Che cos`è questa scienza?

Che cos’è questa
scienza?
La sua natura e i suoi
metodi
di Alan F Chalmers
Marisa Michelini
Storia per la didattica
scientifica
• Itinerario storico nella didattica
• Argomentazione critica di ipotesi alternative in
termini narrativi
• Coscienza di evoluzione metodologico-epistemico
ai bambini dagli esempi storici di studi
sperimentali
• Illustrazione di come sono nate idee, ad esempio
da bisogni reali
• Motivazionale dall’aneddotica etc
• Seguire i ragionamenti degli scienziati ed essere
motivati dal confronto
• Alcune idee spontanee si avvicinano a modelli
interpretativi superati e questi possono diventare
strumenti per superare le idee di senso comune
• Collocare gli esperimenti e capire il contesto in cui
si sono sviluppati e motivare
• Favorire il pensiero scientifico si usa la storia
della scienza per esplicitare i ragionamenti e
seguire l’argomentazione scientifica
L’induttivismo:
la scienza come conoscenza derivata
dai fatti empirici
• La conoscenza scientifica è conoscenza
provata; le sue teorie derivano
rigorosamente dai fatti empirici acquisiti
mediante l’osservazione e l’esperimento.
• La scienza si basa su ciò che è possibile
vedere, udire toccare; il pensiero
speculativo le opinioni personali o le
preferenze non vi trovano posto, poiché
la scienza è oggettiva.
• La conoscenza scientifica è attendibile
appunto perché oggettivamente
dimostrata.
Affermazioni della rivoluzione scientifica del
XVII secolo – alimentate da grandi come
Galileo e Newton
• Il filosofo Francesco Bacone riassume
l’atteggiamento del tempo dicendo che per
comprendere la natura non si deve
consultare gli scritti di Aristotele, ma la
natura stessa.
• Le fonti progressive: le fonti della
conoscenza non sono nelle opere degli
antichi, nella Bibbia, in Aristotele (errore
dei filosofi medioevali), ma nell’esperienza
(come mostrato da Galileo…)
• J J Davies “On the scientific method” 1968:
la scienza è una struttura costruita sui fatti
• H D Antony “Science and its background”
1948
Non furono tanto le osservazioni e gli esperimenti
che Galileo condusse a determinare la rottura con
la tradizione, quanto il suo atteggiamento verso di
essi. Egli considerava i fatti sperimentali per quel
che erano, cioè semplici fatti, senza porli in
relazione con qualche idea precedentemente
formulata… è indifferente che questi fatti siano
riconosciuti o meno in uno schema riconosciuto
dell’universo, poiché la cosa importante per Galileo
era che li si accettasse e che si formulassero teorie
entro cui ordinarli
• è un tentativo di formulare un’immagine
popolare della scienza: induttivismo
ingenuo
Induttivismo ingenuo
• La scienza parte dall’osservazione
• L’osservatore è perfetto, fedele,
imparziale
• Le affermazioni intorno al mondo e
ai fenomeni sono legittimate
dall’uso imparziale dei sensi
• Proposizioni osservative (esempi):
singolari, cioè riferite ad un evento
o stato di cose particolare
• Proposizioni generali (universali): si
riferiscono a tutti gli eventi di un
certo tipo – in ogni luogo e in ogni
tempo – (esempi) /leggi e teorie…
modelli?
La generalizzazione da un elenco
finito di proposizioni osservative a
una legge universale
Condizioni:
1. Alto numero prop osserv
2. Le oss sono ripetute per una vasta
gamma di circostanze
3. Nessuna prop oss deve contraddire la
legge univ derivata
Es.: dilatazione termica e ubriaco
australiano
Principio di induzione
Se si è osservato che in una vasta
gamma di circostanze accade un
grande numero di fenomeni A e se tutti
i fenomeni osservati hanno mostrato di
avere la proprietà B (senza eccezioni),
allora tutti i fenomeni A possiedono la
proprietà B
Il pdv dell’induttivista
• La conoscenza scientifica si costruisce per
induzione dalla base sicura dell’osservazione
• Al crescere del numero dei fatti, della raffinatezza
degli esp e miglioramento tecnologico -> cresce il
numero di leggi e la portata delle teorie => la
scienza cresce con l’allargamento della base
osservativa
• Si deve dare ruolo a:
– Spiegazione
– Previsione
Il processo è il seguente:
1. Fatti (osservazioni)
induzione
2. leggi e teorie
Deduzione
3. Previsioni e spiegazioni
Logica e ragionamento
deduttivo
• Lo scienziato ricava da leggi e teorie dele
conseguenze che sono spiegazioni e previsioni
– Es.: dilatazione e binari
– Es.: deduzione logica
La logica e la deduzione assicurano solo che, se le
premesse sono vere, allora anche la conclusione è
vera
es.: i libri di filosofia sono noiosi
es.: i gatti a 5 gambe
Es: previsione del radiatore che gela
La verità delle premesse può essere accertata solo
dall’esperienza
Spiegare l’arcobaleno
- Leggi e teorie ricavate dall’esp.: riflessione, rifrazione,
relazione con colore (tutte controllate in laboratorio)
- Condizioni iniziali: proposizioni che descrivono
particolari del fenomeno in esame con cura
- Previsioni e spiegazioni seguono
automaticamente, con argomentazioni che usano
ipotesi come “assunta sferica ogni goccia di pioggia,
ogni raggio luminoso per rifrazione assume la
traiettoria… e se la scomposizione della luce in colori
è corretta, la velocità di propagazione di ogni colore
La descrizione del metodo scientifico di un
economista del XX secolo
C G Hempel, Philosophy of natural science,
NJ, 1966
• Pagine 21
La descrizione del metodo scientifico di un
economista del XX secolo
C G Hempel, Philosophy of natural science,
NJ, 1966 – p.21
Meriti dell’induttivismo ingenuo
1. Ha formalizzato alcune concezioni
popolari in merito al carattere della
scienza
2. Ha evidenziato il potere della scienza di
spiegazione e previsione
3. Ha dato alla scienza maggior attendibilità
rispetto ad altre forme di conoscenza
La scienza
• È obiettiva, perché lo sono l’osservazione
e il ragionamento induttivo (chiunque può
verificare le proposizioni osservative
mediante il normale utilizzo dei sensi):
non vi è nessun elemento soggettivo
• È attendibile perché si può dimostrarne la
verità attraverso la testimonianza diretta
dei sensi
L’attendibilità delle proposizioni osservative
viene trasmessa alle leggi e alle teorie
con il principio di induzione.
Critiche al principio di induzione
Le concezioni di base sono:
• La scienza parte dall’osservazione, che
fornisce la base solida della conoscenza
• La conoscenza è derivata per induzione dalle
p.o.
• Ricordiamo Principio di induzione
Se si è osservato che in una vasta gamma di
circostanze che accade un grande numero di
fenomeni A e se tutti i fenomeni osservati
hanno mostrato di avere la proprietà B (senza
eccezioni), allora tutti i fenomeni A
possiedono la proprietà B
Come si giustifica il Principio di induzione?
Come dalle osservazioni si ha una conoscenza
attendibile… vera?
Ci sono due possibilità:
Logica
Esperienza
• Il ricorso alla logica
• Caratteristica deduzione logica: conclusioni
vere a premesse vere
• L’induzione non è giustificabile sul piano
puramente logico: esempio dei corvi e del
tacchino induttivista (24)
• Il ricorso all’esperienza
• osservazioni in moltissimi casi
• Confermate in moltissimi contesti
• Leggi e teorie valgono in moltissimi casi
• David Hume (XVIII sec) argomento circolare,
perché impiega l’argomento induttivo per
validare il principio di induzione:
inaccettabile
• Es: leggi ottica applicate per costruire
strumenti
• Es.: leggi moto dei pianeti e previsioni eclissi
Una proposizione generale viene inferita da
proposizioni singolari in cui il principio è
stato usato con successo
Altre critiche
all’induttivismo
• Le richieste:
– Grande numero di osservazioni
– Vasta gamma di circostanze
Sono vaghe e indeterminate … quante servono?
deve essere definito nei particolari!
Es.: caso bomba atomica
Caso osservazioni superflue e della significatività delle
variazioni / variabili – ruolo della teoria?
Ricorso alla probabilità
Le generalizzazioni sono probabilmente vere!
Es.: il tramonto del sole, la caduta dei corpi
• Il numero di osservazioni determina la generalità
• Il problema del principio di induzione resta, inoltre…
Difficoltà a indicare il grado di probabilità di una legge o
teoria
– P= numero casi osservati / numero casi possibili = n /
infinito = 0
• Si possono fare solo tante proposizioni singolari e non
generali (proposizioni mediche ad es. sul tumore…
non idea delle cause)
Tanti fallimenti nel tentativo di sostenere che la verità
o la probabile verità può essere stabilita sulla base
dei dati
Possibili risposte al problema
dell’induzione
• Hume: la scienza non può essere
legittimata razionalmente; il ricorso
a leggi e teorie è un’abitudine
psicologica per ogni osservazione
ulteriore
• Evidenza del principio di
induzione…è ovvio che (es Terra
piatta e credenze basate sul fatto
che le convinzioni sono ovvie)
• Negare il principio di induzione
(Popper e i falsificazionisti)
Dipendenza dell’osservazione dalla
teoria
lo status e la funzione dell’osservazione,
base di tutta la conoscenza scientifica
• Descrizione intuitiva dell’osservazione, il caso
della visione e del suo meccanismo.
• Illusioni ottiche
• H R Hanson, Patterns discovery, Cambridge
1958: nella visione vi è molto di più di ciò che
colpisce l’occhio.
• Influenzano la visione:
•
•
•
•
Esperienza visiva,
esperienza passata,
le conoscenze
Le aspettative
– Casi 1, 2, 3 (p.34)
• Influenza della percezione dallo stato del nostro
cervello, inoltre…
• Quando tutti condividono una certa osservazione
non tutti vedono la stessa cosa…
Esempi dalla didattica
fiducia nell’osservazione e non nell’ipotesi
interpretativa
• “il magnete attrae: alcuni metalli
(ferro e ghisa) e tutte le forme
cilindriche o circolari”
• “… non attrae vetro, polistirolo,
legno e forme cubiche”
• “…attrae forme circolari e
cilindriche: acciaio ferro e ghisa”
• “… non attrae forme cubiche” vetro,
plastica, polistirolo, legno,
alluminio, rame, vanadio, piombo e
stagno” (e gli esempi non sono tutti
cubici!!!)
• [studenti della V liceo scientifico,
2006]
• Ultima stampata
Teoria e proposizioni
osservative
•
•
•
•
le proposizioni osservative pubbliche (non
soggettive, private) che possono essere utilizzate
e criticate sono per l’induttivista utili per la base di
conoscenza (leggi e teorie)- (Darwin ha fatto
osservazioni il cui significato è contenuto
nell’essere diventate pubbliche)
Esse devono essere formulate nel linguaggio di
una teoria
per la derivazione di proposizioni generali con il
principio di induzione e anche per la deduzione
sono necessarie relazioni tra diversi gruppi di
proposizioni (non tra proposizioni ed esperienze
percettive).
Le esperienze percettive sono sempre
direttamente accessibili all’osservatore, ma non le
proposizioni osservative, che sono formulate in un
linguaggio che presuppone una base teorica
– Esempi p.35
1. attento il vento sta spingendo la carrozzina del
bambino verso il burrone
Teoria: Esiste il vento – Proprietà: sposta gli oggetti
2. Devo fare il caffè, ma il gas non si accende
Teoria: esistono gas – Proprietà: sono infiammabili
3. Il fascio di elettroni viene deviato dal polo nord del
magnete
4. Il resoconto psichiatrico sulla sindrome d’astinenza
Le proposizioni
osservative
1.
2.
sono sempre formulate nel linguaggio di una
teoria
Sono tanto più precise quanto lo è la struttura
teorica
–
–
–
3.
Es.: FORZA in linguaggio scientifico e comune
L’ipotesi che la teoria preceda l’osservazione
contrasta con la tesi induttiva che i concetti si
apprendono attraverso l’osservazione
Es.: rosso (p.38-39)
Sono fallibili come le teorie e non sono un
fondamento per leggi e teorie
•
•
•
•
Es.: gessetto…contraffazione…analisi chimica e
teoria necessaria
Es.: l’acqua che bolle a T bassa in alta quota
Es.: il variare delle dimensioni di venere
(Copernico lo prevedeva, ma la sua teoria era
rifiutata) non visibili senza telescopio (potere
risolutivo delle sorgenti)
Es.: le bacchette elettrizzate diventano
“appiccicose” o “attraggono”?
La teoria guida l’osservazione e
l’esperimento
• Hertz e l’esperimento delle onde radio (1888) o
oggi le onde gravitazionali:
– non annotò qualunque dettaglio, ma solo le cariche
accelerate e le scintille;
– la velocità che non tornava … il ruolo del
laboratorio che le rifletteva e vi era interferenza
• Le osservazioni e gli esperimenti sono realizzati
per controllare o far luce su una teoria e perciò si
tiene conto solo delle osservazioni “pertinenti”
• DIFESA INDUTTIVA: la creatività della teoria, i
molti modi per trovarla (il caso Roentgen e i raggi
X, la mela di Newton…). Come nasce una teoria /
le sue origini non è nel dominio della scienza, ma
è comunque l’osservazione che la comprova: la
sua VALIDAZIONE con gli esperimenti
• ??? Il valore di una teoria..:
– a) teoria che porta a scoprire fatti nuovi (v. e-m di
Maxwell);
– b) teoria che spiega gruppi di fatti noti
Il valore di una teoria
⇒La scienza come corpo di
conoscenze che si evolve
storicamente e una teoria si può
valutare correttamente solo facendo
attenzione al suo contesto storico
⇒Positivismo logico come
superamento di quello ingenuo: le
teorie hanno significato solo nella
misura (nb: teoria e osservazione
non sono distinguibili e le
proposizioni osservative sono
permeate dalla teoria e quindi
fallibili)
⇒La generazione di nuove idee è
difficile da inquadrare con
l’induttivismo: Lakatos ne parla come
di un programma degenerato
Falsificazionismo
• La teoria precede l’osservazione
e la dirige
• Le teorie
– sono congetture speculative a
titolo di prova (ipotesi per risolvere
i problemi di teorie precedenti)
– Vanno sottoposte a severi e
rigorosi controlli
– Non è legittimo dire che è vera: è
la migliore a disposizione…
migliore delle precedenti
• La scienza procede per prove
ed errori, congetture e
confutazioni: sopravvivono solo
le torie più adatte
Un principio logico a sostegno
del falsificazionismo:
si dimostra la falsità delle teorie
con i dati osservativi e
sperimentali
si era visto che non si poteva arrivare a
proposizioni universali su base logica,
anche ammettendo l’utilità di proposizioni
osservative vere
• Es. pag.46:
– Corvi
– Traiettoria rettilinea della luce
La falsificabilità come criterio di
valutazione delle teorie
• Il F. vede la scienza come insieme di
ipotesi proposte a titolo di prova
• Una ipotesi deve essere falsificabile
per essere scientifica
– Es p.47: piove?
• Una ipotesi è falsificabile se esiste
una PO o un insieme di PO
logicamente possibili che sono con
essa incompatibili (tali da falsificarla
se sono vere)
– Es.1: di PO NON falsificabili p.48
• Il potere informativo di una teoria è
legato all’esistenza di PO
logicamente possibili e falsificabili
– Es.2: orbita pianeti
– Es.3: Popper e la parodia Adleriana
p.49
Grado di falsificabilità delle teorie:
chiarezza e precisione
• Una legge o una teoria sono falsificabili se fanno
precise affermazioni intorno al mondo
– Es.1: Marte e le orbite. P.50
• Falsificatori potenziali: l’insieme di PO che
contribuiscono a falsificarla
– Es.2: sistema solare di Keplero e Newton, p.50
• L’avventura scientifica: cercare ipotesi sempre più
generali e falsificabili
– Popper, p.51
• Le idee temerarie sono incoraggiate (purchè
falsificabili e respinte se lo sono) [NB: imprudenza
…non accettabile dall’induttivista]
• Progresso della scienza legato alla ricchezza delle
ipotesi e al loro carattere speculativo: ne deriva una
richiesta requisita di natura chiara e precisa
– Goethe, p.52
• Chiarezza e precisione sono peraltro requisiti di
falsificabilità
• Progresso scientifico:
– processo che si evolve indefinitamente con l’invenzione
di nuove ipotesi,k critiche e controlli
– Si parte sempre da problemi e non dalla nuda
osservazione
– Es. Pipistrelli bendati, p.55
– (Es. Newton e Einstein, p.56)
Limiti del
falsificazionismo
Dipendenza dell’Osservazione dalla Teoria e
fallibilità delle falsificazioni
• Falsificazionista ingenuo: scienza come tentativi
continui di F delle T mediante accertamenti delle PO
con esse incompatibili
• Falsificazionista sofisticato: riconosce l’importanza
anche della conferma
• Le PO possono falsificare la teoria, ma …sono
sicure? È sempre la teoria a dover essere respinta?
Le PO dipendono dalla teoria…inoltre… la
tecnologia è impoirtante
• Es.: osservazioni a occhio nudo del moto dei pianeti
• Es.: traiettorie apparenti dei pianeti
– Non si può falsificare una teoria in modo conclusivo
• Popper 1934: the logic of the scientific discovery
– Le percezioni sensoriali non ci forniscono PO infallibili
– Distinguiamo tra PO pubbliche e private
– Accettabilità delle PO legata alla capacità di superare i
controlli
– Le asserzioni di base sono il risultato di un accordo e
quindi quasi convenzioni. Es.1: asserzione Popper,
p.69
– La scienza è un processo senza soggetto
– Le PO sono la base per stimare la validità di una teoria
– Es.2: base empirica, p.70
Complessità del reale e controllo
sperimentale
• Il controllo di una teoria scientifica coinvolge
un complesso molto più articolato delle PO
ed anche gli aspetti tecnologici
– Condizioni iniziali
– Assunzioni ausiliarie
• Non è possibile confutare in modo
conclusivo una teoria
– Non si può escludere che la responsabilità di
un’erronea previsione sia del complesso
apparato di controllo /es. scoperta di Urano p.31
– Lakatos p.72
• Inadeguatezza del falsificazionismo sul
piano storico. Se gli scienziati si fossero
attenuti scrupolosamente alla metodologia
F, molte teorie importanti sarebbero state
scartate!
–
–
–
–
Es.1 – teoria gravitazione, p. 73
Es.2 – teoria atomica di Bohr, p.73
Es.3 – teoria cinetica dei gas, p.74
Es. 4 – rivoluzione copernicana, p.74
Teorie come strutture
• Induttivismo & falsificazionismo: idea
frammentata della scienza. Genesi e crescita
teorie?
• Teorie come totalità strutturali:
– le PO devono essere enunciale nel linguaggio di
una T e quindi sono precise e ricche quanto le
teorie;
– le T devono avere una struttura coerente
– Il significato dei concetti dipende dalla T (es.
concetto di massa) e non basta la definizione
– Definizione di concetti non è ostensiva (da
osservazione) ma: l’individuazione dei nuovi
concetti viene da altri di cui è dato il significato;
– la posizione che occupano i concetti nella T dà loro
il significato
– Es.1 Galileo; Es.2 Elemento chimico; es.3 campo
elettrico – p.84
• Motivi per considerare le T come strutture
organizzate:
– Storico
– Significato dei concetti dipendente dalla struttura
della T
– Progresso scienza e offerta di possibili programmi
di ricerca
I programmi di ricerca di
Lakatos
• Programma di ricerca: struttura guida.
Ipotesi teoriche intorno a cui si sviluppa.
• Nucleo: assunzioni di base, salvaguardate
dalla loro falsificazione mediante ipotesi.
Esso è reso non confutabile da una
decisione metodologica dei suoi protagonisti
(a costo di introdurre ipotesi ausiliarie
integrative del nucleo). Non è modificabile
nell’ambito del programma di ricerca.
• Cintura protettiva di ipotesi ausiliarie,
condizioni iniziali
• Euristica positiva: modo di sviluppare
ulteriormente il programma di ricerca, con
integrazione del nucleo per:
– Render conto dei fenomeni noti
– Prevedere nuovi fenomeni
I programmi di ricerca di
Lakatos
• Due tipi di programmi di ricerca
– Progressivi: portano alla scoperta di nuovi
fenomeni
– Degenerati: sistematicamente confermano
e non scoprono
• Euristica negativa: nucleo inalterato
nelle proposizioni universali (e non solo
singolari come dice Popper)
• Euristica positiva: indica agli scienziati
cosa devono fare per integrare il
nucleo, comporta lo sviluppo di
– Ipotesi ausiliarie
– Elaborazione di strumenti formali –
matematici
– Individuazione di tecniche sperimentali
– Es.: gravitazione di Newton, p.88
• Valore di un programma di ricerca:
due condizioni
1. Coerenza sufficiente da offrire indicazioni
per ricerche future
2. Porta a individuare nuovi fenomeni
Metodologia di un programma di
ricerca
Secondo Lakatos va discusso da 2
pdv:
1. Lavoro svolto in un singolo
programma di ricerca: estensione
della sua cintura per l’aggiunta e
articolazione di varie ipotesi.
Qualsiasi aggiunta è consentita
purchè:
•
•
•
non sia ad hoc (es. anomalie…)
Indipendentemente controllabile
Tenga ai controlli sperimentali
2. Meriti del programma rispetto a quelli
rivali
1. Capacità predittive
2. Tempo di degenerazione (lettura storia
elettricità p.92)
I paradigmi di Thomas Kuhn
the structure of scientific revolutions 1962
• Fisico, si dedica alla storia della
scienza e riflette sui suoi preconcetti
sullo sviluppo della scienza
• Ricerca di una teoria della scienza
compatibile con realtà storica:
– Carattere rivoluzionistico del progresso
scientifico: abbandono di una struttura
teorica e sua sostituzione con un’altra con
quella incompatibile
– Adesione ad un paradigma di comunità
scientifiche (scienza normale)
– Sviluppo organizzato in:
•
•
•
•
•
•
Pre-scienza
Scienza normale
Crisi
Rivoluzione
Nuova scienza normale
Nuova crisi