第一章科學技術的基本特征 第一節科學的一般性質一 什么是科學1 科學 詞義的來源古代西方 科學一詞來源于古拉丁語Scientia 它的最初的含義是 知識 和學問 中國古代的 禮記 大學中 有 格物致知 的說法 意為窮究事物的原理而獲得知識 清代末年 人們就把聲 光 電 化等自然科學稱為 格致學 19世紀下半葉 日本明治時代啟蒙思想家福澤瑜吉首次把Science譯為科學 分門別類加以研究的學問 1893年 康有為最早將 科學 一詞引進中國 隨后 梁啟超在 變法通議 中 嚴復在 天演論 中 都使用了 科學 一詞 從此科學一詞便在我國廣泛使用 2 科學概念的三個內涵 1 科學是關于自然 社會和思維的知識體系 辭海 上海辭書出版社 1980年版 第1746頁 科學是以范疇 定理形式反映現實世界各種現象的本質和運動規律的知識體系 中國大百科全書 哲學卷 1987年出版 第404頁 2 科學不只是知識體系 還是產生知識體系的認識活動 科學是一個不斷發現未知事實和規律 并使知識體系演化的過程 在這個過程中 科學思想 方法 態度 實踐是密切結合的 3 科學是一種 社會建制 即現代化的社會事業 科學的社會功能日益顯著 科學成為一項國家事業 二 自然科學的特征 客觀性和實證性 內容是客觀的來源于實踐 標準是客觀的科學實踐 要有辯證的態度 理性 科學事實也是理性概括的產物 反映規律和本質的定理定律更是理性知識 科學理論體系更要求有邏輯性 探索性和創造性 不同于生產過程 任務在于探索和創造 這決定了是具有很高的不確定性活動 需要特別重視研究人員的創造力培養和開發 通用性和共享性 自然科學不屬于上層建筑 其內容不受社會政治因素決定 科學無國界 是人類共同財富 是一般生產力 要重視轉化 不應像基礎研究要直接經濟效益 三 科學的劃界標準 邏輯經驗主義 有意義的命題才是科學命題 意義標準與可證實性相聯系 后來用可檢驗性或可驗證性代替可證實性 批判理性主義 波普爾認為科學理論只能被經驗證偽 歷史主義 科學與非科學之間不存在絕對分明的界限 一派以庫恩 拉卡托斯為代表 認為科學滲透著社會心理因素 一派以費耶阿本德為代表 認為科學與非科學沒有絕對界限 科學實在主義 邦格的多元論認為不滿足12個條件的知識領域都是非科學 一 什么是技術 西方 技術一詞來源于古希臘語 意為技藝 手藝 技能 本領 中國古代 技術泛指 百工 成書于戰國時期的 考工記 指出 天有時 地有氣 材有美 工有巧 合此四者然后可以為良 天 地 材為自然界和物質的特征 工有巧 工匠的技術 第二節技術的特征 18世紀末法國哲學家狄德羅在他主編的百科全書中把技術 Art 定義成 為完成特定目標而協調動作的方法 手段和規則相結合的體系 當代對技術本質的認識 人類活動的行為方式 做事或制作的方法 勞動手段的總和 對自然規律有意識的運用 是科學的物化 哲學大詞典 技術的概念 人類為滿足自己的物質生產 精神生產以及其他非生產活動的需要 運用自然和社會規律所創造的一切物質手段及方法的總和 1992年版779頁 二 技術的基本特征 1 技術是人類社會需要與自然物質運動相結合的產物 即自然屬性與社會屬性的統一 2 技術是主體要素與客體要素的統一 主體要素 知識 經驗 技能客體要素 工具 機器 設備3 技術本身有一個從潛在形態到現實形態的發展過程 科技論文 發明是技術活動中的一個環節 4 技術是生產力的構成要素 是生產力性質和水平的標志 第三節科學與技術的相互關系 一 科學與技術的區別科學與技術的共同性 有關人與自然界的關系科學與技術的區別 1 從目的和任務看 科學 認識自然界 回答 是什么 為什么 技術 利用和改造自然 回答 做什么 怎么做 2 從活動過程看 科學 從實踐到認識 物質 精神 特點 探索性和不確定性強 技術 從認識到實踐 精神 物質 特點 計劃性強 3 形態 科學 知識形態 論文 概念和規律 一元性 技術 物質形態 裝置 知識形態 專利 多元性 4 評價標準 科學 是非 講真理性標準 技術 合理性 講效用性標準 5 與社會的相關程度 科學較遠離現實經濟法律 政策資源 技術則注重可靠性 安全性 宜人性及經濟 法律 倫理 資源 環境等因素 工作主體 科學 研究員 學者 教授 技術 工程師 發明家 設計者 企業家 科學與技術的區別 二 科學與技術的聯系 1 技術的發展為科學研究提出課題并提供了必要的物質手段恩格斯在論及近代工業技術與科學發展的關系時就指出 從十字軍東征以來 工業有了巨大的發展 并產生了許多力學上的 紡織 鐘表制造 磨坊 化學上的 染色 冶金 釀酒 以及物理學上的 眼鏡 新事實 這些不但提供了大量可供觀察的材料 而且使新的工具成為可能 可以說 真正有系統的實驗科學才第一次成為可能 2 科學研究和科學成果可以指導技術發展 科學可以成為技術的先導并轉化為技術例如 19世紀電磁理論 第二次技術革命 光受激輻射理論 微波波譜學 激光技術 原子物理學 核工業技術分子生物學 基因工程技術計算機科學 計算機技術 第四節現代科學技術的體系結構 現代科學技術的總體結構現代科學技術的縱向結構自然科學的門類結構現代技術的分類與結構交叉科學的形成與類型 一 現代科學技術的總體結構 下面以錢學森的科學技術體系學為基礎 按照上述科學結構的三條原則來討論現代科學技術的體系結構 錢學森開始提出科學技術體系由自然科學 人體科學 社會科學 思維科學 數學科學和系統科學六大部門組成 后來將軍事科學 行為科學和文學藝術等知識部門納入科學知識結構中 考慮到人文科學 包括文學藝術 是普遍認同的知識部門 而軍事科學和行為科學可以納入交叉科學范圍 因此科學技術的總體結構如下 自然界 無機界 有機界 人體 客體系統關系 客體數量關系 社會 思維 人文 系統科學 數學科學 社會科學 思維科學 人文科學 自然科學 人體科學 客體結構 科學結構 二 現代科學技術的縱向結構 科學技術作為認識世界和改造世界的知識體系 可以按其認識世界和改造世界的密切程度不同 劃分為若干縱向層次 哲學科學 基礎科學 技術科學 工程科學 工程技術的知識形態 錢學森認為 科學技術的幾大部門都有認識世界和改造世界的功能 都存在這幾個層次結構 在哲學科學和基礎科學之間都有一個中介哲學原理 如自然科學的縱向結構中有自然辯證法或辯證自然觀 社會科學的縱向結構中有歷史唯物主義或社會辯證法或唯物史觀 在自然科學部門 哲學科學 基礎科學 技術科學 工程科學 層次結構中 抽象性 普遍性漸次減弱 而實踐性 特殊性逐漸增強 四者之間 前者都是后者的理論基礎 后者都是前者的具體應用 哲學科學是關于自然 社會和思維最一般規律的知識體系 是關于科學世界觀的學問 基礎科學是關于自然界物質運動形式的普遍規律和理論的學問 技術科學是關于人工自然過程的一般機制和原理的學問 工程科學是關于設計和建造特定人工自然過程的技術手段與工藝方法的學問 科學技術知識體系的縱向結構 馬克思主義哲學 自然辯證法 基礎科學 技術科學 工程科學 工程技術活動 認識世界抽象性普遍性 改造世界實踐性特殊性 三 自然科學的門類結構 自然科學的門類結構是按照它所研究的對象 自然界的各種各種物質運動形式來劃分的 按照俄羅斯哲學家 化學家凱德羅夫 的研究結果 自然界基本物質運動形式有 微觀物理運動 宏觀物理運動 化學運動 天體運動 地質運動和生命運動 其中 前三種是更基本的簡單運動形式 后三種是較復雜的基本運動形式 都包含有前三種物質運動形式 從起源看 微觀物理運動和宇宙天體運動是同時產生的 微觀和宇觀兩極是相通的 它們的發展序列與相互關系 同它們相對應的自然科學的門類結構如下 微觀物理運動基本粒子 場 宇宙天體運動總星系 恒星 化學運動原子 分子體系 地質運動地球及各層圈 宏觀物理運動凝聚態 物體 生命運動蛋白質 核酸 微觀物理學 宇宙學 天文學 地質學地球科學 化學 宏觀物理學 生物學生命科學 自然界物質運動形式 自然科學各門基礎學科 微觀物理運動基本粒子 場 宇宙天體運動總星系 恒星 化學運動原子 分子體系 地質運動地球及各層圈 宏觀物理運動凝聚態 物體 生命運動蛋白質 核酸 微觀物理學 宇宙學 天文學 地質學地球科學 化學 宏觀物理學 生物學生命科學 自然界物質運動形式 自然科學各門基礎學科 四 現代技術分類與技術體系 按技術的本質進行技術分類按科學的應用進行技術分類按三次產業理論進行技術分類按生產要素密集度進行技術分類按技術一般要素進行技術分類按勞動生產過程進行技術分類技術體系及其結構 1 按技術的本質進行技術分類 技術的本質在于體現人對自然的能動作用 首先是物質生產活動 進而是使物質生產得以進行的人的社會生活和社會關系 以及由此產生的精神生產活動 據此可以將技術分為 自然技術 即作為人與自然之間中介的物質技術 它是人運用自然規律 把自然物質轉化為人工物質的手段及其技能 方法和知識 其任務是運用在物質生產中改造自然 建造人工自然 創造物質財富 滿足人的物質生活需要 目前物質生產活動領域的技術 都屬于自然技術 自然技術是整個人類社會的主要技術基礎 它與生產技術 工程技術大致是等價的 社會技術 人與社會之間的中介手段及方法 其任務是組織和管理人類社會的一切活動 滿足人的社會生活需要 它包括運用社會科學揭示的各種規律 對社會各個方面進行規劃和設計 改革和建設 組織和管理 1 社會技術是物質技術移植和應用到社會領域而產生的 自然技術中的某些物質技術與方法如計算機及信息技術 系統工程等 是社會技術的組成部分 2 社會技術是社會科學 技術科學和自然科學相結合的產物 同時受社會規律和自然規律的制約 具有很強的科學性和社會性 因此是社會 經濟 政治 軍事各方面組織管理和領導決策科學化的強有力工具 3 社會技術的對象不只是社會本身 還包括 社會 人類 自然 綜合體 因此它是控制和協調人 社會和自然之間關系的技術 思維技術 人與精神 思維之間的活動手段及方法 其任務是運用在精神生產領域中 支持和輔助人的思維活動 促進精神產品的生產 滿足人的精神生活需要 1 思維技術是物質技術延伸到人腦的神經活動 心理活動和思維活動的研究中產生的 電子計算機技術的發展 特別是人工智能和知識工程等領域的進步 為人的思維提供了越有效的輔助手段 促進了人類智能的提高 2 思維技術是思維科學揭示的思維規律在思維活動和精神生產中的應用 包括邏輯方法和思維方式的部分自動化 機器思維 它不是代替人的思維 而是解放人的智力勞動 提高和強化人的思維能力 3 思維技術廣義上包括精神生產和智力勞動中的一切物質手段與方法 如實驗技術 教育技術 設計技術和影視技術等 2 按科學的應用進行技術分類 根據錢學森關于科學技術體系學的思想 任何科學技術部門都包括 基礎科學 技術科學 工程技術 三個層次 因此每門科學都存在應用于客觀世界某一領域的相應技術 自然科學技術人體科學技術社會科學技術思維科學技術系統科學技術數學科學技術 就自然科學領域的應用而言 可以按傳統的自然科學分類把技術分為四種基本技術 機械技術 運用自然界機械運動規律的力學方法 創造人工機械運動過程 改變物體形狀與位置的技術 物理技術 運用自然界物理運動規律的物理學方法 創造人工物理運動過程 改變物質的物理性質 聲 熱 光 電 磁等 的技術 化學技術 運用自然界化學運動規律的化學方法 創立人工化學過程 改變物質的成分與結構的技術 生物技術 運用自然界生命運動規律的生物學方法 改變生命活動過程與形態的技術 現代工程技術常常是以某一基本技術為主 并綜合運用各種基本技術 3 按三次產業理論進行技術分類 根據三次產業結構理論 可以分為 一次產業技術 以農業技術為主 是從自然界直接獲得產品和原料的技術 其對象是未經人類加工過的自然物質資料 二次產業技術 以工業技術為主 是對初級產品 農產品和礦產品 進行加工成為成品和半成品的技術 包括建造固定結構物的建設技術和制造活動物品的制造技術 三次產業技術 以服務技術為主 是為物質生產和社會生活提供各種服務 勞務和知識的技術 4 按生產要素密集度進行技術分類 按生產活動中的勞務 資本和知識等生產要素的密集度 把產業技術分為 勞動密集型技術 投入的活勞動中體力勞動所占比例較大的產業技術 輕紡工業 農業 初級服務業一般屬于此列 資本密集型技術 投入大量物化勞動 即物質資本 包括生產資料和原材料 的產業技術 重化工業大都屬于此類 知識密集型技術 投入的活勞動中復雜勞動特別是智力勞動比例較大 知識含量高的產業技術 它與高技術的含義相近 5 按技術一般要素進行技術分類 一般認為 物質 材料 能源和信息是人類物質文明的三大支柱和技術的三大基本要素 據此可以分為 材料加工技術 對各種礦產與非礦產資源進行加工 改變物質材料的性質 結構與形狀的技術 能源動力技術 開發自然界的各種能量資源并轉變為人們所需的各種終端能源和動力的技術 信息控制技術 對文字 語言 數據和資料等信息進行傳輸與變換 對各種儀器 設備 設施進行控制與調節的技術 6 按勞動生產過程進行技術分類 日本學者星野芳郎根據對工業生產的勞動過程所做的大量分析 按照勞動過程的技術特征 將工業生產勞動過程及其相應的技術分為7種 采取技術原材料技術機械技術建設技術交通運輸技術信息控制技術能源動力技術 7 技術體系及其結構 技術體系的含義各種技術并不是孤立的 或獨立存在的 它們相互之間在某種條件下存在一定的聯系 我們把生產勞動過程中獨立運轉的某種裝置或設備所依據的相關技術系統 稱為單元技術 例如 一臺獨立運行機床相關的技術系統 就屬于單元技術 而把一定社會時代各種技術依其內在聯系構成的網絡系統 稱為群體技術 即社會的技術體系 其中 有最先產生并起帶動作用的先導技術 有滲透性強 關聯度大的主導技術 以及相配套的輔助技術 例如 在近代第一次技術革命中形成的社會的技術體系中 紡織機械技術是先導 而居主導地位的則是在其他行業廣泛使用的蒸汽動力技術 技術體系的一般結構結構是組織的內在形式 由于不同技術時代主導技術的形態不同而形成不同的技術體系 因而具有不同的結構 但不同時代的技術體系又都存在相似的或共同的一般結構 按照前述技術的一般要素看 任何時代社會的技術體系的一般結構 都是材料加工技術 能源動力技術和信息控制技術組成的 只是材料 能源和信息控制的形態與內容各不相同 這種一般結構還具有全息性特征 即任何單元技術的微觀結構都反映群體技術即技術體系的宏觀結構 它們都是由材料 能源和信息三個子系統所構成 技術體系結構的全息性 單元技術的微觀結構反映群體技術 即技術體系 的宏觀結構 物料加工系統 能源動力系統 信息控制系統 材料技術 加工技術 運輸技術 能源技術 動力技術 傳輸技術 信息技術 控制技術 傳播技術 輸入 輸出 單元技術的微觀結構 技術體系的宏觀結構 勞動過程技術系統的結構 勞動過程技術系統的結構 即任何單元技術體系的微觀結構 如上所述都是由物料加工子系統 能源動力子系統和信息控制子系統組成的 只是因輸入與輸出的狀態不同而其內在結構形式不同而已 例如 一臺機床的技術系統包括直接加工零件的刀架及工具 床頭箱及夾具 使工件轉動和刀架移動的動力系統及傳動裝置 使加工過程按預定程序運行的控制系統 其輸入為金屬材料等 經過機床等機械加工技術系統 其輸出為各種機器產品 勞動過程技術體系的結構 物料加工系統 信息控制系統 能源動力系統 輸入 輸出 勞動者 例1輸入 材料 機械加工技術系統 輸出 機器 例2輸入 燃料 能源轉化技術系統 輸出 電流 五 交叉科學的形成與類型 現代科學技術高度分化又高度綜合的整體化趨勢 導致一系列交叉科學的興起 所謂交叉科學 是指用多種方法研究同一學科領域 或用多種學科研究同一類綜合對象所形成的兩門以上跨學科的知識體系 邊緣學科綜合學科橫向學科知識科學 以邊緣學科為例 m n n 1 2m 邊緣學科數 n 單一學科數 邊緣學科以地球為中心的科學四面體結構 m n n 1 2m 邊緣學科數n 單一學科數 邊緣學科 技術科學的產生與發展技術科學的地位與作用技術科學的結構與功能 六 現代技術科學的形成 作用與結構 1 技術科學的產生與發展 技術科學是技術本質在知識形態上的展現 它是關于各種人工自然過程即技術過程的一般機制和原理的知識體系 其產生與發展 錢學森在 論技術科學 科學通報 1957年第4期 一文中做了概括的論述和總結 形成的主要途經是 經驗技術知識上升到理論形態的產物自然科學向工程技術活動延伸的結果例如工程力學 空氣動力學就是這兩個過程結合的產物 幾千年來 科學和技術形成了各自的傳統 古希臘 科學在哲學母體中 科學知識專屬于貴族哲學家 技術則與生產經驗融為一體 為奴隸工匠所掌握 中世紀后期 商業迅速發展 資本主義生產方式的形成 才使科學和技術相互接近 18世紀工業革命 機器的發明與制造主要靠工匠的經驗技術知識 力學等科學知識只起輔助作用 但機器的大量制造 鐵材料的廣泛使用 缺乏科學理論和數據而僅憑經驗無法有效解決技術問題 這就導致以技術為對象的研究 產生了機械運動學和金屬材料學等技術科學的萌芽 直到19世紀技術才逐漸以科學為基礎 一批專業技術人員分別從發明家和科學家中分離出來 成立了自己的學術團體 技術科學才得以興起 一批受過科學訓練 掌握數學 又熟悉技術的工程師 推動了技術科學的發展 材料力學和水力學等技術科學在理論物理學和實驗物理學的基礎上建立和發展起來 19世紀下半葉到20世紀上半葉 技術知識從經驗上升到理論 科學應用于技術實踐形成技術原理 這兩條途徑逐漸匯合使技術和科學相互滲透結合 導致技術科學迅速發展起來 熱機技術使熱力學理論建立起來 工程熱力學又使熱機效率大大提高 飛機發明與制造 促進了空氣動力學的形成 而空氣動力學又為飛機設計制造提供了可靠的科學依據和數據支持 20世紀下半葉 技術更加依賴于科學理論 在光的受激輻射理論指導下 產生了激光技術原理 推動了激光技術發展 而激光技術的突飛猛進 又促進了激光科學不斷豐富和完善 技術科學形成的兩種途徑 自然界 生產活動 自然科學 技術科學 工程技術 科學 技術 理論 經驗 2 技術科學的地位與作用 自然科學 技術科學和工程科學在自然科學領域 基礎科學 技術科學 工程科學 三個層次中 抽象性 普遍性漸次減弱 而實踐性 特殊性逐漸增強 三者之間 前者都是后者的理論基礎 后者都是前者的具體應用 自然科學 基礎科學 是關于自然界物質運動形式的普遍規律和理論的學問 技術科學是關于人工自然過程的一般機制和原理的學問 工程科學是關于設計和建造特定人工自然過程的技術手段與工藝方法的學問 因此 技術科學在三者之間具有中介過渡的特征 科學技術知識體系的縱向結構 馬克思主義哲學 自然辯證法 基礎科學 技術科學 工程科學 工程技術活動 抽象性普遍性 實踐性特殊性 技術與工程 技術科學和工程科學 技術與工程 工程 engineering 是把數學和科學技術知識應用于規劃 研制 加工 試驗和創建人工系統的活動和結果 有時又指關于這種活動的專門學科 技術和工程既相聯系又相區別 二者同屬于改造自然的實踐范疇 但工程是改造自然的一種實踐活動和建造實施過程 包括目標的實現和結果 技術是這種活動的手段和方法 技術是工程的基礎 工程是科學技術的實際應用 工程與技術是在互動中共同發展的 二者的密切聯系 導致 工程技術 這一復合性概念的出現 最近由于工程科學和技術的緊密關系而出現 工程科學技術 工程科技 的提法 技術科學 工程科學與工程技術 據錢令希院士說 錢學森院士曾明確告訴他 技術科學的英文名稱就是 engineeringscience 這和國際上使用的技術科學英文一詞 technologicalsciences 有所不同 在錢學森看來 技術科學和工程科學是等價的 他所說的 工程技術 相當于工程的知識形態 即通常所說的工程學 engineering 或工程科學 工程科學 engineeringscience 是關于改造自然的各種專門技術的知識體系 它是把基礎自然科學和技術科學的原理應用到生產活動和工程實踐活動所形成的各門學科的總稱 又稱工程學或工學 engineering 不列顛百科全書 的詞條也指出 技術科學是包括傳統的工程學科 農業科學以及關于空間 計算機和自動化等現代學科的一門科學 技術科學和工程科學二者的區別在于兩者的普遍性與特殊性相對程度不同 但沒有截然不同的界限 技術科學 自然科學與社會科學三者的交叉滲透 導致以 社會 人 技術 自然 綜合體為對象的一系列社會技術科學的產生和發展 如人類工程學 工程心理學 技術生態學 創新經濟學 技術美學和技術管理學 等等 科學技術方法論 自然科學 社會技術科學 社會科學 科學 技術 生產系統 實用部分自然科學 創新經濟學 人類工程學 工程心理學 技術生態學 技術美學 其他模型系統分析可靠性技術決策技術預測 一般技術理論與方法 技術科學 工程技術 技術管理學 工程科學 技術科學與相關學科的結構關系 3 技術科學的結構與功能 技術科學的理論結構 與自然科學理論結構相似 是按從抽象上升到具體的