科学前沿问题的特征与发现逻辑，本文主要内容关键词为：逻辑论文,特征论文,发现论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
【中图分类号】G40-03 【文献标识码】A 【文章编号】CN53-1011/G4 (2003)12-0049-07
一、问题的提出
改革开放20多年以来，我国科学研究的规模已处于世界前列，但是，在科研效率、效益和科研水平等方面与发达国家相比仍存在较大差距。决定科学研究成效最重要的因素有两个：一是科研选题；二是解决课题中提出的问题，实现研究目标。爱因斯坦曾说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数字上的或实验上的技能而已。而提出新的问题、新的可能性、从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性和想象力，而且标志着科学的真正进步（注：爱因斯坦，英费尔德.物理学的进化[M].上海：上海科学技术出版社，1962.）。”科学学创始人，英国科学家贝尔纳把选题作为科学研究中的一个阶段，而且是“更困难”的阶段，他指出：“课题的形成和选择，无论作为外部的经济技术要求，抑或作为科学本身的要求，都是研究工作中最复杂的一个阶段。一般来说，提出课题比解决课题更困难……所以评价和选择课题，便成为研究的战略起点。”由此可见，科研选题在科学新概念、新规律发现过程中是至关重要的一个环节。
在研究我国宏观科研结构和高校科研结构时（注：解飞厚.试论我国科技宏观结构的调整[J].科学学研究，1999(2).）、（注：解飞厚.试论我国高校科技结构的调整[J].湖北大学学报，2000(1).），我们发现无论是政府科研机构、大学还是企业，在科研选题上大多存在共同的问题，即相当多的人所选择的是那些对条件要求低、短期易出成果的课题，结果是经费分散，低水平重复。我国化学学科在世界同行认可的刊物上发表论文数居世界第三位，仅次于美国和日本，然而学科内权威人士说，我国是化学论文大国，但不是化学大国，更不是化学强国，原因就是科研的含金量不够，缺乏重大的世界级的科研成果（注：董山峰.中国化学切莫“走偏”——冷观我国成为化学论文世界第三大国[N].光明日报，2002-9-20）。当代科学研究早已进入“大科学”时代，国家根据科技进步的需要和社会经济发展的需要立项，政府投资、集团研究是现代科研的主流。“当代小科学”尽管尊重研究者的自由选题，但也是国家投资，强调集体研究和重大课题的原始性创新研究（注：赵红州.大科学观[M].北京：人民出版社，1984.）。我国是后发型国家，科学研究更应该强调由国家来规划和组织重大课题，集中经费和科研力量，有所为有所不为，从战略上抢占科技制高点。围绕这一目标，无论是政府科研机构、高校还是企业，要勇于选择重大的、有较高学术价值或应用价值的课题开展研究。
什么样的课题是重大的和有较高价值的课题呢？一般来说，前沿问题就是重大的和有较高价值的课题。当然，只要具备条件，研究者都希望能选择前沿问题，但要能真正抓住前沿问题可不是一件容易的事情。研究“科学前沿问题”，有两个问题需要回答：一是什么样的问题才是前沿问题，即前沿问题的特征；二是如何发现前沿问题，即发现的逻辑。我们选拔干部，首先要弄清楚什么样的干部是好干部，即好干部的标准，如德才兼备就是标准；然后要研究选拔干部的程序，通过怎样的程序才能把好干部选出来，如笔试、面试和公示就是选拔干部的程序。依此类推，研究科学前沿问题必须研究科学前沿问题的特征和揭示发现科学前沿问题的逻辑。
二、科学前沿问题的特征
科学前沿问题既是一个实体范畴，又是一个关系范畴。实体范畴的含义是指科学前沿问题首先是科学问题。所谓科学问题，指的是科学探索过程中提出的还没有得到解决或没有得到答案的疑难或矛盾。关系范畴的含义是指科学前沿问题与其它问题之间的关系。具体地说，科研中的前沿问题就是在众多问题中处于关键地位的问题，前沿问题的突破将带来整个科研工作的突破，前沿问题的解决将带来其它科学问题的解决；反之，前沿问题没有突破，整个工作停滞不前，其它问题得不到解决。这是判断前沿问题的一个根本标准，也是前沿问题的一个根本性特征。从这一根本性特征出发，科学前沿问题可派生出以下几对特征：
（一）先导性与革命性
先导性表现在前沿问题的带头性。16、17世纪的力学，18\20世纪的物理学，21世纪的生物学分别是该时期的带头学科，带头学科中前沿问题的研究和突破既能带来本学科的全面突破，又能推动整个科学界的进步。每一学科内也存在这样的先导性问题，如19世纪当光学、电学和磁学的研究达到一定高度后，如何将光电磁统一起来就成为经典物理学研究的前沿问题。
革命性表现在科学思想的突破。美国科学哲学家库恩提出的科学进步的公式中，常规科学发展会遇到反常现象，反常积累过多将给常规科学带来危机，危机爆发的结果就可能产生科学革命。库恩特别强调科学革命是格式塔转换，即通过科学思想的突破带来整个科学体系和科学方法的转换。对于常规科学来说，反常以后的危机就是新的前沿科学问题的提出和解决。哥白尼“日心说”取代托勒密“地心说”，达尔文“生物进化论”取代林奈“物种不变”等是科学史上最重大的科学革命，他们站在当时科学的最前沿，所研究的前沿问题与科学思想直接相关，其成就直接突破禁锢科学进步的错误思想，推动科学革命。
（二）探索性与当采性
科学研究中的任何问题都具有探索性，否则就不是问题，但前沿问题的难度大，需要花费很大的气力才可能有所收获。我们常说，基础研究只有第一没有第二，应用与开发研究要抢占高新技术制高点，说明这样的研究不是每个人都能做的，所研究的问题是探索性极强的问题，也就是处在科学前沿的问题。19世纪末20世纪初，当物理学界庆祝经典物理学大厦已经建成时，却从经典物理学理论体系中引发出两大反常的科学问题，即以太飘移实验所引出的光速不变问题和黑体辐射实验所引出的物质不连续运动问题。正是爱因斯坦、普郎克等一批科学巨匠对这两大前沿问题的艰苦探索，酿成了20世纪物理学革命的风暴，创立了相对论和量子力学，从而为现代物理学奠定了坚实的基础。
当采性指科学前沿问题的研究有望取得丰硕成果。科学史表明，科学进步过程中不同学科在不同时期表现出周期性，科学成就处于上升期的学科称为当采学科。通过科学计量学我们可以知道哪些学科、每一学科中哪些问题的研究成果量多质高，由此可以判断科学前沿问题所在。19世纪末，电子、X射线和放射性被发现以后，眼光敏锐的科学家迅速转移到相关领域，一大批科研成果诞生，标志着“三大发现”为当时物理学科的前沿问题。20世纪分子生物学研究亦如此。
（三）混沌性与可变异性
前沿问题的混沌性主要表现在基础研究领域，研究之初其问题不为人们所认识，目的意义和过程可能模糊不清，甚至看起来是“无用的”，但这类研究一旦取得成功，所带来的效益是无可估量的。例如，爱因斯坦的相对论，开始时很少人知道它的意义和价值，爱因斯坦并非因此而获得诺贝尔奖，但若干年后谁也不会否认他所做的前沿问题研究以及由此而对现代科学作出的重大贡献。
可变异性指前沿问题的研究具有不确定性，从一个问题开始，经过一段时间可能转变到另外一个或几个问题，当然问题之间是有内在联系的。波普尔证伪学说的主导思想是：“问题——假设——证伪——新问题……”，这就是从原来的问题到新的问题。如果第一个问题是前沿问题，那么变换以后的问题就是新的前沿问题。科学史上有大量例证，科学问题或直接导致科学发现，或虽未获得直接结果，但却获得了与所确立的科学问题有一定联系的意外的科学新发现。例如，引导法拉第研究“磁对电作用的问题”时发现电磁感应定律；爱因斯坦研究“光的本质是什么”时发现光的波粒二象性；伦琴研究“阴极射线的本质是什么”时发现X射线。科学家能否敏锐地发现前沿问题的变异性并捕捉到新的前沿问题，在一定程度上决定着科学研究的最后结果。
（四）层次性与逻辑性
科学研究是分门别类的，有基础研究、应用研究和开发研究等，每一类中都有自己的前沿问题；每一类研究内部又是分层次的，每一层次又有自己的前沿问题。所以对科学前沿问题的鉴别和判断要放在特定的关系之中，不能绝对化。科研工作中可以根据不同条件选择不同层次的前沿问题。
“前沿”一词含有滚动向前的意思。马斯洛的层次需要理论能形象地说明这一滚动向前的过程。一个人首先要有基本的生存条件，其中温饱又是第一位的，然后才会考虑发展和享受。对一个具体的人来说，前沿问题是从温饱开始，最后到精神需要。科学前沿问题与已经解决的问题之间存在逻辑联系，逻辑性因而成为前沿问题的重要特征。如细胞学说建立以后，研究细胞生命活动的规律，研究细胞内遗传物质结构与功能的关系，揭示DNA分子双螺旋结构、破译及描绘人类及其它生物基因图、后基因研究等，相互之间表现出明显的逻辑关系，新的前沿问题建立在原有问题基础之上。前沿问题之间有很强的自组织性，其逻辑关系是一种巨大的逻辑力量，推动着科学的车轮滚滚向前。
三、自然科学与社会科学前沿问题比较
科学前沿问题具有共同的特征，然而，由于自然科学与社会科学在研究对象、研究目的与功能、研究方法等方面存在较大的差异，所以，两大类科学在前沿问题上有各自的特点，表现出明显的差别。
（一）客观性与主观性
自然科学研究的根本任务是揭示事物发展的内在规律，这种规律是普遍的、确定的，不因事物以外的任何条件变化而变化。自然科学的研究对象是自在的、客观的，科学家从一滴水中能概括出水的普遍定律。自然科学注重的是对人类生存、发展、享受具有工具或手段意义的知识，它们一般只具有工具的合理性，强调客观性，而价值合理性问题较少考虑。自然科学具有很强的应用功能，能揭示自然物质世界的物理结构、化学性能、生物遗传等方面的真实图景，通过技术进步在经济社会发展中发挥实用功能。自然科学及技术研究的成果给人类带来的福祉是实实在在的。科学研究中主客体分离，主要运用的是以实证、说明为主导的理性方法，重复性是自然科学研究的基本要求。因此，自然科学中的问题，特别是经过筛选确认的前沿问题具有良好的客观性，不以人的意志为转移。例如，当代基础科学研究中微观世界、宇观世界、生命活动的分子基础等，高技术研究中新材料技术、新能源技术、航天技术、自动化技术等前沿问题都是世界性的，任何一个国家的科学研究都希望能在此占有一席之地。
社会科学的研究对象具有自为性与异质性、价值与事实的统一性、研究主体与研究客体的内在相关性、更大的偶然性与不确定性、可预测的有限性（注：欧阳康等.社会科学研究方法[M].北京：高等教育出版社，2001.23.）。尽管社会科学与自然科学一样也具有描述功能和解释功能，对生产力的发展有能动作用，但二者的功能毕竟存在较大的差异。社会科学除了能够提供某些工具性价值的社会知识外，更重要的是能够营造一个有助于经济技术发展的社会结构与运行机制，表现为对社会的批判功能和规范功能；还探讨与人类生存、发展、享受有关的目的性价值与意义，对人的精神、意义、价值、理想、生活方式等问题给出回答。社会科学除运用实证与说明方法以外，更多的运用理解、想象及直觉等感性方法。上述种种原因决定了社会科学研究比自然科学研究的难度更大，研究的问题和结论有更强的主观性。例如，社会科学不可能通过对一个人或一个组织的研究得出普遍适用的结论，必须抽取更多的样本才能得到某些结论，且只有一定的适用范围；社会科学研究的热点问题和焦点问题不断转换，前沿问题有更大的混沌性和可变异性，不同国家在同一时间研究问题具有明显的差异，关键原因来自研究主体的主观性。
（二）直线式与螺旋式
科学前沿问题的逻辑性在自然科学中表现得十分典型，一个问题解决后形成的定理、定律、公式等进入知识硬结构，接下来研究新问题。问题与问题之间表现为直线关系，波普尔提出的以问题贯穿发现过程的4段模式，即“问题1——试探性理论——消除错误——问题2……”形象地说明了这种关系。地心说、天体运行论、开普勒行星运动三定律、伽利略力学、牛顿经典力学、经典物理学、相对论、量子力学、基本粒子物理学等之间的传承关系是显而易见的，基本上是一种直线的关系。
研究社会科学发展史，我们发现今天讨论的许多热点、难点问题，其中不少是所谓的前沿问题，在历史上曾经多次讨论过，如教育研究中的“形式教育与实质教育”、“通才教育与专才教育”、“知识与能力”等，内容大同小异。出现这一现象的原因是什么呢？我们认为有两方面的原因：一是社会科学研究的难度大，很多问题要真正弄清楚不可能一蹴而就，需要反复讨论；二是社会本身是螺旋上升的，从宏观来看，原始社会在形式上就是共产主义社会；从微观来说，很多社会现象都具有螺旋上升的特征，如公平与效率的关系。但是形式的同一性不等于内容的同一性，不同时期研究同一问题在内涵上可能有本质的不同，因此，我们不能把问题简单化，认为过去研究过的问题今天再来研究就没有价值了。其实，这是社会科学的重要特点，科学前沿问题的反复出现是螺旋上升，不可因为曾经研究过就漠视其重要性和价值。
（三）理论主导型与实践主导型
自然科学发展模式自19世纪经典物理学诞生以后，科学理论领先于技术和生产，科学——技术——生产成为主导模式。按照该模式，前沿问题首先出现在理论领域，理论的重大突破推动技术创新和生产力水平的提高。发达国家之所以能领先世界，重要原因是基础理论研究领先，为经济发展提供了足够的后劲。那么，自然科学中最前沿的问题存在于基础理论之中，其次才是技术领域。当今社会被称为知识经济社会，知识经济是以知识为基础的经济，而这里的知识说到底就是基础理论知识。在展望科学发展时，人们不约而同地把目光集中在微观世界、宏观世界、生命的分子基础等领域，这些都是理论性最强的学科。当然，在高新技术领域也有大量的与生产实践密切相关的前沿问题，但这些问题的解决最终依赖于理论上的突破，它们处于科研工作的中游和下游位置。自然科学发展的动力有自身的逻辑力量和社会的需求，重大科学发现的统计表明，科学自身的逻辑力量是最重要的，而社会需求的作用则小得多。因此，我们说自然科学中的前沿问题属理论主导型。
社会科学是对社会问题及人自身问题的研究，特别是要解决当前社会实践中的问题，社会科学发展的动力主要来自于社会。例如，《中国经济前沿问题丛书》列出六大问题：国企改革、就业理论与失业治理、金融发展与安全、通货紧缩与治理、现代经济增长理论与增长政策选择、经济学范式危机与中国经济学构建（注：毛增余.跟踪前沿理论解决现实问题——评《中国经济前沿问题丛书》[J].新书评，2000(4).）。六大问题无一不是起因于中国现实，其理论研究基本上是为解决现实问题服务的，并非出自理论自身的逻辑需要。由此可见，社会科学前沿问题是实践主导型。
四、发现科学前沿问题的逻辑
我们的日常工作总是自觉不自觉地围绕前沿问题展开的。例如，一个家庭经济上入不敷出，经济问题就是这个家庭的前沿问题；子女要高考，上大学则成为家庭的前沿问题。有的前沿问题一目了然，而有的前沿问题掩藏在一般问题之中，首先要发现它们，然后才能考虑解决它们。科学研究就是后一种情况。
科学史告诉我们，重大科学成就的取得一般是建立在发现科学前沿问题的基础上。那么，发现科学前沿问题有无规律可循呢？用哲学语言来说就是发现科学前沿问题时是否存在逻辑。人们希望有一个逻辑存在，遵循逻辑即可发现前沿问题，以提高科学研究的效益和水平。
（一）科学发现的逻辑之争
科学研究一般分为科学理论的发现和证明两个阶段，发现科学前沿问题是科学发现中的一个环节。讨论发现科学前沿问题的逻辑，有必要了解科学发现逻辑的两种对立观点。
逻辑实证主义否定科学发现逻辑的存在。19世纪中叶，西方盛行的逻辑实证主义把科学理论的发现和证明从内容、形式和研究方法上截然分开，科学哲学的研究主要局限在理论的证明，而把科学发现的研究排斥在外，把它们划归到心理学，并据此认为不存在科学发现的逻辑。随着数理逻辑的发展和成熟，科学证明的逻辑程序已经被研究得相当深入，相比之下，科学发现很少存在固定格式或逻辑（指形式逻辑）程序，科学史上的诸多发现很难找到完全相同的过程，由此认为，科学发现主要是偶然因素或科学家个人天才所造成的，是一种神秘莫测的事业。赫舍尔(J.Hershel)在1847年所说的一段话就是这种观点的典型代表。他说：“科学发现依赖于某些有运气的思维，我们并不能追溯它的起源，某些智力的投射是超越于一切规则的，不存在必然导向发现的格言（注：转引自：钱时惕.重大科学发现个例研究[M].北京：科学出版社，1987.P16.）。”科学发现不存在逻辑，那么，发现科学前沿问题自然也不存在逻辑。
尽管科学发现和理论证明在逻辑上存在明显的差异，但人们还是契而不舍地探讨科学发现的一般规律性。最早可追溯到亚里士多德，他在《分析后篇》中提出了要关心概念最初是怎样形成的和理论最初是如何生成的这样的问题。他认为，科学研究是从个别事实出发，从中归纳出一般性原理，再以一般性原理为前提，演绎出一个个具体结论。文艺复兴运动以后，关于科学发现逻辑的研究十分活跃，从培根、笛卡儿、波义耳、莱布尼兹和牛顿等都相信可能确定某些规则，以导致关于自然的理论的发现。培根是哲学史上一位自觉的、系统的阐述科学发现逻辑的哲学家（注：钱时惕.重大科学发现个例研究[M].北京：科学出版社，1987.P13;P17;P48;P4.）。他认为，科学原理都是根据实验归纳出来的，由此强调归纳方法的重要意义。
20世纪60年代以后，随着逻辑实证主义的衰落和新的科学革命的兴起，科学发现问题的研究重新引起人们的注意，一部分实证主义哲学家也意识到，不承认发现的逻辑，只承认发现的心理学的观点是不可取的。科学认识活动应该是一个完整的哲学图式，科学哲学不应该只关心规范的、可进行逻辑（指形式逻辑）分析的事物，而不关心科学发现过程。哲学作为认识论，它所承担的任务就是要说明新的观念、概念、原理和理论等是怎样产生的。发现与证明在认识过程中都同样渗透着逻辑的和概念的联系，可以概括出共同的逻辑要素来，而且发现与证明之间本身就是相互渗透、难以区分的（注：钱时惕.重大科学发现个例研究[M].北京：科学出版社，1987.P13;P17;P48;P4.）。因此，我们一方面不能否认科学发现过程中非理性的某些心理因素的作用，另一方面也不能过分夸大这种作用，毕竟科学发现不是由“非理性因素”或“创造性直觉”所决定的，而是一种高度的理性事业，就其实现的方式和方法来说，中间存在着一定的逻辑。只是这种逻辑不同于科学证明中的逻辑，应当通过哲学、逻辑学、心理学和其它与认识过程有关的学科，共同研究科学发现的创造性思维过程。
总体上说，在这场争论中认为科学发现存在逻辑的观点占据上风。据此，我们可以讨论发现科学前沿问题的逻辑。
（二）利用已有成果探讨发现前沿问题的逻辑
任意翻开一本有关科研方法的著作，我们都可看到科研选题的原则和方法，如必要性原则、可行性原则、科学性原则、创新性原则（注：欧阳康等.社会科学研究方法[M].北京：高等教育出版社，2001.108.）；对问题进行分解的方法、转换问题的提法使问题形成系列、对选择的问题进行论证等方法（注：裴娣娜.教育研究方法导论[M].合肥：安徽教育出版社，1995.P83.）。应该说此类原则和方法对发现科学前沿问题有一定的参考作用，但这些还算不上发现问题的逻辑，因为这些原则和方法没有形成程序。
对于发现过程逻辑的研究存在一个二难推理：由于发现过程依赖于创造性思维，如果能找到一种解释创造过程的逻辑程序，那么，按照逻辑程序所得到的结果就不可能是创造，从而否定了创造性；如果肯定创造性没有逻辑程序，那么就从根本上否定了发现过程有逻辑（注：转引自：钱时惕.重大科学发现个例研究[M].北京：科学出版社，1987.P81.）。对于二难推理，我们认为，这里存在一个共性与个性的关系。逻辑程序是共性的，在逻辑程序基础之上发挥个性，亦即创造性。以干部选拔为例，笔试、面试、公示等是逻辑程序，能基本保证选拔干部的公平性；但仅此还不够，在程序运行的过程中要为“伯乐相马”提供空间，面试就是伯乐发现千里马的关键环节，此环节应该说没有规律可循，表现出心理学特征。发现科学前沿问题也是一个道理，要寻找发现的规律，总结出一套基本的程序，但不能程序化，中间要有创造性发挥的空间。简单地说，创造过程是分层次的，并非自始至终全是创造，逻辑程序是对共性的描述，创造是在共性基础上个性的发挥。那么，我们要研究的就是共性部分的逻辑程序，个性部分属心理学研究的范畴。
作为科学发现的一个阶段，目前尚无人专门对发现科学前沿问题的逻辑进行研究。那么，眼下最省力的办法是先考察一般性的科学发现逻辑研究的已有成就，进而研究发现科学前沿问题的逻辑。
章士嵘在《科学发现的逻辑》中提出了四种模式：亚里士多德的模式、归纳主义的模式、演绎主义的模式和假设主义的模式。作者在分析四种模式相互关系的基础上，分别指出各种模式的优点和不足，认为“科学发现的各种逻辑模式都有自己的理论难点，看来科学发现的逻辑的研究必须走辩证综合的道路，即辩证地、合理地、综合地运用各种逻辑方法来探索科学发现的逻辑这个问题（注：章士嵘.科学发现的逻辑[M].北京：人民出版社，1986.P48-79）”。可见，作者提出的四种模式尚不成熟，操作起来还有许多问题待研究。
钱时惕在《重大科学发现个例研究》中认为，科学发现的“规律性不是动力型的（如宏观机械运动），也不是统计型的（如分子运动），而是历史型的（如生物进化、社会发展）。”他提出一个思维路径方框图，把发现过程归纳为五步：信息输入、直觉思维、逻辑思维、思想检验、实践检验与科学发现点滴的形成（注：钱时惕.重大科学发现个例研究[M].北京：科学出版社，1987.P13;P17;P48;P4.）。作者是运用溯因法寻找历史型规律，由于历史具有不可逆的性质，所选择的成功案例不可能重复，那么，概括出来的规律是否具有普遍性，对科学发现是否有指导作用还有待实验加以证明。
从理论上说，发现科学前沿问题有自身的特殊性，比起一般性的科学发现，它只是从大量的观察中或从一般问题中提出前沿问题，尚不需要解决问题，应该说更简单一些，其逻辑也容易提示出来；但在科学实践中，往往是作出重大成就以后才能确定研究的是前沿问题，而在工作之初，很少有人，甚至包括研究者本人也不敢肯定所研究的问题具有前沿性。所以，看起来简单，要真正构建一个行之有效的逻辑程序是十分困难的。
当然，困难不等于没有希望。由于科学发现过程的复杂性，一般性的科学发现逻辑还不足以直接指导人们进行科学发现，但研究已经有了很大的进展，为研究发现前沿问题奠定了很好的基础。鉴于研究发现前沿问题的逻辑相对容易一些，按照先易后难，从个别到一般的原则，我们建议，应该集中力量研究发现科学前沿问题的逻辑，将科学发现中已有的研究成果运用于此，使其尽快成熟和完善，继而研究一般性的科学发现的逻辑。
【收稿日期】2003-04-02