questa scienza? La sua natura e i suoi metodi

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1 Che cos è questa scienza? La sua natura e i suoi metodi di Alan F Chalmers Marisa Michelini

2 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

3 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

4 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

5 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?

6 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

7 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

8 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

9 La descrizione del metodo scientifico di un economista del XX secolo C G Hempel, Philosophy of natural science, NJ, 1966 Pagine 21

10 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.

11 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

12 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

13 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

14 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)

15 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

16 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

17 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 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

18 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?

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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)

25 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

26 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

27 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

28 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

29 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

30 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)

31 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