通过科学认识活动获取科学知识，掌握客观规律，是科学活动的直接目的。总体来看，获取新科学知识的过程是从科学问题开始的。认识主体首先提出科学问题，然后围绕它们提出科学假说，对已有科学事实做出解释，并预测新的科学事实，再通过科学观察和科学实验等方式，检验假说的正确性，如果假说通过检验，就形成了新的科学理论。因此，提出科学问题、构造科学假说并给出预测、开展科学观察和科学实验、检验科学预测，就构成了科学知识创新的主要方法。
第一节 科学认识与科学知识
科学知识是科学认识的结果，没有科学认识活动就不会有今天的科学和科学的未来发展。因此，关于科学认识活动的认识对于促进科学的发展，以及提升人们的科学认识能力将是十分必要的。
一、科学认识的哲学本质
科学认识是科学研究主体有组织有计划地利用各种工具，能动地反映认识对象的本质的过程。科学认识是人类实践的需要，社会实践是科学认识的基础，是科学认识的目的、源泉和动力。马克思主义哲学认为，关键不在于我们掌握了客观世界的规律，因而能够解释世界，而在于运用对于客观规律的认识去能动地改造世界。科学认识的目的就是实践，只有在理论上掌握了对象的本质和实践的规律，人们才能在实践中改造客观事物的存在形式，使之适合自己的需要。没有科学认识，实践无法进行，而一旦获得了科学认识，其价值就只能在实践中得到实现。
虽然好奇心等主观因素也是推动科学认识的动力，但是，总体来看，所有科学认识活动最终的、最根本的推动力还是实践需要。即使那些看起来与实践几乎没有任何关系的纯粹学术研究，社会之所以允许它存在，也不仅仅是因为某种非实用主义的文化，或者某种宗教文化，鼓励纯粹的无实利目的的研究。现代社会中的科学研究更是如此，往往从科学问题的产生开始，实践应用就被认识者考虑进认识过程中了。这里当然有一个如何防止实践目的干扰科学认识的客观性的问题，需要社会和研究人员去适当处理。
实践不但对科学认识提出了各种需要作为其外在动力，而且在提供课题方面成了科学认识的源泉，也从科学认识的各个环节为其提供了发展动力。实践过程中总是会产生大量新问题，其本身无法直接解决，于是这些问题就成了科学认识的新课题，在很大程度上规定了认识的发展方向。同时，实践也为这些新问题的解决提供了大量第一手的感性材料，甚至研究思路和研究方法。实践还为认识提供了各种物质手段，现代科学研究中的大量观察和实验工具几乎都是工业生产提供的，如电子显微镜、射电望远镜、激光测试仪、电子对撞机等。
在狭义上，科学认识结果的检验主要依赖观察和实验。但是在广义上，一个认识只有在生产实践中得到有效的运用，才能说最终获得了认可。因此可以说，科学认识必然经过两次检验，第一次是科学内部的观察和实验，第二次是科学外部的实际运用。科学认识的过程大致可以表述为实践-认识-观察和实验-再实践-再认识的循环过程。
二、科学认识的结构及其特征
科学认识是由认识主体（认识者）、认识客体（认识对象）和认识中介（仪器和工具等）三个要素组成的系统结构与相互作用过程。
作为认识活动的发出者，认识主体在认识系统中是主导的和能动的方面，是他在调动一切可能得到的中介要素，并使之以各种方式接触或改变认识客体，得到他所想要的结果。在认识对象和工具条件相同的情况下，认识者的主观要素对认识活动的成功及其深度和广度，起着决定性作用。这些主观要素是认识者的知、情、意，包括他掌握的科学知识、科学方法、认识经验、操作技能、兴趣爱好、性格气质、价值规范和信心毅力等。
科学认识的客体是那些进入科学认识过程中的事物。随着人类实践规模的扩大和认识水平的提高，许多原来不是认识对象的事物变成了认识对象，认识也从原来比较肤浅的层次进入比较深入的层次。
科学认识中介是主体认识客体必须具备的联系手段，在主体和客体的作用过程中，主体使用工具系统改变客体的存在形式，使之暴露出主体想要的特征，这个过程同时也是客体的特征信息通过中介系统显示给主体的过程。中介是客体信息输送给主体的桥梁通道，也是主体认识器官的延长和补充，科学发展一步也不能离开它。认识的中介手段大致可分为硬件和软件两大系统，前者包括各种感应设备、信息处理设备等，后者包括处理程序、语言符号、理论知识等。现代科学十分重视中介系统的发展，有许多人员专门从事中介工具的研究、开发与生产，认识中介系统已经形成了一个相对独立的世界。
在科学认识中，主体与客体之间发生的不只是一种外在的相互作用过程，不是主体离开客体后，双方就没有什么关系了。相反，科学认识过程是主体与客体之间的双向渗透过程，是主体客体化和客体主体化同时发生的过程，这是科学认识结构形成的重要特征。所谓主体客体化，指主体作用客体的同时也被客体的反馈影响，从而导致主体的规定性被客体特征同化，主体规定性中渗透了客体的内容，或者说由客体的特征来规定。被客体同化的主体规定性包括人类肌体、人类智能、人类思维和实践方式等。正如恩格斯所说，“人的思维的最本质和最切近的基础，正是人们所引起的自然界的变化，而不单独是自然界本身；人的智力是按照人如何学会改变自然界而发展的。”
客体主体化是主体作用、影响和改变客体，使之以适应人类生活和实践需要的形式存在的过程。在认识客体的过程中，主体的目的、思路和方法乃至非理性因素都会成为改变客体存在形式的原因。为了解决粮食紧缺问题，科学家研究水稻的繁育方式，然后将其约束在人类能够控制的环境中生长，改变它的授粉模式，改变它的基因。通过一系列的科学行为，水稻的生存方式渗透了人类智慧的要素，烙上了人类思维的印迹。人类正是通过这样的科学行为与自然界相处，以改变自然界的方式迫使自然界提供自己所需要的生存资料。
三、科学知识及其构成
知识是人类认识世界所得结果的静态符号形式。从比较宽泛的意义上来说，知识包括各种认识结果，不仅包括已经实践检验的正确知识，也包括那些被实践检验为错误的知识；既包括系统化、理论化的知识，也包括存在于风俗、习惯和社会心理等形式中的非系统化的和零散的知识。狭义知识指的是系统化的、理论化的科学知识，内容包括科学事实、科学定律、科学假说和科学理论等，它们是科学认识的结果。
在科学认识过程中，科研人员围绕科学问题，在已有科学事实和科学理论的基础上构造科学假说，通过科学观察和实验，最后所得到的系统知识体系，就是科学理论。科学理论反映了认识对象内在的基本规律，是人类认识客观对象的主要任务和目标，最终目的是用它来组织和指导实践。
从形式结构来分析，科学理论一般是由科学概念、将科学概念联系起来的判断（基本原理或定律），以及由这些概念和判断推演出来的逻辑结论（规律和预见）三部分组成。这三个部分之间按照一定的逻辑规则有机地组织在一起，从一些基本概念出发，通过揭示概念之间的实在的和逻辑的关系，形成了若干基本原理或者定律，再从这些基本原理或定律推导出各种关于认识对象的具体特征和规律，因此，科学理论体系具有严密的逻辑结构。如果从纯粹逻辑形式来分析，科学理论实际上是由概念和由这些概念构成的命题组成的。
科学概念是科学理论的基本组分，也是科学思维的基本单位，是反映认识对象最普遍的本质属性的思维形式。
首先，每一门学科的理论都包括了两类基本概念，一是与其他学科共享的概念，二是本门学科专有的概念。例如几何学中的点、线、面；物理学中的质量、速度、电磁场、电子；力学中的力、质点、速度、质量；化学中的元素、分解、化合；生物学中的细胞、物种、基因、代谢、同化、异化等。
其次，这些基本概念在不同的科学理论或假说中的含义往往有很大差别。比如对于以牛顿理论为代表的经典物理学来说，时间、空间、质量等概念就与相对论物理学中的时间、空间和质量概念具有不同的规定。
前者认为，时间、空间和质量都是绝对的，有所谓绝对时间、绝对空间。
牛顿认为，绝对的、真实的和数学的时间，自身均匀地流逝，与一切外在事物无关。空间的自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动。而广义相对论认为，空间－时间不能被看做是一种可以离开物理实在的实际客体而独立存在的东西，物理客体不是在空间之中，而是这些客体有着空间的广延。
科学概念来自两个渠道，一是日常生活，二是科学家的发明。就前者而言，即使科学体系在当代已经发展成了一个十分专门而独立的领域，但它仍然需要保持乃至汲取相当多直接源自社会实践中的概念，毕竟科学是一种经验的事业，反映的是人类时刻接触的实在世界。当然，日常概念进入科学理论后，会经过一番改造，去掉其中模糊的、可致歧义的部分，最后被严格定性和定量。科学家发明概念，则是科学发展到现代科学后概念产生的主要方式。现代科学揭示的是事物的深层性质和规律，反映了认识对象的某种特殊本质，一般日常概念无法表达，比如夸克、量子、质子、中子、基因、克隆等。
科学概念作为反映认识对象特征的一种语言，也会跟随科学技术的发展而发展。科学技术的发展意味着对客观对象的认识加深了，在这个过程中，自然会出现新概念产生、旧概念淘汰和改进的现象。概念变化的大小，意味着理论进步的大小和深度增加的大小。有时一个新的基本概念的提出，往往引起整个科学理论的本质进化，比如“量子”概念。
可以说，科学发展的历史就是科学概念变化发展的历史。
基本原理和定律反映的是科学研究对象的内部结构和外部联系，在科学理论中都以命题的形式出现。从逻辑特征来看，科学命题是通过概念的有机关联和组合，对认识对象的属性、特点、本质和规律等进行的陈述，命题实际上就是概念之间的逻辑关系。基本原理和定律一般以全称命题的形式表达，如相对论中的光速不变原理和相对性原理、牛顿物理学中的三大定律等。
科学推论是从基本原理和定律出发，通过演绎推理得到的结论。它的作用是解释各种已知现象，预测各种未知现象，如元素周期理论对于未知化学元素的预测、牛顿物理学对于未知行星的预测、狭义相对论对于质能关系和钟慢尺缩效应的预测等。
第二节 科学认识的动力——科学问题
科学问题既是现代理论科学活动的起点，又是科学认识活动的动力源泉。要掌握科学活动过程的规律，并将其转变成为我们的科学研究能力，就必须掌握科学活动过程每一阶段所要求的方法论。在这个意义上，科学问题及其提出方法，是科学认知的首要方法。
一、科学认识的动力与科学问题
在社会性意义上，科学认识活动的动力主要来自实践的需要，并且认识结果最终要回到实践中去检验，通过检验的科学认识还可以运用到新的实践中，产生人类预期的目标。实践动力是科学认识的最终动力，但在科学家个体身上，表现是不同的。有关科学活动心理的研究发现，不少科学家在从事科学研究时，没有考虑其实用价值，而是受到了强烈的好奇心的支配。他们好奇于认识对象的某种性质、特征或规律，极欲了解形成这些性质或规律的原因，更想了解认识对象还有哪些性质或规律隐藏在现象背后。虽然好奇心是人类与生俱来的心理品质，但是它必须以一定形式附着在科学活动中，才能成为科学认识的动力，否则是维持不了多久的。还是在有关科学家的科学活动心理的研究中，人们发现科学问题是激发和维持科学家具体认识行为的动力。科学家就是在科学事实和科学理论之间和之中的矛盾中发现了一个个问题，并受到这些问题的强烈吸引，去研究它们的本质和解决途径，从而最终推动了科学的发展。具体来说，科学问题就是科学认识者在现有知识背景下提出的关于科学实践中需要解决而尚未得到解决的矛盾。
科学问题作为科学认识的动力，还体现在另一点上，即它是来自科学理论内在逻辑的发展要求。只有科学认识活动中产生了问题，科学理论体系才有新的扩张机会。科学问题的出现要求新理论的发明或新事实的发现，解决这些问题，从而使科学问题成为推动科学进步的引擎。波普尔认为，科学是从问题开始的，这个观点已经成为大多数科学哲学研究者的共识。事实上，科学认识就是认识者针对科学问题，在已有科学知识体系的基础上，选择所需知识，发挥创造性思维，解决科学问题的过程。科学活动不仅从科学问题开始，而且围绕科学问题，以之为活动中心，因为一个科学问题的出现，实际上就确立了科学活动的目标、范围以及方法。
