对化学学科的认识(收集3篇)
对化学学科的认识范文篇1
〖关键词〗波义耳，机械论哲学，机械论化学，17世纪，化学史
1对“波义耳把化学确立为科学”的传统解释
“波义耳把化学确立为科学”，是恩格斯的著名论断之一，语出恩格斯《自然辩证法》第2、3节“自然科学各个部门的循序发展”（〖1〗,p.28）。奇怪的是，恩格斯在谈到生理学、比较形态学和比较生理学等学科成为科学时，都说明了原因，但是，恩格斯没有对“波义耳把化学确立为科学”作出任何解释。持马克思主义观点研究化学史和化学哲学的学者，经常引用和注释这条经典，其基本观点是：波义耳提出了科学的元素定义，从而“把化学确立为科学”。
现以在国内颇有影响的化学史书籍《化学发展简史》为例：
在化学领域，十七世纪英国资产阶级早期活动家波义耳（robertboyle1627-1691）对一系列新的实践经验，进行了总结，为化学元素作了一个科学的定义，为使化学发展成为真正的科学做出了一项重大的贡献，为人们研究万物的组成指明了方向，因而它是化学发展中的一个转折点。对此恩格斯给予了高度的评价，他曾指出：“波义耳把化学确立为科学”。（〖11〗,p.72）
然而，据对波义耳原著的研究，发现波义耳根本就没有提出过什么“科学的”、“近代的”元素定义（〖5〗,pp.95-98;〖6〗,p.380;〖7〗,p.17;〖8〗,p.76;〖9〗,pp.240-242）。波义耳从根本上怀疑元素的存在；波义耳除了批判元素概念以外，绝不给元素概念在化学研究中留下一点地位。
如果波义耳果真没有提出“科学的元素定义”，那么，恩格斯的论断“波义耳把化学确立为科学”是否就不能成立了呢？我们究竟应该在何种意义上理解“波义耳把化学确立为科学”这一论断呢？
2对波义耳元素定义的误读
人们常常引用的波义耳关于化学元素的定义，出自波义耳《怀疑的化学家》一书。在研究波义耳关于化学元素的定义之前，我们简要地介绍一下《怀疑的化学家》的主要内容。
波义耳《怀疑的化学家》（thescepticalchymist），出版于1661年，其实这本书几年前就写好了，并且私下流传着（〖12〗，p.386）。波义耳著述甚丰，在今天的人们看来，《怀疑的化学家》是波义耳著作中最著名的一部，但是，在波义耳那个时代，这部书并不比他的其他著作更出名，也不比他的其他著作更重要（〖4〗，p.465;〖7〗,p.19）。这一事实丝毫无损于《怀疑的化学家》对化学发展的意义。
《怀疑的化学家》在机械论哲学的指导下，以实验为基础，试图彻底清除亚里士多德的四元素说（即一切物体皆由土、水、空气和火四种元素组成）和帕拉塞尔苏斯的三要素说（即盐、硫、汞是构成一切事物的要素）。波义耳把四元素说和三要素说视为“难兄难弟”，波义耳决定一剑双雕，彻底斩断它们。他说：“••••••我所要提出的许多东西，••••••都可不分彼此地适用于逍遥学派的四元素说和化学家们的三要素说，尽管我的某些反对意见可能更多地偏重于后列出的三要素说，但这不过是因为化学家们的假说看起来似乎更要比另一个得到了更多的经验支持，因此，着重围绕这一学说进行反驳才是当务之急，尤其还要看到，绝大多数的被用来反驳该学说的论据，只须略作变更，即可被用之于反对亚里士多德学派的学说，并足以强有力地驳倒这个缺乏根据的学说。”（〖2〗,p.29;〖3〗,p.33）
此书以对话体写成，也许波义耳是想效仿伽利略《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书的手法。书中的卡尼阿德斯（carneades），是波义耳的代言人，波义耳借他之口提出自己的疑问，表达自己的观点；弥修斯（themistius）,是亚里士多德学说或逍遥学派的信徒；菲洛波努斯（philoponus）是三要素说的代言人；埃留提利乌斯（eleutherius）是一位中立者；书中还有一个“我”，充当书记员。
在《怀疑的化学家》中，波义耳主要讨论元素的数量及其对物体性质的影响，以及火术分析的机制。
针对四元素说和三要素说，波义耳提出了三个疑问：
第一，那些被逍遥学派和医药化学家、炼金术士认为是元素或要素的东西，真的是原始的、简单的物质吗？
第二，是不是每一种混合物体都包含有全部四种元素或三种要素？
第三，元素或要素的数量，是否真的仅限于亚里士多德学派所说的那四种，或者帕拉塞尔苏斯学派认为的那三种？
这里讨论的核心概念是元素或要素。为了避免“为空洞的词或术语或概念而争吵”，讨论的各方决定在讨论的开始就必须对元素或要素的概念达成一致的理解，“对要素或元素这两个词自始自终应如何理解作出规定”。他们异口同声地欣然同意在辩论时将元素和要素当着等同语加以使用，“都是指那些原始而简单的物体，而结合物则可说成是由它们组成的，并将最终分解成它们。”（〖2〗,p.13;〖3〗,p.19）这是元素的概念在《怀疑的化学家》中第一次出现。
经过了严密的有根有据的讨论，波义耳对上述三个问题给出了否定性的答案。这里我们看看波义耳针对第二个问题所做的部分回答。
“虽然化学家们宣称他们从某些物体中提取了盐，从另一些中得到了汞，又从一些中得到了硫；但他们却从未告诉我们运用其中的何种方法能够从一切种类的矿物中毫无例外地分离出来任何一种要素，无论是盐，还是硫或汞。因此，应该允许我下出这样一个结论，在这些元素中，没有哪种可作为一切物体的某种普适组分，倒是有些元素并不能成为其为这样一种组分。”（〖2〗,p.196;〖3〗,p.212;〖15〗,p.55）
“我从未发现从金或银（暂时不列上其他金属）中能够分离出我们通常所说的那种土或水，因此，我可以给出以下结论以反驳我的论敌们的论点，这就是，土和水这两者绝非所有的那些被当作是完全结合物的物体所共有的组分。”（〖2〗,p.197;〖3〗,p.213;〖15〗,p.55）”
在波义耳认为他已经摧毁了四元素说或三要素说的时候，他继而开始怀疑元素究竟是否存在的问题。于是，波义耳第二次给元素下了一个定义。这就是人们“频繁地引用而又同样频繁地误解”（〖8〗,p.76）的那个定义。
现在我们来推敲波义耳关于元素的定义。为准确起见，现将原文和中译文一道抄录如下：
and,topreventmistakes,imustadvertiseyou,thatinowmeanbyelements,aschymiststhatspeakplainestdobytheirprinciples,certainprimitiveandsimple,orperfectlyunmingledbodies;whichnotbeingmadeofanyotherbodies,orofoneanother,aretheingredientsofwhichallthosecalledperfectlymixtbodiesareimmediatelycompounded,andintowhichtheyareultimatelyresolved:nowwhethertherebeanyonesuchbodytobeconstantlymetwithinall,andeach,ofthosethataresaidtobeelementedbodies,isthethinginowquestion.（〖2〗,p.187）
而且，为避免误解，我必须事先声明，我现在所谈的元素，如同那些谈吐最为明确的化学家们所谈的要素，是指某些原始的、简单的物体，或者说完全没有混杂的物体，它们由于既不能由其他任何物体混成，也不能由它们自身相互混成，所以它们只能是我们所说的完全结合物的组分，是它们直接复合成完全结合物，而完全结合物最终也将分解成它们：然而，究竟是否存在这样的物体，即它们在所有的物体中总能找得到，而且它们都是所谓元素化的物体，则是我现在要怀疑的事情。（〖3〗，p.202；下划线为本文作者所加，此处译文与中译本略有改动。——刘立注）
仔细分析这段文字，可以发现：
第一，波义耳清楚地定义了“元素”概念。这里波义耳对元素作如是定义：“是指某些原始的、简单的物体，或者说完全没有混杂的物体，它们由于既不能由其他任何物体混成，也不能由它们自身相互混成，所以它们只能是我们所说的完全结合物的组分，是它们直接复合成完全结合物，而完全结合物最终也将分解成它们。”著名化学史家j•p•帕廷顿（partington）将元素的定义从上段文字中“剥离”出来，断章取义，以为这个元素定义就是波义耳所要提出的元素定义（〖11〗，pp.77-78;〖3〗，汉译者前言）,并且认为这是“把波义耳称为近代化学奠基者”的三个理由之一。（〖11〗，p.74）后来许多学者据此以为波义耳提出了近代的、科学的元素定义。这实在是一种误读。问题主要出在包括帕廷顿在内的许多学者都忽视了波义耳元素定义中的两个重要从句。
第二，波义耳的元素定义并非具有原创性。波义耳用一个从句说，他所谈的元素跟化学家明明白白所讲的要素，其意思是相同的。早在1641年，巴黎皇家学院的克拉夫（e.d.clave）就给元素下了很好的定义，即元素是“简单的物体，混合体最初由它们组成，并且最终将分解成它们或者可以分解成它们。”（〖5〗,p.85；〖13〗，p.38）其他化学家对元素也做过类似的定义。波义耳的元素定义与前人的定义本质上是一致的，因此我们认为波义耳的元素定义并不是原创的。著名科学史家r.s.westfall亦指出，波义耳“只是重复了元素的传统定义”。（〖7〗,p.19;〖8〗,p.76）
第三，波义耳的元素定义并非具有近代性。波义耳的元素定义与近代的化学元素定义有着显著的区别，其区别是如此之大，使得我们看不出该定义具有任何现代性：该定义假设，我们在任何物体中都能找到那几个屈指可数的元素，而且任何物体都应该分解成同样数目的元素，因此任何物体都是由同样数目的元素按不同的方式排列而成的。波义耳的元素定义丝毫没有这样的意思，即可能有某种物质（元素本身除外），其组成元素会少于四种（按四元素说的观点）或三种（按三要素说的观点）。显然，这跟近代化学元素定义有着本质的区别。研究波义耳的权威化学史家marieboashall在她为《科学家传记辞典》（dsb）撰写的波义耳条目中指出，“波义耳没有提出过近代的元素定义，但是他（特别地、故意地）给他那个时代化学家所理解的元素下了一定清楚的定义。”“波义耳从来就没有接近于提出近代的元素定义。”（〖6〗,p.380）
第四，波义耳从根本上怀疑元素的存在。上述文字中最后一个从句“究竟是否存在这样的物体，即在所有的物体中总能找到它们，而且它们都是所谓的元素化的物体，则是我现在要怀疑的事情”，表明波义耳对元素的存在持怀疑的态度。波义耳在《怀疑的化学家》中有多处表示对元素的存在表示怀疑。如波义耳说：“我就实在看不出有什么理由非要相信存在着这样的一些原始而简单的物体，说大自然正是用这些作为先在的元素才得以复合出一切其他物体。”（〖2〗,p.224;〖3〗,p.238）其实，《怀疑的化学家》这整部书乃是致力于否认元素存在的可能性。（〖7〗,p.19）在波义耳看来，元素是一个“错误的、使人误入歧途的概念”。（〖6〗，p.380）
综上所述，波义耳实际上并没有提出科学的、近代的元素定义，而且波义耳明确否定元素的存在。那种认为波义耳提出了科学的元素定义而“把化学确立为科学”的观点肯定是站不脚的。既然如此，恩格斯的论断“波义耳把化学确立为科学”是不是也站不脚了呢？看来，有必要对这一论断进行再认识。
31661年前的化学：炼金术、医药技艺和冶金技艺
“波义耳把化学确立为科学”，这句话本身提示我们，要分析波义耳之前的化学状态，波义耳的化学活动及其产生的影响，才能搞清楚化学经波义耳之手后变成了什么样子。
在近代之初，化学沿着三个主要趋势发展。首先，炼金术研究仍然盛行；其次，化学知识转用于医药；第三，化学同矿业密切结合。炼金术士、冶金家以及医药化学的活动，无疑产生了各种可以作科学解释的结果，但是他们的目标均属实用性质，而不属于科学；他们的实验旨在产生实际利益，而不是促进对化学现象的科学理解。他们的思维受到四元素说或三要素说的支配，即认为这些有限的元素或要素按不同的比例结合，构成世上万物。虽然亚里士多德的四元素说（土、水、气和火）似乎可以为化学提供一个可能的理论基础，但是，亚里士多德的信徒们从来就没有搞出一个亚里士多德化学体系出来。帕拉塞尔苏斯反对亚里士多德的四要素说，提出了三要素说：任何物体都是由盐、硫和汞组成的，它们分别对应于身体、心灵和灵魂。这一物质理论部分可以用来解释化学现象，当作化学理论。迄至17世纪中叶，化学领域中一直是帕拉塞尔苏斯化学占主导地位。
17世纪中叶以前的化学，与其说是自然哲学，倒不如说是实验哲学。试比较力学与化学研究的方式之不同。力学研究者以笔和纸作为工具伏案工作，而化学研究者则是在火炉上架起坩埚和蒸馏器在那里辛勤工作。自然哲学家、绅士派的学者们常常轻蔑地称化学家是“被浓烟薰得漆黑的经验主义者”，说“他们都谈不上是哲学家（虽然他们自己喜欢以此自称），因为他们被他们自己炉子里的烟雾蒙住了双眼，搅昏了心智”（〖3〗p.23）。化学家笃信火是无经不克的分析工具，可以将混合物分解成他们的元素或要素，揭示事物的本质。正如帕那塞尔苏斯的一个信徒告诫他的读者们：“购置煤炭，建造炉台，不厌其烦地注视并用火操作。用这种方法而非其他方法，你们将获得对事物及其性质的认识。”（〖17〗）那些炼金术士和医药化学家、冶金化学家，在某种意义上可以说是一批“用火操作的哲学家”。
这种重视实验的化学研究带来了经验知识的急剧增长，但是，当时的化学由于缺乏合理的理论结构，无法把握零碎散乱的经验知识，也无法为经验研究提供理论指导。
1661年以前，化学远离自然哲学的主流，尚未确立为一门独立的学科。
4波义耳与机械论哲学、微粒哲学和机械论化学
统治了西方自然哲学达2000年之久的亚里士多德学说，终于在17世纪被一种新的自然哲学所，致使关于自然的研究发生了一场深刻的革命，这就是机械论哲学（mechanicalphilosophy）。机械论哲学后来成为科学家的“工作假定”，到牛顿的《自然哲学的数学原理》（1687年）发表时，机械论哲学已经在欧洲科学中占统治地位。（〖16〗,p.154）
笛卡尔（renedescartes）是十七世纪机械论哲学的主要建筑师。笛卡尔不仅对力学、光学、几何学做出了巨大的贡献，而且对机械论哲学的建立也做出了杰出的贡献。笛卡尔在他的《哲学原理》（principiaphilosophiae,1644年）详细阐述了机械论哲学。
笛卡尔认为，自然是由物质构成的一架机器，它的运行跟机器一样，服从力学规律。物质由不连续的微粒组成，这些处于运动的微粒相互碰撞，就产生了自然现象。尽管单个微粒在相互作用中可能会改变其运动状态，或停顿，或加速，或改变方向，但是宇宙中运动的总量却是保持恒定不变的。这是笛卡尔机械论宇宙的基本法则。自然界中任何活动现象都可以用物质和运动来解释，无需引入任何非机械论的动因来解释。
机械论哲学试图把物体的性质和活动，都归结于组成该物体的微粒，它的运动、形状和广延。笛卡尔反对用终极原因或目的论来解释物体的性质和活动，他强烈抨击当时占统治地位的亚里士多德学派或经院学派解释自然现象的方式，他们到处用“实体形式”和“隐秘属性”等词语。笛卡尔宣称，整个宇宙中的任何现象，无一不可用“纯物质的原因——即完全独立于人的心灵和思维的原因”来解释。笛卡尔甚至应用机械论哲学解释了磁现象（〖8〗,pp.36-38）、动物和人体的生理现象以及心理现象（〖16〗,p.157）。
笛卡尔创建机械论哲学，是对17世纪科学改革的一个巨大贡献。但是，需要指出的是，笛卡尔的机械论哲学虽然是机械论哲学中最突出的，但并不是唯一的。在英国，霍布斯（thomashobbes）提出了类似的哲学，不过没有笛卡尔的那么精致；在法国，原子论的主要复兴者伽桑狄（pierregassendi）也提出了相似的观点。各种版本的机械论哲学大同小异，我们求同存异，可以发现他们在以下观点上是一致的：
1要将“隐秘动因”（如爱、憎、亲和力）从自然界中彻底清除出去，任何自然现象都是物质过程的必然结果。
2自然界是由物质组成的，物质是中性的，区别在于构成物质的微粒在尺寸、形状、运动等方面存在着差异。
3自然哲学的纲领，就是要说明所有的自然现象都是微粒之间直接地相互作用而产生的。
机械论哲学犹如一阵清风，感召着那些对研究自然有兴趣的人们。他们相信，惟有从机械论哲学的观点，才能达到对自然的真正理解；相比之下，亚里士多德的自然哲学显得太浅薄，它对自然的解释总是用那些陈词滥调。他们还相信，任何新的发现，都可以从机械论哲学的观点来解释，整个世界都可以囊括在机械论哲学的范围之内。无怪乎，荷兰的惠更斯、英国的波义耳等人都对痴迷于机械论哲学；事实上，十七世纪下半叶欧洲任何一个重要的科学人物，无一不信奉机械论哲学。（〖7〗,p.17）“机械论”（mechanical）对波义耳和他的同时代人来说，是与“亚里士多德主义”和“神秘主义”针锋相对的一个概念；在他们看来，惟有机械论的解释才是理性的解释，这样的解释与力学原理相符合。
在英国，波义耳被同时代的人们称为“机械论哲学的重建者”（restorerofthemechanicalphilosophy）（〖4〗,p.414）。孩提时代起，波义耳就熟悉伊壁鸠鲁的原子论；他广泛阅读机械论哲学的代表人物的著作，如培根的《新工具》（1620年）、笛卡尔的《哲学原理》（1644年）。波义耳博采众家，不仅掌握了机械论哲学的要义，而且创建了自己的机械论哲学，即微粒哲学（corpuscularphilosophy）。波义耳之所以要用“微粒”这个中性词汇来表达的机械论哲学，是因为，第一，波义耳既拒斥伊壁鸠鲁的原子，又拒斥笛卡尔机械论所说的粒子那复杂的等级结构；第二，波义耳希望，使用“微粒”这个中性词汇来谈论问题，可以为所有的机械论哲学家所接受和信服，不管他们信奉何种物质理论（〖4〗,p.467;〖6〗,p.379）。波义耳在1666年出版的《形式和质料的起源，根据微粒哲学》完整地阐述了他的微粒哲学。该书的出版者指出，波义耳的理论，虽然与伊壁鸠鲁的理论和笛卡尔的理论有类似之处，但是，它实际上是一个崭新的假说，“是作者独有的，是根据日常观察、严密的论证和实验，以及精确且容易操作的化学过程提出来的。”（转引自〖4〗,p.467）marieboas指出，此言极是。波义耳在《形式和质料的起源》中提出的微粒哲学，是彻底的机械论，牢固地建立在实验的基础之上，论证周密详尽；波义耳想把《形式和质料的起源》做成微粒哲学的指南（〖4〗,p.467），想一劳永逸地确立地物质内在结构的原理。
波义耳的微粒哲学,可以概括如下：
1微粒哲学的基础是普遍质料（universalmatter），这是一种“广延的、可分的、不可穿透的”物质，物质是运动的，运动乃是上帝赋予的。宇宙是一架自身包含运动的大机器，是一架“巨大的时钟”（〖4〗,p.486）。
2物性不外乎“物质和运动”。“物质和运动”是所有东西的基本属性（primaryqualities）,“物体的两个最伟大的、最普遍的原理”（〖4〗,p.468）。这里可以看到微粒哲学与原子论的不同：对经典的原子论来说，运动是感觉、性质变更的原因，而在波义耳的粒子哲学里，运动就是“性质自身的起因”。托马斯•s•库恩研究指出，波义耳一方面大力批判各种“原子论”，一方面发展了这种理论，其最重要的就是加上了“运动”的概念（〖14〗，p.47）。“运动”在波义耳的理论中具有极端重要的意义。
3物质由大小、形状和运动各异的粒子构成。具有运动禀赋的物质，起初以粒子形态存在；这些粒子具有大小、形状和运动。虽然从理论上将粒子无限可分，但是，由于粒子细微又坚固，实际上是不可分的。这些细微的、坚固的、不可分的粒子，即第一自然质（primanaturalia），是构成物质的基本组分。粒子结合生成原始凝聚体或簇状物（primitiveconcretionsorclusters），虽然它们可以还原为第一自然质，但是，在化学反应过程中表现为不可分解的单位，因而它们是可以检测到的最小粒子，是简单物体的基本化学组分。第一簇状物（primaryclusters）之间相互结合，或者与第一自然质结合，即形成微粒（corpuscle），它们是物体的基本物理组分。物体的各种物理性质即是由微粒的大小、形状和运动决定的。
4任何物体的现象和性质，均取决于微粒及其运动，并可以微粒及其运动来解释。波义耳将物体的性质分为四类（〖4〗,p.470）：第一类是第一性（primaryqualities），如热、冷；第二类是可感知性（sensiblequalities）,如味道、气味；第三类是第二性或化学性（secondaryorchemicalqualities），如流动性、稳固性、挥发性、溶解性；最后一类是隐秘性（occultqualities），如电性、磁性。波义耳认为，任何混合体的本性，都取决于组成该物体的组分，微粒或原始凝聚体；组分之间的大小和形状；更重要的是，给定时刻组分的运动状态。波义耳运用他的微粒哲学，对上述四类性质全都做出了合理的机械论解释（〖4〗,pp.469-484），不给那些隐秘的解释留下任何空间。
试以结合性（cohension）为例，看波义耳运用微粒哲学对物体性质的解释。
“关于物体的组成部分何以联合起来组成该物体的问题，人们曾信心十足地且合情合理地假定，物体中必定存在着某种实体形式，这是物体的组成部分之构成物体所必需的，否则，就不可能成之为物体。我的回答是，那些具有特定形状的组分，它们拼接配置，这样足以解释它们何以结合成物体，而无需借助于实体形式这种东西来解释。”（〖4〗,p.474）
波义耳的微粒哲学主要体现在《形式和质料的起源》一书中，但在《怀疑的化学家》中也不无阐述。我们来看《怀疑的化学家》中的两个命题。波义耳所讲的“命题”，相当于公理，它们是“明晰的命题，对于这些命题，我不作任何保证”。（〖3〗，p.33；〖2〗，p.29）
命题1在结合物最初形成之时，普遍质料——结合物以及宇宙中其他物体均由它们所构成——实际上是那些被分割成了大小、形状和运动方式各异的细小微粒。此观点似乎并不荒谬。（〖2〗,pp.30-31;〖3〗,pp.33-34,此处译文与中译本上的译文有所改动。——刘立注）
命题2在细小微粒中，那些极小且相邻的微粒在各处联结成细小的团状物或簇状物，并且正是通过这些团状物或簇状物之间的结合，形成了大量的第一（primary）凝结物或团状物，它们很难再分解成组成它们的微粒。出现这种情况不是不可能的。（〖2〗，pp30-31；〖3〗，pp.34-35，此处译文与中译本上的译文有所改动。——刘立注）
波义耳对第一个命题作了的如下说明：
要证明微粒的存在，有两个途径：一是可以看物体的生长、腐败、滋养和毁灭，二是通过显微镜可以观察到这些微小的粒子；或者看结合物（complexbodies）分解后的生成物；或者采用炼金术士的火术，对结合物进行操作。通过这些途径，“似乎足以表明，结合物的组成部分极其微小，而且具有不同的形状。”（〖3〗，p.34；〖2〗,p.30）。波义耳指出，伊壁鸠鲁（epicurus）或摩西（moses）是微粒概念的滥觞。伊壁鸠鲁证明，世界是由原子组成的，原子由于内在的原因在虚空中运动不息；关于摩西，据波义耳讲:
“伟大而明智的万物创造者并不是直接创造出那些植物、兽类、鸟类及其他生物，而是利用原先就存在着的、虽然也是被创造出来的物质造出来的，他将这些物质称为水和土，是他使我们能够设想这些新的凝结物赖以形成的组成粒子，被置于各种各样的运动中，从而使得它们能够联结起来，以种种结合方式和结构，组成它们所要组成的物体。”（〖3〗,p.34;〖2〗,p.30）
波义耳在《怀疑的化学家》中还谈论了微粒的结合方式，如：
“在我看来，物体的各个微小组分只是通过相互接触和依附聚在一起，然而，也有极少数的物体，其微小组分是极为紧密地结合在一起的，应将这种紧密结合归之于何种原因，我们尚不清楚。”（〖3〗，p.92;〖2〗,p.87）波义耳提出了几种猜测，如甲粒子可能“钻入”乙粒子；或甲粒子与乙粒子发生极为紧密的结合，以致于火，或者其他不无效力的化学分析工具，都不能将它们分开。
波义耳指出，即使元素也是由微粒组成的，而且元素远不止三五个：
“如果我们姑且认为下述假定是合理的，这一假定我就像我当时曾作过的假定一样，是说一种元素是由彼此完全相同的众多的微粒构成的，而这种微粒又是由质料的极其微小的粒子所构成的某种微小的第一凝结物组成的。那么，我们设想第一聚集体的种数可能远远不止三个或五个便绝无荒谬可言。因此，我们便无须假定，在我们所谈论的每一复合物中，都恰好能够找出三种如上所述的原始凝结物。”（〖3〗,p.103;〖2〗,p.96）
波义耳在明确抛弃元素概念后写道：
“我实在看不出我们为什么不能设想，造物主只须以各种方式对那些被认作是结合物的物体的微小部分施行改造作用，即可以令这些物体相互造成它们自己，而勿须将质料化作那些所谓的简单物质或均匀物质。”（〖2〗，p.224;〖3〗,p.238）
波义耳相信元素“嬗变”，即一种元素可以变为另一种元素。嬗变被认为是炼金术的思想“残余”，可是波义耳为什么要相信金属嬗变，甚至相信世间任何一种物质，都可是变成任何一种另外的物质？波义耳的观点并不是建立在实验的基础上，而且实验在当时化学家的心目中，还没有重要到超过“哲学”的地步。波义耳的结论，恰恰是由他的微粒哲学提出来的：既然万物由粒子组成，粒子的排列结构当然决定性地构造了万物。从这里我们可以看到波义耳不同于他同时代化学家的地方。一方面，波义耳是他那个时代化学家的一员：相信嬗变，即使没有实验依据也相信这一先验的结论；但他又不是这时代化学家的一员：他对嬗变的建立是建立在他自己的“微粒哲学”之上的。
波义耳的微粒哲学影响很大。牛顿是波义耳的一个坚定的追随者，他仔细认真地攻读波义耳的著作，深受波义耳微粒哲学的影响，并且接受了波义耳的化学思想，当然他后来也发展了波义耳的理论，如关于吸引力的观点（〖4〗，pp.505-520）。牛顿的化学研究和物质理论在《疑问31》中得到了充分的体现，其主要内容是对物质本性的沉思、揣想和假说，托马斯•s•库恩对此进行过专门的研究。牛顿从“微粒说”的观点对化学现象进行解释。17世纪最流行的化学教科书《化学教程》对化学现象的解释，也采取了微粒哲学的观点。
17世纪的化学家假定，组成物质的微粒，上面带有“钩”、“环”、“孔”，以及类似锁匙锁眼的结构，这些微观结构决定了不同的粒子，亦即不同物质的物理、化学性质。比如酸，被认为是带有针尖的微粒构成的。何以知之？以舌尝任何一种酸，即有一种被刺痛的感觉，正如皮肤被任何尖锐的东西刺痛一样。再如，甲物质能与乙物质发生化学反应，而不能与丙物质发生类似的反应，这是为什么？因为甲物质的微观结构与乙相合，而不与丙相合，一如一把钥匙可以开一把锁而不能开另一把锁一样（〖14〗,pp.41-42）。
波义耳运用机械论哲学（微粒哲学）研究化学，使得17世纪下半叶的化学变成了机械论化学，进入了自然哲学的主流。
5对“波义耳把化学确立为科学”的新理解
波义耳是这样一个人，一方面，他了解化学家（广义的，包括炼金术士、医药化学家）的工作，并亲自从事化学实验；另一方面，他了解最新的自然哲学即机械论哲学，并创立了微粒哲学。这样的人在17世纪寥寥无几，是波义耳架起了化学和自然哲学之间的桥梁，实现了他为自己确立的目标：“促进化学家和机械论哲学家之间的相互理解”。
t•s•库恩高度评价波义耳的工作，说：波义耳所做“仅此二端”：“粒子哲学”和“系统地运用实验方法”来发展“哲学”，即我们今天所谓的自然科学。还说，波义耳“并不是一个孤独的‘先驱者’，而是一个极大限度地发展了化学的概念体系，使之与他当时的科学思潮主流相协调一致的人。”（转引自〖14〗，p.47,p.48）
marieboas研究指出，波义耳工作的一大创新是，他不仅证明了化学对医药和实用技艺是有用的，而且证明了化学对自然哲学也是有用的；波义耳利用化学来阐述自然哲学，在当时是非常激进的做法；波义耳从机械论哲学的观点解释物体的化学性质，在这方面取得了非凡的成功。波义耳可能是第一个把化学当作自然哲学的一个分支来处理的人（〖4〗,p.493,p.494,p.497）。
westfall也有类似的观点：波义耳通过将化学机械化，成功地拆除了阻碍化学进入自然哲学领域的壁垒（〖7〗,p.19）。“机械论化学确实取得了一个成就。它把化学引进了自然科学的领域。十七世纪肇始时，化学一般不被看作是自然科学的一个部分。在最坏的情况下，它是玄妙的秘术；在最好的情况下，它是为医药服务的技艺。但是，在史七世纪结束之际，化学家在欧洲科学组织中占有令人尊敬的席位。毫无疑问，机械论化学在这个转变过程中发挥了重要的作用。机械论化学用科学共同体可以接受的术语讲述化学，使化学获得了前所未有的尊敬。”（〖8〗,p.81）
综上所述，波义耳将机械论哲学应用到化学研究，创建了机械论化学，把化学带到了自然哲学的领域，并随着自然哲学向自然科学的转型而成为科学。正是在这个意义上，我们说，“波义耳把化学确立为科学”。
参考文献
1恩格斯著，于光远等编译，《自然辩证法》，人民出版社，1984年。
2robertboyle,thescepticalchymist,everyman*slibrary,vol.559,1911年印行，1964年重印本。
3罗伯特•波义耳著，袁江洋译，《怀疑的科学家》（任定成主编，《科学名著文库》），武汉出版社，1993年。
4marieboas,theestablishmentofthemechanicalphilosophy,osiris,10（1952）,pp.412-541.
5marieboas,robertboyleandtheseventeenthcenturychemistry,cambridgeuniversitypress,1958.
6marieboas,robertboyle,inc.c.gillispieed.,dictionaryofscientificbiography,vol.2,pp.377-382.
7r.s.westfall,neveratrest:abiographyofisaacnewton,cambridgeuniversitypress,1980.
8r.s.westfall,theconstructionofmodernscience,thecambridgehistoryofscienceseries,cambridgeuniversitypress,1977.《近代科学的建构》已由彭万华翻译成中文，复旦大学出版社2000年出版。
9曾敬民，“近代化学元素概念的建立”，《自然科学史研究》，1989年第8卷，第3期，pp.240-247.
10r.mierzecki,thehistoricaldevelopmentofchemicalconcept,kluweracademicpublishers,1991.
11《化学发展简史》编写组编著，《化学发展简史》，科学出版社，1980年。
12亚•沃尔夫著，周昌忠等译，《十六、十七世纪科学、技术和哲学史》，商务印书馆，1985年。
13袁江洋，“探索自然与颂扬上帝——波义耳的自然哲学与自然神学思想”，《自然辩证法通讯》，1991年第6期。
14吴以义著，《库恩》，东大图书公司，1996年。
15r.mierzecki,thehistoricaldevelopmentofchemicalconcepts,kluweracademicpublishers,1991.
对化学学科的认识范文篇2
关键词：学科理解；化学核心素养；学科育人价值；教师专业发展
文章编号：1008-0546（2017）03-0013-03中图分类号：G632.41文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.03.004
高中化学课程的实施，强调在教师帮助与同伴互助下，使学生认识化学科学、理解化学科学，培育“宏观辨识和微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“实验探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等化学核心素养。要达成此目标，离不开教师对化学科学的认识、对化学核心素养内涵的理解、对化学科学育人价值与化学核心素养关系的把握。因此，实施基于核心素养培育的高中化学教学，强调增进化学教师对化学学科的理解，建构起对化学知识、化学认识方式等的结构化认识，进而认识到化学学科育人价值并在教学活动中自觉落实。
一、为何强调增进学科理解
学科核心素养是在相应课程学习过程中发展起来的、具有学科特质的关键能力与品质。这些关键能力与品质，包含相应学科学习与研究过程中发展起来的认识客观事物与分析解决问题的思维方式与关键能力、培育起来的情感态度和价值取向等。
各门学科因具有独特的认识对象与研究任务，体现着自身独特的学科本质特质（即学科特质），从而成为相对独立的学科。而对学科研究对象的认识与核心任务的解决，需要相应的认识方式、思维方法与能力要求。因此，不同学科将承载着发展不同关键能力与品质的功能，承载着不同的育人价值，从而发展不同的核心素养。换句话说，学科的本质特征、学科的核心任务以及学科的实施（学习）方式将制约着学科核心素养[1]。
因此，为了理解与把握学科核心素养，并在学科教学中培育学科核心素B，教师必须增进学科理解。所谓学科理解，是指教师对学科知识、认识方式和思维方法的系统化、结构化理解，其本质是建立起富有学科特点的审视认识对象与现象、分析与解决问题的思维，以及在学科思维指导下建构起来的对学科的本原性、整体性的认识。只有教师认识、理解所教的学科，把握学科本质特征、研究对象与任务、认知思路与方式方法，明确学科的功能价值等，才能把握住学科应该发展哪些关键能力、培育哪些品质，以及采用怎样的教学方式来开展课堂教学以利于学科关键能力和品质的培育，从而将核心素养的培育落到实处。
二、化学教师对化学科学应有的基本理解
化学教师理解化学科学的标志，是对学科内容知识、认识论知识和学科核心观念等方面建构起整体性认识，从而形成良好的化学知识结构[2]。从目前化学教师的学科理解情况看，强化对化学认识论知识的理解显得尤其重要，即对化学科学的基本问题、研究的水平层次、解决的基本任务及其方法论等方面形成基本的理解。
理解化学科学，首先要认识化学学科的本质特征。要认识学科的本质特征，前提是明确学科本质特征究竟是由什么决定的。实际上，一门学科的本质特征，是由这门学科的研究对象所决定[3]。因为学科研究对象不同，将导致学科研究的基本问题、研究的基本方法、研究的水平层次等有差异。这些差异共同决定着学科的本质特征。
1.化学研究对象与基本问题
化学研究的对象是什么？《普通高中化学课程标准（实验）》指出：“化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学，其特征是研究分子和创造分子。”因此，化学科学研究的对象是物质，并在研究物质的基础上实现对物质组成与结构、性质与应用的认识，并最终达成创造物质、服务人类、推进现代社会文明和科学技术的发展。
研究物质性质及其应用、创造新物质，离不开对化学变化这一实现物质转化途径的研究。所以，物质及其转化是化学科学的核心。对于物质及其转化的研究，首先要回答物质及其转化“有什么”或“是什么”，即探寻物质及其转化规律。在此基础上，还要回答为何会存在这样的规律。于是，化学科学在认同分子、原子等粒子客观存在前提下，立足于原子、分子水平开展物质及其转化的研究，建构科学理论，回答“为什么”的问题。因而，探寻物质及其转化的基本规律、建构物质及其转化的科学理论成为化学科学认识的两大基本问题。[4]
2.化学研究方法与学科思维
物质及其转化的基本规律是人们认识和解决问题实践活动的结果。由于化学物质的多样性和物质运动的复杂性，因而对于物质及其运动变化的基本规律的认识需要开展科学探究，需要借助实验、观察等多种手段，在获取事实和证据基础上进行加工与整理，通过比较、分类、归纳、概括等思维活动建立起实质性联系，进而得出合理的结论。因此，以实验为主的科学探究成为化学科学认识基本活动，实验成为化学研究的重要方法与手段，并在化学科学发展过程始终处于核心地位。
由于物质是由原子、分子等微粒构成的，因此物质及其转化的特点与规律总是与构成它们的微粒的种类以及连接方式有关，即物质及其转化的规律是物质微观结构的反映。因此，化学科学在所观察到的物质及其转化的事实并形成物质及其转化规律的基础上，为解释物质及其转化的事实和规律性，必须立足于分子、原子的微观水平视角，借助分析推理与合理想象，运用多种模型和化学符号来描述和解释化学现象，最终建立起物质及其转化的科学理论[5]。
因此，研究物质及其转化问题，建构物质及其转化的基本规律和科学理论，需要借助观察与实验等手段，从物质及其变化的宏观现象入手，在分子、原子等微观水平上分析研究，并运用化学符号、模型加以表征。同时，在表征物质及其变化的宏观现象、微观本质、符号模型间建立起联系与转化。所以，“宏观-微观-符号”三重表征成为化学学科特有的思维方式，化学用语、化学模型成为表征物质及其变化的独特方式。
3.基于W科理解的化学核心素养分析
化学学科的育人价值主要体现为帮助学生正确认识化学、学会研究化学和科学运用化学三个关键方面[6]。结合前述化学学科基本理解可知：正确认识化学，强调学生理解化学学科的本质特征，学会从多角度、多层面理解物质世界，建立起对物质世界本质的、整体的认识，形成科学物质观；学会研究化学，就是要建立起看待物质及其变化的世界观和方法论，形成化学基本观念，掌握科学的思维方式与方法，发展科学探究能力，形成研究的科学态度、务实的科学精神和坚毅的科学品质；科学运用化学，要求帮助学生深刻理解化学与技术、社会和环境的关系，学会运用化学知识认识和改造物质世界，学会合理利用自然资源、创造新物质，形成正确的化学价值观与科学伦理观，增进社会责任感、促进社会的可持续发展。化学核心素养作为学科育人价值的独特体现，很好地反映了化学学科的育人价值。
（1）化学核心素养反映了正确认识化学的要求
化学核心素养强调学生理解化学学科的本质特征，建立起对物质世界的本质性和整体性认识，形成科学物质观，体现了化学学科在促进学生正确认识化学的育人价值。如，“宏观辨识”“微观探析”“模型认知”强调从宏观、微观、符号“三重表征”来认识物质及其变化，使用化学符号与模型描述、解释化学现象，正确对物质及其变化进行分类并建立起物质及其转化关系的认识，从微观层面建立起物质的组成、结构和性质的联系；“变化观念”“平衡思想”强调认识物质的运动特性及其变化的条件性，认识到物质运动变化的对立统一、联系发展及动态平衡，建立起物质及其变化的特征和规律；“证据推理”“实验探究”强调理解科学探究的意义，认识到化学研究需要以实验为手段获取事实与证据，并开展基于证据的分析推理等；“科学精神”“社会责任”强调化学研究需要严谨务实、实事求是，认识到环境保护和资源开发的重要性，深刻理解化学、技术、社会和环境间的相互关系，认识到化学对社会发展、科技进步的重大共享等等。
（2）化学核心素养反映了学会研究化学的要求
化学核心素养作为学科发展起来的核心能力与品质，对如何开展化学学习研究起到很好的指导作用。其中，“宏观辨识与微观探析”强调建立“宏观-微观-符号”的化学学科思维，应用分类的方法对物质及其变化进行研究从而揭示物质及其变化的规律，建立起“结构决定性质、性质决定应用”的观念；“变化观念与平衡思想”强调从内因和外因、量变和质变等多个方面分析物质变化及其伴随的能量变化，应用对立统一、联系变化的观点考察化学反应；“证据推理与模型认识”“实验探究和创新意识”“科学精神和社会责任”强调化学研究需要务实的科学态度和敏锐的创新意识，需要缜密地假设、科学地探究，开展基于证据的分析推理、得出科学结论，运用模型描述和解释化学现象、建构解决问题的思维框架等。因此，这些素养从对化学学习研究的认识方式、认知思维、科学态度等方面提出了具体要求，体现了化学学科在促进学生学习研究化学方面的育人价值。
（3）化学核心素养反映了科学运用化学的要求
在科学运用化学方面，不仅要运用化学，还强调要科学运用。这意味着，一方面要能够自觉应用化学知识去指导工农业生产、解决与化学相关的问题，应用化学技术创造性开展工作、创造新物质，从而有效地促进人类与社会发展；另一方面，还需要深刻理解化学与技术、社会与环境的相互关系，建立起科学的伦理观、科技观和价值观，增强社会责任感，确保化学及其技术应用要能很好地促进人与自然、社会和生态的和谐发展。即在解决与化学相关的社会问题、参与社会决策时，应密切关注化学过程可能带来的各种影响，以保护环境和资源为前提，权衡利弊、秉持可持续发展和绿色化学这一解决相关问题、开发利用自然资源等的基本思路与原则。对于这些方面，“创新意识”“科学精神”“社会责任”等三个方面的核心素养得到了很好的体现。
四、结语
综上分析，化学教师只有增进化学学科理解，明确化学学科育人价值，才能把握化学核心素养的内涵，并自觉地在化学教育教学实践活动中培育学生化学核心素养。因此，教师应注重通过多种途径和方法来提高对化学学科的理解。一方面，化学教师应加强对课程标准、教科书、专业杂志的学习与研究，从理论层面提升对化学学科的理解。如高中化学课程标准，对化学课程的性质与理念、目标与价值、内容与实施等作了详细的规定，这些规定对化学学科特质做了较为详细的诠释，是从理论层面增进学科理解的最有价值的文献；而《化学教学》、《化学教育》及《中学化学教学参考》等杂志，也刊载了大量关于化学教师PCK知识、化学基本观念、化学学科思维等方面的文章，对这些文章的学习与研究，也能增进教师对化学学科的理解。另一方面，开展基于课堂教学的实践与反思活动，对增进教师的化学学科理解也具有十分重要的实践价值。具体到教学实践中，教师结合具体的教学内容进行多角度审视，借助WWWH认识论思考模型、化学核心观念的概念图等技术，增进对化学核心知识的理解，建立起各类知识间的基本关系，从而能整体性理解化学学科、理解科学的本质[7]。在此基础上，结合自己的学科理解去设计、实施课堂教学，结合课堂教学去反思自己的教学理解等等。
参考文献
[1]成尚荣.回到教学的基本问题上去[J].课程・教材・教法，2015（1）：25
[2][4]梁永平.论化学教师的课程知识及其发展[J].化学教育，2012（6）：3-4
[3]王凤军.谈化学学科的本质特征[J].白城师范学院学报，2006（6）：21
[5]杨梓生.对高中化学学科核心素养的认识[J].中学化学教学参考，2016（9）：2
对化学学科的认识范文篇3
关键词：科学知识变化；逻辑解释；认知解释；社会解释；评价
20世纪是现代科学迅速发展的世纪，也是科学哲学在激烈论战和频繁的范式变更中不断趋向丰富的世纪。纵观20世纪科学哲学在风云变换中发展历程，科学知识的发展变化问题则是一条贯串始终的红线。先是作为当代科学哲学第一个学派的逻辑实证主义提出了逻辑—理性论的解释模式。后又有50、60年代各个学派围绕这一问题的激烈论战。70年代以来，迅速崛起的科学知识社会学在对逻辑—理性论进行否定性批判的基础上，建构了科学知识变化的社会学解释模式。与此同时，当代认知科学和心智哲学在向科学哲学渗透和扩张的过程中又建立了科学知识变化的认知论解释模式。社会学解释模式的相对主义取向和认知解释模式的心理主义取向都正是弗雷格以来的现代哲学传统一开始就背弃的东西。所以，这两种解释模式与逻辑—理性论自始至终处于激烈论战和尖锐冲突的状态。然而，认知解释模式与社会解释模式也并非相安无事，知识社会学家不仅从根本上否定传统的逻辑解释模式，而且强烈地反对指向人类心智的认知解释模式，指责这种研究路线是“认知个体主义”（cognitiveinpidualism）；[1]而认知理论家则认为社会学解释模式根本不能揭示新的知识信念发生和形成的实际过程，只有认知解释模式才真正揭示了知识变化过程的实际发生机制。可以说，在科学知识发展变化问题上，20世纪的最后30年就是在这三种解释模式分庭抗礼、相互攻讦中走过的。
那么，这三种解释模式之间究竟处于何种关系？激进的社会解释模式和激进的认知解释模式能够独立地对科学知识的发展变化做出充分的说明吗？在走向新世纪科学哲学的重建时，我们究竟应如何评价这三种解释模式？显然，恰当地评价这三种解释模式的成败得失，并在三种解释模式的共时性对比中，对近年在我国学术思想界影响日甚的科学知识社会学作一专题性审视、对当前在我国尚处于初始研究阶段的认知主义趋向作出基本的估计、对长期遭到否定和批判的逻辑—理性论给予准当的地位，这对于理解和把握科学知识及其发展变化的本质特征，探究和开拓科学哲学在新世纪的发展进路和进步方式均具有颇为重要的前提性意义。
1知识变化的逻辑—理性论解释模式
在弗雷格、罗素和维特根斯坦所奠立的语言分析哲学的基底上，逻辑实证主义学派建立了当代科学哲学的第一个研究范式，并为科学知识的增长和变化提供了逻辑—理性论的解释模式。按照逻辑实证主义的看法，科学知识的增长和变化是以归纳主义的逻辑方法完成的：一个科学假说被提出之后，科学家们便根据经验证据（即观察陈述）对之进行检验和评价；当经验证据以归纳确证的方式对该假说提供了一定概率度的支持时，这个假说便被作为科学知识接受下来。设h为一前知识型假说“燃烧是可燃物与氧进行的化合反应”，e1，e2，…en是对h进行归纳确证的经验陈述，那么，这一解释模式可简化表示如下：
h：如果燃烧就是可燃物与氧进行化合反应，那么任何物体燃烧后其重量都将增加；
e1：物体a1燃烧时重量增加；
e2：物体a2燃烧时重量增加；
……
en：物体an燃烧时重量增加。
所以，假说h得到逻辑确证，从而取得作为科学知识的地位。
这是早期的逻辑实证主义者对科学知识的增长问题所做的说明。20世纪50-60年代以后，以库恩、汉森等人为代表的历史主义学派使科学哲学发生了解释学的转向。科学研究的心理层面和社会层面也因之渗入了各种科学哲学问题的求解之中。这样，坚持弗雷格—罗素哲学传统的科学哲学家便不得不把单一的归纳逻辑方法从语言系统和信念变化的层面加以扩张和整合，并进而以此来为知识发展变化的逻辑模式进行新的辩护。其代表人物包括列维（I.Levi）、萨尔蒙（W.Salmon）、勒里尔（K.Lerer）等人。按照他们的看法，对科学知识的增长和变化应采用如下这种以科学家的信念变化为基础的逻辑图式进行说明。
科学家们拥有一组在先的信念；
科学家们使用某种逻辑方法；
当科学家们把这种逻辑方法应用于在先的信念时，他们便逻辑地得到一组新的信念；
所以，科学家们接纳这组新的信念作为科学知识。
针对历史主义科学哲学对科学知识变化的认知解释和社会解释取向，列维等人再次强调了认识论研究的逻辑—理性主旨：“认识论的中心问题应当是为知识改进的标准提供一个系统的说明。……提供一种关于条件的系统刻划，在这些条件下，知识汇集中的更替是正当的或得到辩护了的。”[2]列维从科学家信念变化的视角把科学知识的增长和变化问题析解为如下三种辩护。（i）在时间t，X（一个科学家或一个科学家共同体）有知识汇集Kx，t。对于X来说，知识的变化问题就是：他以这样那样的方式改动他的知识汇集，并且必须对他自己就他拟作出的任何改动进行辩护。（ii）X不是对他自己辩护他的知识汇集的修改，而是要对其他的某一个或某一群行动者Y辩护其知识汇集的转变。（iii）在时间t，X的知识汇集中有h而Y的知识汇集中没有h，X就要对Y就Y为什么应当修改他的知识汇集以便与X的汇集相一致进行辩护。显然，知识的增长和变化取决于这三种辩护的成功。而后两种辩护的成功又建基于第一种辩护的成功。
按照列维的描述，X把h添加到其知识汇集中的合法性是以初始汇集的各项为前提得到逻辑辩护的。具体地说，X在时间t的知识状态就是X在时间t在语言L中的一个语句集Kx，t，且Kx，t满足如下两个条件：（i）Kx，t是演绎闭合的，即语言L包含了Kx，t语句集的所有演绎推论。（ii）Kx，t包含演绎闭合集UK（语言L的原始汇集）所有可用语言L表达的项，UK由所有逻辑真、集合论真、数学真或其他无论什么被算作“不可改”的断定所组成。因为只有这样，现实的科学研究乃至一般思维才可以实际地进行、才可以被理解。“知识的改变，或更确切地，关于什么是真、确定地真和不可误地真的承诺的变化，是从一个演绎闭合集到另一个演绎闭合集的转换。”[3]而这种转换是遵循某种逻辑程序或常规的结果。列维认为知识的变化和增长正是因此而得到合理性的辩护。列维还特别针对波普和库恩的历史主义取向指出，X修改他的知识汇集的合法性完全服从于“客观的”或“主体间的”评价；“就Popper当真打算把修改知识汇集的问题作为‘主观的’或‘实用主义的’问题而取消来说，他已经使知识增长的问题变得平庸了。更糟的是，他暗中把这个领域留给了这样一些人，他们坚持人类知识的增长应该是心理学化的，社会学化的，或历史学化的——而不是合理化的。”[4]
尽管早期的逻辑实证主义者卡尔纳普等与列维等后期人物在X辩护h的具体逻辑方法方面有所不同，但就其作为解释科学知识变化的模式来说，二者是一脉相承的。其实质内含均在于，试图把科学知识的变化和增长解释为把某种逻辑方法运用于在先的确证命题或知识汇集的结果。20世纪80年代后，格登弗（P.Gardenfor）在《增长中的知识》（1988）、豪森（C.Howson）和阿贝奇（P.Urbach）在《科学推理：贝叶斯传统》（1989）以及列维在《信念的固定及其取消》（1991）等著作中，继续坚持上述的这种逻辑主义解释模式。当然，他们在反击认知解释模式和社会解释模式的同时，也从一些方面对逻辑解释模式进行了补充和修正。
2知识变化的认知论解释模式
随着心理学在20世纪50年代后日渐从外部的行为主义转向对内部心理过程的考察、随着语言分析哲学在60年代以后逐步深入到人类心智的层面来探讨语言及其意义发生作用的机制，到70年代中期，在哲学、心理学、计算机科学、神经科学、语言学和人类学等学科的基础上，形成了以人类心智的认知现象为研究对象的认知科学（cognitivescience）。随后，认知科学的理论与方法广泛地渗透到科学哲学领域。从人类心智的认知过程和认知机制来研究解决知识的变化和增长问题便成为科学哲学家们致力研究的重要论题。P.丘奇兰德（P.Churchland）、R.吉尔（R.Giere）、P.萨加德（P.Thagard）等都是对科学发展和知识变化进行认知解释的著名代表人物。认知科学哲学家解释科学知识变化的基本立足点是个体科学家的心理表征。这种解释与弗雷格以来的反心理主义传统背道而驰。按照认知解释，人类心智包含表征结构和表征程序，心智的表征程序对表征结构进行心理操作而产生出新的表征结构，科学知识变化的本质就是形成这种新的心理表征结构。认知解释模式可简化表示如下：
科学家们拥有一系列蕴涵在先信念的精神表征；
科学家们的认知机制包括一套计算性的精神操作程序；
当科学家们把其精神操作程序应用于其精神表征和在先的信念时，便产生出一组新的信念表征；
所以，科学家们接受这些被得到的信念表征作为知识。[5]
认知解释模式本质上是一种非逻辑—理性型的解释模式。因为它把各种非逻辑、非理性的心理表征作为科学知识变化的根本。它虽然也把类命题性的信念包括在心理表征之列，但它认为在科学知识的形成和变化中图像、映射（mapping）和视觉形象等等非命题性心理表征才是根本性的东西、才起着决定性的作用；信念的形成和接受并不是基于客观实在性和逻辑推导性而是基于信念的融贯性：信念被接受乃是在于它们的精神表征程序的操作性及其与其他信念表征的融贯一致性，而所谓融贯一致性也是指信念借助于心智的联结运算法则的可表征性。
具体地讲，认知理论家对科学知识变化的解释主要是借助于认知科学的分类、学习、概念化、范畴化和模型化理论来进行的。认知主义者认为，“对思维最恰当的理解是将其视为心智中的表征结构以及在这些结构上进行操作的计算程序。”[6]因此，科学知识的生成和变化过程就是个体科学家通过心理表征和计算操作程序把以各种方法形成的心理表征进行类别化、概念化、范畴化和模型化的过程。按照认知理论，因为“我们的认知能力在某一时间只能处理一个层次、只能认知事物在某一个认知层次上存在而在其他层次上不存在的性质。”[7]所以，当我们认知任何事物时，心智的计算性认知程序将本然地首先把认知的事物归于某个层次或某个类别。
就科学知识的变化来说，重要的是概念化过程和模型化过程。所谓概念化就是指通过内部的心理表征和计算操作程序以某个认知对象为中心形成一个新的表征图式。萨伽德在“化学革命的概念结构”（1990）一文中以拉瓦锡的氧化论为例，对科学知识形成和变化的过程进行了认知主义的概念化解释。萨伽德的说明包括两个部分，一是从心理表征层面描述了拉瓦锡形成氧化图式并以氧化图式取代燃素图式时所发生的概念图式组合过程；二是根据心理表征的融贯性对拉瓦锡选择氧化论而不选择燃素论进行了说明。在这两部分说明中，概念图式都仅仅通过内在的精神表征系统而得到，心理表征的融贯性则通过详细说明的、心理上似乎真实的计算程序来判定。[8]“关于科学知识变化的模型化理论，主要地利用（employ）认知心理学的研究资料去理解科学理论的结构，并进而阐明模型化在关于科学知识的变化发展中所起的作用。”[9]按照模型化理论，在科学知识模型的构建和变化中，心理认知的模型建构过程是以某特定表征性概念为中心向的辐射建构；对特定概念的心理表征的不同，将导致心理计算操作过程中形成一个不同的建构模型。“钟摆概念的核心内容与内容的结构模式是依赖于人们关于经典物理学的知识的。没有受过经典物理学之正规训练的人与专家（例如物理学教授）将会有很不相同的概念模型建构。”[10]总之，概念化也好，模型化也好，其根本之点均在于认为，科学知识的形成和变化过程完全是内在的心理表征和计算操作的结果。
不难发现，认知解释模式所假定的精神表征和计算理论与逻辑—理性方法有着实质性的不同，而且它把非逻辑性的精神表征和精神操作置于科学知识发展变化的根本性地位。“所以，对于提供关于科学的理解来说，认知解释模式与逻辑解释模式是相互对立和相互竞争的对手。”[11]
3知识变化的社会学解释模式
沿着库恩的《科学革命的结构》所开拓的方向，1970年代兴起了以研究科学知识变化问题为核心内容的科学知识社会学学派。与认知主义者关注于个体科学家的心理表征和认知机制不同，科学知识社会学者则把探索的目光聚焦于科学知识变化的社会学侧面，试图以此来揭示科学知识变化的本质。按照科学知识社会学理论，科学知识的发展变化本质上依赖于科学共同体的社会联系，以及科学家们从个人利益到民族情感的利益关系和权力关系；正是这种利益关系、权力关系和各种其他社会联系决定着科学家们的研究和科学知识的变化。社会学解释模式可简化为如下图式：
科学家们有在先的信念和利益；
科学家们处于社会联系和权力关系之中；科学家们在先的信念和利益及其社会联系和权力关系引导他们得出某些知识信念；
所以，科学家们接受这些信念作为科学知识。
布鲁尔（D.Bloor）和巴恩斯（B.Barnes）所提出的“强纲领”典型地体现着知识之社会学解释模式的实质内含和本质特征。按照布鲁尔的看法，对科学知识产生、变化和增长的说明必须贯彻四条基本原则。[12]（1）因果性原则：对科学知识变化的解释应是因果型的，即，应涉及那些导致各种信念或知识之状态的社会性条件。（2）公正性原则：在对科学知识变化的说明中，应当公正地对待真理与谬误、成功与失败。而不能戴着“事后之明鉴”的有色眼镜去进行说明。（3）对称性原则：对科学知识变化过程中所产生的真实信念和错误信念、理性信念和非理性信念，要以同一类型的原因去解释和说明。（4）反身性原则：对知识变化的社会学说明模式必须能够运用于它自身。以这四条基本方法论原则为基础，布鲁尔、巴恩斯等人通过对科学史案例的研究，对科学知识的变化给出了社会学的说明：科学知识的产生和确立在其决定性环节上是由科学实践活动的各种社会因素决定的，“我们如何使用概念，尤其是如何扩展概念，其中起决定性作用的是社会文化因素。”[13]科学知识社会学经常引用的两个案例是巴斯德—普歇案例和拉瓦锡—普里斯特列案例。前者主要用于体现知识形成和变化的利益—权力本质，后者主要用来展示科学研究和知识传播的社会机制对知识之确立的影响。
按照早期的逻辑—理性论解释模式，巴斯德1862年的曲颈瓶试验合理性地证实了生命非自然发生学说。因为曲颈瓶试验表明：在只有纯净空气能进入培养液——肉汤的情况下，肉汤并不腐败、并不产生微生物；直颈瓶中腐败肉汤的微生物实际上并不是肉汤自身产生的，而是由不纯净的空气带入的。所以，“生命并不能由无生命物质自然生成”是逻辑—理性地确立的。布鲁尔认为对当时科学知识变化的这种逻辑—理性解释模式至少是不充分的。因为，普歇从干草浸液中培养出微生物的实验，无论是其实验方法、实验程序还是其结论，在当时的科学背景下是同样确实可靠的。巴恩斯和布鲁尔指出，拉卡托斯和劳丹等逻辑—理性论者把科学增长的合理性方面充分地用科学发现的逻辑来说明，把无法以此说明的所有问题交给社会学家去进行非合理性的解释，这“很典型地是在坚持某种形式的二元论”[14]。按照他们的看法，巴斯德的反自然发生说在当时取得胜利而普歇的自然发生说遭到失败，乃是由于它们处于不同的社会利益和权力关系之中。他们引证历史资料指出，在1864年对巴斯德—普歇争论进行评判的五个委员中有两个原本就反对自然发生说，还有两个与巴斯德相熟的成员理所当然地信仰巴斯德的理论，评判的结果自然是巴斯德的理论获胜；当然，巴斯德的理论的确是正确的，而普歇的观点的确是错误的，但这一评判是在1876年科学家发现干草浸液中有一种煮沸到100摄氏度仍不能杀死的胚芽时，才能“合乎理性地”做出的。所以，科学知识的变化实际上是社会利益和社会权力运作的结果，而不是依逻辑和理性程序运作的结果。
布鲁尔等人还以氧化学说的建构过程对知识变化的社会交流本质进行了论证。（1）拉瓦锡的氧化论主要是在与众多的朋友和合作者的社会交际和信息交流中形成的。例如，1772年马尔乌向拉瓦锡演示金属煅烧时增重的试验；1774年普里斯特列在访问巴黎时向拉瓦锡报告并展示氧化汞加热时产生气体并形成红渣的试验；拉瓦锡作为法国科学院的成员对其学术研究会议广泛参与；在拉瓦锡周围形成的质疑燃素说的那个共同体；等等。（2）拉瓦锡作为税务承包人所拥有的充足的资源和时间则为他进行研究、交际并最终建立氧化学说提供了保证。（3）法国科学在18世纪后期的制度组织方式则是氧化学说得以形成和确立的关键因素。在被高度组织化和中心化的法国科学共同体中，作为科学院成员的拉瓦锡的权威力量、正式教育的压力、集中学习的社会组织方式、科学领域的就业机会以及奖励与赞誉的竞争体系，所有这些都为氧化学说的形成和确立提供了肥沃的土壤。布鲁尔认为正是这样的社会性过程，而不是逻辑和理性，导致了氧化学说并确立了其作为科学知识的地位。
布鲁尔和巴恩斯的中心思想是，传统科学哲学对知识发展变化的合理性解释本质上建基于不公正的和有偏见的方法论，是对科学史进行典型的“辉格式解释”的结果。科学知识发展变化的社会学解释建基于丰富的科学实践，这种解释才真确地揭示了科学知识变化的本质内含。
4评价与结论
近代对科学知识及其变化寻求逻辑—理性解释的传统发端于笛卡尔。弗雷格、罗素、早期维特根斯坦和逻辑实证主义学派所建立的逻辑解释模式正是探讨知识问题的逻辑—理性传统在当代的发展。其核心在于，要求把人类认识或知识问题的研究与主体的个别心理过程和社会事务严格地区分开来，认为知识的辩明和确立的问题是一个纯粹语言—逻辑的意义运作问题，既与认识主体的个别心理过程无关，更与认识主体的各项社会事务无关。“直到1970年前后，‘被普遍接受的标准观点’仍然是：对于哲学的目的来说，科学理论是被解释的、形式的、公理的系统。一个理论的公理是原则上或为真或为假的陈述；‘定律’则被理解为普遍概括；科学理论则具有一种公理的、演绎系统的结构。”[15]
自从库恩的《科学革命的结构》（1962）发表以来，批判、否弃传统的逻辑—理性解释模式逐渐成为科学哲学的主流倾向。经过一番与传统理论的激烈论战，这一倾向终于在70年代后整合演变为关于科学知识变化的社会学解释模式和认知主义解释模式两大基本取向。
毫无疑问，认知理论家和科学知识社会学者对传统的逻辑解释模式的许多批评都是正确的。正如认知理论家所指出的，关于知识增长的认知研究提供了比逻辑传统丰富得多说明资源，非逻辑的心理表征的确在科学知识的形成和变化中起着重要作用；也正如社会学者所指出的，逻辑解释模式的确是不充分的，社会因素确实对科学知识的产生和变化起着重要作用。但问题在于，抛弃逻辑—理性因素的认知主义解释模式和社会学解释模式也不能对科学知识的形成和变化给出令人满意的解释。比如布鲁尔颇为得意的巴斯德—普歇案例，当时的科学界接受巴斯德的理论固然有诸多社会因素的作用，但逻辑—理性还是居于重要地位，而且社会因素的作用终究要让位于逻辑—理性因素；因为，即使当时的科学界由于社会因素而接受了普歇的理论，这一状况最多也只能坚持到10年后的1876年。科学不可能由于社会因素而一直“固执”下去。这正是科学成其为科学、科学区别于其他人类文化现象的本质所在。另一方面，尽管在科学家的认识过程中各种非逻辑性的精神表征及其内容起着重要作用，但所有这些精神表征都必须经过命题性的逻辑—理性环节才能落实下来、才能确立其作为科学知识的最终地位。所以，尽管科学知识社会学和认知主义理论在对传统的逻辑解释模式进行批判时显示了其优越性，但如果从建设性向度去考察它们，抛弃逻辑—理性因素后，单独的社会解释模式和单独的认知解释模式也同样不能对科学知识及其变化给出令人满意的解释。
关于激进的社会解释模式和认知解释模式，库恩的态度尤其值得我们注意。库恩虽然以其《科学革命的结构》直接开拓了当代科学哲学的社会学进路和认知论进路，但库恩对激进的社会学解释和认知主义解释并不赞同。针对布鲁尔和巴恩斯所主张的激进的科学知识社会学理论，库恩曾明确指出：“‘强纲领’已经被广泛地理解为主张权力和利益就是一切。……谈论证据或谈论从证据中引出的断定的合理性，以及谈论那些断定的真理性或可能性，被视为不过是修辞学。而在这种修辞学的背后，则是被得胜方掩盖的其权力力量。由此，被当作科学知识的东西不过是因权力而得胜的一方的信念。我站在那些人一边，他们已经发现了强纲领的主张是荒谬的：一个解构发疯的例子。”[16]库恩与认知科学之间则是一种颇为微妙的张力关系。“库恩的《科学革命的结构》出版于著名的‘认知革命’（thecognitiverevolution）的萌芽时期。库恩和认知科学所设法对付的都是知识问题、概念问题和学习问题，而且在库恩与认知科学对这些问题所提供的说明之间是一种平行共进的关系。然而，库恩却从没有使用认知科学——尤其是认知心理学——的研究资料。尽管认知科学的研究资料对库恩的范式理论将会给予有力地推进。这一情况是令人迷惑的。因为库恩对于‘心理学化’并没有传统哲学的那种憎恶；而且事实上，来自认知心理学的理论将支持《结构》中最激进的那些主张，诸如概念变化的‘格式塔转换’这一主张。的确，《结构》所描绘的研究纲领似乎本然地就是历史的、哲学的和心理学的。”[17]那么，库恩为什么从不使用认知科学的研究资料呢？这一被称为“库恩之迷”（KuhnianPuzzle）的论题近几年在科学哲学领域引起了广泛的讨论。据安德森（H.Andersen）和纳塞申（N.J.Nersessian）的研究，库恩之所以从未使用认知科学的研究资料，其根本原因在于，库恩并不赞成认知主义所主张的那种激进的心理表征模型。库恩的基本立足点是，“发生于科学革命、规范科学和科学学习中的那些思维并不是基于心理规则，而是基于范例。以规则为基础的关于思维的‘心的计算理论’实际上正是库恩力图排除的东西。”[18]总之，库恩虽然把个体认知维度和科学的社会维度引入了科学哲学、虽然他坚持认为科学实践包含着心理认知维度和共同体的社会维度，但他同样反对70年代后发展出的那种激进的社会学解释模式和激进的认知主义解释模式。
20世纪的最后30年是关于科学知识的逻辑—理性论遭到猛烈批判和极度挤压的时期。认知主义者和科学知识社会学派是分别从不同侧面对之进行否定性批判的集中体现。传统的逻辑—理性论解释模式的确存在诸多不足、的确必须从科学家个体的心理认知机制和科学共同体的社会性质维度加以丰富和完善，但如果抛弃逻辑—理性这一根本点，把科学完全“心理化”或“社会化”，必将模糊科学的独有特征、抹煞科学与其他人类文化的区别、最终将使人类理智的科学理性向度及其体现的逻辑—理性精神弱化、湮灭于其他文化形式之中而面临消亡的危险。在新世纪之初回过头来总结百年来科学哲学的发展、构思其未来进路时，我们不妨引用一下维特根斯坦在其最后的著作《论确定性》中关于知识的确定性问题所说的一段话：思想的河床可以移动。但我们需要区分河床中水的运动和河床本身的移动；虽然它们之间并没有明确的划分。虽然作为河床的部分泥沙会与河水一起运动，但河流在任何时候都必须有确定的河床。[19]
参考文献
[1]SDownes.SocializingNaturalizedPhilosophyofScience[J].PhilosophyofScience.60(1993).452-468.
[2][3][4]列维.再论接受[A].江天骥.科学哲学名著选读[C].湖北人民出版社，1988.360，387，382.
[5][11]PThagard.Mind，Society，andtheGrowthofKnowledge[J].PhilosophyofScience，61(1994).632，633.
[6]P萨伽德.认知科学导论[M].朱菁译.中国科学技术大学出版社，1999.8.
[7]FRohrlich.CognitiveScientificRealism[J].PhilosophyofScience68(2001).201.
[8]PThagard.TheConceptualStructureoftheChemicalRevolution[J].PhilosophyofScience57(1990).183-209.
[9][10][15]RGiere.TheCognitiveStructureofScientificTheories[J].PhilosophyofScience61(1994).278，284，276.
[12]DBloor.KnowledgeandSocialImagery[M].UniversityofChicagoPress，1991[1976].4-5.
[13]BBarnes.Ontheconventionalcharacterofknowledgeandcognition[A].KKnorr-Cetina&MMulkay.ScienceObserved[C].LondonandBeverlyHills，Calif.:Sage，1983.30.
[14]B巴恩斯，D布鲁尔.相对主义、理性主义和知识社会学[J].哲学译丛，2000（1）.6.
[16]TSKuhn.Thetroublewithhistoricalphilosophyofscience[R].RobertandMaurineRothchildDistinguishedLecture，19November1991，Depart.oftheHistoryofScience.HarvardUniversity，1992.8-9.
