第1章 科学技术的基本特征

第一章科学技术的基本特征 第一节科学的一般性质一 什么是科学1 科学 词义的来源古代西方 科学一词来源于古拉丁语Scientia 它的最初的含义是 知识 和学问 中国古代的 礼记 大学中 有 格物致知 的说法 意为穷究事物的原理而获得知识 清代末年 人们就把声 光 电 化等自然科学称为 格致学 19世纪下半叶 日本明治时代启蒙思想家福泽瑜吉首次把Science译为科学 分门别类加以研究的学问 1893年 康有为最早将 科学 一词引进中国 随后 梁启超在 变法通议 中 严复在 天演论 中 都使用了 科学 一词 从此科学一词便在我国广泛使用 2 科学概念的三个内涵 1 科学是关于自然 社会和思维的知识体系 辞海 上海辞书出版社 1980年版 第1746页 科学是以范畴 定理形式反映现实世界各种现象的本质和运动规律的知识体系 中国大百科全书 哲学卷 1987年出版 第404页 2 科学不只是知识体系 还是产生知识体系的认识活动 科学是一个不断发现未知事实和规律 并使知识体系演化的过程 在这个过程中 科学思想 方法 态度 实践是密切结合的 3 科学是一种 社会建制 即现代化的社会事业 科学的社会功能日益显著 科学成为一项国家事业 二 自然科学的特征 客观性和实证性 内容是客观的来源于实践 标准是客观的科学实践 要有辩证的态度 理性 科学事实也是理性概括的产物 反映规律和本质的定理定律更是理性知识 科学理论体系更要求有逻辑性 探索性和创造性 不同于生产过程 任务在于探索和创造 这决定了是具有很高的不确定性活动 需要特别重视研究人员的创造力培养和开发 通用性和共享性 自然科学不属于上层建筑 其内容不受社会政治因素决定 科学无国界 是人类共同财富 是一般生产力 要重视转化 不应像基础研究要直接经济效益 三 科学的划界标准 逻辑经验主义 有意义的命题才是科学命题 意义标准与可证实性相联系 后来用可检验性或可验证性代替可证实性 批判理性主义 波普尔认为科学理论只能被经验证伪 历史主义 科学与非科学之间不存在绝对分明的界限 一派以库恩 拉卡托斯为代表 认为科学渗透着社会心理因素 一派以费耶阿本德为代表 认为科学与非科学没有绝对界限 科学实在主义 邦格的多元论认为不满足12个条件的知识领域都是非科学 一 什么是技术 西方 技术一词来源于古希腊语 意为技艺 手艺 技能 本领 中国古代 技术泛指 百工 成书于战国时期的 考工记 指出 天有时 地有气 材有美 工有巧 合此四者然后可以为良 天 地 材为自然界和物质的特征 工有巧 工匠的技术 第二节技术的特征 18世纪末法国哲学家狄德罗在他主编的百科全书中把技术 Art 定义成 为完成特定目标而协调动作的方法 手段和规则相结合的体系 当代对技术本质的认识 人类活动的行为方式 做事或制作的方法 劳动手段的总和 对自然规律有意识的运用 是科学的物化 哲学大词典 技术的概念 人类为满足自己的物质生产 精神生产以及其他非生产活动的需要 运用自然和社会规律所创造的一切物质手段及方法的总和 1992年版779页 二 技术的基本特征 1 技术是人类社会需要与自然物质运动相结合的产物 即自然属性与社会属性的统一 2 技术是主体要素与客体要素的统一 主体要素 知识 经验 技能客体要素 工具 机器 设备3 技术本身有一个从潜在形态到现实形态的发展过程 科技论文 发明是技术活动中的一个环节 4 技术是生产力的构成要素 是生产力性质和水平的标志 第三节科学与技术的相互关系 一 科学与技术的区别科学与技术的共同性 有关人与自然界的关系科学与技术的区别 1 从目的和任务看 科学 认识自然界 回答 是什么 为什么 技术 利用和改造自然 回答 做什么 怎么做 2 从活动过程看 科学 从实践到认识 物质 精神 特点 探索性和不确定性强 技术 从认识到实践 精神 物质 特点 计划性强 3 形态 科学 知识形态 论文 概念和规律 一元性 技术 物质形态 装置 知识形态 专利 多元性 4 评价标准 科学 是非 讲真理性标准 技术 合理性 讲效用性标准 5 与社会的相关程度 科学较远离现实经济法律 政策资源 技术则注重可靠性 安全性 宜人性及经济 法律 伦理 资源 环境等因素 工作主体 科学 研究员 学者 教授 技术 工程师 发明家 设计者 企业家 科学与技术的区别 二 科学与技术的联系 1 技术的发展为科学研究提出课题并提供了必要的物质手段恩格斯在论及近代工业技术与科学发展的关系时就指出 从十字军东征以来 工业有了巨大的发展 并产生了许多力学上的 纺织 钟表制造 磨坊 化学上的 染色 冶金 酿酒 以及物理学上的 眼镜 新事实 这些不但提供了大量可供观察的材料 而且使新的工具成为可能 可以说 真正有系统的实验科学才第一次成为可能 2 科学研究和科学成果可以指导技术发展 科学可以成为技术的先导并转化为技术例如 19世纪电磁理论 第二次技术革命 光受激辐射理论 微波波谱学 激光技术 原子物理学 核工业技术分子生物学 基因工程技术计算机科学 计算机技术 第四节现代科学技术的体系结构 现代科学技术的总体结构现代科学技术的纵向结构自然科学的门类结构现代技术的分类与结构交叉科学的形成与类型 一 现代科学技术的总体结构 下面以钱学森的科学技术体系学为基础 按照上述科学结构的三条原则来讨论现代科学技术的体系结构 钱学森开始提出科学技术体系由自然科学 人体科学 社会科学 思维科学 数学科学和系统科学六大部门组成 后来将军事科学 行为科学和文学艺术等知识部门纳入科学知识结构中 考虑到人文科学 包括文学艺术 是普遍认同的知识部门 而军事科学和行为科学可以纳入交叉科学范围 因此科学技术的总体结构如下 自然界 无机界 有机界 人体 客体系统关系 客体数量关系 社会 思维 人文 系统科学 数学科学 社会科学 思维科学 人文科学 自然科学 人体科学 客体结构 科学结构 二 现代科学技术的纵向结构 科学技术作为认识世界和改造世界的知识体系 可以按其认识世界和改造世界的密切程度不同 划分为若干纵向层次 哲学科学 基础科学 技术科学 工程科学 工程技术的知识形态 钱学森认为 科学技术的几大部门都有认识世界和改造世界的功能 都存在这几个层次结构 在哲学科学和基础科学之间都有一个中介哲学原理 如自然科学的纵向结构中有自然辩证法或辩证自然观 社会科学的纵向结构中有历史唯物主义或社会辩证法或唯物史观 在自然科学部门 哲学科学 基础科学 技术科学 工程科学 层次结构中 抽象性 普遍性渐次减弱 而实践性 特殊性逐渐增强 四者之间 前者都是后者的理论基础 后者都是前者的具体应用 哲学科学是关于自然 社会和思维最一般规律的知识体系 是关于科学世界观的学问 基础科学是关于自然界物质运动形式的普遍规律和理论的学问 技术科学是关于人工自然过程的一般机制和原理的学问 工程科学是关于设计和建造特定人工自然过程的技术手段与工艺方法的学问 科学技术知识体系的纵向结构 马克思主义哲学 自然辩证法 基础科学 技术科学 工程科学 工程技术活动 认识世界抽象性普遍性 改造世界实践性特殊性 三 自然科学的门类结构 自然科学的门类结构是按照它所研究的对象 自然界的各种各种物质运动形式来划分的 按照俄罗斯哲学家 化学家凯德罗夫 的研究结果 自然界基本物质运动形式有 微观物理运动 宏观物理运动 化学运动 天体运动 地质运动和生命运动 其中 前三种是更基本的简单运动形式 后三种是较复杂的基本运动形式 都包含有前三种物质运动形式 从起源看 微观物理运动和宇宙天体运动是同时产生的 微观和宇观两极是相通的 它们的发展序列与相互关系 同它们相对应的自然科学的门类结构如下 微观物理运动基本粒子 场 宇宙天体运动总星系 恒星 化学运动原子 分子体系 地质运动地球及各层圈 宏观物理运动凝聚态 物体 生命运动蛋白质 核酸 微观物理学 宇宙学 天文学 地质学地球科学 化学 宏观物理学 生物学生命科学 自然界物质运动形式 自然科学各门基础学科 微观物理运动基本粒子 场 宇宙天体运动总星系 恒星 化学运动原子 分子体系 地质运动地球及各层圈 宏观物理运动凝聚态 物体 生命运动蛋白质 核酸 微观物理学 宇宙学 天文学 地质学地球科学 化学 宏观物理学 生物学生命科学 自然界物质运动形式 自然科学各门基础学科 四 现代技术分类与技术体系 按技术的本质进行技术分类按科学的应用进行技术分类按三次产业理论进行技术分类按生产要素密集度进行技术分类按技术一般要素进行技术分类按劳动生产过程进行技术分类技术体系及其结构 1 按技术的本质进行技术分类 技术的本质在于体现人对自然的能动作用 首先是物质生产活动 进而是使物质生产得以进行的人的社会生活和社会关系 以及由此产生的精神生产活动 据此可以将技术分为 自然技术 即作为人与自然之间中介的物质技术 它是人运用自然规律 把自然物质转化为人工物质的手段及其技能 方法和知识 其任务是运用在物质生产中改造自然 建造人工自然 创造物质财富 满足人的物质生活需要 目前物质生产活动领域的技术 都属于自然技术 自然技术是整个人类社会的主要技术基础 它与生产技术 工程技术大致是等价的 社会技术 人与社会之间的中介手段及方法 其任务是组织和管理人类社会的一切活动 满足人的社会生活需要 它包括运用社会科学揭示的各种规律 对社会各个方面进行规划和设计 改革和建设 组织和管理 1 社会技术是物质技术移植和应用到社会领域而产生的 自然技术中的某些物质技术与方法如计算机及信息技术 系统工程等 是社会技术的组成部分 2 社会技术是社会科学 技术科学和自然科学相结合的产物 同时受社会规律和自然规律的制约 具有很强的科学性和社会性 因此是社会 经济 政治 军事各方面组织管理和领导决策科学化的强有力工具 3 社会技术的对象不只是社会本身 还包括 社会 人类 自然 综合体 因此它是控制和协调人 社会和自然之间关系的技术 思维技术 人与精神 思维之间的活动手段及方法 其任务是运用在精神生产领域中 支持和辅助人的思维活动 促进精神产品的生产 满足人的精神生活需要 1 思维技术是物质技术延伸到人脑的神经活动 心理活动和思维活动的研究中产生的 电子计算机技术的发展 特别是人工智能和知识工程等领域的进步 为人的思维提供了越有效的辅助手段 促进了人类智能的提高 2 思维技术是思维科学揭示的思维规律在思维活动和精神生产中的应用 包括逻辑方法和思维方式的部分自动化 机器思维 它不是代替人的思维 而是解放人的智力劳动 提高和强化人的思维能力 3 思维技术广义上包括精神生产和智力劳动中的一切物质手段与方法 如实验技术 教育技术 设计技术和影视技术等 2 按科学的应用进行技术分类 根据钱学森关于科学技术体系学的思想 任何科学技术部门都包括 基础科学 技术科学 工程技术 三个层次 因此每门科学都存在应用于客观世界某一领域的相应技术 自然科学技术人体科学技术社会科学技术思维科学技术系统科学技术数学科学技术 就自然科学领域的应用而言 可以按传统的自然科学分类把技术分为四种基本技术 机械技术 运用自然界机械运动规律的力学方法 创造人工机械运动过程 改变物体形状与位置的技术 物理技术 运用自然界物理运动规律的物理学方法 创造人工物理运动过程 改变物质的物理性质 声 热 光 电 磁等 的技术 化学技术 运用自然界化学运动规律的化学方法 创立人工化学过程 改变物质的成分与结构的技术 生物技术 运用自然界生命运动规律的生物学方法 改变生命活动过程与形态的技术 现代工程技术常常是以某一基本技术为主 并综合运用各种基本技术 3 按三次产业理论进行技术分类 根据三次产业结构理论 可以分为 一次产业技术 以农业技术为主 是从自然界直接获得产品和原料的技术 其对象是未经人类加工过的自然物质资料 二次产业技术 以工业技术为主 是对初级产品 农产品和矿产品 进行加工成为成品和半成品的技术 包括建造固定结构物的建设技术和制造活动物品的制造技术 三次产业技术 以服务技术为主 是为物质生产和社会生活提供各种服务 劳务和知识的技术 4 按生产要素密集度进行技术分类 按生产活动中的劳务 资本和知识等生产要素的密集度 把产业技术分为 劳动密集型技术 投入的活劳动中体力劳动所占比例较大的产业技术 轻纺工业 农业 初级服务业一般属于此列 资本密集型技术 投入大量物化劳动 即物质资本 包括生产资料和原材料 的产业技术 重化工业大都属于此类 知识密集型技术 投入的活劳动中复杂劳动特别是智力劳动比例较大 知识含量高的产业技术 它与高技术的含义相近 5 按技术一般要素进行技术分类 一般认为 物质 材料 能源和信息是人类物质文明的三大支柱和技术的三大基本要素 据此可以分为 材料加工技术 对各种矿产与非矿产资源进行加工 改变物质材料的性质 结构与形状的技术 能源动力技术 开发自然界的各种能量资源并转变为人们所需的各种终端能源和动力的技术 信息控制技术 对文字 语言 数据和资料等信息进行传输与变换 对各种仪器 设备 设施进行控制与调节的技术 6 按劳动生产过程进行技术分类 日本学者星野芳郎根据对工业生产的劳动过程所做的大量分析 按照劳动过程的技术特征 将工业生产劳动过程及其相应的技术分为7种 采取技术原材料技术机械技术建设技术交通运输技术信息控制技术能源动力技术 7 技术体系及其结构 技术体系的含义各种技术并不是孤立的 或独立存在的 它们相互之间在某种条件下存在一定的联系 我们把生产劳动过程中独立运转的某种装置或设备所依据的相关技术系统 称为单元技术 例如 一台独立运行机床相关的技术系统 就属于单元技术 而把一定社会时代各种技术依其内在联系构成的网络系统 称为群体技术 即社会的技术体系 其中 有最先产生并起带动作用的先导技术 有渗透性强 关联度大的主导技术 以及相配套的辅助技术 例如 在近代第一次技术革命中形成的社会的技术体系中 纺织机械技术是先导 而居主导地位的则是在其他行业广泛使用的蒸汽动力技术 技术体系的一般结构结构是组织的内在形式 由于不同技术时代主导技术的形态不同而形成不同的技术体系 因而具有不同的结构 但不同时代的技术体系又都存在相似的或共同的一般结构 按照前述技术的一般要素看 任何时代社会的技术体系的一般结构 都是材料加工技术 能源动力技术和信息控制技术组成的 只是材料 能源和信息控制的形态与内容各不相同 这种一般结构还具有全息性特征 即任何单元技术的微观结构都反映群体技术即技术体系的宏观结构 它们都是由材料 能源和信息三个子系统所构成 技术体系结构的全息性 单元技术的微观结构反映群体技术 即技术体系 的宏观结构 物料加工系统 能源动力系统 信息控制系统 材料技术 加工技术 运输技术 能源技术 动力技术 传输技术 信息技术 控制技术 传播技术 输入 输出 单元技术的微观结构 技术体系的宏观结构 劳动过程技术系统的结构 劳动过程技术系统的结构 即任何单元技术体系的微观结构 如上所述都是由物料加工子系统 能源动力子系统和信息控制子系统组成的 只是因输入与输出的状态不同而其内在结构形式不同而已 例如 一台机床的技术系统包括直接加工零件的刀架及工具 床头箱及夹具 使工件转动和刀架移动的动力系统及传动装置 使加工过程按预定程序运行的控制系统 其输入为金属材料等 经过机床等机械加工技术系统 其输出为各种机器产品 劳动过程技术体系的结构 物料加工系统 信息控制系统 能源动力系统 输入 输出 劳动者 例1输入 材料 机械加工技术系统 输出 机器 例2输入 燃料 能源转化技术系统 输出 电流 五 交叉科学的形成与类型 现代科学技术高度分化又高度综合的整体化趋势 导致一系列交叉科学的兴起 所谓交叉科学 是指用多种方法研究同一学科领域 或用多种学科研究同一类综合对象所形成的两门以上跨学科的知识体系 边缘学科综合学科横向学科知识科学 以边缘学科为例 m n n 1 2m 边缘学科数 n 单一学科数 边缘学科以地球为中心的科学四面体结构 m n n 1 2m 边缘学科数n 单一学科数 边缘学科 技术科学的产生与发展技术科学的地位与作用技术科学的结构与功能 六 现代技术科学的形成 作用与结构 1 技术科学的产生与发展 技术科学是技术本质在知识形态上的展现 它是关于各种人工自然过程即技术过程的一般机制和原理的知识体系 其产生与发展 钱学森在 论技术科学 科学通报 1957年第4期 一文中做了概括的论述和总结 形成的主要途经是 经验技术知识上升到理论形态的产物自然科学向工程技术活动延伸的结果例如工程力学 空气动力学就是这两个过程结合的产物 几千年来 科学和技术形成了各自的传统 古希腊 科学在哲学母体中 科学知识专属于贵族哲学家 技术则与生产经验融为一体 为奴隶工匠所掌握 中世纪后期 商业迅速发展 资本主义生产方式的形成 才使科学和技术相互接近 18世纪工业革命 机器的发明与制造主要靠工匠的经验技术知识 力学等科学知识只起辅助作用 但机器的大量制造 铁材料的广泛使用 缺乏科学理论和数据而仅凭经验无法有效解决技术问题 这就导致以技术为对象的研究 产生了机械运动学和金属材料学等技术科学的萌芽 直到19世纪技术才逐渐以科学为基础 一批专业技术人员分别从发明家和科学家中分离出来 成立了自己的学术团体 技术科学才得以兴起 一批受过科学训练 掌握数学 又熟悉技术的工程师 推动了技术科学的发展 材料力学和水力学等技术科学在理论物理学和实验物理学的基础上建立和发展起来 19世纪下半叶到20世纪上半叶 技术知识从经验上升到理论 科学应用于技术实践形成技术原理 这两条途径逐渐汇合使技术和科学相互渗透结合 导致技术科学迅速发展起来 热机技术使热力学理论建立起来 工程热力学又使热机效率大大提高 飞机发明与制造 促进了空气动力学的形成 而空气动力学又为飞机设计制造提供了可靠的科学依据和数据支持 20世纪下半叶 技术更加依赖于科学理论 在光的受激辐射理论指导下 产生了激光技术原理 推动了激光技术发展 而激光技术的突飞猛进 又促进了激光科学不断丰富和完善 技术科学形成的两种途径 自然界 生产活动 自然科学 技术科学 工程技术 科学 技术 理论 经验 2 技术科学的地位与作用 自然科学 技术科学和工程科学在自然科学领域 基础科学 技术科学 工程科学 三个层次中 抽象性 普遍性渐次减弱 而实践性 特殊性逐渐增强 三者之间 前者都是后者的理论基础 后者都是前者的具体应用 自然科学 基础科学 是关于自然界物质运动形式的普遍规律和理论的学问 技术科学是关于人工自然过程的一般机制和原理的学问 工程科学是关于设计和建造特定人工自然过程的技术手段与工艺方法的学问 因此 技术科学在三者之间具有中介过渡的特征 科学技术知识体系的纵向结构 马克思主义哲学 自然辩证法 基础科学 技术科学 工程科学 工程技术活动 抽象性普遍性 实践性特殊性 技术与工程 技术科学和工程科学 技术与工程 工程 engineering 是把数学和科学技术知识应用于规划 研制 加工 试验和创建人工系统的活动和结果 有时又指关于这种活动的专门学科 技术和工程既相联系又相区别 二者同属于改造自然的实践范畴 但工程是改造自然的一种实践活动和建造实施过程 包括目标的实现和结果 技术是这种活动的手段和方法 技术是工程的基础 工程是科学技术的实际应用 工程与技术是在互动中共同发展的 二者的密切联系 导致 工程技术 这一复合性概念的出现 最近由于工程科学和技术的紧密关系而出现 工程科学技术 工程科技 的提法 技术科学 工程科学与工程技术 据钱令希院士说 钱学森院士曾明确告诉他 技术科学的英文名称就是 engineeringscience 这和国际上使用的技术科学英文一词 technologicalsciences 有所不同 在钱学森看来 技术科学和工程科学是等价的 他所说的 工程技术 相当于工程的知识形态 即通常所说的工程学 engineering 或工程科学 工程科学 engineeringscience 是关于改造自然的各种专门技术的知识体系 它是把基础自然科学和技术科学的原理应用到生产活动和工程实践活动所形成的各门学科的总称 又称工程学或工学 engineering 不列颠百科全书 的词条也指出 技术科学是包括传统的工程学科 农业科学以及关于空间 计算机和自动化等现代学科的一门科学 技术科学和工程科学二者的区别在于两者的普遍性与特殊性相对程度不同 但没有截然不同的界限 技术科学 自然科学与社会科学三者的交叉渗透 导致以 社会 人 技术 自然 综合体为对象的一系列社会技术科学的产生和发展 如人类工程学 工程心理学 技术生态学 创新经济学 技术美学和技术管理学 等等 科学技术方法论 自然科学 社会技术科学 社会科学 科学 技术 生产系统 实用部分自然科学 创新经济学 人类工程学 工程心理学 技术生态学 技术美学 其他模型系统分析可靠性技术决策技术预测 一般技术理论与方法 技术科学 工程技术 技术管理学 工程科学 技术科学与相关学科的结构关系 3 技术科学的结构与功能 技术科学的理论结构 与自然科学理论结构相似 是按从抽象上升到具体的