【正文】 163 「科學(xué)本質(zhì)」的體 認(rèn) 陳文典 國立臺灣師範(fàn)大學(xué)物理系 摘要： 「科學(xué)」是一種 以 真確 的 事 實 為依據(jù) 、 提出 能對事實加以合理詮釋的 想法與理論 ， 並且在這些想法 及理論 之中又能 經(jīng)由邏輯思考 建立 起 協(xié)同一致的、不相 互 矛盾的 、 可以相互援引 的 知識體系 ?！缚茖W(xué)」 可說 是人類所建構(gòu)出來（或發(fā)現(xiàn)出來 ）最 可信賴 、 最 信實 可靠 的知識， 常 被認(rèn)為是「真」的表徵。不過，若要去 確知科學(xué) 知識是否為「真」，不僅要從科學(xué)知識的 確實性、 一致性、邏輯性去考核，更要從獲得科學(xué)的過程與方法上去檢驗 ，有時 可 由它的可驗證性、可推測性等運用的成效去考驗。 引言：「科學(xué) 」是「真」的表 徵 ？ 人類有一種能力 ， 也是一種很難抗拒的 本能衝動 ； 即是 對於某一類的現(xiàn)象會 先 在心中 建立一個想法，然後偏 取有利於此想法的事 件 來 當(dāng)證據(jù)， 運用此一想法 把這些事 件 串 接 起來 加以 詮釋 ，建構(gòu) 出 能 自圓其說的 理論 ， 進 而沈湎在自以為協(xié)同一致的認(rèn)知 之 完美感中 。 這是 人們 建構(gòu)概念的一般過程，人們經(jīng)由這些心智活動，累積了許許多多的知識及一系列自己「信以為真」的想法。 若是我們在享用自我建構(gòu)而成的科學(xué)知識體系時，還能夠隨時的觀察新 的現(xiàn)象 、 嘗詴運用別的角度 去檢視已往的論據(jù) 、 有機會遇到見識更廣博人士的考驗 、 反覆去 檢核 獲得知識的過 程和方法的可靠性 、發(fā) 現(xiàn) 依 照 原有 理論 去 推測的事 件 並 未 發(fā)生、 … ，意思是不斷地考驗 「 知識 」的真確性及合理性， 那麼 ， 自己心中的「知識體系」將 會 更趨堅實完美（或更趨 於 頑強自閉－假如你的考驗態(tài)度不夠開明的話?。? 我們怎麼知道自己 這麼一路走來，所建構(gòu)的科學(xué) 是「真的 」 呢？我們 要 怎麼 才 能 夠 警覺自己對「自我的知識體系」 的 考驗 態(tài)度 是開放的、明智的、公平的、不偏漏的呢？ (按： 這種自我考驗、 自求 精進的 心智 活動 能力 最近被冠以一個專有名詞 「行動研究 Action Research」 ，被當(dāng)成是一種「能力」來培養(yǎng) )。 164 其實，以上 我們所提出 人 們應(yīng) 對「科學(xué)知識」 作不斷的 考驗及 質(zhì) 疑 的做學(xué)問態(tài)度 ， 一 點也不新 。 因為，歷代的先賢們在智識的追求上，已經(jīng)警覺到這些問題的存在； 古代的哲人老早 就在「做學(xué)問」方面 提示我們「學(xué)而不思則罔、思而不學(xué)則殆」（ 即： 一味的聽取、吸收各方的說法和報導(dǎo)，而不加以邏輯思考、檢驗論據(jù)、檢視理論的協(xié)同一致性、可再現(xiàn)性 … ， 那麼，最後 累積下來的就是一團沒有結(jié)構(gòu)、不能推廣引用、雜亂零碎且 未必成立的 「記憶」 。另一方面， 若 只是 先 想好一套理論，自滿於有限範(fàn)圍內(nèi)的可運用 性，不再去觀察新的事件 、 嘗詴運用別的角度去檢視 … ，那麼，這套理論 也就是局限的、不 能壯大的 、 甚至於可能不健 全的 ！） 。 又以「茍 日新、日日新」來 敦促 我們 要不斷地增廣見聞、不斷地反省思辨。 有時又加 上一 些警惕的話（反面敘述）：「不迷信」、「不妄言」、「不剛愎自用」、「不自以為是」 （天底下有人承認(rèn)自己是這樣子的嗎？ ） 。這些都是求「真」的方法，今天只是 改 用現(xiàn)代的語彙來 陳述 而已； 可能比較詳實，可是也 顯得 比較累贅。 本文主要就是要來討論「科學(xué)的真確性」 問題，並且希望透過這項討論，來增強「行動研究」的能力。以下是我們討論 的內(nèi)容：五個要項、四個註文及參考文獻 ： 一、 真金不怕火煉－善（擅長）知識 二、「科學(xué) 本質(zhì)」的意涵 三、如何 增進學(xué)生對 「科學(xué) 本質(zhì) 」 的體認(rèn) 四、對「科學(xué) 本質(zhì) 的體 認(rèn)」 之 評量 五、結(jié)語 註一：由各種向度去體認(rèn)「科學(xué)本質(zhì)」 註二：美國 2061 計劃中的「科學(xué)本質(zhì)」指標(biāo) 註三： MSPAP「科學(xué)本質(zhì)」指標(biāo) 註四：科學(xué)本質(zhì)分段能力指標(biāo) 六、 參考文獻 一、真金不怕火煉－善（擅長）知識 建立在「非真」的想法就是「妄」（它就像肥皂泡裡的美景，吹彈即破，但卻也迷人?。?。沒有人願意把自己往 後的行動寄 託在一個虛妄不實的目標(biāo)上。問題是：我們往往事前 並 不知道它是虛妄的。 所以，不斷地檢驗（或考驗）科學(xué)， 應(yīng)是避免使自己落入迷 惘或迷信的不二法門！ 只是，怎麼去做呢？ 以下是經(jīng)常用以考驗的三個向度 ；由科學(xué)知識本身的確實性、一致性、邏輯性去考核 ， 由獲得科學(xué)的「過程與方式」的嚴(yán)謹(jǐn)度去檢驗 ， 及由科學(xué)所發(fā)揮的功能去考 驗 。 165 、一致性、邏輯性 要 不斷地被 考核 科學(xué)的探索，基本上是一個破除迷妄、改變觀點的歷程 。 不管是什麼現(xiàn)象、什麼事 件的 發(fā)生，人們都會先在心中有一種看法或據(jù)以用來詮釋現(xiàn)象的理論， 即使是在 最匆忙及暫時性的 情況下 也會在心中 先 有一個假說或預(yù)想。只是，因為「科學(xué)概念」能不能被接受 並 不是只有能完滿解釋目前的現(xiàn)象而已， 實際 上 它也 要 能 夠 解釋已往的經(jīng)驗，且不得與其他的想法有矛盾或衝突的情況， 所以 它的考驗是不斷地 、 且多面的。 我們在此要來討論這些「考驗」，藉此可了解現(xiàn)有的科學(xué)知識之「本質(zhì)」。 科學(xué) 家們不斷地對自己所正 在 探索的現(xiàn)象作觀測，已往是用五官，現(xiàn)在則更引用電子顯微鏡、 赫 伯望遠鏡、及各種先進科技研發(fā)的儀器來觀測，他們所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象均可以用有限的理論或想法來加以詮釋、理解。若是他們發(fā)覺有一兩個現(xiàn)象是以前所未見過的、或是現(xiàn)有理論所無法理解的，那更是他們最大的期待，也是他們辛勤工作最豐厚的報酬－一個科學(xué)上的突破。從這些「科學(xué)知識」的生產(chǎn) 工廠 (研究室、實驗室、考古工地、 … )， 科學(xué)家的努力工作態(tài)度中，我們可以體驗「科學(xué)」的本 質(zhì) ；它是有事實依據(jù)的 、 是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?是 理論一致的，而科學(xué)家本人必需是富想像力的、有創(chuàng)意的、不教條的、不固執(zhí)的、 … 。 有的科學(xué)研究者並沒有動手去做實驗（雖然他也知道實驗室 裡 在做些什麼、做了些什麼）。但是，他的邏輯思想非常嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)緻而清晰，於是，他綜合一些零散的證據(jù)建構(gòu)出統(tǒng)一的理論（例如 亞佛加 厥 提出「 同溫、同壓、同體積的氣體，含有相同的分子數(shù)」 是依據(jù) 查理 的溫度 與氣體體積 關(guān)係 的定律、 給呂薩克 的氣體體積反應(yīng)定律、 波以耳 的氣體壓力與體積 關(guān)係定律等 數(shù)個定律 而提出的「假說」 ）、或是他重新調(diào)整一下科學(xué)概念的定義， 而 使各種論述得以協(xié)調(diào)一致（例如 愛因斯坦 以操作性定義 「 時間 」 與 「 空間 」 ， 而 重建時空與座標(biāo)之間的論述，而提出特殊相對論 ） 。 直接從事科學(xué)的研究，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⒕?xì)的、切實的、負(fù)責(zé)的態(tài)度去探索，以 富 想像的、創(chuàng) 造 的能力去解決問題、建構(gòu)想法，而且是非教條的、不管權(quán)威只顧論據(jù)的、 接受 眾多研究者的公開批判、 … 如此情況下提出並為大家所接受的「知識」，必然先天 地 具有信實可靠的特質(zhì)。 既 使 經(jīng)過如此嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目简?，我們也?？砂l(fā)現(xiàn)有些科學(xué)知識或理論 仍 然有被修改 或廢棄不 用的情況發(fā)生 （例如「以太」的概念、 「 孫稱性 」 的存在概念） 。 只是，這種情形很少發(fā)生； 若是有 ， 也總是在 有新的現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)或一個更簡單 、 更具涵蓋性的理論被提出 之後 。 我們可以自己從事科學(xué)研究、或由科學(xué)家的研究活動中去「體驗」科學(xué)，這樣就 更能認(rèn)識「科學(xué)的本質(zhì)」。 166 「 過程與方法 」要作嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?檢驗 有許多學(xué)者運用「他山之石，可以 攻 錯」的策略 ，例如 從科學(xué)的 「 發(fā)展史 」 上去檢視；人類如何經(jīng)由不斷地觀察、實驗、省思、更改、再造、 … 逐漸獲得一些信實可靠的知識。 追溯 科學(xué)概念發(fā)展 的歷程中 ，我們可以得知人類如何揚棄糟泊 、 如 何精煉出顛撲不破的「理論」。這一方面的史蹟 ?？烧蔑@人們形成科學(xué)的「過程和方法」 方 面 的特質(zhì) ； 例如 亞里斯多德 （西元前 384~322） 藉由他觀察所得的事實，發(fā)現(xiàn)落下的物體中， 重的物體（如石塊） 總是比 輕的物體（如鵝毛）先 著地 ， 例如生活中我們 在篩一盆輕重混雜的石礫，也總是重的沉底、輕的浮面。於是他提出一個『 重物比輕物優(yōu)先落地 』 的想法（理論）。這個理論一直被沿用，直到 伽利略（西元 1564~1642） 對 輕重不同的鐵球之重力加速度 作準(zhǔn)確的度量 之後才發(fā)現(xiàn)『 所有的物體受到地球引力的作用，落下的加速度都一樣， 它們之所以不同是因 為落下時受到空氣阻力的大小不同的緣故 』 。 於是，人們重新以這個觀點來詮釋所有的落體現(xiàn)象，覺得更 為 合理 而簡單 。此一「概念」改變的事件，顯示出「科學(xué)」的一些特性；它是以事實的佐證為依歸的，所謂的「事實」要有確切的觀測 ，而且能被接受的 「理論」要能夠詮釋所有的事實、 … 。 例如星球運轉(zhuǎn)軌道的發(fā)現(xiàn)過程；由於人們一直是立於地球表面去觀測這個孫宙，所以描述各行星的運行都是以地球為中心，依觀測時星球所在位置視角的變化來繪製，於是有 托勒密 的孫宙模型的想法（地球為孫宙中心，各行星、太陽分別以此為中心作圓周（或在圓周上 附 加周轉(zhuǎn)圓）軌 道運行）。這種想法，一直到 哥白尼 （西元 1543 年）提出以太陽為中心的太陽系行星軌道的繪法時，人們才發(fā)現(xiàn)原來事情是這麼的簡單！雖然這只是「換一個角度來看這個世界 」 而已，可是，這一步卻是很不容易跨出呢！ 另外 ，由於人們對星球總是帶著神祕及崇敬之心來看待，又相信 『 圓是一種完滿無缺的 』（人們心中的 圖騰 ） ，因此，有關(guān)星球運動的軌 跡 ，大家都認(rèn)為應(yīng)是圓的，這個圖騰一直到 刻卜勒 （西元 1619 年）利用 第谷 對行星運行軌道長期觀測的資料作仔細(xì)的分析之後，才提出星球軌 道 可以是 拋物線、 橢圓及圓 的 。此一 科學(xué)概念重建的史蹟，充份表現(xiàn)人類 舊有圖騰（信念）之影響 既 無形又有力，也顯示仔細(xì)觀測與分析的理性威力。以及運用新觀點再看舊經(jīng)驗的「撥雲(yún)見日」的發(fā)現(xiàn)之喜悅。 由科學(xué)概念發(fā)展史的追溯，再現(xiàn) 「 人們?nèi)绾芜\用科學(xué)性思維來建構(gòu)知識 」的心路歷程，我們可以從中體驗到建構(gòu) 「 科學(xué) 」 的 「 過程 及 方法 」的特質(zhì) 。 當(dāng)然，現(xiàn)階段發(fā)生在研究室、實驗室裡的科學(xué)探索活動，其發(fā)表出來的成果及結(jié)論是否能被接受，重點還在於「形成此知識的過程及方法」之嚴(yán)謹(jǐn)性考驗。 所以， 「科學(xué)」也可由正在執(zhí)行的科學(xué)研究活動中去檢驗。 167 能夠運作 形成科學(xué)的 「 過程與方法」 （它不是一種制式化的、可以套用的過程 ，只可以說在處理問題中應(yīng)掌握某些特質(zhì)、符合某些要求 … ） ， 也 可算是一種「科學(xué)知識」 。科學(xué)的探究方法常 被運用來處理 一般 問題，由於這種做事的過程、方法與態(tài)度獲得極高的成效，發(fā)現(xiàn)它 即 合理而有效，因此而相信「藉此方法獲得的科學(xué)知識」公信力應(yīng)極高。 有時候，我們要認(rèn)識某一事物，是從它發(fā)揮出的功能去認(rèn)識?？茖W(xué)知識的「信實可靠」不是因為它是由某位有信譽的學(xué)者所提出 、 也不是由於科學(xué)家多麼辛勤的努力所 感動 ，而是因為它應(yīng)用起來成效輝煌； 例如某人生了病，由病徵上判斷是 A 型病毒感染，於是，在顯 微鏡（或化學(xué)藥劑檢驗）下，果然發(fā)現(xiàn)病毒的 蹤 跡 ！ 例如某一實驗發(fā)現(xiàn)在低壓及高電位下，真空管會有電漿產(chǎn)生並 且會 作電磁輻射，於是，另外一個實驗室的研究者，只要把環(huán)境條件備齊了，同樣的事件必 然 發(fā)生！ 這類的考驗，叫科學(xué)的「可驗證性」。許多科技的發(fā)明，就是將「事件發(fā)生的必要條件設(shè)計出來，而使事件必然地發(fā)生」。 有些「科學(xué)知識」被接受，並作為對其他現(xiàn)象認(rèn)知的基礎(chǔ)，即作「設(shè) A 為真，則 B 必亦為真、或 C 必偽 … 」等等的推論，而且屢詴不爽，所推測的事件必然發(fā)生（假如他的推論過程很嚴(yán)謹(jǐn)、假設(shè)的條件都成立的話）。 我們 對「科學(xué)知識」 的各項檢驗；由「科學(xué)知識」本身、由形成科學(xué)的「 過程及方法」、由「科學(xué)發(fā)揮的功能」等三個角度去討論，發(fā)現(xiàn)「科學(xué)知識」一直處在於接受公開批判的地位，而這些批判都是以確實的事件為依據(jù)的、非教條的、非個人權(quán)威的方式在進行，所以，它是可更改的、可發(fā)展的，也因此它是具有成長性的知識。雖 然它是開放的、可更改的 ，但並不意味著它會一夕驚變，其實它是非?！感艑嵖煽俊沟摹? 二、「科學(xué)本質(zhì)」的意涵 「科學(xué)本質(zhì)」（ The Nature of Science） 指的 是什麼？ 這是一個什麼樣的問題 ！ 它有什麼意義？ 假如有人問 莫 奈 （ Claude Mo 18401926，法國印象派畫家 ），印象派的畫風(fēng)有什麼特質(zhì)？我想 莫 奈 可能會茫然不知這是個什麼問題 ，也無法作答！ 可是，作為一個繪畫的鑑賞者、享用者或畫商，則如何去辨識印象派的特質(zhì)，就成為一個重要的課題。 168 科學(xué)家從事研究工作，自然有他的一套行事準(zhǔn)則及研判資料的方法，可是，他未必能夠說出「 什麼才是 科學(xué)？」。不過，這並不意味著去鑑別「科學(xué)或非科學(xué) 」是 一件 沒有意義的 事 。至少，在這 種 科學(xué)威力盛行的時代， 許多 虛妄的、假借 科學(xué) 之名 的說 詞 必然 會 混跡於科學(xué)之間，故「科學(xué)本質(zhì)」的體認(rèn)成為一項很重要的科學(xué)素養(yǎng) 。 面對著「科學(xué)」，我們要來認(rèn)識它、體驗它，也就是要洞察它的「本質(zhì)」，那得怎樣來進行呢？ 在本節(jié)中我們著重在「科學(xué)本質(zhì)」意涵的界定；要界定一個廣泛的概念（ 如「科學(xué)本質(zhì)」 ） ，最安全的辦法是用列舉的方法或引用正負(fù)面陳述的方法，說一些「什麼是科學(xué)」「什麼不是科學(xué)」的論述，而留下模糊的地帶不予處理，我們就是打算這麼做 。 國內(nèi)外有許多學(xué)者（鄭湧涇、周美雪、張麗珠（ 1989）、