STEM 教育的深度解读（二十）

向世清，博士，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。长期从事激光物理与工程技术的前沿研发，是参与产业经济战略与决策咨询、基础教育改革咨询、科技创新中心发展战略设计等多领域战略专家，也是上海市最为活跃的科技创新教育专家之一。

前一讲大家已初步了解了人类科学逻辑的逐步发展与建立过程，以及科学逻辑究竟为何会有自然的发展演化。这一讲中，我们就进一步明确阐述科学逻辑的特征。

首先，科学逻辑无论怎样，都是逻辑的种类之一。所以，逻辑的几乎所有关键特征，都能在科学逻辑身上得到自然的体现。尤其是逻辑的分析性和递进性演化的规律性等基本特征一定是必然存在的。和一般逻辑一样，科学思维也是经历了基于形象思维和直觉顿悟思维基础上的对客观世界的进一步的抽象，这使得人们对客观世界的认识也一定是舍弃了个别的、非本质的属性，最终达到了抽出共同的、本质的属性的过程和结果，所以科学逻辑也就同样具备了是形成概念的必要手段的能力和特点。

其次，科学逻辑重点的不同和可区分特征就在于其中的“科学”二字（声明一点，这里的“科学”本身不是指的“科学技术内容”意义上的“科学”，而是特指“达到科学化了”的本质含义，或说是用于科学自身的“经过科学化了”

的特质涵义），由此科学逻辑是在一般逻辑的基础上，对其中的规律性作过深度乃至终极的判断与验核后，确认该规律是具备了“科学化”和“论证化”的结果。换句话讲，这些规律一般都达到了在致力于揭示自然真相的目标下，能对相关自然作出理由充分的观察或研究，然后实现了达到或者接近“人类已经找到的代表现实的真理知识内容”（具体的科学知识）或“科学真理的理论”（科学理论体系）的结果特性，也可能是实现了“如何找到并区别称为科学知识及科学理论的方法”（科学方法和科学精神）的结果特性，并在最后也能够具有了“严谨性”。这样，科学逻辑属于科学，是科学的一个子项或者次级因素，在直白和通俗的意义上，它就是逻辑思维要科学。最终，在科学思维中，逻辑也必须具有科学性，科学逻辑本身也必须要“科学”（有点拗口，但的确就是这样！笑）。

我们举一个常见的例子。亚里士多德曾断言：“两个铁球，一个1 磅重，一个10 磅重，同时从同一高度落下来，10 磅重的下落速度一定是一磅重的10倍。”这是一个典型的逻辑说法。但是，我们都知道伽利略经过有名的比萨斜塔实验和具有开创性意义的斜面实验，证明了这一逻辑是不正确的，没有达到科学逻辑，属于非科学逻辑，所以也从亚里士多德逻辑的非科学性证明了其理论的不正确。最终，具有科学逻辑的结论是我们现在熟知的自由落体定律，这个定律也就反映出了科学逻辑，其中的逻辑才有科学性。

这里的阐述中，我们看到一个关键，科学逻辑的核心特征之一是具有特别的“验证性”，即将一般逻辑推进到科学逻辑，就必须完成对自然现象和事实的深度客观研究和验证，最终现象和理论构成闭环和吻合（如图1 所示）。这样的客观研究和验证过程也就是科学本身实现或者趋近的过程。不经过这样的过程，则无法称之为科学逻辑。所以可以说，科学逻辑决定了科学的品质，而科学本身的过程也决定了其中的逻辑必须最后达到“科学化”或者“科学真理化”。

从验证性出发，科学逻辑也必然还具备了科学本身的另外四大特征，即客观性，这表明科学逻辑必须是被验证了的符合与遵从客观实际的（见图2 寓意）；系统性，这表明科学逻辑更是彼此融洽和自身自洽的，其关联的内容被验证具有系统的和完整的要求；证伪性，这表明科学逻辑能够在验证的基础上进一步给出哪些是错误的逻辑，并将它们归属或划分至不科学逻辑的范畴；以及辩证性，这表明科学逻辑总是承认相对正确性，如果有更好的更合理的规律性结果，其自身一定会在验证的结果上进一步修正（这一点后续会再深入讨论）。

有了上述科学逻辑的所有特征，我们人类的科学思维因此站在了更高的层面，具备了更高的客观性、正确性和准确性。随着发展，人们也进一步将科学逻辑持续推向为一门较专门的学术。这形成了人们有关研究科学认识活动的分支学科，即科学逻辑学。按照科学认识活动的界定，科学逻辑学主要研究科学活动的模式、程序、途径、手段及其规则等。由于人们对相关的发展和认识还不够深透和统一，目前有关科学逻辑学的研究还有着很多的不同认识和意见争论，整体处于一种还在深化探索的新兴阶段。例如，有人认为其就是“有关证明的逻辑”；也有人认为其只是“现有各种逻辑的综合运用”；还有人认为其最应该是“研究科学发现的逻辑”；等等。不过，虽然不尽统一，我们也发现这些认识都有一定的启迪作用。

目前，科学逻辑学更倾向于认为它是以自然科学创造活动中思维活动的逻辑模式、科学方法中的逻辑规律为研究对象的一门科学。既然科学研究寻找的是客观事物之间的普遍联系，那么科学本身也必须是符合逻辑的。因此，科学逻辑学最为重点的是研究科学活动中作出科学理论的发现、进行科学理论的检验、实现科学理论的增长的模式或程序，研究自然科学理论发生、发展和检验过程中的逻辑模式、逻辑规律及其思维方式和思维方法。这就又回到了逻辑的规律科学化的本身，即研究自然科学理论和科学认识、科学方法中的逻辑规律问题。

再稍作细分，科学逻辑学目前大致分成以下4 个方面的研究。

（1）對科学系统的要素和规律进行逻辑分析，研究和发现整个科学认识活动和创造过程中支配它们的原则和规则，揭示其中的逻辑结构和逻辑方法。科学系统的构成要素，包括科学起点、科学问题、科学解释、科学假说、科学理论等一些重要概念，都值得分析和研究，阐明其规律和逻辑特征。当然，这种研究如果只是停留在要素的分别研究阶段，则容易无法把握客体及其要素的整个体系。所以，目前也开始倾向于更要从总体上和综合上分析和研究各要素和逻辑规律。

（2）考察科学创造活动中获取科学事实、整理科学事实和建立科学理论体系的一般科学方法和逻辑方法。这样就可以反映人类逻辑思维的普遍规律，并通过这种分析和总结在总体上进一步指导具体的科学认识和科学研究活动。事实上，逻辑学是各门科学都要应用的思维方法。所谓科学方法其中大量是逻辑方法。我们要获取新知识，要建立科学理论体系，就离不开逻辑方法。科学逻辑学因此必须研究方法论体系中一般方法的逻辑形式及其特点，探讨科学认识活动的模式及其合理性问题。这其中，首先是获取科学事实的经验方法，主要是观察、实验和模拟等方法，由人们在感性活动中实现，通称为实践性方法。它们虽然不是逻辑方法，但科学认识从此入手，并以此为基础，然后才能对整理科学事实的逻辑方法，如分析、综合、概括、类比、归纳、演绎等，作进一步分析，以探讨其推动自然科学发展的内在逻辑力量。其次是整理科学事实的方法，由人们头脑中通过理论思维活动进行，通常称为理性方法，即逻辑方法。科学研究必须对经验和科学事实进行理论思维的整理和加工，使科学认识深入到理论层次，才能揭示客观现象的本质和规律。最后是建立科学理论体系，它可以通过横断方法，如控制论方法、信息方法、系统方法等，也可以通过科学方法的移植和渗透，使不同学科的科学方法和研究对象有机结合起来，建立新的科学理论体系，促进现代科学理论体系及其现代科学技术的发展。

（3）考察各种逻辑体系和逻辑手段在提出假说、构造理论体系等科学认识过程中的指导作用。科学认识是一个不断发展的辩证过程，思维的逻辑行程是“具体—抽象—具体”，即前后相继地在感性具体的基础上，从抽象进展到具体的无限过程。根据思维的这一逻辑行程，我们从方法论所具有的逻辑功能讲：方法论体系中获得科学事实的方法，逻辑学上可说是处在感性的具体阶段；方法论体系中整理科学事实的方法，逻辑学上可说是处在抽象的阶段；方法论体系中建立科学理论体系的方法，逻辑学上可说已从理论上再现了事物的具体。科学逻辑学就应体现逻辑体系和逻辑方法的这种指导作用。

（4）概括和总结科学的逻辑性质、科学和逻辑的关系及科学知识增长的逻辑。科学逻辑学最终应从哲学的高度，运用唯物辩证法概括和总结科学认识和科学发展过程的逻辑性质，对科学和逻辑的关系和科学知识的增长分析研究，并用各种逻辑思维方法加以阐明。