科学发现有规律可循吗

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  科学发现的心理逻辑模型

  据EurekAlert!:科学发现有无规律可循?这一直是一个令科学家着迷和不断进行研究探索的重大问题。最近一项研究提出,科学发现的重要方法包括溯因方法、归纳方法、类比和隐喻方法,这3 类方法在科学发现中被用来寻找和提出假说;而演绎推理则用来验证假说。研究指出,在人类认知活动中,所有逻辑过程同时也是心理过程,因此,所有逻辑都是心理逻辑。研究者建立了包括溯因、类比、归纳3 个并行通道和演绎的1 个串行通道的科学发现的心理逻辑模型。该模型是基于认知科学理解的综合模型,较之已有的任何同类模型都更为先进,对经典的科学发现也有更强的解释力。根据此模型,作者对与科学发现有关的一些重要问题进行讨论,并得出一些有意义的结论。

  该研究成果发表于《科学通报》201312月58卷34期,由清华大学心理学系教授、清华大学心理学与认知科学研究中心主任蔡曙山独立完成。

  因果性是事件或对象的恒常关系在人们头脑里的反映。科学发现就是寻找事物或现象之间的因果关系及其规律的人类认知活动。随着当代认知科学的发展,人们逐步从脑与神经科学的层面认识了脑与因果性和因果推理的关系。可以认为, 因果性是人类在进化中形成的对外部信息进行加工时脑和神经系统的一种重要的联结方式

  大脑的因果关系信息加工分为两种基本的方式,从因及果和由果溯因,前者包括演绎推理(deduction),皮尔士(C. S.Peirce)称这类推理为“解释前提”(explicative)的推理。由果溯因的推理叫溯因推理(abduction),它是探求因果性和科学发现的最重要的方法。皮尔士将溯因推理和从有限样本的属性推出整体属性的归纳推理(induction)合称为“扩展前提”的(ampliative)推理。此外,还有一类皮尔士未纳入其推理体系而在当今认知科学中受到青睐的类比推理(analogy)。

  研究者认为,科学发现所使用的逻辑方法主要是溯因、类比和归纳,演绎不能用于科学发现,但却是验证科学假说的重要方法。

  古希腊亚里士多德、欧几里得对演绎推理进行研究,分别建立历史上第一个逻辑公理系统和几何公理系统,在西方乃至整个人类科学史、思想史和文化史上留下深远的影响。苏格拉底和柏拉图则已经在其教育实践中使用了溯因推理。类比推理是中国人和东方人擅长的推理方式,过去不受重视甚至被贬低,但在认知科学建立后,成为人类认知的重要方法。

  该研究取得的进展和主要的理论贡献是:

  第一,提出人类心智的逻辑过程同时也是心理过程,因此,所有逻辑都是心理逻辑。逐一分析演绎推理、归纳推理、溯因推理和类比推理的心理逻辑特征。这样一来,从弗雷格(G. Frege)开始一个多世纪以来逻辑学与心理学相互隔绝的局面就结束了。

  第二,建立认知逻辑的学科框架。研究者将认知科学的学科框架映射到现代逻辑的背景之中,得到认知逻辑(cognitive logic)的学科框架。在这个框架中,我们有哲学逻辑、心理逻辑、语言逻辑、人工智能的逻辑、文化与进化的逻辑以及神经系统的逻辑。认知逻辑是对现代逻辑的“重新洗牌”,适应于认知科学背景下逻辑学的发展。

  第三,将心理逻辑安放在认知逻辑的合理框架内,心理逻辑取得了合理存在的理由。心理逻辑有以下特征:心理逻辑以心理要素为自变量,以逻辑要素为因变量;心理逻辑是逻辑学,心理逻辑是心理因素的逻辑函数;逻辑思维或逻辑推理受心理因素的影响。

  第四,在心理逻辑的思想主导下,将科学发现看作一个心理逻辑过程,而不是一个孤立的理性过程和逻辑推理过程,也不是一个孤立的经验过程和心理直觉过程。在此基础上,作者建立科学发现的心理逻辑模型。这个模型包括由溯因推理、归纳推理和类比推理组成的并行通道和它们与演绎推理组成的串行通道。人类思维和科学发现的心理逻辑特征充分体现在这个模型之中。(见图)

  第五,使用这个模型,较好地说明和解释了科学史上的很多著名的理论和发现,如大陆漂移和板块结构理论、大爆炸宇宙论、培根机器的定理证明等等。

  第六,其他一些思想观点。演绎与溯因是密切相关而又互逆的思维过程。例如,定理的求证是由果溯因,使用溯因推理;定理的证明是由因及果,使用演绎推理。

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