科学史教学中的科学创新构成论模型刍议

2020-10-09 11:05:33 科教导刊·电子版 2020年21期

王民选

摘要:科学史教学中可以使用科学创新构成论的模型,该模型把科学创新活动分解为创新主体、特定难题、方法规范,模型有助于学生在动态的科学活动中把握科学创新的基本特征,并培养其创新思维能力。

关键词:科学史教学;科学创新构成;难题;方法规范

中图分类号:G302     文献标识码:A

作为人类实践活动的科学创新是科学研究主体解决特定难题的创造性活动。区别于有学者提出的科学创新过程论,科学创新构成论模型是在特定时期科学活动的相对静止状态,恰如历史长河中的一个切面,其中都有三种基本构成要素:创新主体、特定难题、方法规范。在科学史教学过程中采用构成论的模型分析,可以让学生在变动不居的科学活动中把握研究的规律,培养科学创新思维。

1创新主体

创新主体是创新活动的原因,是创新活动的发动者、设计者。创新活动源于创新主体的自由创造,创新活动的发展过程取决于主体,成败取决于和外界的互动。因此创新主体不单纯地体现为主观性,它是主观和客观的结合。创新不完全是一种内在的活动,它是一种创造性的实践活动。

1.1创新主体的先行观念

对科学研究过程的理解有两种截然对立的观点:科学始于观察、科学始于问题。对科学创新也存在着相应的对立观点:科学创新始于搜集材料、科学创新首先是观念创新。观察、收集资料毫无疑问是科学创新过程中必不可少的环节,然而科学创新过程的起点却在于观念,随后才能有观察、资料的搜集等等。创新主体最重要的角色是先行观念的把握者,其次才是观察者、新资料的发现者。科学创新决不是凭空产生的,也不可能从赤裸裸的材料开始,而是基于研究者先行具有、先行视见和先行把握的东西,开始于对这些在先的东西的质疑和破解。

先行观念是科学创新的必要条件,可以在波普、汉森等科学哲学家那里得到理论支持。波普的背景知识接近于先行观念的范畴,它们是认识的起点,也是科学创新的起点。波普认为知识绝不能始于虚无,它总是起源于某些背景知识,背景知识和先行观念很接近,它指在当时被认为是理所当然的知识。所有知识的增长都在于修改以前的知识——或者是改造它、或者是大规模地抛弃它。

科学创新与常规科学研究都起始于观念,科学创新区别于常规科学研究之处就在于创新主体所持的先行观念有别于传统观念。第谷和开普勒都是科学史上伟大的天文学家,第谷的观察是开普勒发现行星运动定律的基础,但一般认为开普勒才是科学的创新者。从外在条件来看,第谷是一个天才的观测家,使用世界第一座现代意义上的天文台,拥有当时世界上最丰富、最详细的一手观测资料。然而第谷的先行观念是传统的,他只能是传统天文学体系的维护者,不可能成为科学创新者。

1.2创新主体的理想信念

在科学发展的常规时期,敢于提出新观念的人属于另类,非主流的,是被忽视的一个群体。事实上,他们和主流的同行相比,解决的难题不多,工作也不是那么卓有成效。科学创新过程中科学家面对前所未有的挑战,这会让他们不安乃至痛苦。著名物理学家泡利在经典物理学危机和量子力学诞生之际曾写信给几位朋友:“现在,物理学又陷入混乱得可怕的时刻。无论如何,它对我来说是太困难了,我倒希望自己一直是一个电影喜剧演员或别的角色,而从未听说过物理学。”

值此艰难环境下,必定解决问题的信念尤其重要,对科学创新而言,它就是被科学家确立为必然真的东西,是为解决问题确立的约束条件。科学创新在时机到来之时,提出新观念的人即创新主体最终会脱颖而出。

1.3创新主体的新共同体

科学观念的竞争是科学研究人员之间最根本的竞争。在非常研究时期,傳统观念失去了权威,各种科学观念井喷一样涌现出来,科学家在基本问题上各有各的看法,无法形成共识。这个时候,传统科学共同体内的科学家不再致力于共同难题的解答,没有一个共同的目标。科学家无法(更有可能是不愿意)理解别人提出的观念,听不懂他们说的话,业务交流很困难,合作关系无法继续。最后对彼此是否处于同一领域都持怀疑态度,传统科学共同体因而分崩离析。

创新的过程就是新共同体形成的过程,然而现代科学活动毕竟需要科学家相互协作,科学交流始终存在。科学共同体可以分为许多层次,某一层次的传统科学共同体分裂后,科学研究人员的合作则在另外层次、通过其他渠道进行。科学创新主体的交流超越了传统共同体所划的界限。他们的观念和传统观念及其他新观念竞争的时候,评议人就不限于传统科学共同体,而是更大范围的科学共同体。在这个更大的科学共同体中,科学创新主体有很多的竞争对手,但也有一些潜在的合作者。他们反驳对手的观点,争取同行的同情和支持。综合看来,这个松散的共同体没有统一的范式,同一的理论,百花齐放,百家争鸣。创新主体什么都想试试,已经不像常规科学时期的科学工作者那样把传统观念视为圭臬了。这个时候新的想法较多,新的发现激增。这些想法都是可错的,需要经过一系列实验的检验、淘汰,最终被接受的观念是最优的观念。这时候一个新的科学共同体就形成了。

2特定难题

科学创新是科学研究主体在历史性的科学语境中解决难题的整个活动过程。特定难题即传统研究者在科学实践语境中所面临的某种困惑,它给出达致某个特定活动的基本要求,创新主体则通过视角转换,把难题消解,使之融于新的知识和实践语境。

2.1常规问题

科学创新中的难题不同于常规科学中的问题。解决后者本质上是对原有理论基础的一种巩固,充实现有的理论框架,是在传统理论的指导下的解谜活动,是一个知识积累的过程,虽然也有一定程度的创新,但基本上是对传统的维护。由于解决问题的途径是多种多样的,科学活动显得丰富多彩,但殊途同归,最终的谜底是确定的。

科学创新中的难题则不然。科学创新主体在科学实践的语境中表现出较多困惑,他发现或者遭遇到了难题,这是科学创新过程中最关键的一步。这些困惑或者表现为他原有理论和实验观察不一致,或者是和其他理论不协调。于是难题出现了,而这对于一个有创新精神的科学家来讲也是机遇降临了。拉瓦锡提出氧化说是为了解决燃素说带来的难题,从而实现了了理论创新。

2.2难题涌现

难题是在科学家解决常规问题或解谜时候涌现出来的,这种解谜活动是科学家的常规工作,他们按部就班、持之以恒地工作时不会存在困惑感。在科学研究中常规问题是正常现象,而难题则是反常现象。往往有科学家对这种反常视而不见,把它忽略掉了。他们事后则为失去发现难题的机会后悔不已。因此难题的发现本身就是了不起的成就,其重要性不亚于解决难题,发现难题属于科学创新的范畴。

2.3难题消解

难题最初往往被当作常规问题来对待,科学家们遵循传统理论的指导寻找解决的路径,以达到它预定的目标。然而随着时间的流逝,难题的顽固性显示出来了。常规科学的所有手段都使用上也无法克服难题。有些科学家就把问题搁置,转向其它更加迫切的课题。更多的科学家的注意力转向难题,解决问题的思路大大开阔了。

早期的解决方案是修补传统科学观点。这些观点造成了难题所显现的无法化解的矛盾。科学家会提出一些特设性的假说。特设性假说的增多会使传统科学理论看起来不伦不类,极其臃肿。哥白尼时代的托勒密地心说就是如此。传统科学的范式开始变得模糊,科学家们在寻求解决难题的方案时越走越远,开始跳出传统观念的束缚了。他们提出不同的解决方案,互相很难取得一致意见。科学家尝试做任何事情,甚至像哲学家似的提出一些思辨性的理论。

难题的彻底解决通常意味着一种新观念的诞生,在这种新的观念下,原来的难题或者反常现象变成理所当然的了,难题被消解了。麦克斯韦电磁理论给物理学家带来了关于以太性质的难题,随着爱因斯坦相对论的提出这个难题也被消解了,爱因斯坦的世界里没有以太。

3方法规范

为了解决传统科学研究中的难题,科学创新主体还需要一套方法规范,它可以是一套程序性规则,也可以是一些启发性原则。這些规范为研究者指出应该进行或不应该进行哪些操作。

这些方法规范中有一部分是消极的。科学创新理论提出以后难免会出现一些与观察不一致的结论。新出现的问题甚至比解决的问题还要多。在这种情况下,科学家有时会采取防守策略来化解这些新矛盾,他们必须保护自己的最核心理论。这类方法中的最基本原则是禁止质疑它。当研究成果和观察事实出现矛盾时,科学家必须发挥所有的想象力去修改辅助性理论而不触动核心理论,这其实是一种防卫。修补措施有多种:可以修改辅助性假说,如托勒密派的天文学家不断地增加本轮和均轮以保护地心说;也可以修改初始条件,海王星的发现就是由于科学家为捍卫牛顿力学,而提出天王星外尚有未知行星这个初始条件。

方法规范中尚有一部分积极的提示或暗示。这类方法反映了创新主体面对新理论产生的矛盾、遭遇到的反驳的另一种态度:勇往直前。他把这些挑战看做是暂时的困难,把理论与现实的不一致看做是假象,不为所动。把注意力全部集中在约束条件指引的宏观方向上,逐步把新理论具体化、复杂化。比如从简单的理想化的事例开始研究,在掌握了他们以后,就应当转向一些更复杂和更现实的事例。

4小结

科学创新构成论模型是对科学创新活动相对静止状态的描绘,但它并不是一个僵死的框架。创新主体中已经蕴含着激励创新的基本矛盾,面对的传统科学的难题,创新者和守成者的对立其实就是视角的观念的冲突,创新的方法规范中同样也蕴含着创新和守成的矛盾。

人类科学史是一部科学创新史,在科学史上大大小小的科学创新层出不穷,科学创新思想叠彩纷呈。一般的科学史教材以时间为序,或按科学思想内在的逻辑演化过程或按科学体制形成过程,叠架史料,串珠为史。教材中信息量很大,初涉科学史者往往会目不暇接,不知所措。在教学过程科学创新构成论模型为学生提供一种清晰的视角,使之能够快速把握不同历史时期的科学思想、方法和科学建制,同时也有助于培养学生的科学创新思维能力。

参考文献

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