Che cosChe cos’è’è questa questa scienza?scienza?

La sua natura e i suoi La sua natura e i suoi metodimetodi

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, poichéla 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”1948Non 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: induttivismoingenuo

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 La generalizzazione da un elenco finito di proposizioni finito di proposizioni osservativeosservative a a

una legge universaleuna legge universale

Condizioni:1. Alto numero prop osserv2. Le oss sono ripetute per una vasta

gamma di circostanze3. Nessuna prop oss deve contraddire la

legge univ derivataEs.: dilatazione termica e ubriaco

australianoPrincipio 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

Deduzione3. Previsioni e spiegazioni

Logica e ragionamento deduttivo

• Lo scienziato ricava da leggi e teorie deleconseguenze 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 èveraes.: i libri di filosofia sono noiosies.: i gatti a 5 gambe

Es: previsione del radiatore che gelaLa verità delle premesse può essere accertata solo

dall’esperienzaSpiegare 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 La descrizione del metodo scientifico di un economista del XX secoloeconomista del XX secolo

C G C G HempelHempel, , PhilosophyPhilosophy of of naturalnatural sciencescience, , NJ, 1966NJ, 1966

• Pagine 21

Meriti dellMeriti dell’’induttivismoinduttivismo ingenuoingenuo

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 attendibilitàrispetto ad altre forme di conoscenza

La scienza• È obiettiva, perché lo sono l’osservazione

e il ragionamento induttivo (chiunque può verificare le proposizioni osservativemediante 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 osservativeviene trasmessa alle leggi e alle teorie con il principio di induzione.

La descrizione del metodo scientifico di un La descrizione del metodo scientifico di un economista del XX secoloeconomista del XX secolo

C G C G HempelHempel, , PhilosophyPhilosophy of of naturalnatural sciencescience, , NJ, 1966 NJ, 1966 –– pp.21.21

Critiche al principio di induzioneCritiche 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 logicaIl 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 allIl ricorso all’’esperienzaesperienza• 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 èstato usato con successo

Altre critiche Altre critiche allall’’induttivismoinduttivismo

• Le richieste:– Grande numero di osservazioni– Vasta gamma di circostanze

Sono vaghe e indeterminate … quante servono? deve essere definito nei particolari!

Es.: caso bomba atomicaCaso osservazioni superflue e della significatività delle

variazioni / variabili – ruolo della teoria?Ricorso alla probabilitàLe 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 veritào la probabile verità può essere stabilita sulla base dei dati

Possibili risposte al problema Possibili risposte al problema delldell’’induzioneinduzione

• 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 dellDipendenza dell’’osservazione dalla osservazione dalla teoriateoria

lo status e la funzione delllo status e la funzione dell’’osservazione, osservazione, base di tutta la conoscenza scientificabase 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 didatticafiducia 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.351. attento il vento sta spingendo la carrozzina del

bambino verso il burroneTeoria: Esiste il vento – Proprietà: sposta gli oggetti

2. Devo fare il caffè, ma il gas non si accendeTeoria: 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. sono sempre formulate nel linguaggio di una teoria

2. Sono tanto più precise quanto lo è la struttura teorica– 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)3. 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

⇒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 èdifficile da inquadrare con l’induttivismo: Lakatos ne parla come di un programma degenerato

Il valore di una teoria

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: èla 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 èlegato all’esistenza di PO logicamente possibili e falsificabili– Es.2: orbita pianeti– Es.3: Popper e la parodia Adlerianap.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 piùgenerali e falsificabili– Popper, p.51

• Le idee temerarie sono incoraggiate (purchèfalsificabili 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 …sonosicure? 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 rivali1. Capacità predittive

2. Tempo di degenerazione (lettura storia elettricità p.92)

I paradigmi di Thomas Kuhnthe 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 comunitàscientifiche (scienza normale)

– Sviluppo organizzato in:• Pre-scienza• Scienza normale• Crisi• Rivoluzione• Nuova scienza normale• Nuova crisi