第四讲 科学技术的体系结构
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▪ 如圣西门，由简单到复杂排列的分类系统是：数学、无机
体物理学、天文学、物理学、化学、有机体物理学、生理
学。
恩格斯：按照机械、物理、化学、生物和人类社会运动的区 别及其内部固有的次序来进行分类和排列，把各门科学排 列起来，形成一个科学体系结构。 恩格斯把客观性和发展原则有机结合，构建科学的体系结 构，揭示科学发展的内在逻辑。这种方法迄今依然是整体 地把握当代科学技术体系结构及其演化规律的指导思想。
二、当代科技体系结构
结构
类型
体系构成（学科）
整体 科技 基础 应用 工程 结构 术学 科学 科学 技术
发明 工具 革新 科学
门类 基础 技术 应用
结构 科学 科学 科学
学科 层次 网状
结构 结构 结构
理论 逻辑 逻辑
结构 基础 推论
1、科学技术整体结构示意图
工 具 科 学
工程技术 应用科学
发 明 与 革 新
• 1、古代科学技术 从总体上看，古代的科学知识还不具备科学
形态，各门知识之间也缺乏必然联系，当 然就不可能形成严密的科学的体系结构。 2、近代科学技术体系结构
• 近代，科学技术由“搜集资料”转向“分门别类”研究， 逐步形成了界限分明的众多学科（数学、天文学、物理学、 化学、生物学、医学和地学等），也开始有了有关科学分 类和科学体系结构的探讨。
应用科学，人们也称之为工程科学，是研究把基础理论 与技术科学转化、应用到特定范围，看其如何转化为 生产技术、工程技术和工艺流程的原理和方法的科学。 应用科学是自然科学中与生产实践最接近的科学门类。
在现代科学技术体系结构中，基础科学、技 术科学、应用科学是有机联系的整体，它 们相互联系、相互促进、协调发展。 它们之间发展的比例关系，是一个国家科 技战略的重要问题。
• 1、专门化（specialized discipline ）
– 科学朝更精细、更深入、更广泛的方向发展的趋势。
• 2、兼质化（interdiscipline ）
– 科学朝着同时研究具有学科相兼特征方向发展的趋势。
• 3、多学科化（multidisciplinarity）
– 科学朝着利用多学科的协同，综合性地研究同一个问题 发展的趋势。
• （1）逻辑基础部分：基本概念和基本关系。
• 基本概念是构成科学理论概念出发点的起始概念， 它指那些能在构建理论体系 时能发挥中心作用， 作为逻辑出发点，能把其它概念、定律连成一体 的概念。
• 如“原子量”、“基因”、“引力”、“位移电 流”等。
• 基本关系是指连接基本概念的判断，它可以是公 理、公设、定理、定律和数学公式
（2）学科网状结构
天体 重力学 力学
理论 天体 计算 物理 力学 化学 数学 化学
生物 力学
天文 地质学
天文学
力学
数 学
化学 物理
地学
生物学
生物 化学
宇宙 生物学
地球 物理
地质 地质 力学 生物学
生物 力学 物理 仿生学
地球 化学
4、科学的理论结构
理论结构是科学体系中的微观结构。 它和其他层次的科学结构一样，在内容上包括组 成它的知识元素、各知识元素在科学理论中的地 位和作用以及它们之间的结合方式等。 科学理论结构由逻辑基础部分和逻辑推论构成。
科 学 技 术 学
基础科学
2、门类结构
应用科学
第三阶段 （生 产）
生产技术
科学 技术科学
第二阶段 专业技术
（技 术）
技术
基础科学
第一阶段 （科 学）
实验技术
技术科学是基础科学应用的中间环节，是研究通 用性技术理论的科学，是科学技术转化为现实 生产力的桥梁。
技术科学应用基础科学知识，考察各种专业技术 的共性规律，是专业技术的基础理论。
• 等形式。基本关系包括原理关系命题和因果关系命题。 基础部分两层含义：一是指这类理论的核心部分，可比喻为
原子的核或者树的根和主干，稳定而不易动摇、破坏； 二是指其最本质的部分，抽象度最高，离经验最远。 逻辑基础是科学理论全部逻辑演绎的出发点和前提，决定 其性质，制约其发展方向，且统一其所覆盖的一切已知的 和未知的经验材料。
同位数概念
• 实例说明：十九世纪英国化学家普特劳的原子论思想—— “所有元素的原子量都是由氢原子复合而成”(硬核）。
• 辅助性假设（一）：化学元素的原子量具有整数倍的特点。 • 化学事实：氯原子量和镉原子量分别为 • 35.457和112.41；对于给定的化学元素，在电子束电磁场
偏转实验的荧光屏上可发现两条甚至多条粒子偏转留下的 抛物线。 • 辅助假设（二）：非整数倍元素的原子量可用同位数概念 解释。
• 通过基础研究，获得基础科学知识（因果 关系和原理关系知识）。
– 因果关系：两个事件之间存在引起和被引起关 系的关系。如，力能够导致运动物体产生加速 度，我们就说：“力是物体产生加速度的原 因”。
– 原理关系：物体状态的存在和演变之间未知其 因果关系的规律性。如，两个静止的点电荷之 间所产生的力，服从库仑定律 。这个库仑定律 就是一个原理性定律，不是因果性定律。
– 应用基础理论研究。把已知的科学认识用于某 种目的的可能性研究。如，把化学中已经得到 的具有普遍意义的燃烧理论，用于具体的煤炭 燃烧研究而形成的有关煤炭燃烧的认识，如： 点燃、助燃、燃烧效率、阻燃、燃烧除尘，等 等。
– 直接应用研究：在基础理论研究、应用基础理 论研究完成以后，使之能够被综合性地应用的 研究。如，在以上研究的基础上做燃烧炉设计 研究。
• （2）、专业性分析：依据学科专业方向分 析与之相关的科学技术体系结构。如选择 “物理学”作为专业对象，罗列力学、声 学、电学、光学、热学，等等，分析与之 相关的体系结构。
• 3、整体性分析（系统性分析）：把科学技 术知识看作一个整体，分析其中各知识元素 （知识单元）相对稳定的结合方式，即科技 体系的结构。
第五章 科学技术的体系结构
科学技术体系结构的解析要素和分析方法
科学技术的体系结构是人类科学知识长期进 化而形成的，它是科学技术发展内在逻辑 的集中体现，也是科学技术与社会交互作 用的结果。科学技术自身是一个系统。
• （一）、科学技术体系的要素解析
• 1、研究或知识要素
• （1）基础研究——为获得新知识进行的独 创性研究，目的是揭示自然现象及其规律， 而不附加任何特定的实际目的。
（2）逻辑推论：由理论的基础部分出发，运 用正确的推理规则和推理形式，就可以得 到各种各样派生出来的概念和判断。 这个推导的过程和得到的结论，统称为逻 辑推论。
逻辑推论的两层含义：一是指科学理论的外围部分， 它可以比喻为原子核外的空间区域，或者是树的 枝干和枝条，因而它是科学理论中比较容易动摇 和破坏的部分； 二是指科学理论的低层次的本质部分，它的抽象 程度较低，离经验要近一些。
（2）微观结构
把由科学理论以下的知识单元，如科学概念、 定律、公理等构成的科学理论结构则称为 微观科学结构。
即科学理论以上层次的科学技术体系都是宏
观科学结构，它包括科学技术的总体结构、 门类结构和学科结构。
而微观科学结构则只是科学理论的内部结构。 2、动态分析（教材第168-170页）
一、古代与近代科学技术体系结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• （1）学科层次结构 以自然界物质对象所固有的层次结构作为构造基础
自然科学结构的依据，就会形成一个以基础科学 的六大学科，即力学、物理学、化学、天文学、 地质学、生物学以及相关分支学科为知识元素的 层次结构(见下图)。
宇宙学
天文学
天体史
星系演化学
天 体
基 本 粒 子 物 理 学
原 子 核 物 理 学
– 科学的任务就是努力以某种明确的方式揭示以 上两种可能存在的关系。
• （2）应用研究——为某一特定实际应用目 的而获取新知识进行的独创性研究。应用 研究可以是确定基础研究成果的可能用途， 也可以是为达到某一具体目的确定原理性 新方法或新途径。应用研究有两种类型： 应用基础理论研究和直接应用研究。
应用研究
• 2、人力资源要素（教材第165页） • （1）研究员 • （2）技术员 • （3）辅助人员 • 3、社会-经济目标要素（教材第165-166页） • （二）、科学技术体系结构的分析方法 • 1、静态分析
• （1）、对象性分析：依据被研究对象分析 与之相关的科学技术体系结构。如选择人 体作为分析对象，罗列人体解剖学、人体 发育学、人体病理学、医学，等等，分析 其中的科学技术体系结构。
• 从系统角度看，科技体系结构可以有宏观和 微观两种基本结构类型。
宏观和微观概念是从物理学中借用来的。物 理学根据物理客体结构的时空范围大小， 以原子为基点把物理世界划分为宏观世界 和微观世界。
（1）宏观结构
指以科学理论为基点，把由科学理论或由科 学理论构成的科学学科、科学门类作为知 识单元而构成的科学结构称为宏观科学结 构。
• （3）试验发展（实验开发研究）——利用 研究和经验知识，为生产新的材料、产品 和装置，建立新的工艺与系统，以及对已 生产或建立的上述各项进行实质性改进而 进行的系统性工作。如，依据锅炉设计原 理实实在在地设计一种或数种不同型号、 不同目的的锅炉。这个研究就属于实验开 发研究。
实验开发 研究
基础研究
原 子 物 理 学
分 子 物 理 学
非 地质学 生
物 力学
科 学
物理学
化学
分子生物学
地球史
各 门 自
恒星演化学 太阳系演化学
地球演化学
演 化 学
然
细胞学
科
生 组织学
学 史
蛋白质起源演化
物 生理学
细胞
生
胚胎学
生物史
植物
物
科 遗传学
动物
进 化
学 植物学
生命
论
动物学
人类史
人类起源演化
从横向看，它是基础科学的静态结构，并且它与自然界物质 的层次结构相一致； 从纵向看，它概略地反映了基础科学的动态发展，并且这 种发展与物质结构的演化相一致。 同时，这一学科结构还表明，力学、物理学、化学、天文 学、地质学、生物学等基础学科都在微观物理学中找到了 它们共同的基础——物质的微观结构，从而预示着基础科 学发展的综合化趋势。
• 4、交叉化（crossdisciplinarity ）
– 科学朝着具有两个或两个以上学科涵盖关系领域开拓的 趋势。
• 5、超学科化（transdisciplinary ）
– 科学朝着超越任何具体学科进行系统化研究的趋势。
门类结构反映了自然科学知识从产生到应用的全过 程。 比如，激光打孔机的问世就是这样。首先是 爱因斯坦的受激辐射理论和第一台红宝石激光器 的实验技术阶段，然后是激光理论和各种激光器 研制的专业技术阶段，最后是激光应用和激光打 孔机及其他激光通讯设备的生产技术阶段。
3、学科结构
学科结构是科学技术的二级结构，它是将门类结 构中的每一门类加以分解，由学科和分支学科 作为知识元素而构成的。 它主要表现为层次结构和网状结构两大类型。
辅助性陈述之二： 非整数倍元素的原 子量可以用同位素 概念解释
普劳特（W·Prout）原子论思想的理 论硬核：所有元素的原子都是由氢 原子复合而成的。
理论硬核
辅助性陈述
辅助性陈述之一：化学 元素的原子量具有整数 倍特点。
普劳特（W·Prout）原子论思想的 理论硬核和它的辅助性假说
三、现代科学技术体系结构演化趋势
体物理学、天文学、物理学、化学、有机体物理学、生理
学。
恩格斯：按照机械、物理、化学、生物和人类社会运动的区 别及其内部固有的次序来进行分类和排列，把各门科学排 列起来，形成一个科学体系结构。 恩格斯把客观性和发展原则有机结合，构建科学的体系结 构，揭示科学发展的内在逻辑。这种方法迄今依然是整体 地把握当代科学技术体系结构及其演化规律的指导思想。
二、当代科技体系结构
结构
类型
体系构成（学科）
整体 科技 基础 应用 工程 结构 术学 科学 科学 技术
发明 工具 革新 科学
门类 基础 技术 应用
结构 科学 科学 科学
学科 层次 网状
结构 结构 结构
理论 逻辑 逻辑
结构 基础 推论
1、科学技术整体结构示意图
工 具 科 学
工程技术 应用科学
发 明 与 革 新
• 1、古代科学技术 从总体上看，古代的科学知识还不具备科学
形态，各门知识之间也缺乏必然联系，当 然就不可能形成严密的科学的体系结构。 2、近代科学技术体系结构
• 近代，科学技术由“搜集资料”转向“分门别类”研究， 逐步形成了界限分明的众多学科（数学、天文学、物理学、 化学、生物学、医学和地学等），也开始有了有关科学分 类和科学体系结构的探讨。
应用科学，人们也称之为工程科学，是研究把基础理论 与技术科学转化、应用到特定范围，看其如何转化为 生产技术、工程技术和工艺流程的原理和方法的科学。 应用科学是自然科学中与生产实践最接近的科学门类。
在现代科学技术体系结构中，基础科学、技 术科学、应用科学是有机联系的整体，它 们相互联系、相互促进、协调发展。 它们之间发展的比例关系，是一个国家科 技战略的重要问题。
• 1、专门化（specialized discipline ）
– 科学朝更精细、更深入、更广泛的方向发展的趋势。
• 2、兼质化（interdiscipline ）
– 科学朝着同时研究具有学科相兼特征方向发展的趋势。
• 3、多学科化（multidisciplinarity）
– 科学朝着利用多学科的协同，综合性地研究同一个问题 发展的趋势。
• （1）逻辑基础部分：基本概念和基本关系。
• 基本概念是构成科学理论概念出发点的起始概念， 它指那些能在构建理论体系 时能发挥中心作用， 作为逻辑出发点，能把其它概念、定律连成一体 的概念。
• 如“原子量”、“基因”、“引力”、“位移电 流”等。
• 基本关系是指连接基本概念的判断，它可以是公 理、公设、定理、定律和数学公式
（2）学科网状结构
天体 重力学 力学
理论 天体 计算 物理 力学 化学 数学 化学
生物 力学
天文 地质学
天文学
力学
数 学
化学 物理
地学
生物学
生物 化学
宇宙 生物学
地球 物理
地质 地质 力学 生物学
生物 力学 物理 仿生学
地球 化学
4、科学的理论结构
理论结构是科学体系中的微观结构。 它和其他层次的科学结构一样，在内容上包括组 成它的知识元素、各知识元素在科学理论中的地 位和作用以及它们之间的结合方式等。 科学理论结构由逻辑基础部分和逻辑推论构成。
科 学 技 术 学
基础科学
2、门类结构
应用科学
第三阶段 （生 产）
生产技术
科学 技术科学
第二阶段 专业技术
（技 术）
技术
基础科学
第一阶段 （科 学）
实验技术
技术科学是基础科学应用的中间环节，是研究通 用性技术理论的科学，是科学技术转化为现实 生产力的桥梁。
技术科学应用基础科学知识，考察各种专业技术 的共性规律，是专业技术的基础理论。
• 等形式。基本关系包括原理关系命题和因果关系命题。 基础部分两层含义：一是指这类理论的核心部分，可比喻为
原子的核或者树的根和主干，稳定而不易动摇、破坏； 二是指其最本质的部分，抽象度最高，离经验最远。 逻辑基础是科学理论全部逻辑演绎的出发点和前提，决定 其性质，制约其发展方向，且统一其所覆盖的一切已知的 和未知的经验材料。
同位数概念
• 实例说明：十九世纪英国化学家普特劳的原子论思想—— “所有元素的原子量都是由氢原子复合而成”(硬核）。
• 辅助性假设（一）：化学元素的原子量具有整数倍的特点。 • 化学事实：氯原子量和镉原子量分别为 • 35.457和112.41；对于给定的化学元素，在电子束电磁场
偏转实验的荧光屏上可发现两条甚至多条粒子偏转留下的 抛物线。 • 辅助假设（二）：非整数倍元素的原子量可用同位数概念 解释。
• 通过基础研究，获得基础科学知识（因果 关系和原理关系知识）。
– 因果关系：两个事件之间存在引起和被引起关 系的关系。如，力能够导致运动物体产生加速 度，我们就说：“力是物体产生加速度的原 因”。
– 原理关系：物体状态的存在和演变之间未知其 因果关系的规律性。如，两个静止的点电荷之 间所产生的力，服从库仑定律 。这个库仑定律 就是一个原理性定律，不是因果性定律。
– 应用基础理论研究。把已知的科学认识用于某 种目的的可能性研究。如，把化学中已经得到 的具有普遍意义的燃烧理论，用于具体的煤炭 燃烧研究而形成的有关煤炭燃烧的认识，如： 点燃、助燃、燃烧效率、阻燃、燃烧除尘，等 等。
– 直接应用研究：在基础理论研究、应用基础理 论研究完成以后，使之能够被综合性地应用的 研究。如，在以上研究的基础上做燃烧炉设计 研究。
• （2）、专业性分析：依据学科专业方向分 析与之相关的科学技术体系结构。如选择 “物理学”作为专业对象，罗列力学、声 学、电学、光学、热学，等等，分析与之 相关的体系结构。
• 3、整体性分析（系统性分析）：把科学技 术知识看作一个整体，分析其中各知识元素 （知识单元）相对稳定的结合方式，即科技 体系的结构。
第五章 科学技术的体系结构
科学技术体系结构的解析要素和分析方法
科学技术的体系结构是人类科学知识长期进 化而形成的，它是科学技术发展内在逻辑 的集中体现，也是科学技术与社会交互作 用的结果。科学技术自身是一个系统。
• （一）、科学技术体系的要素解析
• 1、研究或知识要素
• （1）基础研究——为获得新知识进行的独 创性研究，目的是揭示自然现象及其规律， 而不附加任何特定的实际目的。
（2）逻辑推论：由理论的基础部分出发，运 用正确的推理规则和推理形式，就可以得 到各种各样派生出来的概念和判断。 这个推导的过程和得到的结论，统称为逻 辑推论。
逻辑推论的两层含义：一是指科学理论的外围部分， 它可以比喻为原子核外的空间区域，或者是树的 枝干和枝条，因而它是科学理论中比较容易动摇 和破坏的部分； 二是指科学理论的低层次的本质部分，它的抽象 程度较低，离经验要近一些。
（2）微观结构
把由科学理论以下的知识单元，如科学概念、 定律、公理等构成的科学理论结构则称为 微观科学结构。
即科学理论以上层次的科学技术体系都是宏
观科学结构，它包括科学技术的总体结构、 门类结构和学科结构。
而微观科学结构则只是科学理论的内部结构。 2、动态分析（教材第168-170页）
一、古代与近代科学技术体系结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• （1）学科层次结构 以自然界物质对象所固有的层次结构作为构造基础
自然科学结构的依据，就会形成一个以基础科学 的六大学科，即力学、物理学、化学、天文学、 地质学、生物学以及相关分支学科为知识元素的 层次结构(见下图)。
宇宙学
天文学
天体史
星系演化学
天 体
基 本 粒 子 物 理 学
原 子 核 物 理 学
– 科学的任务就是努力以某种明确的方式揭示以 上两种可能存在的关系。
• （2）应用研究——为某一特定实际应用目 的而获取新知识进行的独创性研究。应用 研究可以是确定基础研究成果的可能用途， 也可以是为达到某一具体目的确定原理性 新方法或新途径。应用研究有两种类型： 应用基础理论研究和直接应用研究。
应用研究
• 2、人力资源要素（教材第165页） • （1）研究员 • （2）技术员 • （3）辅助人员 • 3、社会-经济目标要素（教材第165-166页） • （二）、科学技术体系结构的分析方法 • 1、静态分析
• （1）、对象性分析：依据被研究对象分析 与之相关的科学技术体系结构。如选择人 体作为分析对象，罗列人体解剖学、人体 发育学、人体病理学、医学，等等，分析 其中的科学技术体系结构。
• 从系统角度看，科技体系结构可以有宏观和 微观两种基本结构类型。
宏观和微观概念是从物理学中借用来的。物 理学根据物理客体结构的时空范围大小， 以原子为基点把物理世界划分为宏观世界 和微观世界。
（1）宏观结构
指以科学理论为基点，把由科学理论或由科 学理论构成的科学学科、科学门类作为知 识单元而构成的科学结构称为宏观科学结 构。
• （3）试验发展（实验开发研究）——利用 研究和经验知识，为生产新的材料、产品 和装置，建立新的工艺与系统，以及对已 生产或建立的上述各项进行实质性改进而 进行的系统性工作。如，依据锅炉设计原 理实实在在地设计一种或数种不同型号、 不同目的的锅炉。这个研究就属于实验开 发研究。
实验开发 研究
基础研究
原 子 物 理 学
分 子 物 理 学
非 地质学 生
物 力学
科 学
物理学
化学
分子生物学
地球史
各 门 自
恒星演化学 太阳系演化学
地球演化学
演 化 学
然
细胞学
科
生 组织学
学 史
蛋白质起源演化
物 生理学
细胞
生
胚胎学
生物史
植物
物
科 遗传学
动物
进 化
学 植物学
生命
论
动物学
人类史
人类起源演化
从横向看，它是基础科学的静态结构，并且它与自然界物质 的层次结构相一致； 从纵向看，它概略地反映了基础科学的动态发展，并且这 种发展与物质结构的演化相一致。 同时，这一学科结构还表明，力学、物理学、化学、天文 学、地质学、生物学等基础学科都在微观物理学中找到了 它们共同的基础——物质的微观结构，从而预示着基础科 学发展的综合化趋势。
• 4、交叉化（crossdisciplinarity ）
– 科学朝着具有两个或两个以上学科涵盖关系领域开拓的 趋势。
• 5、超学科化（transdisciplinary ）
– 科学朝着超越任何具体学科进行系统化研究的趋势。
门类结构反映了自然科学知识从产生到应用的全过 程。 比如，激光打孔机的问世就是这样。首先是 爱因斯坦的受激辐射理论和第一台红宝石激光器 的实验技术阶段，然后是激光理论和各种激光器 研制的专业技术阶段，最后是激光应用和激光打 孔机及其他激光通讯设备的生产技术阶段。
3、学科结构
学科结构是科学技术的二级结构，它是将门类结 构中的每一门类加以分解，由学科和分支学科 作为知识元素而构成的。 它主要表现为层次结构和网状结构两大类型。
辅助性陈述之二： 非整数倍元素的原 子量可以用同位素 概念解释
普劳特（W·Prout）原子论思想的理 论硬核：所有元素的原子都是由氢 原子复合而成的。
理论硬核
辅助性陈述
辅助性陈述之一：化学 元素的原子量具有整数 倍特点。
普劳特（W·Prout）原子论思想的 理论硬核和它的辅助性假说
三、现代科学技术体系结构演化趋势