科学问题的生成GK

科学问题的生成及其在科学研究中的作用

想要了解科学问题的生成及其在科学研究中的作用，我们需要先把什么是“科学问题”、什么是“科学研究”搞搞清楚。首先来看问题是什么？问题的定义：. 要求回答或解释的题目；需要研究讨论并加以解决的矛盾、疑难、关键；重要之点；事故或意外。在我们的生活、工作、科研中，问题无处不在，无时不有。科学是什么？近代的科学，旨在理性、客观的前提下，用知 识（理论）与实验完整地证明出的真理。达尔文也曾给科学下过一个定义：“科学就是整理事实，从中发现规律，做出结论”。那么“科学问题”呢？看看百度的解释：科学问题是指一定时代的科学家在特定的知识背景下提出的关于科学知识和科学实践中需要解决而尚未解决的问题。它包括一定的求解目标和应答域，但尚无确定的答案，所以，我们可以尽最大的努力去寻找，去探索。了解了科学问题后，我们再来看看科学研究。百度解释：一般是指利用科研手段和装备，为了认识客观事物的内在本质和运动规律而进行的调查研究、实验、试制等一系列的活动。为创造发明新产品和新技术提供理论依据。科学研究的基本任务就是探索、认识未知。科学研究就是提出了科学问题后，这一系列的为了解决科学问题的活动。所以，科学问题是科学研究的出发点和目标。

科学研究是一个不断发现问题&提出问题和解决问题的艰苦求索过程。发现问题&提出问题以及确定课题是科学研究的起点，但要进入科学研究程序，首先要把问题变成课题，然后对课题进行选择即选题。所谓课题，就是为了解决某个问题&某种特定任务和达到某一目的而需要研究的用科学术语明确

表达的一个或一组科学问题。所谓选题，就是选择和确定所要研究和解决的课题。科学学创始人贝尔纳曾指出：课题的形成和选择，无论作为外部的经济要求，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。著名科学家维纳也说过：知道应该干什么，比知道干什么更重要" 可见科学研究选题之重要。（徐超富， 2014）

人们总是在不断地认识自然、改造自然。在此过程中，必然会发现各种问题，对其产生困惑与怀疑，进而进行科学探索，以期能加以解决的历史。20世纪之前，人们一直认为光、电、磁都是依靠以太传播的，麦克斯韦方程组也是以电磁波波源相对以太静止为条件建立起来的。如果电磁波波源相对以太运动，电磁波传播的速度就会变得各向异性。电磁波是横波，这就要求以太比钢还坚固，但又比空气还稀薄，这样天体才能在以太中自由运动。这种奇特的以太究竟存在不存在呢？科学家们对于以太存在与否的问题争论不休。1887年美国物理学家迈克耳逊和美国化学家莫雷合作，设计了迈克耳逊-莫雷实验来寻找以太。迈克耳逊设法使一束光线分成相互垂直的两束，经平面镜反射后，又使它们回到一起，发生干涉。由于地球的运动，光沿不同的方向传播速度不一样，这样上述两束相互垂直的光即使经过相同的距离，再回到同一地方，所花费的时间一般是不相同的。时间的差值不同，干涉条纹的位臵也将不同。如果整个实验装臵一起转过一个角度。那么，两束光回到同一地方的时间差将变化，干涉条纹的位臵也就变化了。迈克耳逊和莫雷做了这个实验，但在整个实验过程中，他们没有看到条纹的位臵有丝毫变化。这个实验使科学家面临痛苦的选择，要么承认地球不在运动，要么承认宇宙

中根本不存在以太。这次实验的结果就是飘在19世纪末物理学万里晴空中的一朵乌云！为了解释这个实验事实，科学家们开始提出了种种假设，其中之一就是假设运动物体沿运动方向的长度将缩短。洛伦兹根据这个假设提出了著名的洛伦兹变换。

1905年，爱因斯坦放弃了以太学说，把伽利略的力学相对性原理推广到所有物理学规律，提出了光速不变原理，创立了狭义相对论。在狭义相对论中，洛伦兹变换成了两个基本原理的必然结果。狭义相对论把时间、空间和物质、运动的内在联系揭示出来了。1915年，爱因斯坦又通过引进" 引力场" 把相对性原理从惯性系推广到作匀加速运动的参考系，建立了广义相对论。广义相对论进一步揭示了物质及其存在形式的辩证关系。广义相对论导出的一些结论，已被一些实验和观察结果所证实。

爱因斯坦（1879～1955）因此成为20世纪最伟大的物理学家。爱因斯坦从小就是一个奇怪的孩子。他酷爱音乐，6岁时学习小提琴，14岁时已能登台演出。但上学时，教师说他智力迟钝，除数学外，历史、地理和语言成绩都很差，以致遭退学处分。他的教育主要靠家庭和自学。在叔父影响下，他对数学特别爱好，受舅父影响又对自然科学产生强烈的好奇心。17岁时，他就开始接触了一些理论物理学。爱因斯坦大学毕业后，到伯尔尼市联邦专利局工作，在这段工作期间他陆续发表了许多论文，特别是1905年他发表的五篇论文，其中三篇都有资格获得诺贝尔奖。1916年他又发表了著名的《广义相对论的基础》。1921年，爱因斯坦因对光电效应的研究而获得诺贝尔奖。1933年，希特勒上台，爱因斯坦因受法西斯迫害而被迫移居美国。1933年，爱因

斯坦写信给美国总统罗斯福，建议抢在德国法西斯的前面制造原子弹。后来当他得悉美国的原子弹轰炸了人口稠密的日本城市时，他大为震惊，并为自己曾给罗斯福写过信这件事感到无比懊悔。1955年4月18日，爱因斯坦病逝于普林斯顿医院。法国著名物理学家朗之万这样评价爱因斯坦：" 在我们这一代的物理学史中，爱因斯坦的地位将在最前列。他现在是并且将来也还是人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星。"" 也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献更深入到人类思想基本概念的结构中。"

19世纪末，许多科学家用经典理论研究黑体的热辐射问题都遭到了失败。普朗克以瑞利-金斯和维恩公式为基础，利用数学的内插法，导出了一个与实验结果非常一致的辐射公式。但普朗克从理论上论证这个公式时，发现要得到正确的黑体辐射公式，除非黑体在辐射或吸收能量过程中，能量是一份一份的，而不是连续的。1900年普朗克在一篇论文中宣布了这一革命性的发现，创立了量子说。1905年爱因斯坦把热辐射的量子说推广到光现象，提出了光量子理论，指出了光的波粒二象性。爱因斯坦用光量子理论成功地解释了经典理论无法解释的光电效应现象。

普朗克（1858～1947年）是德国物理学家，1858年生于德国的基尔，普朗克少年时就表现出很有天分。他对数学和音乐有特殊的爱好。据说，中学毕业选择专业时，他曾在音乐和自然科学之间犹豫不决。1874年普朗克考入慕尼黑大学，初主攻数学，随后又爱上物理。他的老师约里曾劝阻他这样做。在约里的眼里，当时的物理学已是一门高度发展的、几乎是尽善尽美的科学，似乎在这个领域已无事可做。约里的观点实际是反映了当时物理学家的普遍想法。

普朗克一生在科学上提出了许多创见，贡献最大的就是1900年提出的黑体辐射中的量子假说。此项成就使他获得了1918年的诺贝尔奖。在从事科学的同时，普朗克还从事音乐演奏和登山运动。他把音乐和登山运动看作是紧张的科研活动后的必不可少的调剂。普朗克退休后仍经常参加物理研究所的恳谈会和举办大众讲座。他参加会议总是十分准时，据说根据他在会场上的出现时刻可以校正钟表！

1913年，玻尔引进普朗克的量子概念，建立了氢原子核外电子轨道理论，这个理论成功地解释了氢原子光谱，建立了经典原子物理学。玻尔的经典量子论虽然在确定原子能级的细节方面取得了许多成就，但到那时为止，即使能够算出谱线的频率，但不能计算它们的强度和解释光为什么会偏振等问题。量子力学的建立才解决了这些问题。

1924年德布罗意受光量子具有波粒二象性启发，提出了实物粒子跟光子一样，也具有波粒二象性。后来实物粒子波叫做物质波，又称德布罗意波。德布罗意还给出了物质波的波长跟粒子质量、运动速度等关系。1927年戴维逊和革麦通过电子衍射实验证实了德布罗意的假说。1925年海森堡、玻恩等人，采用矩阵数学的方法，抛弃了以经典轨道、坐标和动量等描述微观世界的方法，创立了矩阵力学。1926年，薛定谔从物质波的思想出发，采用了德布罗意提出的波函数作为描述微观粒子的状态，建立了薛定谔方程，创立了波动力学。波动力学和矩阵力学后来被证明为等价的学说，以后两者统称为量子力学。量子力学用" 几率波" 、" 测不准关系" 等新概念来描述微观粒子的运动，揭示了微观世界的许多新特点。通过解氢原子的薛定谔方程，能非常自然地导出玻尔理论中的四个量子数和电子跃迁时的选择定则。量子力学把描

述宏观现象的牛顿力学作为一种极限情况包括在内，这是物理学发展史上又一次大的综合。

1928年狄拉克又把量子力学与狭义相对论结合起来，创立了相对论性量子力学。由于量子力学能很好地统一说明分子、原子、电子等微观粒子运动的规律。因此，量子力学后来被应用到化学上，产生了量子化学。随着生物学研究水平逐渐深入到分子水平，在这个水平上研究生物学，量子力学又成了最有力的工具，于是产生量子生物学。这样在微观世界中，物理学、化学和生物学的界限又变得模糊起来。古代的不分学科的自然科学经过发展、分化，现在又在微观问题的研究中又逐步趋向合并了起来。

科学问题对于科学的发展进步必然起着至关重要的作用，为了解决一定的科学问题，人们根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的问题及其相关的现象做出一系列猜测性的陈述或假定性的说明。这些猜测性的陈述或假定性的说明可以称为假说，假说会随着时代的发展而不断更新，最后在科学家们的努力下发展成为科学！科学问题的生成通道不仅是可以探索的、有规律可循的，而且还可以是逻辑刻画的。这就从本体论、认识论和方法论等方面对科学问题进行了全方位地透视和把握，也为从事科学研究的工作者提供一定的启示和借鉴之作用。（沈振东， 2014）

综上所述，我们可以说由于有科学问题的存在，科学研究才一直进行下去。提出科学问题是科学研究的出发点，解决科学问题是科学研究的最终目标。正确的、有意义的科学问题为科学发展指明了方向。正是为了解决科学问题这样的直接动力，使得科学家们不断的进行探索，不断的进行着科学研究，

最终促使人类文明的不断进步。但是我们也必须注意到“只要我们没有提出正确的问题, 那么, 我们就永远不能期待问题的正确答案。”由于科学研究是由科学问题定向的, 而科学问题又是由其预设定向的, 所以, 科学问题预设的正确与否、具体与否, 与科学研究的成败与否、效率高低与否是密切相关的。因此, 分析科学问题预设的意义, 不仅在于希望科学问题的解答者能够正确地表征科学问题, 提高科学研究的效率; 同时还在于企盼科学问题的提出者, 能够在正确的世界观的指导下, 在对详实的科学背景知识作出分析的基础上, 提出正确的问题, 以提高科学问题的质量。

参考文献： [1]涂佳才， 顾苗. 论科学理论与科学研究的关系[J]. 陕西教育理论 2014.

[2]徐超富， 苏慧雯， 姚尧. 科学研究：选题从哪里来？[J]. 当代教育论坛 2014（1）.

[3]沈振东. 科学问题生成机制之研究[J] 集宁师范学院学报 201(3)