个研究课题多么需要，多么具有科学性和创造性，那也不能成功。A·爱因斯坦晚年所研究的统一场论，就属于这类课题。从客观上看，当时比较清楚的物理场只有电磁相互作用和引力相互作用，而弱相互作用和强相互作用还不十分清楚，因此走向统一场论的客观条件还不成熟，具体途径也不明朗。从主观上看，A·爱因斯坦一是忽视了当时正在蓬勃发展的粒子物理学，企图单方面从场物理学上来统一；二是忽略了从经验基础上直觉把握统一场论大厦的基石，仅仅凭借数学手段来建筑这幢大厦，结果留下一大堆弄不清其物理意义的数学方程式。然而，统一场论课题毕竟是符合科学性原则的，只要条件具备了，问题就会被重新提出来并逐步得到解决。

上述四条原则既各有规定性，又相互联系。其中，需要性原则规定着科学研究的根本方向，科学性原则体现了科学研究的内在根据，创造性原则反映了科学研究的本质特征，可行性原则则是决定选题成功的关键。