STEM 教育的深度解讀（二十）

向世清，博士，中國科學院上海光學精密機械研究所研究員。長期從事激光物理與工程技術的前沿研發，是參與產業經濟戰略與決策咨詢、基礎教育改革咨詢、科技創新中心發展戰略設計等多領域戰略專家，也是上海市最為活躍的科技創新教育專家之一。

前一講大家已初步了解了人類科學邏輯的逐步發展與建立過程，以及科學邏輯究竟為何會有自然的發展演化。這一講中，我們就進一步明確闡述科學邏輯的特征。

首先，科學邏輯無論怎樣，都是邏輯的種類之一。所以，邏輯的幾乎所有關鍵特征，都能在科學邏輯身上得到自然的體現。尤其是邏輯的分析性和遞進性演化的規律性等基本特征一定是必然存在的。和一般邏輯一樣，科學思維也是經歷了基于形象思維和直覺頓悟思維基礎上的對客觀世界的進一步的抽象，這使得人們對客觀世界的認識也一定是舍棄了個別的、非本質的屬性，最終達到了抽出共同的、本質的屬性的過程和結果，所以科學邏輯也就同樣具備了是形成概念的必要手段的能力和特點。

其次，科學邏輯重點的不同和可區分特征就在于其中的“科學”二字（聲明一點，這里的“科學”本身不是指的“科學技術內容”意義上的“科學”，而是特指“達到科學化了”的本質含義，或說是用于科學自身的“經過科學化了”

的特質涵義），由此科學邏輯是在一般邏輯的基礎上，對其中的規律性作過深度乃至終極的判斷與驗核后，確認該規律是具備了“科學化”和“論證化”的結果。換句話講，這些規律一般都達到了在致力于揭示自然真相的目標下，能對相關自然作出理由充分的觀察或研究，然后實現了達到或者接近“人類已經找到的代表現實的真理知識內容”（具體的科學知識）或“科學真理的理論”（科學理論體系）的結果特性，也可能是實現了“如何找到并區別稱為科學知識及科學理論的方法”（科學方法和科學精神）的結果特性，并在最后也能夠具有了“嚴謹性”。這樣，科學邏輯屬于科學，是科學的一個子項或者次級因素，在直白和通俗的意義上，它就是邏輯思維要科學。最終，在科學思維中，邏輯也必須具有科學性，科學邏輯本身也必須要“科學”（有點拗口，但的確就是這樣！笑）。

我們舉一個常見的例子。亞里士多德曾斷言：“兩個鐵球，一個1 磅重，一個10 磅重，同時從同一高度落下來，10 磅重的下落速度一定是一磅重的10倍。”這是一個典型的邏輯說法。但是，我們都知道伽利略經過有名的比薩斜塔實驗和具有開創性意義的斜面實驗，證明了這一邏輯是不正確的，沒有達到科學邏輯，屬于非科學邏輯，所以也從亞里士多德邏輯的非科學性證明了其理論的不正確。最終，具有科學邏輯的結論是我們現在熟知的自由落體定律，這個定律也就反映出了科學邏輯，其中的邏輯才有科學性。

這里的闡述中，我們看到一個關鍵，科學邏輯的核心特征之一是具有特別的“驗證性”，即將一般邏輯推進到科學邏輯，就必須完成對自然現象和事實的深度客觀研究和驗證，最終現象和理論構成閉環和吻合（如圖1 所示）。這樣的客觀研究和驗證過程也就是科學本身實現或者趨近的過程。不經過這樣的過程，則無法稱之為科學邏輯。所以可以說，科學邏輯決定了科學的品質，而科學本身的過程也決定了其中的邏輯必須最后達到“科學化”或者“科學真理化”。

從驗證性出發，科學邏輯也必然還具備了科學本身的另外四大特征，即客觀性，這表明科學邏輯必須是被驗證了的符合與遵從客觀實際的（見圖2 寓意）；系統性，這表明科學邏輯更是彼此融洽和自身自洽的，其關聯的內容被驗證具有系統的和完整的要求；證偽性，這表明科學邏輯能夠在驗證的基礎上進一步給出哪些是錯誤的邏輯，并將它們歸屬或劃分至不科學邏輯的范疇；以及辯證性，這表明科學邏輯總是承認相對正確性，如果有更好的更合理的規律性結果，其自身一定會在驗證的結果上進一步修正（這一點后續會再深入討論）。

有了上述科學邏輯的所有特征，我們人類的科學思維因此站在了更高的層面，具備了更高的客觀性、正確性和準確性。隨著發展，人們也進一步將科學邏輯持續推向為一門較專門的學術。這形成了人們有關研究科學認識活動的分支學科，即科學邏輯學。按照科學認識活動的界定，科學邏輯學主要研究科學活動的模式、程序、途徑、手段及其規則等。由于人們對相關的發展和認識還不夠深透和統一，目前有關科學邏輯學的研究還有著很多的不同認識和意見爭論，整體處于一種還在深化探索的新興階段。例如，有人認為其就是“有關證明的邏輯”；也有人認為其只是“現有各種邏輯的綜合運用”；還有人認為其最應該是“研究科學發現的邏輯”；等等。不過，雖然不盡統一，我們也發現這些認識都有一定的啟迪作用。

目前，科學邏輯學更傾向于認為它是以自然科學創造活動中思維活動的邏輯模式、科學方法中的邏輯規律為研究對象的一門科學。既然科學研究尋找的是客觀事物之間的普遍聯系，那么科學本身也必須是符合邏輯的。因此，科學邏輯學最為重點的是研究科學活動中作出科學理論的發現、進行科學理論的檢驗、實現科學理論的增長的模式或程序，研究自然科學理論發生、發展和檢驗過程中的邏輯模式、邏輯規律及其思維方式和思維方法。這就又回到了邏輯的規律科學化的本身，即研究自然科學理論和科學認識、科學方法中的邏輯規律問題。

再稍作細分，科學邏輯學目前大致分成以下4 個方面的研究。

（1）對科學系統的要素和規律進行邏輯分析，研究和發現整個科學認識活動和創造過程中支配它們的原則和規則，揭示其中的邏輯結構和邏輯方法。科學系統的構成要素，包括科學起點、科學問題、科學解釋、科學假說、科學理論等一些重要概念，都值得分析和研究，闡明其規律和邏輯特征。當然，這種研究如果只是停留在要素的分別研究階段，則容易無法把握客體及其要素的整個體系。所以，目前也開始傾向于更要從總體上和綜合上分析和研究各要素和邏輯規律。

（2）考察科學創造活動中獲取科學事實、整理科學事實和建立科學理論體系的一般科學方法和邏輯方法。這樣就可以反映人類邏輯思維的普遍規律，并通過這種分析和總結在總體上進一步指導具體的科學認識和科學研究活動。事實上，邏輯學是各門科學都要應用的思維方法。所謂科學方法其中大量是邏輯方法。我們要獲取新知識，要建立科學理論體系，就離不開邏輯方法。科學邏輯學因此必須研究方法論體系中一般方法的邏輯形式及其特點，探討科學認識活動的模式及其合理性問題。這其中，首先是獲取科學事實的經驗方法，主要是觀察、實驗和模擬等方法，由人們在感性活動中實現，通稱為實踐性方法。它們雖然不是邏輯方法，但科學認識從此入手，并以此為基礎，然后才能對整理科學事實的邏輯方法，如分析、綜合、概括、類比、歸納、演繹等，作進一步分析，以探討其推動自然科學發展的內在邏輯力量。其次是整理科學事實的方法，由人們頭腦中通過理論思維活動進行，通常稱為理性方法，即邏輯方法。科學研究必須對經驗和科學事實進行理論思維的整理和加工，使科學認識深入到理論層次，才能揭示客觀現象的本質和規律。最后是建立科學理論體系，它可以通過橫斷方法，如控制論方法、信息方法、系統方法等，也可以通過科學方法的移植和滲透，使不同學科的科學方法和研究對象有機結合起來，建立新的科學理論體系，促進現代科學理論體系及其現代科學技術的發展。

（3）考察各種邏輯體系和邏輯手段在提出假說、構造理論體系等科學認識過程中的指導作用。科學認識是一個不斷發展的辯證過程，思維的邏輯行程是“具體—抽象—具體”，即前后相繼地在感性具體的基礎上，從抽象進展到具體的無限過程。根據思維的這一邏輯行程，我們從方法論所具有的邏輯功能講：方法論體系中獲得科學事實的方法，邏輯學上可說是處在感性的具體階段；方法論體系中整理科學事實的方法，邏輯學上可說是處在抽象的階段；方法論體系中建立科學理論體系的方法，邏輯學上可說已從理論上再現了事物的具體。科學邏輯學就應體現邏輯體系和邏輯方法的這種指導作用。

（4）概括和總結科學的邏輯性質、科學和邏輯的關系及科學知識增長的邏輯。科學邏輯學最終應從哲學的高度，運用唯物辯證法概括和總結科學認識和科學發展過程的邏輯性質，對科學和邏輯的關系和科學知識的增長分析研究，并用各種邏輯思維方法加以闡明。