科學(xué)模型的演進(jìn)及其認(rèn)識(shí)論特征＊

文祥，曹志平，易顯飛

(1．廈門大學(xué)哲學(xué)系，福建廈門361005;2．長(zhǎng)沙理工大學(xué)科技與社會(huì)發(fā)展研究所，湖南長(zhǎng)沙410114)

科學(xué)模型的演進(jìn)及其認(rèn)識(shí)論特征＊

文祥1，曹志平1，易顯飛2

(1．廈門大學(xué)哲學(xué)系，福建廈門361005;2．長(zhǎng)沙理工大學(xué)科技與社會(huì)發(fā)展研究所，湖南長(zhǎng)沙410114)

模型是人們科學(xué)理解和解釋研究對(duì)象的重要橋梁。模型作為對(duì)研究對(duì)象“數(shù)學(xué)籌劃”的結(jié)果，必然具有簡(jiǎn)約近似的特征。模型的不同形態(tài)和精細(xì)程度表征了科學(xué)研究的不同發(fā)展階段。隨著科技的發(fā)展，科學(xué)模型從實(shí)體到觀念化、從理論到數(shù)學(xué)化、從定性到定量、從計(jì)算機(jī)模擬到仿真，逐步從形象變得抽象，最后卻又從高度抽象回歸到形象。另外，理解科學(xué)模型具有的主體性、詮釋學(xué)特征，這對(duì)于理解當(dāng)今科學(xué)哲學(xué)發(fā)展的新動(dòng)向具有啟發(fā)性。

科學(xué)模型;模型演進(jìn);認(rèn)識(shí)論特征

科學(xué)模型，就是以對(duì)象原型的各項(xiàng)認(rèn)知特征為樣本、標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)進(jìn)行模擬之后的“凝固了的”概念或理論，可簡(jiǎn)要分為實(shí)物和觀念兩種基本形態(tài)。它是我們理解和解釋科學(xué)研究對(duì)象的基本手段。所以如此，是“由于人們很難真正或真實(shí)觸及原型，必須借助模型獲得對(duì)原型的間接接觸”［1］51。這種情況，在微觀領(lǐng)域變得異常突出和明顯。科學(xué)模型變成了一個(gè)具有本體論和認(rèn)識(shí)論雙重意義的科學(xué)哲學(xué)概念。

一 科學(xué)模型的歷史演進(jìn)

(一)從粗糙到精細(xì)的實(shí)物模型

追溯起來(lái)，磨制石器就是以打制石器或自然界天然物為對(duì)象進(jìn)行模擬的產(chǎn)物。早期人類在長(zhǎng)期的實(shí)踐活動(dòng)不斷總結(jié)后漸漸懂得了效仿自然。盡管自然物與現(xiàn)代科學(xué)研究中的模型相去甚遠(yuǎn)，但從人類運(yùn)思的角度來(lái)說(shuō)，與科學(xué)模型并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。人類的認(rèn)識(shí)對(duì)象就是從簡(jiǎn)單逐漸轉(zhuǎn)向復(fù)雜，并且后面的研究總是直接或間接以前面的制成物為模型。隨著人類認(rèn)識(shí)能力的提高和對(duì)事物認(rèn)識(shí)的加深，對(duì)對(duì)象的關(guān)注從外部漸次深入到內(nèi)部，實(shí)物模型的制造也更加精細(xì)。如用于各種實(shí)際工程上的實(shí)物模型，在原理、結(jié)構(gòu)、材料等方面都是很復(fù)雜的，要求也很高。實(shí)物模型的這種變化，既很好地說(shuō)明了人類科學(xué)技術(shù)是累積進(jìn)步的，也表明了人類的認(rèn)知能力是建立在具有直觀性的形象思維基礎(chǔ)上的，體現(xiàn)了在人們運(yùn)思和研究過(guò)程之中模型的不可或缺性。

當(dāng)然，生活中也有大量用于教學(xué)演示、參觀展覽、玩具收藏等功能的各種實(shí)物模型，雖不是直接用于科研，但也起到了詮釋科技與滿足好奇的科普功能，對(duì)于從整體上提高和推進(jìn)人類科技進(jìn)步也具有一定的作用，仍然顯現(xiàn)出了模型的形象性對(duì)于人類認(rèn)知的重要功能。

(二)從形象到抽象的觀念模型

觀念模型是指非實(shí)物形態(tài)的模型。為了便于說(shuō)明清楚，把簡(jiǎn)單的觀念模型稱之為概念模型，復(fù)雜系統(tǒng)化的則稱為理論模型。前者如腦中的“船”、“汽車”、“物體碰撞”等可感知的“圖象”都屬于概念模型，后者如牛頓理論、氣體分子運(yùn)動(dòng)論、相對(duì)論等都屬理論模型。前者因能在腦中以形象的方式想象出來(lái)而易于理解，后者因腦中一下子無(wú)法想象出與之對(duì)應(yīng)的“存在物”來(lái)而難以理解。但是，如果能將理論模型逐步還原到概念模型，理論模型就變得相對(duì)容易理解了。

下面以氣體分子運(yùn)動(dòng)論為例，來(lái)說(shuō)明理論模型從形象到抽象的發(fā)展。該理論從最初提出假設(shè)到理論成型，經(jīng)過(guò)了無(wú)數(shù)人長(zhǎng)期的艱苦努力。“早在十七世紀(jì)胡克就指出氣體的彈性是由于相互獨(dú)立的硬粒子與器壁相碰而產(chǎn)生的”［2］3，“到1738年伯努利認(rèn)為氣體壓強(qiáng)是由分子碰撞器壁而產(chǎn)生的。1744年，羅蒙諾索夫說(shuō)熱是分子運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)，把機(jī)械運(yùn)動(dòng)的守恒定律推廣到了分子運(yùn)動(dòng)的熱現(xiàn)象中”［3］?！?9世紀(jì)，克勞修斯、麥克斯韋及玻爾茲曼三位科學(xué)家為氣體分子運(yùn)動(dòng)論的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。到了20世紀(jì)，人們?nèi)匀辉诓粩喟l(fā)展和完善該理論”。［2］3氣體分子運(yùn)動(dòng)論的基本內(nèi)容有如下幾點(diǎn):(1)氣體是由分子組成，分子是很小的粒子，彼此間的距離比分子的直徑大得多;(2)氣體分子以不同的速度在各個(gè)方向上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，直至和其它分子或器壁碰撞時(shí)才改變方向;(3)在非碰撞情況下，氣體分子之間相互作用是很弱的，甚至可以忽略;(4)氣體分子相互碰撞或?qū)ζ鞅诘呐鲎部烧J(rèn)為是完全彈性碰撞;(5)分子的平均平動(dòng)動(dòng)能與熱力學(xué)溫度成正比。［4］該理論以氣體中大量分子作無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)為基礎(chǔ)，根據(jù)力學(xué)定律和統(tǒng)計(jì)規(guī)律，闡明了氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)是由于大量分子與器壁碰撞而產(chǎn)生，氣體溫度的升高是分子平均動(dòng)能增加的結(jié)果，初步揭示了氣體的擴(kuò)散、熱傳導(dǎo)等現(xiàn)象的本質(zhì)，解釋了許多有關(guān)氣體的實(shí)驗(yàn)定律，是聯(lián)系氣體微觀粒子行為與宏觀現(xiàn)象的初步理論。該理論模型遠(yuǎn)比簡(jiǎn)單而形象的概念模型復(fù)雜和抽象。

(三)從定性到定量的數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)化了的理論模型就稱為數(shù)學(xué)模型。繼續(xù)來(lái)看上面提到的氣體分子運(yùn)動(dòng)論。該理論發(fā)展的初期，還只是一些定性的描述，后來(lái)在定量方向不斷發(fā)展。有以下幾個(gè)基本公式:(1)波義耳—馬略特定律。一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)溫度維持不變時(shí)，氣體的壓力和體積的乘積為常數(shù)，即:pV=常數(shù);(2)蓋·呂薩克定律。一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)壓力維持不變時(shí)，氣體的體積與其絕對(duì)溫度成正比，即:V/T=常數(shù);(3)查理定律。一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)體積維持不變時(shí)，氣體的壓力與其絕對(duì)溫度成正比，即:p/T=常數(shù)。這3個(gè)公式習(xí)慣上稱為氣體三定律。具體應(yīng)用常為針對(duì)一個(gè)恒值過(guò)程連結(jié)的兩個(gè)氣體狀態(tài)，已知3個(gè)參數(shù)而求第4個(gè)參數(shù)。例如:初始?jí)毫腕w積為p1、V1的氣體，經(jīng)等溫膨脹后體積變?yōu)閂2，則由波義耳－馬略特定律，即可求出膨脹后的氣體壓力為p2=p1V1/V2。但是，至此三條定律都只能從一宏觀量到另一宏觀量，還沒(méi)深入到微觀量層次。

隨著人們的繼續(xù)努力，后來(lái)又有:(4)道爾頓定律。相互不起化學(xué)作用的混合氣體的總壓力等于各種氣體分壓力之和，即:p=p1+p2+…+pn。該定律表明了各組分氣體壓力的相互獨(dú)立和可線性疊加的性質(zhì)。(5)阿佛加德羅定律。同溫同壓下，等體積的任何種類氣體，均有相同的分子數(shù)，或者說(shuō)相同分子數(shù)的不同種類氣體占據(jù)相同的體積。該定律表明氣體分子體積確實(shí)可以忽略不計(jì)。這兩條定律已經(jīng)深入到氣體微觀特性及其定量關(guān)系的研究，同時(shí)較前3條定律也更抽象。

在上述基礎(chǔ)上，有科學(xué)家綜合得出了理想氣體的狀態(tài)方程:pV=Nmυ2/3=nRT。此方程綜合了波－馬定律、查理定律和蓋斯定律，運(yùn)用起來(lái)更方便，更重要的是它定量地溝通了宏觀量與微觀量。如，氣體的壓力是由單位體積中分子的數(shù)量、分子的質(zhì)量和分子的運(yùn)動(dòng)速率所決定的，整體表現(xiàn)為“分子群”對(duì)器壁碰撞作用的統(tǒng)計(jì)平均值的宏觀結(jié)果，這是對(duì)微觀世界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一個(gè)深化。不過(guò)，該方程所依據(jù)的基本假設(shè)是忽略氣體分子間的作用力和分子體積，以及假設(shè)氣體分子間的碰撞是完全彈性正碰，因而工程上具體運(yùn)用時(shí)要予以修正。

由此可知，理論模型的數(shù)學(xué)化從定性到定量的演變是人類認(rèn)識(shí)客觀世界的巨大進(jìn)步。沒(méi)有對(duì)原型的某個(gè)或多個(gè)特性變化的規(guī)律的長(zhǎng)期研究和深刻把握是無(wú)法建構(gòu)起定量化的數(shù)學(xué)模型的。但是，理論模型也變得越來(lái)越抽象了。

(四)從部分模擬到整體仿真的數(shù)字化模型

在自然科學(xué)實(shí)踐中，人們往往認(rèn)為，一種理論只有成功運(yùn)用了數(shù)學(xué)表達(dá)才算達(dá)到了完善。也就是說(shuō)，確立了數(shù)學(xué)模型的理論才是研究得到深入的標(biāo)志。上面提到的氣體分子運(yùn)動(dòng)論的數(shù)學(xué)模型的建立，就是該理論發(fā)展深入的重要階段。不止于此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛運(yùn)用，人們對(duì)客體研究的廣度和深度達(dá)到了前所未有的水平。在工程技術(shù)中，人們運(yùn)用有限元的分析方法，將抽象的數(shù)學(xué)模型輸入計(jì)算機(jī)處理，然后，多種數(shù)字化了的性質(zhì)在計(jì)算機(jī)上聯(lián)結(jié)起來(lái)就能復(fù)原出形象的“原型”，也即仿真。這時(shí)，理論模型不是更抽象，而是從抽象又回歸到了“形象”。

下面以“數(shù)字黃河”為例進(jìn)行扼要分析。自1998年美國(guó)原副總統(tǒng)戈?duì)栐谝淮巍稊?shù)字地球》的演講之后，數(shù)字化思想在中國(guó)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，“數(shù)字中國(guó)”、“數(shù)字北京”、“數(shù)字長(zhǎng)江”等概念形成并迅速流行。“數(shù)字黃河”就是2001年7月水利部黃河水利委員會(huì)提出來(lái)的。［5］意思就是以黃河流域?yàn)閷?duì)象，運(yùn)用遙感(RS)、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DCS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)、現(xiàn)代通信等高科技手段，建立具有三維虛擬模型的防汛減災(zāi)、水量調(diào)度、水土保持工程管理等功能的應(yīng)用系統(tǒng)，為黃河的開(kāi)發(fā)、治理提供決策支持。［6］顯然，任何單個(gè)指標(biāo)體系的理論模型都是高度抽象的數(shù)學(xué)模型，但是，功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字化處理卻可以綜合聯(lián)結(jié)多項(xiàng)指標(biāo)體系，然后以虛擬三維圖形直觀地模擬“原型黃河”的真實(shí)變化圖景，這是迄今為止科學(xué)模型發(fā)展的最高水平。

二 科學(xué)模型的認(rèn)識(shí)論特征

科學(xué)模型經(jīng)歷從形象直觀到抽象，又從高度抽象回歸到形象直觀的這幾個(gè)階段，反映了科學(xué)模型認(rèn)識(shí)論地位的提升，表現(xiàn)出科學(xué)模型具有形象直觀性、簡(jiǎn)約相似性和主體詮釋性等認(rèn)識(shí)論特征。

“詩(shī)莊詞媚”一說(shuō)，據(jù)傳最早是宋初人提出的，簡(jiǎn)單概括就是：詩(shī)剛，詞柔；詩(shī)直，詞曲；詩(shī)顯，詞隱；詩(shī)壯，詞纖。它原本是一個(gè)通俗的說(shuō)法，后來(lái)才成為文人的一種觀念，并逐漸演化，變得簡(jiǎn)約明確。五代及宋初的詩(shī)人們?cè)谔幚眍}材的時(shí)候確實(shí)也都是這樣做的，家國(guó)大事用詩(shī)表述，兒女私情用詞抒寫。男女之歡用詩(shī)寫甚至是一種“掉價(jià)”，歐陽(yáng)修、晏殊即是典型的范例。他們的詩(shī)是一支筆，詞又是一支筆，當(dāng)代著名詞學(xué)家葉嘉瑩先生講過(guò)一個(gè)故事，說(shuō)王安石偶然一天讀到晏殊的詞，頗為不屑：一個(gè)官居要位的人，“為宰相而作小詞，可乎？”在王的眼中，詩(shī)是大的，詞是小的。

(一)形象直觀性

形象直觀性的要求是人類思維的本質(zhì)要求。文學(xué)藝術(shù)的創(chuàng)作需要形象思維這個(gè)早已是一種共識(shí)，而人們認(rèn)為在抽象的科學(xué)研究中似乎應(yīng)該不是這樣的。事實(shí)上，科學(xué)研究雖然抽象，但仍然具有形象直觀的基本要求，“作為科學(xué)研究的重要方法，形象化在沒(méi)有邏輯通道的科學(xué)研究初期有著無(wú)與倫比的促發(fā)思維的作用，經(jīng)常被科學(xué)家采用”。［1］12其實(shí)不止于此，不管在科學(xué)研究的初期還是在科學(xué)理論高度抽象化的成熟期，形象直觀性思維在人們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)過(guò)程中始終起著基本思維元素的作用。

其實(shí)，視覺(jué)表象如同視覺(jué)感知一樣，獲得了認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)最多的關(guān)注。記憶研究表明，使用了表象的人，較之沒(méi)有使用表象的人，能夠更好地回憶信息。［7］188認(rèn)知心理學(xué)家艾倫·帕維歐的研究表明:“記憶可視覺(jué)表象的名詞如桌子、椅子等比抽象名詞如自由、公正等效果明顯好得多。”他是這樣解釋的:“在任何時(shí)候，人會(huì)自發(fā)地構(gòu)建名詞的視覺(jué)表象，并且，名詞越是具體，視覺(jué)表象就越豐富，記憶效果就越好。這有助于解釋為什么具體的圖像常常比詞語(yǔ)記憶得更好”。［7］191既然簡(jiǎn)單的概念模型因?yàn)椤靶蜗蟆钡奶攸c(diǎn)而容易被記憶，那么抽象的理論模型如何才能被理解呢?

回顧一下氣體分子運(yùn)動(dòng)論，就知道從抽象向形象的還原是理解的需要。我們理解該理論的第1、2、3小點(diǎn)時(shí)，總是自然而然地將微觀分子想象成在空中漂浮運(yùn)動(dòng)的宏觀小球。腦中構(gòu)造不出這幅圖景的學(xué)生，就會(huì)不知所云，不能理解理論。理解第4小點(diǎn)時(shí)，必然會(huì)想到彈性正碰的圖景。如果沒(méi)有做過(guò)這種物理實(shí)驗(yàn)或完全沒(méi)有類似經(jīng)驗(yàn)，那么這一點(diǎn)將是不可理解的。理由就是不能在腦中還原出“彈性碰撞圖象”?？茖W(xué)家的形象思維習(xí)慣可以提供例證?！爸锢韺W(xué)家麥克斯韋就有一種把抽象概念轉(zhuǎn)化為形象來(lái)思考的習(xí)慣，美國(guó)數(shù)學(xué)家斯蒂恩也說(shuō)過(guò):如果一個(gè)特定問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)圖形，那么，思想就整體地把握了問(wèn)題”。［8］第5點(diǎn)相對(duì)最難理解，需要多步還原。先將分子平均平動(dòng)動(dòng)能與宏觀物體的動(dòng)能聯(lián)系起來(lái)，然后將動(dòng)能與物體運(yùn)動(dòng)快慢聯(lián)系起來(lái)，再將快慢與溫度高低對(duì)應(yīng)起來(lái)，最后才能理解第5點(diǎn)。對(duì)于沒(méi)有這些思維的還原過(guò)程或無(wú)還原思維能力的人來(lái)說(shuō)，是不能理解這一點(diǎn)的。在抽象的邏輯通道中，可能需要多次“還原”，才能到達(dá)形象的“可理解物”，從而達(dá)到理解的目的。內(nèi)格爾說(shuō):“一個(gè)真正令人滿意的科學(xué)說(shuō)明必須為不熟悉的東西‘還原’為已經(jīng)熟悉的東西;說(shuō)明可以被看作是按照熟悉的東西來(lái)理解不熟悉的東西的努力，由于渴望著發(fā)現(xiàn)和利用正待研究的題材和已經(jīng)了解的材料之間的結(jié)構(gòu)類比，說(shuō)明也往往確實(shí)是這樣的”，［9］此話也就是這個(gè)意思。由此看來(lái)，盡管視覺(jué)表象只是知覺(jué)經(jīng)驗(yàn)的心理表征，但這種形象思維卻深藏于思維的深處，即使是進(jìn)行抽象思維時(shí)也在發(fā)揮作用。

(二)簡(jiǎn)約相似性

現(xiàn)實(shí)世界中的任何事情都有難以窮盡的性狀與聯(lián)系，科學(xué)模型相對(duì)于原型來(lái)說(shuō)，不可能完全模擬，即使針對(duì)單一性狀與聯(lián)系的模擬，也只能是近似的。比如，人的雕塑或者蠟像，外觀尺寸比例應(yīng)該說(shuō)做到與真人相同不算很難，面部顏色接近真人膚色就不太容易，而音容笑貌已較難表現(xiàn)了，至于胸中的豪邁氣概恐怕無(wú)法表達(dá)出來(lái)。因此，實(shí)體模型的制造不能不對(duì)某些性狀進(jìn)行省略，只表現(xiàn)主要的方面。對(duì)于復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來(lái)說(shuō)，如牛頓理論，必須把物體看成質(zhì)點(diǎn)，忽略其形狀、大小以及物體相互之間的萬(wàn)有引力等方面，否則研究將無(wú)法進(jìn)行下去。由此可知，要構(gòu)建科學(xué)模型必定要對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)化。黑格爾有句話說(shuō)的就是這個(gè)意思，“將一個(gè)具體事物轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單性形式有兩種方法:或是通過(guò)分析作用丟掉具體事物所具有的一部分多樣性而只舉出其一種;或是抹煞多樣性之間的差異性，而把多種的規(guī)定性混合為一種”。［10］當(dāng)然，簡(jiǎn)化不是隨意的，需要遵循一定的規(guī)范，這在工程技術(shù)中有相似三定理來(lái)約束。

(三)主體詮釋性

科學(xué)模型的構(gòu)建，不管是實(shí)體模型還是觀念模型，都體現(xiàn)了研究對(duì)象的可理解性和可解釋性。就像吳國(guó)盛教授說(shuō)的:“在數(shù)學(xué)化這個(gè)主題設(shè)計(jì)之下，自然科學(xué)的對(duì)象域已經(jīng)被進(jìn)行了一系列先天性的規(guī)定，這些規(guī)定是自然物得以成為自然物的條件，也是科學(xué)家接受自然物的方式”。［11］這與海德格爾“自然的數(shù)學(xué)籌劃”說(shuō)的是同一個(gè)意思，都是從本體論角度來(lái)理解的“預(yù)先設(shè)置”?，F(xiàn)實(shí)生活中，科學(xué)家理解和解釋對(duì)象的方式顯然不會(huì)千篇一律，必然表現(xiàn)出主體的“前理解”的特性。雖然人們習(xí)慣上認(rèn)為“理解”只是人文科學(xué)的事情，但實(shí)際上自然科學(xué)中同樣存在詮釋學(xué)意義上的“理解”。

當(dāng)代西方科學(xué)詮釋學(xué)的代表人物之一柯克爾曼斯這樣說(shuō)道:“現(xiàn)象學(xué)自誕生之日起，就反對(duì)一種單向的自然主義和客觀主義的態(tài)度來(lái)解釋科學(xué)?，F(xiàn)象學(xué)所反對(duì)的不是科學(xué)而是科學(xué)主義，也不是經(jīng)驗(yàn)主義及其成就，而是對(duì)科學(xué)的實(shí)證主義解釋”。［12］意思是說(shuō)科學(xué)并不是想象中那樣的“中立”、“客觀”、“與主體無(wú)涉”。曹志平教授也認(rèn)為:“科學(xué)解釋始于某種前理解結(jié)構(gòu)，前見(jiàn)不僅構(gòu)成了科學(xué)解釋的必然內(nèi)容，而且從本體論上構(gòu)成了科學(xué)解釋的可能性條件。如果將科學(xué)主體不是看作孤立的、不涉入任何具體的社會(huì)環(huán)境和文化背景的抽象的人，那么就會(huì)發(fā)現(xiàn)，具體科學(xué)活動(dòng)中科學(xué)主體的判斷不能脫離個(gè)人前見(jiàn)的制約和影響”。這種“前見(jiàn)”，不但不是科學(xué)認(rèn)識(shí)過(guò)程所要排斥和剔除的對(duì)象，恰恰相反，科學(xué)的理解與解釋首先要肯定并自覺(jué)意識(shí)到“前見(jiàn)”的合法存在，承認(rèn)它是科學(xué)活動(dòng)的先決條件”。［13］著名科學(xué)家麥克斯韋的一句話暗含了同樣的意思。他說(shuō):“缺乏訓(xùn)練的探索者所看到的那種最有力地表現(xiàn)出來(lái)的特征，也許在經(jīng)驗(yàn)豐富的科學(xué)家看來(lái)并不是最基本的現(xiàn)象:任何成功的物理學(xué)研究，都依賴于明智地選擇什么是被觀察到的最重要的現(xiàn)象，并用心靈對(duì)那些看上去很吸引人、然而我們還沒(méi)有充分地在科學(xué)研究中獲得好處的特征進(jìn)行隨意的抽象?！保?4］這首先明確地意味著“觀察滲透理論”，其次也暗含了主體性的介入是不可避免，也即具有詮釋學(xué)特征。科學(xué)史上，熱力學(xué)第二定律的多種表達(dá)和量子力學(xué)的多維解釋都是不同理解主體產(chǎn)生不同理論模型的典型范例。

但凡人們運(yùn)思，必定要用到“凝固了的”概念與理論，因而也一定會(huì)涉及到科學(xué)模型。觀念模型不是別的，正是“凝固了的”人類思維的形式化樣式，而實(shí)體模型也只是人類思維的“凝固了的”形象化的存在物，是經(jīng)過(guò)“籌劃”了的，早已被人類“預(yù)先設(shè)置”的。從這個(gè)意義上講，觀念模型與實(shí)體模型只是存在樣式的不同，實(shí)質(zhì)一樣。從前面科學(xué)模型的演進(jìn)來(lái)看，從形象到抽象、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從定性到定量，以及從數(shù)字化模擬到仿真，既可以是對(duì)于同一研究對(duì)象的不同研究階段來(lái)說(shuō)的，也可以是對(duì)于同一時(shí)期不同研究層次的對(duì)象來(lái)說(shuō)的，體現(xiàn)了人們?cè)谡J(rèn)識(shí)事物時(shí)歷史與邏輯的統(tǒng)一。這對(duì)于我們從整體上理解科學(xué)技術(shù)的發(fā)展變化可起到線索的作用。

科學(xué)模型，或者是運(yùn)思的橋梁，或者有助于研發(fā)，或者在節(jié)約資源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、快速、高效等方面發(fā)揮著特效。當(dāng)代計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能不僅大大簡(jiǎn)化了人工運(yùn)算，大大加速了研究的進(jìn)程，還可以在更大程度上綜合已有研究成果。當(dāng)代多種工程技術(shù)綜合下，運(yùn)用有限元分析方法，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真有著極為重要的意義。例如，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行碰撞模擬、戰(zhàn)爭(zhēng)模擬、核武爆炸模擬、影視制作、動(dòng)漫研發(fā)等等仿真模擬，能夠節(jié)約大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，并幾乎沒(méi)有污染。

另外，科學(xué)模型的幾個(gè)認(rèn)識(shí)論特征對(duì)于我們進(jìn)行科學(xué)研究也具有一定的啟發(fā)性:

1．認(rèn)識(shí)到形象直觀性要求是人類思維的本質(zhì)要求，這既有利于自覺(jué)地運(yùn)用形象直觀的手段來(lái)促進(jìn)科學(xué)研究，也有利于人們自覺(jué)地運(yùn)用形象直觀的手段來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)或教學(xué)。正像前述的氣體分子運(yùn)動(dòng)論，不能在頭腦中還原為“形象模型”的人就能理解。因此在教學(xué)實(shí)際中，教師總是設(shè)法借助圖示或計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行形象化演示，幫助學(xué)生理解，道理就在這里。事實(shí)上，認(rèn)識(shí)此特征還是更深入地認(rèn)識(shí)人類思維規(guī)律的切入點(diǎn)。正如我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森曾說(shuō)過(guò)的:“形象思維是思維科學(xué)研究的突破口”。［15］

2．認(rèn)識(shí)到人類對(duì)自然的“數(shù)學(xué)籌劃”內(nèi)在地包含簡(jiǎn)約相似的特征，對(duì)于人們?cè)谡J(rèn)識(shí)事物的過(guò)程中避免求全責(zé)備，自覺(jué)抓住主要方面，“懸擱”次要方面，在不同事物之間尋找相似性，把新問(wèn)題“化歸”為已有答案的老問(wèn)題等，無(wú)疑具有啟發(fā)性。如庫(kù)侖定律就是受萬(wàn)有引力定律距離平方反比特征的啟發(fā)而問(wèn)世的科學(xué)模型的成功典范。

3．認(rèn)識(shí)到科學(xué)具有主體性詮釋性特征，是“理解科學(xué)理解”［16］的一個(gè)新視角，對(duì)于人們認(rèn)識(shí)科學(xué)研究是人的活動(dòng)，是廣泛文化背景中的人類活動(dòng)，以及更加深刻地認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)都具有啟發(fā)性。恰如當(dāng)代科學(xué)詮釋學(xué)的代表人物之一柯克爾曼斯在《論現(xiàn)代自然科學(xué)的詮釋學(xué)特征》一文所說(shuō)的:“我將努力表明，整個(gè)科學(xué)過(guò)程始終是進(jìn)行著的即興表演，它具有徹底的詮釋學(xué)性質(zhì)”。［17］因此，認(rèn)識(shí)科學(xué)具有主體性、詮釋性有利于深入理解科學(xué)，理解當(dāng)今英美科學(xué)哲學(xué)與歐洲大陸科學(xué)論融合的趨勢(shì)，從而跟上當(dāng)前西方詮釋學(xué)的現(xiàn)象學(xué)科學(xué)哲學(xué)發(fā)展的前沿。

［1］閻莉．整體論視域中的科學(xué)模型觀［M］．北京:科學(xué)出版社，2008．

［2］應(yīng)純同．氣體輸運(yùn)理論及應(yīng)用［M］．北京:清華大學(xué)出版社，1990．

［3］徐龍道．物理學(xué)詞典［G］．北京:科學(xué)出版社，2004:78．

［4］楊德新．氣體分子運(yùn)動(dòng)論［M］．沈陽(yáng):遼寧教育出版社，1986:4，104．

［5］李國(guó)英．“數(shù)字黃河”工程建設(shè)實(shí)踐與效果［J］．中國(guó)水利，2008(7)．

［6］杜軍，張石娃，羅立群．?dāng)?shù)字黃河的概念框架和關(guān)鍵技術(shù)［J］．水利水文自動(dòng)化，2004(1)．

［7］凱瑟琳·加洛蒂．認(rèn)知心理學(xué)［M］．吳國(guó)宏，等，譯．西安:陜西師范大學(xué)出版社，2005．

［8］張瓊，于祺明，劉文君．科學(xué)理論模型的建構(gòu)［M］．杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社，1990:17．

［9］歐內(nèi)斯特·內(nèi)格爾．科學(xué)的結(jié)構(gòu)［M］．徐向東，譯．上海:上海譯文出版社，2002:127．

［10］黑格爾．小邏輯［M］．賀麟，譯．北京:商務(wù)印書館，2004:247．

［11］吳國(guó)盛．讓科學(xué)回歸人文［M］．南京:江蘇人民出版社，2003:145．

［12］Joseph．J．Koekelmans．Ideas for a Hermeneutic Phenomenology of the Natural Sciences［M］．Kluwer Academic Publishers，1993:57．

［13］曹志平．理解與科學(xué)解釋［M］．北京:中國(guó)社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2005:138．

［14］楊振寧．美與理論物理學(xué)［J］．自然辯證法通訊，1988(1)．

［15］張光鑒，等．相似論［M］．南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1992:128．

［16］M．W．瓦托夫斯基．科學(xué)思想的概念基礎(chǔ)——科學(xué)哲學(xué)導(dǎo)論［M］．范岱年，等，譯．北京:求實(shí)出版社，1982:7．

［17］Joseph．J．Koekelmans．On the Hermeneutic Nature of Modern Natural Science［J］．Man and World，1997，30(3):299－313．

Evolution of Scientific Models and Its Characteristics of Epistemology

WEN Xiang1，CAO Zhiping1，YI Xianfei2

(1．Department of Philosophy，Xiamen University，Xiamen Fujian，361005 China;2．Institute of Sci－Tec and Social Development，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410114 China)

In scientific research，model is an important bridge to understand and explain the objects of study．Model，as the research object，is the result of“mathematical projection”and it is bound to be simple and approximate．The different forms and sophistication degree of Models show different stages of development in scientific research．With the development of science and technology，science models have evolved from being physical to conceptualized，theoretical to mathematical，qualitative to quantitative，and computer simulation to reality simulation，which means a gradual development from concrete to abstract，but finally returned to concrete from the high level of abstraction．This process reflects the essential requirements of visualization nature of human thinking．

science models;evolution of models;characteristics of Epistemology

B028

A

1674－117X(2011)04－0029－05

2011－03－09

文祥(1972－)，男，湖南醴陵人，廈門大學(xué)博士研究生，主要從事科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)研究;

曹志平(1965－)，男，陜西澄城人，廈門大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，主要從事科學(xué)哲學(xué)研究。

易顯飛(1974－)男，湖南醴陵人，長(zhǎng)沙理工大學(xué)副教授，博士，主要從事科技哲學(xué)和STS研究。

責(zé)任編輯:衛(wèi)華