科学方法

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●科学方法是认识自然或获得科学知识的程序或过程。
●现代科学方法始于二十世纪初的逻辑经验论。逻辑经验论实现了科学方法论从古典到现代的转换,使之成为一门专门的哲学分支学科。
●从总体上看,科学方法不外三大部类:经验方法、理性方法、臻美方法。
科学方法(这里的科学主要指自然科学)是认识自然或获得科学知识的程序或过程。它既意谓特定的科学门类所使用的或对其来说恰当的探究的程序、途径、手段、技巧或模式,通常在步骤上是比较系统的、有序的、合乎逻辑的和有效的排列;又意谓处理科学探究的原则和技巧的学科,大体相当于“科学方法论”。
科学方法源远流长。在前科学时代即科学的童年时期,亚里士多德的《工具论》是古代逻辑方法的集大成著作,欧几里德的几何学和阿基米德的静力学则是其杰出的体现和典范。经过中世纪的漫长跋涉和艰难积淀,借助文艺复兴的东风,终于在近代科学诞生前夜耸起科学方法的两座永恒的纪念碑:经验论者F.培根的《新工具》(1620年)和理性论者笛卡儿的《论方法》(1637年)。这两部宏篇巨制代表着科学方法的两翼──经验归纳法和假设演绎法。它们奠定了科学方法的格局或图式。此后两百多年间的发展大都是对它们的拓展和深化,或是在二者之间追寻必要的张力。其间,休谟的敏锐质疑和康德的庞大建构,赫舍尔、休厄尔、穆勒、孔德、耶方斯等哲人的不懈探究,基于经典科学的科学方法,颇具规模。
现代科学方法无疑始于二十世纪初的逻辑经验论。它是在汲取批判学派对科学的哲学反思、现代数学和逻辑最新进展、物理学革命的硕果(相对论和量子论)的基础上萌生和成长起来的。其科学方法以经验证实或确认为根基,以语言分析为特色,以对科学知识的逻辑重构为旨趣,从而建立起与科学较为密切结合的、现代经验科学的逻辑方法。逻辑经验论实现了科学方法论从古典到现代的转换,使之成为一门专门的哲学分支学科。对它的诘难和批判,构成了二十世纪后半期的科学方法──诸如波普尔的否证主义、库恩的历史主义、拉卡托斯的科学研究纲领方法论这一发展的主线。
一切理论的探索,归根结底是方法的探索。在科学创造过程中,往往伴随着科学方法的创新,尤其是在划时代的科学理论诞生时,集伟大的科学家和伟大的哲学家于一身的哲人科学家,在科学方法的形成和进化中起着举足轻重的独特作用。近代科学的奠基人伽利略和牛顿,是近代科学方法的奠基者。他们在构筑经典力学的巍峨大厦时,成功地使数学与实验、假设与验证、归纳与演绎、分析与综合诸方法珠联璧合、相得益彰。达尔文的生物进化论是十九世纪伟大的科学成就之一,其中蕴涵的科学的思想方法广泛地渗透到哲学和社会科学领域,成为人们观察和处理问题的独到的维度或视角。
在这里,很有必要强调一下批判学派对科学方法的杰出贡献。批判学派的代表人物马赫、彭加勒、迪昂、奥斯特瓦尔德、皮尔逊等活跃在十九世纪末和二十世纪初的科学和哲学舞台上,他们是二十世纪科学革命(物理学革命)和哲学革命(逻辑经验论)的先驱,也是现代科学方法的滥觞。马赫的感觉的分析、历史批判意识、思维经济等诸多方法论原理、探究心理学论纲异彩纷呈;彭加勒的约定论的方法论以及关于假设、直觉、科学美、数学发明的心理机制的论述美不胜收;迪昂的整体论和历史主义的方法、关于物理学理论的逻辑架构、对卓识的探究和对人类精神的探险各有千秋;奥斯特瓦尔德的能量论的思维方法和在研究中主动变换角色的实践别开生面;皮尔逊的怀疑批判风格、对科学方法的意义和特征的揭示、对想象力和审美感的倡导以及对统计方法的发明和运用,都使人拍案叫绝。值得注意的是,在批判学派的科学方法中,还包含着诸多后现代的意识或酵素。
爱因斯坦是二十世纪科学革命的主将,也是现代科学哲学和科学方法的集大成者。他从前人、尤其是从批判学派那里吮吸了丰富的思想营养,又融汇了对自己的科学实践的亲身体悟和哲学反思,从而锤炼出展现时代气质和科学精神的、别具一格的科学方法。爱因斯坦的科学方法具有温和经验论、科学理性论、基础约定论、意义整体论和纲领实在论的有机要素,体现了多元互补和张力平衡的特征,显示出广博的包容性和涵盖性。他的统一性、对称性、相对性、几何化等科学思维方法或科学研究基旨可以当之无愧地称为“科学的眼力”或“科学的智慧”。他的探索性的演绎法、逻辑简单性原则、准美学原则和形象思维,是创立像相对论这样的现代科学理论的锐利武器。在科学方法论的发展史上,爱因斯坦起到了承前启后的伟大作用,孕育或催生了各个流派的哲学家的方法之果。
对于科学研究活动而言,科学方法的地位和意义至关重要。难怪彭加勒认为,科学创造“首先需要创造方法”。皮尔逊也强调:“科学方法是通向绝对知识或真理的唯一入口”和“唯一道路”,“整个科学的统一只在于其方法而不在于其材料。”怀特海把方法本身视为“震撼古老文明基础的真正新鲜事物”。萨顿则言之凿凿:“在科学领域、方法至为重要。一部科学史,在很大程度上就是一部工具史,这些工具──无论有形或无形──由一系列人物创造出来,以解决他们遇到的某些问题。每种工具和方法都是人类智慧的结晶。”科学方法的运用不仅在自然科学范围内所向披靡,而且在社会科学和人文学科领域,乃至在人们的日常思维和为人处事中,也不无裨益。尤其是,科学方法是科学精神的重要构成要素和集中体现。它洋溢着科学的实证精神、理性精神和审美精神,充盈着科学的怀疑和批判意识,无怪乎皮尔逊把它看作是训练公民的科学心智框架的有效手段。
关于科学方法的特征,皮尔逊将其概述为:(1)仔细而精确地分类事实,观察它们的相关和秩序;(2)借助创造性的想象发现科学定律;(3)自我批判和对所有正常构造的心智来说是同等有效的最后检验。迪昂的概括为:(1)物理量的定义和测量;(2)假设的选择;(3)理论的数学展开;(4)理论与实验的比较。如果说前一概述比较适宜像生物学以经验为主的科学的话,那么后一概括则更为符合像物理学数学化的精密科学。也许达尔文的进化论和爱因斯坦的相对论分别是二者的出色范例──相对论正是爱因斯坦运用其独创的探索性的演绎法等科学方法建构起来的符合迪昂模式的理论。
科学方法种类繁多,既有适合科学各个部门的普适方法,各门科学也有各自的特殊方法,甚至还有一些专门性的技巧。但从总体上看,科学方法不外三大部类:经验方法(包括观察、测量、实验方法等)、理性方法(包括逻辑、数学、统计方法等)、臻美方法(包括直觉、对称、类比方法等)。
像任何自称为或被称为“科学的”东西一样,科学方法也不是机械的程式和僵化的教条。这有三层意蕴:一是科学方法是多元的。它既包括较为有序的经验方法和理性方法,也包括不很有序或很不有序的臻美方法,它甚至对无序的猜测、想象、灵感、顿悟、幻想等创造性的心理活动亦持宽容或欢迎态度,尤其是在作假设之时。二是科学方法是创新的。一般来说,伟大的科学发现都没有固有的程式和现成的方法可循,科学大师往往能在已有的方法中保持必要的张力,或伴随着创造出新的方法。其三是,科学方法是开放的。它向各种后来的合理性的方法(如系统方法、计算机模拟方法等)和非理性的方法(如拟人化方法、目的论方法、宇宙宗教思维方法等)敞开着大门。  有关科学本质的“清谈”
2006年08月25日
在“科学”日益成为“正确”代名词的今天,其实谁都无法阐明何为“科学”。
哥白尼、伽利略、牛顿,一步步确立了西方近代科学的基准。与近代科学形成几乎同时,就有哲学家开始思考“科学是什么?科学的方法是什么?”比牛顿还早一些的培根(F.Bacon,1561-1626)是经验论者,强调归纳法,他认为科学定律是通过归纳得出。著名的“知识就是力量”的铿锵语句就是由他提出的,征服自然、控制自然在他看来是研究科学的基础。稍晚一些的法国科学家笛卡儿(Descartes,1596-1650)写过一本《方法谈》的书,理性论者的他强调理性逻辑的演绎方法。从根本上说,培根和笛卡儿两人贯穿着两种科学观,正如爱因斯坦所言,培根是强调外部的证实,笛卡儿强调内部逻辑的完备。18世纪德国哲学家康德(I. Kant,1724-1804)提出了哲学性的反思:科学是怎样可能的?在他看来,牛顿力学这么大的成就,科学是怎么可能的?通俗的说,他奇怪牛顿如何想出了这样一套深奥的东西。后来他写了《未来形而上学导论》,这本书是《纯粹理性批判》的通俗本。书里面就谈到科学怎样是可能的。之后的实证主义、经验论、逻辑经验论、证实原则、假说演绎、证伪主义等都试图回答“科学是什么?科学的方法是什么?”的问题,也都曾各领风骚。1970年代,澳大利亚学者艾伦•查尔默斯出版了《科学究竟是什么》一书,从归纳主义到工具主义,洋洋洒洒,以15万字的篇幅梳理了一遍。
是否就此可以定义“科学”了?不然。虽然永无答案,但这古老命题本身却丝毫魅力不减,7月29日,中国科学技术协会(以下简称“科协”)新观点、新学说系列学术沙龙第一期就从“科学是什么?科学的方法是什么?”开始——
从科学的内在逻辑中寻找:
杨文志(中国科协)
科学的本体问题是一个比较大的题目,这是研究一个石头还是研究一只鸟的问题。为什么这么说呢?一位澳大利亚教授在谈到创意产业时,举了一个非常生动的例子,工业社会时很多问题被当成石头来研究,而石头在现代社会下是异常清晰和明确的事情,运用弹道学的原理一切都可一目了然。但如果是一只鸟,飞行的轨迹就不是弹道学可以解决的了。科学都是研究一只鸟的过程。也正因为此,科学研究才具有更多的意义,动态性、发展性成分更多一些。
钱尚武(北京大学)
从物理学研究方法看,科学首先要做到4个“tion”:第一步,观察observation;第二步,描述description;第三步,解释explanation;第四步,统一unification,亦即将一些个别的规律统一起来形成理论。任何一个理论能否生存下去,应该说有3条判据,其一,它应该能够解释以前实验观测事实;其二,理论要和谐,理论内部不矛盾;其三,要有预见性,要预见新现象,诸如麦克斯韦方程描述电场,法拉弟定律预见电磁波等。物理学常用的两个手段,理想化和普遍化,科学莫能排外。
苏荣誉(中国科学院)
自牛顿以来,运用还原论方法研究自然,再把获得的知识纳入公理化演绎体系加以表达,成为科学研究的“标准操作”。人们一般把牛顿理论称为经典力学,将对应的哲学称为机械哲学,对应的哲学观念称为机械唯物论,其本质就是还原论。王克迪教授(中央党校)认为:“科学方法,本质上就是还原论方法”;而科学精神,实事求是精神,本质上就是科学研究中那种追求细致入微、理论与实际相互印证的精神。回顾生物科学发展到生命科学的历程,充满还原论理论与实践的具体贡献。但令人焦虑的是,目前我国科技界不少人热衷于贩卖新名词或创造新名词,而扎实的科学贡献却十分罕见。
张开逊(北京机械工业自动化研究所)
科学讨论到最后容易集中到文化问题,这实际上是使我们的讨论更加的深入。我曾经做过这样一个比喻,关于技术、科学、教育和文化四者关系的比喻。技术是对人类有用的技术,可以比做好吃且好看的红苹果,没有人怀疑他的瑕疵。科学是长出这个苹果的树,只有懂得哲学的人,才知道树对苹果的重要性,虽然树、树干、树叶、树枝都不能吃,但是能长出苹果,所以大家还是支持的。这颗树需要肥料,地下水不容易被人察觉,可树要长得好,需要水、阳光,还有空气,它们都看不见,但这就是文化。
廖育群(中国科学院)
最近出版了一批有关中医问题的畅销书,其中有一本是香港医生区结成所著《当中医遇上西医》。在“科学的双重性格”一节下,区医生如此说:17-19世纪,科学是解放思想的力量;但是,当现代科学权威化与独断化时,便具有了一种控制功能。科学要求严谨的逻辑性、客观性和可信的方法学,故而必须有“约束、规范”,但科学进展也必须有它不肯受教条约束的闹哄哄的知识前沿,这是科学解放的黎明所在,秩序中也要有乱,才能开创。所以科学需要知识前沿才能有开创。
从外在经验的阐释中搜寻:
潘厚任(空间中心)
当然,谈到科学就离不开科学的态度,跟科学的方法。2003年神五上天后,很多人都问杨利伟,到底肉眼在太空能不能看见长城?我在做科普报告的时候,很多青少年问的最多的问题也是这个。杨利伟说我没有看见,我就跟孩子们说,他的回答很科学,他确实没看见,他也没说看不见,他也没说看得见。大家不能人云亦云,这个问题其实复杂,它跟人的生理有关系,跟天文有关系,跟气象有关系。
徐延豪(中国科技馆)
全世界都在攻肿瘤,就是攻不下来,为什么?肿瘤不是一个团队即能解决的问题。肿瘤也是细胞的问题,只不过就是恶性生殖,其原理非常清楚,但为什么就是无法找到正确的治疗方法。我的观点是“与肿瘤和谐相处”,既然去不掉它就与它和谐相处。现在人们提出一个观点叫做“带瘤生存”,手术不行,放疗不行,拿掉也不行,就要与它和谐相处。但很多癌症病人患肿瘤后便很快死掉,做了手术也不能生存,说明这个认识过程是很复杂的。
徐善衍(全国政协教科文卫委员会)
如何研究科学?这似乎是个方法问题,但实际上是价值观问题,还涉及科研环境诸如动力机制问题、政策导向问题、管理方式问题等。美国科学专题片《Discovery》之所以经典,是因为拍摄者亲临非洲大草原,直至在那里殉职。这种敬业精神,是其成为“经典”的重要保障。由此我认为,若一项科研奔金钱而去,必将是死路一条。我国封建社会官本位思想已延续了几千年,加之现有市场经济的钱本位现象,一旦二者结合,必将产生急功近利现象,这无疑会阻碍科学发展。
沈爱民(中国科协)
与自由自在无拘束的想象有密切关系的,是我们的探索精神,或者说是学术探险精神,或者说是探险精神。我感觉我们这个民族在这方面很缺乏,中国有一句老谚语,大家很熟悉,“父母在不远游”。世界探险史上,中国除了张骞出使西域,玄奘到印度取经,再有徐霞客,再往后就不看到中国人的名字了。中华民族、文化的血液里面,确实有这种根基在,以至当年在中国出现一些漂流、一些探险,这一类人最早遭受的讥笑比较多,现在依然有些人认为这是盲流。
……
在这样的讨论中,过程远比答案重要,更有与会者明确提出清谈的地位。虽然清谈这一魏晋时期的潮流现在容易和夸夸其谈、光说不练联系起来,但清谈确实曾在中国文化史上留下浓重的一笔。香山会议已经成为科技界学术民主、百家争鸣的知名会议,俨然一种清谈气氛。此次会议的组织者坦言效法香山会议模式,希望更加强调百家争鸣,创造学术环境。中国科协学会学术部部长沈爱民在谈到新观点、新学说学术沙龙的构思时,归纳至四句话:科学需要讨论;讨论需要质疑;质疑需要文化;文化需要幻想。