科学哲学与科学教育的核心问题.docx

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1、科学哲学与相缴育的核心问题实在论与反实在论很多科学提出的基本哲学问题，也可以在科学课堂中提出来。其中一些科学问题的哲学特征，已经在本书第四章论述“形而上学与大气压”、第五章论述“麟中的哲学”、第六章论述嶂摆运动”以S笫七*论述“普里斯特利(Priestley)与光合作用”的时候探讨过，并将在第十一章“科学的本质”探讨其他部分。令人高兴的是，哲学无需被带入科学课堂因为它已经存在于科学课堂：学生自身可以理解科学的哲学维度，并采用哲学的思考方式，以便对哲学进行识别和探讨；哲学对教师来说并非额外的负担，它本身就是教师所教科目的一部分。任何科学哲学的教材、文集或者百科全书都会有关于以下内容的章节：理论变

2、革、实验研究、理想化、科学革命、定律、归约、比喻、类比、模型、因果关系、说明、价值观、方法论、观察、真理、近似真理，等等。当在课堂中教授类似进化论、遗传学、氧化作用、力学、相对论、电学、古生物学和光合作用等日常主题时，这些哲学特征就能得以识别与阐述。当学生开展调查、进行实验、收集数据、提出及评价假设等时，这些特征或方面就得以恰当地展现。同样，哲学也出现在教师、课程编写者以及管理者参与研究的大多数理论问题中：宗教信仰、多元文化论、学科结构等。上一章谈到的建构主义正是这些理论问题中的一个，它自发地引出了一个贯彻整个科学史的核心哲学问题，并瞄准了科学本质的教学内容，即“实在论者与反实在论者关于科学目

3、标的争论”，以及关于“用以解释事件和现象的科学理论中所假定的理论实体的实在性与可知性的争论”。这个根本性的争论引起了科学哲学中许多其他争论的共鸣，并在科学教育的舞台上频频上演，实在论者和反实在论者双方的阵营里都有声名显赫的研究者和教师。教师和学生都可以通过展现科学哲学维度的方式，理解并参与这一讨论。实在论者与西在论者的实在论者最基本的信念是认为世界和我们对世界的了解是截然不同的两件事。我们怎样认知事物和事物本身是相同的。人不是万物的尺度一普罗塔哥拉(PrOtagOraS)也许没有这样说过。巴斯范弗拉森(BasvanFraassen)为实在论提供了如下简明的定义：“科学的目标是通过其理论，给我们

4、描述一个确切真实的世界。接受某个科学理论就意味着相信它的真实性。”(vanFraassen1980,p.8)需要注意的是，这里展开的讨论是关于科学实在论与反实在论的，而不是关于哲学唯心主义和怀疑主义中所说的“全面”反实在论。唯心主义主张，没有任何事物是真正超越认知主体而存在的，外部世界是一种幻象。怀疑主义主张，“客观事实”是存在的(如建构主义者通常所说)，但我们无法感知这一事实，甚至可感知世界(例如桌子、椅子、树木)也永远超越我们的认知。所有科学家和绝大多数的科学哲学家都反对这些彻底反实在论的观点，科学教师们也不支持这些观点。然而，一些科学家以及许多有声望的科学哲学家是维护科学反实在论的，本章

5、将会对这一观点进行评价。同样需要注意的是，科学理论是否能够告诉我们世界是什么一这是核心的、或许也是唯一的争论。这些争论是关于解释性的、不可观察的、理论的建构和实体，如磁场、电子、万有引力等。哲学论证通常并不是可见的科学主张，至少不是直接与数据和测量读数相关，而是对它们的解释。认识到实在论中存在“维特根斯坦派(WittgenSteilIian)大有裨益1他们的共tt口下： 本体论层面，承认世界的真实性和独立性，包括不可观察的事物在内的外部事物、事件独立于认知主体而存在； 语义学层面，承认科学主张和外部事物、事件的联系，科学是关于世界的主张； 认识论层面，即科学针对可观察世界、不可观察世界的实体和

6、过程，提出了一些真实或者近乎真实的主张，前者是普通视觉所能观察到的日常世界(台球、鱼、云等)，后者是由工具和推理呈现出的世界(分子、原子、磁场、蛋白质等);价值论层面，承认科学的目的是提出关于真实世界的陈述和理论，其他目的-一如公共事业或经济收益都是次要的，这些目的只是真实世界的副产品2。同样，由于实在论者反对本体论、语义学、认识论和价值论中的某个或全部主张，有时也出于其他原因，反实在论者达成了一致立场。反实在论家族包括实证主义、经验主义、工具主义、建构主义、建构经验主义、唯心主义，当然还有所有的后现代主义流派。反实在论者相信，科学知识受限于经验世界或感知现象，任何超越经验的理论假设实体必须被

7、看做是协调感知或观察现象的助手、工具、模型或启发装置，但它们并非真实存在。进一步说，科学的目的是提出可以预测现象、可以简练准确地联系经验的理论。关于实在论者和反实在论者立场的详细阐述、细化和辩护可以阅读注释里的参考文献。为与本书所有的方法论保持一致，此处的争论将选用科学教师熟悉的、教材和课程中普遍使用的历史案例来进行详细阐述3。从古代天文学的水晶球宇宙体系之争，到红衣主教贝拉尔米内(Bellarmine)支持伽利略(Galileo)工具主义的观点，再到牛顿学说追随者与笛卡尔思想追随者之间关于万有引力真实性的激烈争论，以及同样激烈的18世纪关于热量等无重量流体是否存在的争论、19世纪恩斯特马赫(

8、EmstMach)等参与的关于原子是否真实存在的争论，再到实在论者爱因斯坦(EinStein)与工具论者玻尔(Bohr)对哥本哈根量子力学解释的争论，实在论者与反实在论者对科学理论解释的抗衡问题，始终处于关于科学的哲学争论的中心位置天文学：动所有的人类社会，自形成起便开始寻求对宇宙构造的认识恒星、行星、太阳、月亮、彗星，等等。这种认识混合了宗教、形而上学、宇宙学、神话、占星术和天文学(用现代术语进行大致描述)等多种元素。在大多数社会里，这些元素是一起出现的，但在不同的时间、不同的地点，其中某个元素可能或多或少占据主导地位。天文学史作为一门普通的学校科目一一至少对太阳系从日心说到地心说的转变这一

9、理解而言一为展现实在论者和反实在论者对科学认识的根本差异提供了绝佳的思路（此外，还有数学与技术在科学中的作用、对人类观察的“解释”、科学中权威与真理的冲突来源等众多反复出现的主题）O美国科学促进会（AmericanAssociationfortheAdvancementofScience,AAAS）在面向全体美国人的科学中介绍天文学时这样写道：“站在地球上观察，地球好像是静止不动的，而别的东西都围绕地球运转。因此，在古代，人们推想宇宙运转原理时，以这种显而易见的真理开始是很有意义的。古希腊思想家，特别是亚里士多德（AriStOtle）创立了一个运转模式，一直沿用了2,000年。这个模式为：一个

10、很大的、静止的地球处于宇宙的中心，地球的四周围绕着太阳、月亮和小星星。它们分布在一个正圆形的轨道上，所有这些物体都以恒定的速率沿着正圆形轨道旋转。”（AAAS1989,p.112）这是一幅美丽且令人满意的关于宇宙的感知图像，但是古代的自然哲学（或者说早期科学）一直在推测宇宙运转的原因和机制。这正是实在论者和反实在论者产生分歧的地方。柏拉图的经验论和亚里士多德的实在论古代关于行星动力学（或者说行星运动机制）的争论，被视为旷日持久的实在论者与反实在论者对科学认识之争的开端。阿那克西曼德（AnaXimalIder）（约公元前488428年）、欧多克索斯（EUdOXUS）（约公元前409356年）、卡

11、里普斯（CalIiPPUS）（约公元前370300年）和亚里士多德（约公元前384322年）先后提出将按规律运转的星球置入一个旋转的透明的星球内，并保持这些星球之间、星球与地球之间以及与其他星球之间的平稳运动和固定距离，而水晶球最外面的一层即为世界的极限。逆行、“加速运动”和“减速运动”是由于球的数目增加所导致的，欧多克索斯假设有26个球层，卡里普斯假设有33个球层，亚里士多德假设有47个球层，以便与更多的天文学观测结果相吻合4。这些日益复杂的机制是为了满足“拯救现象”（即从地球所观测到的天体运动现象）的需求。关于前亚里士多德学派如何真实地解释“假设球层”，在学术界曾有过许多争论，伴随着亚里士

12、多德的著作形而上学和论天的问世，这些球体被赋予了实体存在的属性，它们是由永恒不变的第五元素以太构成的。这就是后来自然哲学所说的“水晶球”。这些球体当然需要它们自己的动力，即亚里士多德所说的“第一推动力”，后来这一推动力被认为是希腊基督教传统中的上帝5。然而，天文学实在论也受到了来自反实在论的挑战。柏拉图(PIatO)使关于自然哲学的反实在论解释合法化。这点可由新柏拉图主义学者辛普利丘斯(SimPIiCiUS)(公元490560年)的注释得知。他是这样评价柏拉图的：“他(柏拉图)提出了天体运动的规律是匀速圆周运动。随即他又向数学家提出下述问题：什么样的规律性匀速圆周运动，才能符合行星运动所呈现的

13、形式，从而使假说被大家接受？”(DUhem1908/1969,p.5)柏拉图给天文学家和数学家提出了这样一个问题：什么模型符合且能够预测天体运动现象?这些现象包括太阳的东升西落、月亮的阴晴圆缺、星球周期性的上升下沉、四季的更迭、行星的回归、行星的周期、昼夜平分等。模型并不意味着一定要符合实际，它只要能够符合天体圆周运动规律、与天文现象保持一致、能预测天文现象等形而上学的原理即可，数学模型只是一种计算工具。柏拉图的学生欧多克索斯接受了这个挑战。托马斯希思(ThOmaSHeath)写道：“欧多克索斯既没有推测这些旋转运动的原因以及它们如何从一个球体发射信号到另一个球体，也没有探究它们的构成材质。看

14、起来他没有赋予这些球体模型任何物质或是力学联系，整个系统是纯粹的几何假说，或者说是一套可以呈现行星的外在路径并可以用于计算的理论建构。”(Heath1913/1981,p.196)随后，克劳迪厄斯托勒密(CIaUdiUSPtolemy)(公元90-168年)348在他的著作天文学大成中，反驳了数学天文学和工具主义天文学所支持的球体模型。他认为，行星在被称为本轮和均轮的圆周上运动，它们按照天文学家提出的“拯救现象”的模式运行。托勒密继承了柏拉图的圆周运动这一形而上学的观点，但是摒弃了亚里士多德现行的水晶球模型这一顽固实在论观点，水晶球模型由纯粹的几何构思支撑，顶多是在形式上承认如行星灵魂或智能之

15、类的机制。托勒密认同亚里士多德将哲学划分为理论和实践两个分支，之后他曾写道：“亚里士多德颇为恰当地将理论哲学划分为物理学、数学和神学三类(PtOIemy1952,p.5).,托勒密避开物理学和神学拥护数学，他说：“理论的另外两个大类可以阐述为猜想，而不是科学理解：神学是因为它无法被感知、触及，物理学是因为其问题模糊且易变，因此哲学家们决不会认同它们只有数学，如果人们带着怀疑靠近它，那么它将会把准确可靠的知识带给它的实践者。”(Ptolemy1952,pp.5-6)亚瑟凯斯特勒(ArthUrKoestlerX19051983)这样描述这种情况，亚里士多德之后的天文学脱离了物理现实，变成了一门抽象

16、的天空几何学它的一个实际用途是为太阳、月球和行星的运动提供一种计笄表格，但对宇宙的真正本质而言，它却没做任何说明。”(Koestler1964,p.77)就行星机制而言，一些具有传统工具主义思想的人其实是认知层面的反实在论者，他们认为这些机制有可能存在，只是我们无法接近它们。另一些人则是这些机制本体论层面的反实在论者，他们认为我们没有理由去假设这些机制的存在。当然，对待行星和天体，所有人都是实在论者，物体的存在与否取决于人们是否对其进行思考或假设，然而认为天体进入视线但并不存在这一观点想要普及可能还需要2,500年。无论如何，反实在论最终并没有取得胜利，因为亚里士多德提出了一个兼具哲学性和“科学性”的系统，该系统与行星动力学巧妙契合，亚里士多德的天文学实在论和实体同心球理论，在此后的1,500年里一直占据统治地位6。