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1、科学研究中的问题链及其效应作者：花间挹香 科学研究是理论思维最成功、最典型的范例，以严密性、逻辑性和深刻性为基本特征，在人类总体思想体系中占有特别重要的地位和作用。深入探索发掘科学思维的发生机制和规律，无疑是科学哲学的重要课题。本文从科学“发现和解决问题”入手，提出一种“问题链”分析框架，结合科学史上成功的研究案例，试图对科学思维的微观机理及宏观效应做些初步探索。 一、科学哲学的难题使问题观凸起。伴随着二十世纪初以相对论和量子力学为代表的科学革命，哲学领域也发生了一场革命。为了清除思辨哲学的虚妄和恶劣影响，30年代维也纳学派高举“拒斥形而上学”的口号，掀起了逻辑实证主义思潮。他们以语言分析为手
2、段，着重分析了科学理论的形式结构和逻辑特征。这种静态的科学分析，脱离了科学研究的具体实践和历史考察，无法说明科学发生发展的内在规律。对逻辑实证主义内在缺陷的批判，后来兴起了科学哲学的历史学派。历史学派以科学史为依据，力图从科学革命和常规科学的不同特点，立足宏观上建立科学发展的一般模式。从逻辑实证主义到历史主义的转变，由科学结构的逻辑模型到科学发展的历史模型的转变，是科学哲学最显著的发展趋势（江天骥当代西方科学哲学P260）。逻辑主义者的中心问题是辩护和评价，致命的缺陷是静态与动态、逻辑与历史的分离；而历史主义者的中心问题却常常是描述，致命的缺陷是规范与历史、宏观与微观的分离。科学始于问题，本质
3、上是发现和解决问题的过程。离开这一具体的、历史的过程，是不可能说明和揭示科学发展规律的。有的哲学家在研究科学哲学时，也在自己的体系内提出了不同的问题观。主要如下：1、 波普尔的证伪主义问题观。波普尔明确指出：科学始于问题，而不是始于观察。只有提出问题，才能激起人们的好奇心和探索的兴趣。提不出有意义的问题，就不能导致科学探索和发现。科学问题由观察与理论、理论内部或理论之间的矛盾产生。波普尔以问题为起点，构想出科学发展的模式：PTTEEP（其中P代表问题，TT代表试探性理论，EE代表尝试排除错误）。这就是借助于猜测与反驳，由问题到理论的发展模式。2、 库恩的范式论问题观。库恩从科学史的实际情况出发
4、，认为问题贯穿于科学研究的全过程：常规科学是在现有范式指导下解题的活动，而科学革命是面对反常问题带来的危机，需要提出新范式消除反常危机的活动。无论是常规阶段或是革命时期，问题始终是推动科学认识进步与增长的必要因素。3、 劳丹的科学进步解题观。劳丹是第一个对科学问题详细分析，并尝试用问题框架解释科学进步的哲学家。他把科学问题分为经验问题和理论问题，认真剖析了两类问题产生的原因及其价值评价，明确把解决问题的能力作为评价科学进步的标准。（1）解决问题是衡量科学进步的基本单位。（2）科学的进步在于解决问题的能力。（3）判断一个理论的全部解题能力，看它所能解决经验问题和理论问题的数量和重要性程度以及它所
5、减少的反常和概念问题的数量和重要性程度。（4）研究传统总的进步程度是由最终构成它的理论集合体的解题能力决定的。（5）研究传统的进步速度是由在特定时期内传统的解题能力的变化决定的（李征坤对当代西方主要科学哲学家的科学问题观的评析）。4、 夏皮尔的关联主义问题观。在夏皮尔看来，科学问题观必须从逻辑与历史的分离困境中解脱出来，在解题的推理链条发展中寻找线索。他提出了域理论，把科学问题置于中心地位，着力解释科学问题的复杂结构。但是他的域理论未能将问题结构和推理链条真正结合起来，不可能说明科学发现的微观机制。 正如劳丹所说，“把科学看成是解决问题的活动的这种观点，比起任何其他的参考框架来，为捕获科学最本
6、质的东西提供了更多的希望”（劳丹进步及其问题P4）。以发现解决问题作为科学研究的本质，必将带来科学哲学的重大变革，一种逻辑与历史相统一、宏观与微观相结合的科学哲学就会出现。在这种新的框架内，科学主体的创造性活动将置于中心地位，对科学史的考察将发挥更大的作用，科学发展的内在逻辑也将得以揭示。 二、科学问题及其链接。科学问题是有认知价值的未知之谜。科学始于问题，发现并解决问题，从客观现象出发探究事物的本质和规律，是科学研究的主要特征。以问题框架去透视科学哲学，关键在于对于科学问题的结构特征及动态演化进行透彻的分析，为科学发现的微观机制和宏观发展提供线索。1、 科学问题是以群的形式存在的。正如客观事
7、物是以系统形式存在的一样，科学问题也不是独立的。任何科学问题都有自己的组成要素，各部分之间聚合为一个整体。经验问题一般包含现象数据、实验仪器、经验定律以及背景知识（观察渗透理论）。任一实验问题也都包含不同层次的要素：实验背景知识群、具体实验材料、实验材料的相关理论和经验知识、数据显示仪、数据及处理、实验解释等等（郭贵春当代科学实在论P188）。理论问题的组成要素就更多了，基本公设、概念和原理、定律和现象等。科学问题各组成要素之间，相互依存并相互作用，这就决定了科学研究的艰巨性和复杂性。没有驾驭这些相关要素的知识和能力，是不可能解决科学问题的。近代每门自然科学在创立之初的艰难探索，就说明了科学问
8、题的复杂性。在一个科学问题单元中，一般有起主导作用的中心问题，由它统领和牵引相关细分问题。因此在从事科学研究中，不仅要善于把问题分解化为最简单的要素，更要紧紧围绕和抓住中心问题。科学研究中的分析或受控实验方法，就是通过把研究问题进行分解或纯化，排除影响因素的干扰，从而得出规律性的知识。2、 科学问题之间存在联接链条。关联性，不仅是科学理论的显著特征，也是科学问题最重要的特点。每一个科学问题，都有相关技术支持、相关现象及数据特征，并于实验仪器、定律、方法和背景理论相互关联。这些相关方面由同一科学问题为牵引，由各自存在的内在链条而联系在一起，共同组成一个问题单元。这些链条可能是技术链、因果链，也可
9、能是指称链、逻辑链。当然，科学问题之间的联接链条，不是单线、单向的，往往是纵横交错、立体交叉的。科学理论是对科学问题的解答集合，在科学理论的逻辑结构中，鲜明地体现了科学问题的关联性。结构分析理论认为，科学理论概念的指称关联是多样的，至少表现为以下几个方面：一是指称分析与科学方法论的关联；二是指称集与证据集的关联；三是事实指称与可能指称的关联；四是指称的层次与形式关系的关联（郭贵春后现代科学实在论P144）。由此可见，单个概念的内涵只有放在整个概念体系的链条中才能被理解和规定，科学理论与经验命题之间有着一条相当长的逻辑链条（章士嵘科学发现的逻辑P346）。联接决定途径，链条规定进路。顺着关联寻，
10、沿着链条找，应该成为科学研究的座右铭。科学问题之间的联接链条，不仅为科学问题的发现提供线索，也为科学问题的解决指明了方向。探索关联问题的联接链条，就是寻找解决问题的思路；找到关联问题的联接通道，也就为解决问题构筑了桥梁。科学问题的交错联接，表明科学研究应该坚持多路思维。问题之间联接的任何重大变化，都预示着解决科学问题新的可能性。3、 科学问题进化有明显的演进链条。未知领域是科学问题之海，是科学问题的渊源和发祥地。所以科学上新奇现象的发现，常常成为科学变革和新学科建立的先导。知之不多，知之不深，同样是科学问题前进的方向。因此当实验与理论出现不一致、理论内部呈现矛盾以及各学科之间产生裂口时，就会面
11、临科学的危机和提出重大的科学问题。这说明科学问题是动态的，始终处于不断演化之中。凡是有助于科学向未知领域推进、向纵深发展的技术进步、方法革新、概念渗透和理论创新，都可能导致科学问题的产生。在科学问题的演进过程中，科学问题之间的具体链接关系可能会出现调整，甚至会伴随概念框架的变革出现重大变化，但是科学问题关联性这一本质特征不会变，作为核心基石的实验定律链接链条不会变，而且新的科学问题内部诸要素之间同样存在关连性。所以不仅科学问题单元之间存在关连性，问题单元与问题单元之间也有关连性。从一个科学问题到另一个科学问题的演进，必须有着一条显著的关联演进链条。由此，对科学问题重要性的评价，就应当放到科学发
12、展可能延展的链条中去把握。凡是可能导致重大科学问题链条延展的，无论是作为先导的新发现还是理论变革，都有极端重要的意义和价值。至于每门学科理论价值的评价，则不仅要看其在学科内部的解释力，也要考察其在整个科学问题演变链条上的地位和作用。科学是沿着问题链条不断演进的，科学的力量也是沿着问题链条不断延伸和发散的。认真考察自然科学发展史和各门学科史，我们都可以看到一条显著的演进链条和科学不断向一个个阵地的渗透和影响。4、 科学问题探索所体现的科学精神。对未知之谜的解答，是一种追求认知价值的内在动力，激励着科学工作者进行探索。科学问题引导知识向着新知识、新理论的方向前进，决定知识不断移动的边界。所以科学问
13、题不仅是科学探索的起点，而且是科学发展的灵魂，最能体现科学的精神气质。在人类所有职业中，只有科学领域是只能保持世界第一的独特领域。每一个科学工作者所面对的是整个人类在相关领域的知识背景，不能作别人做过的事，必须始终处于世界科学的最前沿、站在人类科学最高峰去观察思考问题，做出独一无二的成就，这样才能在科学之林中赢得一席之地，留下光辉的历史记录。这显然对科学工作者提出了很高的要求，促使他们不断更新知识观念，具有一往无前的探索精神，拥有对科学问题深邃的洞察力和对经验材料的综合分析概括能力。面对错综繁杂的思想观念和理论分歧时，还要具备彻底的批判精神，敢于并善于发现和解决问题，不断拓展人类知识的范围和领
14、地。正是靠着这些努力，我们的科学才得以发展，认识自然和改造自然的能力不断获得提升，人类逐渐迈向了现代文明进程。三、从科学史成功案例考察发现解决问题的微观机制。建立以问题观为基本框架的科学哲学理论，关键在于找到科学中发现解决问题的微观机制，最方便的途径无过于研究分析科学史中的成功案例。科学研究中的问题千差万别，发现和解决的思路也各有不同，我们可以试着按几个类别进行考察：1、 从迷茫中奠定科学基础。在科学史上，许多学科初创期都经历了漫长的摸索阶段，在一个关键点上才实现了实质性突破。是什么原因导致了科学认识的飞跃发展？新概念是如何形成的？对这类科学发现的分析，有助于深刻认识早期科学革命的特征。（1）
15、哥白尼革命。哥白尼在文艺复兴时期，提出日心说取代地心说，找到了冲破了宗教神学的突破口，为近代自然科学的发展起到了开路先锋的作用。当时流行的是托列密的地心说，有两大支柱：一是常识（物体坠落到地球）；二是亚里士多德的权威。其缺点是均轮与本轮的繁复性。哥白尼受古希腊史料（日心说）的启发，就萌发了用地球绕日自转和围绕太阳周年公转论证行星运动的想法。他信奉毕达哥拉斯和新柏拉图学派关于数学和谐与简单性的思想，认为圆周运动是最完美的运动形式。它研究的中心问题是：行星应该有怎样的运动，才会产生最简单而又谐和的天体几何学？经过观察与思考，他用日心说解释天体次序与大小关系，实现了简单优美的天体运行图。（2）、伽利
16、略为动力学奠定基础。他在力学上的工作，是被工程上碰到的问题激起的。抛射体的射程问题，使他开始从事研究物体重力坠落的。伽利略非常重视数学在应用科学方法上的重要性，认为选择适当的数学证明可以用来探索任何涉及到可量属性的问题。当时他面对的是混乱的运动观念，尤其是亚里士多德落体定律的似是而非、矛盾与混乱，通过分析批判和落体及斜面实验，澄清了速度、加速度、距离和时间的数量关系，证明了自由落体距离与时间的关系。他的中心问题是物体怎样降落？而不是为什么降落？他要寻找落体运动的数学关系。“从一团混乱的现象和模糊的观念中创造出新科学，第一步总是要抓住可以确切界说的机关概念。为了要把他的落体加速度问题变成可研究的问题，他首先将古来关于距离与时间的观念给予确切的数学形式”（丹皮尔科学史P199）。伽利略在动力学的数学方面，迈出了最初也是最艰难的一步，表现出惊人的才能。正如科学史家所说：“在动力学方面，从我们经常看到的现象中发现规律，是要有超凡的天才的”（卡约里物理
