对科学的理解：科学知识、科学方法和科学精神

对科学的理解：科学知识、科学方法和科学精神
――从公众科学素养三要素说起
当前，新科技革命的浪潮席卷全球。

科技发展的速度迅猛异常，科技新成果如雨后春笋，不断涌现。

突飞猛进的科学技术正把当今世界推向知识经济的新时代。

科学技术作为第一生产力，是经济发展的强大动力，是社会进步的重要标志。

当今国际的竞争，归根到底是综合国力的竞争，是科学技术的竞争。

因此，世界各国，无论是发达国家还是发展中国家，无一例外的都在制定和实施高科技计划。

如美国的“战略防御倡议”（Strategic Defence Initiative,简称SDI，后被形象化地称为“星球大战计划”）；（1983.3）和《国家关键技术报告》（1991）。

日本的《振兴科学技术政策大纲》（1984.11）；西欧的“尤里卡”计划（1985.5）；韩国的《G －7高技术发展计划》、我国的“863计划”等等。

而要发展科学技术，实施高科技计划，就必须提高公众的科学素养。

因为国家的科技政策，取决于政府和国民对待科学的态度。

公众科学素养是指一个国家、一个地区人民大众在科学方面的素质和修养。

当今世界各国都十分重视公众的科学素养问题。

因为公众的科学素养是科学技术发展的土壤，任何一个国家或地区，只有公众具有较高的科学素养，科学技术的发展才有坚实的基础。

科学技术之树才能根深叶茂。

世界上有一个机构叫“国际促进公众科学素养研究中心”，这个研究中心的主任叫米勒，他提出的“公众科学素养三要素”，目前被国际上公认为测评国民科学素养的三项标准（通称“米勒标准”）。

其中，第一项标准是：公众对科学知识的理解和掌握，包括理解科学的基本术语和普遍概念；第二项标准是：公众对科学研究过程和方法的理解和应用；第三项标准是：公众对科学的社会功能和社会影响的理解和认识。

根据国际促进公众科学素养研究中心的研究结论，“具备科学素养并达到其标准的公众，才能较好地适应现代社会对国民素质的要求，它的理想标准是占国民总数的10％”。

应用“米勒标准”，从1992年至2001年，我国曾对国民科学素养进行过5次测评，结果表明，我国公众的科学素养水平不仅低于发达国家，而且还低于世界平均水平。

今年4月下旬开始，我省首次进行公众科学素养调查，历时近4个月。

调查按照中国科协2001年进行的全国公众科学素养调查的方法，采用国际通行的社会学、人类学、统计学相结合模式，在全省随机抽取杭州市本级、新昌县等20个县（市）的1920名18岁至69岁的成年人作为对象，进行调查。

9月2日下午，省科协向社会公布了我省首次公众科学素养调查结果：2．1％的浙江人具备基本科学素养。

这一比例与全国2001年调查时全国公众科学素养比值1．4％相比，高出0．7个百分点。

所以，提高全民族的科技意识和科学素养，依然是摆在国人面前的、任重而道远的历史任务。

2000年8月《光明日报》发表题为《理解科学，国脉所系》的文章，认为一个国家的国民对于科学的理解程度是其国民综合素质的重要组成部分，世界各国普遍重视对于国民科学素养的调查和测评，并把促进“公众科学素养三要素”作为立国之本，强国之道。

我们也必须重视公众的科学素养问题。

下面就讲公众科学素养的三要素中的前两个大问题：
一、科学的概念、判据和结构
二、科学研究的大体过程及主要方法
三、科学精神
一、科学的概念、判据和结构
（一）科学的概念
科学这个词，源于拉丁文，原意是知识、学问的意思。

十六世纪后我国学者引进这个概念。

把它翻译为“格物致知”。

“格物致知”这个词源于战国时代的《礼记.大学》中的“致知在格物，格物而后知之”。

所谓“格物”，就是要以“物”为本，要解决实际问题。

强调实践的重要性。

所谓“致知”，是指获得知识。

1893年康有为在翻译日本书目时首先使用“科学”一词。

1896年，严复在翻译《天演论》和《原富》这两部书时，把英文Science，译成科学。

科学是什么？至今还没有一个公认的定义。

各国学者对它作出各自不同的解释，归纳起来，大致有以下一些基本方面：
1. 科学是准确的判断。

2. 科学就是事实和规律在人们头脑中的反映。

是人对自然界客观事实和规律的理性认识
3. 科学是种种知识单元通过它内在联系而建立起来的知识体系。

是知识单元的综合和系统化。

4. 科学是一种方法，也是人类认识自然和社会从而征服自然、改造社会的武器和工具。

5. 科学是一种社会现象。

是一项社会活动。

科学研究是生产和加工知识的实践活动。

当今已成为一项社会事业，由政府、科研机构、大学和企业共同参与的社会活动。

6. 科学是有渊源而无止境的长河。

从上面六个方面的分析可知，要给科学下一个理想的定义是困难的。

但是，我们可以从不同的侧面去理解和认识科学的本质：科学既是关于自然界客观事实和规律的知识体系，又是一项重要的社会实践活动。

（二）科学的判据
科学的判据，就是科学与伪科学、科学与迷信的判断标准。

1. 科学注重理性原则。

宗教则崇尚信仰。

理性还是信仰是科学和宗教的分水岭。

2. 科学注重实践原则。

判别科学与宗教的另一条标准是实践性。

实践性原则是判别科学与伪科学的准绳。

3. 科学注重可重复性原则。

可重复性是判别真伪科学的操作方式。

4. 科学注重逻辑完备性原则。

5. 科学注重简单性原则。

简单性原则和形式化从理论表述上判断科学的真伪与优劣。

总之，理性原则、实践性原则、可重复原则、逻辑完备性原则、简单性原则，这“五项原则”是区分科学与宗教、科学和迷信、科学和伪科学的试金石。

（三）科学结构的门类
1．科学的宏观结构
现代科学技术的整体结构：包括研究过程结构；科学理论结构；技术实践结构。

现代科学技术的层次结构包括基础性层次结构；应用性层次结构；开发性层次结构。

科学的门类以研究对象和方法来划分的，可分为社会科学、自然科学技术、交叉科学或综合科学等。

1）. 社会科学是建立在生产关系的基础上，主要适应生产关系需要。

内容包括社会学、法学、政治学、经济学、哲学、语言学、历史学等。

2）. 自然科学技术分为基础科学、技术科学和生产科学三个层次。

现代技术的分为实验技术、专业技术、工程技术三类。

3）. 交叉科学或综合科学，是介于自然科学与社会科学的新兴学科群。

根据特点不同，交叉科学可以分为四类：
2．科学的微观结构
科学的微观结构指的是任何一门学科必须包含的要素之间的有机结合方式。

一门学科的理论体系一般是由概念、定律、逻辑形式等构筑起来的。

其中，科学概念是构成科学理论的细胞。

科学定律是从概念到理论的中介。

逻辑形式是指通过形式化和符号化，形成理论的逻辑结构。

科学概念、定律、逻辑形式等基本单元的相互联系、相互制约，形成了科学理论的微观结构。

二、科学研究的一般程序及主要方法
（一）、科学研究的一般程序
以基础科学研究而言，大体包括五个环节：
1.选题；
2.获取科学事实；
3.进行思维加工；
4.验证；
5.形成科学理论。

（二）、科学研究方法及方法论
1．科学研究方法及其分类
科学研究方法是通过科学认识主体的活动而表现出来的，是科学认识主体为达到科学认识与科学实践的目的而采取的各种手段的总和。

科学方法的分类，根据适用范围的大小可以分为三类：哲学方法、一般科学方法和特殊方法。

2．科学研究方法论及其结构
科学研究方法论是关于科学研究方法的规律性的知识体系，是方法的学说或体系。

科学研究方法论可以分为三个不同的层次：哲学方法论、一般科学方法论、具体科学方法论。

（三）科学问题与科研选题
1、科学问题
科学问题是指一定时代的科学认识主体在当时的知识背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而又未解决的矛盾。

科学问题结构包括问题指向、研究目标、求解的应答域。

2、科研选题及原则
科学研究从问题（课题）开始。

科研选题就是形成、选择和确定所要研究和解决的课题。

科研选题的基本原则有：
1）.需要性原则
2）.创造性原则
3).科学性原则
4).可行性原则
（四）、获取事实的基本方法：查阅文献、观察与实验
1．查阅文献：间接获取事实的基本方法。

2．观察与实验：直接获取事实的基本方法。

观察是指在自然发生的状态下，对研究对象进行考察。

观察是直接获取科学事实的一种重要手段。

观察可以分为直接观察和间接观察。

实验是指在人为控制或变革客观事物的条件下获取科学事实的方法。

（五）、科学抽象和科学思维
1．科学抽象
科学抽象是在思维中对同类事物去除其现象的、次要的方面，抽取其共同人、主要的方面，从而在个别中把握一般，从现象中把握本质的认知过程和思维方法。

科学抽象是由感性认识上升到理性认识，构建理论的重要方法。

1）、科学概念
科学概念是理性思维一种基本形式。

是对事物固有的一般属性或内部本质的反映，是科学抽象的成果。

是任何科学理论的基础。

2）、科学符号
什么是符号？从认识论观点看，符号是一定的可感知的物质对象，它在贮存、传递另一对象的信息方面充当另一对象的代替物。

自然语言符号系统的基本特征：多义性、岐义性、语言结构不够严格和统一。

人工语言符号系统，即科学语言系统具有单义性无岐义性和明确性。

3）、思想模型
思想模型是人们为了从事科学研究而建立的对原型高度抽象化了思想客体或思想事物。

思想模型的特点有：流动性、互补性、条件性。

思想模型是科学理论与现实原型之间的中间环节。

思想模型的认识论功能主要表现在三个方面：(1).解释功能。

(2).判据功能。

(3).预见功能
2．科学思维的逻辑方法
1）、逻辑思维的特点
逻辑思维包括形式逻辑思维和辩证逻辑思维两种形态。

（1）.形式逻辑思维是逻辑思维的初级阶段。

它是从抽象同一性、从相对静止和质的稳定性方面去反映事物的。

形式逻辑的基本规律是同一律、不矛盾律和排中律。

数理逻辑是以研究推理规律为核心内容具有数学性质的工具性学科，即现代形式逻辑，也称符号逻辑。

（2）.辩证逻辑思维是思维发展的高级阶段。

它是从形式和内容的统一上去研究概念、判断、推理等思维形式。

辩证逻辑思维的基本规律是对立同一律。

2）、分析与综合
3）、归纳与演绎、类比
3、科学思维的非逻辑方法
1）、形象思维
形象思维是在形象地反映客体的具体形状或姿态的感性认识基础上，通过意象、联想和想象来揭示对象的本质及其规律性的思维形式。

形象思维与逻辑思维的区别：形象思维的“细胞”是意象，而不是概念思维过程的一般形式是联想和想象，而不是判断和推理。

2）、直觉思维的特点及其方法论意义
直觉思维指不受某种固定的逻辑规则约束而直接领悟事物本质的一种思维形式。

直觉和灵感的基本特征有：
（1）.认识发生的突发性。

（2）.认识过程的突发性。

（3）.认识成果的突破性。

直觉思维的方法论意义在于它是创造性思维的重要形式，也是发挥主体思维能动性的突出表现。

当然，直觉思维也有其局限性和很大的不可靠性。

3、创造性思维方法
（1）.创造性思维形式
创造性思维有广义、狭义之分。

广义的创造性思维是指创造过程中发挥作用的一切形式的思维活动的总称。

狭义的创造性思维则专指提出创新思想的思维活动。

它可以分为两类种形态：
第一种形态：以非逻辑思维形式－－想象、直觉和灵感为主的创造性思维。

第二种形态：以逻辑思维形式为主的创造性思维。

（2）.创造性思维方法的特征：
第一，逻辑方法与非逻辑方法的统一。

第二，发散性思维与收敛性思维的优化综合。

4．形成科学假说与科学理论的方法
科学假说是科学研究中的一个重要的环节和思维形式。

经过实践的验证可以上升为科学理论。

1）．科学假说
科学假说是根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的自然现象及其规律性提出的一种假定性的推测和说明，是自然科学理论思维的一种重要形式。

科学假说的构成：包括四个基本要素，这就是：
事实基础；背景理论；对现象本质的猜测；推演出预言和预见。

科学假说的特点：
（1）.科学性。

科学假说以一定的科学事实为依据，以科学原理为前提提出来的，不同于缺乏根据与逻辑基础的神话和幻想。

（2）.假定性。

科学假说包含着对事物本质及规律猜测。

带有假定性的成分在未来可能被证实，也可能被证伪。

(3).易变性。

对同一自然现象，可以提出多种不同的科学假说，这些不同的科学假说会随实践中新发现，以及争论的新发展而变化、修改。

这就是变易性。

2)、建立科学假说的方法论原则
(1).解释性原则。

科学假说应该能够解释已知的全部事实。

(2).对应原则。

科学假说不应与经过检验的科学理论相矛盾。

当科学假说与已有的科学理论相矛盾时，首先应当怀疑科学假说，但如果新事实不断支持科学假说，就预示着新科学假说对旧理论局限性的突破。

（3）.可检验性原则。

提出的科学假说必须能用观察、实验加以检验，从而判定它的真伪。

3）、科学假说的检验
科学假说转化为科学理论的基本条件是能经受住科学实践的检验。

而逻辑分析是实践检验的辅助方法。

（1）.逻辑分析
在实践检验之前以及实践检验过程之中，往往需要逻辑分析。

因为科学假说与科学事实之间存在着一般与个别的关系问题。

只有通过逻辑分析，才能使科学假说和事实建立起联系，从而确证或反驳某种科学假说。

但逻辑分析不能代替实践检验本身。

(2).实践检验
实践检验是通过观察和实验对科学假说及其推论进行的验证。

科学假说中包含着对事物本质的猜测。

这种猜测往往以全称判断的形式出现，具有抽象性和普遍性，是无法直接验证的。

因此，需要由科学假说演绎出若干可以直接检验的推论进行验证。

5.科学理论
科学理论：是经过实践的检验的系统化了的科学知识体系，它是由科学概念、科学原理以及对这些概念、原理的理论论证所组成的体系。

科学理论的基本特征有：客观真理性、普遍性、系统性和逻辑性。

客观真理性：反映客观事物的本质及其规律性。

普遍性：在某一领域普遍适用。

系统性：科学理论是根据自然界的有机联系，由它的知识单元按系统性原则组成的内在
联系的知识体系。

逻辑性：具有逻辑上的无矛盾性和完备性特点。

三、科学的精神气质
科学作为一种观念形态或文化现象，具有巨大的精神价值。

这种精神价值集中体现在“科学精神”之中。

科学精神是科技活动主体在长期探求未知，追求真理的创造性活动中所形成的一种理性化的人格气质。

是科技活动主体的价值观、认知方式和行为方式的统一体。

科学精神这个概念具有丰富内涵。

主要包括：无私无畏，坚定不移的求真精神；不断探索，勇于开拓的创新精神；崇尚真知，推崇逻辑的理性精神；注重实践，利用规律造福人类的务实精神等内容。

科学精神实质上也是一种伦理精神。

伦理精神是人类文化所体现的基本精神，是整个人类文化的灵魂。

它以崇高的价值理想为核心，以人自身的全面发展为目标。

科学精神所体现的伦理精神具体表现在：第一，科学的求真精神是一种不断探索、开拓进取的精神，具有普遍的道德价值和社会意义。

科学的不断探索、开拓进取精神不仅推动科技发展，使人类对客观规律的认识不断深入，人类智力水平不断提高，而且能够培养人类奋斗精神和竞争意识。

这些精神对提高人们的思想境界和道德情操，具有十分重要的作用。

科技活动是一种探索未知的活动，从事科学研究需要科技人才付出艰苦的劳动，忍受精神的困惑和物质生活的清贫，敢冒种种挫折与失败的风险，还可能受到落后保守势力的排挤、打击和迫害。

科技活动的上述特点，必然养成科技活动主体坚忍不拔、不屈不挠、执著追求、奋斗献身的思想道德品质。

“科学的真正的、合法的目标”就在于把“新的发现和新的力量赠给人类生活。

”1科技活动主体把追求真理作为自己的天职，不懈探求真理并运用真理为人类造福，而不计较个人的名誉、地位和物质利益。

科技活动主体对真理的坚定不移的无私追求精神，给人类的思想道德境界的提升提供了价值目标。

第二，科学的创新精神是一种促进道德进步的变革精神，为道德的变革提供了思想支点。

科学的创新精神，使人类永不满足现成的认识。

不断创造新理论、新学说，从而扩大人的视野，开阔人的眼界，启迪人的心智，改变人的思维方式，使人类不破除迷信，更新观念，冲破旧传统，创造新道德，推动道德的变革和进步。

第三，科学利用规律为人类造福的务实精神，本质上是一种为自由和幸福而奋斗的精神。

这是科学作为一项与人类的前途、命运息息相关的事业所体现的基本的伦理精神，也是人类的崇高理想之一。

“人类实现自由的关键是使劳动成为真正自由的活动，成为人们自觉自愿的活动，成为对人们最具吸引力的活动。

”2自由是对必然的认识与改造，人只有认识事物发展的规律，并用以改造客观世界，才能获得自由。

科技的发展，意味着人的自由的进步。

科学的求真精神、创新精神和务实精神启迪人们独立思考，实事求是，开拓进取，充分体现了科技的道德意蕴。

杰出科学家在科技界，在整个社会都享有崇高的声誉和威望。

他们中的许多人，不仅以自己创造的重大科技成果造福人类，还以自己的道德准则、价值信念影响人类。

特别是杰出科学家群体所具有的热爱祖国、崇尚真理、求实创新、无私奉献等崇高品德和高尚情操，对推动整个社会道德的进步，具有重要的意义。

爱国主义是科技人才道德的基石，许多杰出科学家都具有强烈的爱国主义精神。

居里夫人曾把自己经过千辛万苦才发现的一种新元素特意取名为“钋”，用以纪念她的祖国波兰。

1 培根：《新工具》商务印书馆1984年版，第104页。

2 赵终令、周荣华：《科学精神与道德建构》，载《苏州大学学报》1998年第3期。

法国微生物学家巴士德断然拒绝接受德国波恩大学寄给他的名誉医学博士学位，同样表达了他的爱国之心。

因为1871年的普法战争中，德国军队占领了大片法国领土。

疯狂推行"消灭道德正义，光荣归于强权"的铁血政策。

出于对祖国的热爱以及对侵略者的愤慨，巴士德断然拒绝接受德国波恩大学寄给他的名誉医学博士学位证书，并给波恩大学医学院院长写了一封言正词严的抗议信。

信中写道“我的良心促使我要求你从大学档案中除去我的名字，并收回这张证书。

这是凯撒·威廉出于满足他罪恶的虚荣心，坚持要两个伟大民族相互屠杀一事，在一个法国科学家心中所引起的愤怒的表示。

”3我们中华民族的科学家则更具`有悠久的爱国主义传统。

在新中国刚诞生不久，就有大批在海外的科学家不畏艰难险阻，通过各种途径毅然返回祖国，为新中国的科技事业贡献自己的青春和才华。

与此同时，许多身居海外的华裔科学家则以各种方式报效祖国。

充分体现了炎黄子孙热爱祖国的赤子之心。

崇尚真理，无私奉献，是科技人才道德的核心。

近代科技革命的奠基人哥白尼曾说过:“人的天职是勇于探索真理。

”许多科学家为了探索真理，不怕千难万苦，不计个人得失，甚至不惜以身殉职。

然而，他们并不把探索到的真理视为私产，据为已有。

他们淡泊名利，乐于奉献，从不计较个人的名誉和地位。

爱因斯坦就是一位乐于奉献，淡泊名利的杰出科学家。

虽然他在社会上有很高的声望，以色列甚至邀请他出任总统(当然被他婉言谢绝了)，但正如赖泽所评论的那样，“他的声望并没有使他的本质的人性发生一点变化。

他一直逃避这种声誉所能带来的一切荣华和危险。

这种声誉，从前他感到厌恶，现在依然如此。

”4爱因斯坦生前不计名利，死后不要纪念。

临终前的遗嘱集中体现了这种淡泊名利、无私奉献的精神。

遗嘱写道:遣体要由医学界处理，不举行公开的追悼仪式，不要坟墓，也不立纪念碑。

生前在普林斯顿高等研究院的办公室一定要让给别人使用。

作为一代科学宗师的爱因斯坦，除了探索真理，造福人类之外别无他求。

因此他衷心希望除了他的科技信念和社会理想外，其余一切都随他而去。

提携后进，培育新人，是科技人才道德的重要组成部分。

科技事业是一项探索客观世界规律的伟大事业，是一项需要一代又一代科技人才前赴后继，不断创新的伟大事业。

因此只有提携后进，培育新人，才能使科技事业兴旺发达，后继有人。

在古今中外的科技史中，许多杰出的科学家都以能当伯乐为荣。

呕心沥血，培育新人，体现了前辈科学家的宽广胸怀和高尚品德。

汉斯罗培育达尔文、汤姆逊提携卢瑟福、熊庆来举荐华罗庚等，都是前辈科学家培育新人的典型事例。

汉斯罗，约翰·斯蒂文（Ｈenslow，Ｊohn Ｓtevens 1796--1861 ）牧师，是英国剑桥大学当时著名的矿物学和植物学教授。

是一位具有远见卓识和广博知识的著名学者。

在剑桥大学开设植物学公共课。

当他发现本校攻读神学的年青学生达尔文在生物学方面的浓厚兴趣后，就自愿担任达尔文的植物学指导老师。

不仅欢迎达尔文来听自己讲授的植物学课程，还邀请达尔文到自己家中参加每周五举行的被称为“剑桥哲学会”的晚会。

汉斯罗还经常率领自己的学生，包括达尔文在内，一起到远地作野外考察旅行，采集植物标本，
“同时向大家讲解那些现场观察到的稀有的植物和动物。

”5达尔文在自己的《回忆录》中曾谈到自己被“邀请达尔文到汉斯罗家中，后来就按期参加晚会。

不久以后，我同汉斯罗就结成深交；在我的剑桥大学时代后半期，有很多天，我们两人时常在一起，作长距离的散步；因此，校中有几位老师，就把我称作‘那个伴随汉斯罗散步的人’”。

61831年，当达尔文大学毕业时，汉斯罗教授又积极推荐达尔文参加“贝格尔舰”环球科学考察活动。

1835年，汉斯罗把达尔文在考察途中写给他的十封信中的考察资料和观点摘录下来，刊印成册，于是
3 转引自亨利.托马斯:《伟大科学家的生活传记》，陈仁炳译,江苏科学技术出版社，1980年版,第217页。