科學發現與知識成長：我們能從科學哲學當中學到什麼？（上）

科學發現與知識成長：我們能從科學哲學當中學到什

麼？（上）

分類：

科學哲學

2008/09/10 22:03

應用心理研究 ，第15 期，2002 秋，頁 105-127。

科學發現與知識成長：

我們能從科學哲學當中學到什麼？（上）

（1）

詹志禹

國立政治大學教育系 本文的主要目的在順著科學哲學發展的歷史脈落，以各派科學哲學的觀點分析 「科學發現」與「知識成長」的歷程。經過重新檢視歸納法、邏輯實證論、波普的觀點、 孔恩的貢獻、費若本的啟示、圖爾明的模式、以及夏皮爾的論述之後，我們可以得到 下列結論：1.歸納法在本質上是一種「假設-驗證」的問題解決歷程；2.不要期待透 過簡單、機械性、神秘的、意外的歷程，就能有重要的「科學發現」；3.「科學發現」必 須以「科學創造」為前提，沒有創造就沒有發現；4.「科學發現」雖無邏輯可循，卻有 理由可循，是一個理性的歷程；5.典範會幫助創造，也會抑制創造，必須了解典範、 尋找異例、偵知錯誤、容忍危機、挑戰典範，才能創造新典範；6.創造思考與批判思 考之間、擴散思考與聚斂思考之間、或變異與選擇之間的循環回饋歷程，是知識成長 的基本歷程。每一條結論都對學習、教學或學術研究有一些含意。（2） 關鍵詞：科學發現、知識成長、科學哲學、創造思考、批判思考、歸納法、實證論、否證 論、典範、演化論、自我組織 談到創造，一般人容易想到藝術創作和科技產品的發明，可是不容易想到「科學發現」， 因為，「科學發現」一詞暗含天真實在論（naïve realism），也就是不知不覺地假定：科學原理、 原則都是外在的，躺在某處（out there） 等待被發現；換句話說，科學家在「科學發現」中的 認識歷程似乎是一個被動、接收的歷程，需要客觀、敏銳的觀察力，但並不需要創造力。事實真 的如此嗎？科學 知識的成長歷程只是客觀「科學發現」的累積歷程嗎？或是有其它的機制？科 學哲學家對科學思考、科學方法、科學事業或科學活動的分析，可以提供我們對這些問 題較深 入的看法。

歸納與創造：傳統歸納論

從 傳統的哲學觀點來看，科學思考的方法大致不脫「演繹」與「歸納」兩大類。演繹法以 亞里士多德的三段論法為代表，仰賴形式邏輯的規則，從「給定」的大前題與 小前題推導出結 論；由於前題是「給定的」，而且由於推論歷程是「從一般到特殊」，具「聚斂」的特性，故不被 認為是一種創造思考的歷程。相反地，歸納法的推 論歷程是「從特殊到一般」，其結論的範圍 得以超越前題，具有「擴散」的特性，故常被認為是一種「科學發現」的思考歷程，或「科學創 造」的思考歷程。然而， 真的是如此嗎？這裡面需要一個更仔細的考察。 所謂歸納法就是：從單稱命題推論出全稱命題；最簡單的方式就是「列舉法」，先列舉出 若干例子（例如「我所觀察到的十隻天鵝都是白色的」)，再據以推導出普遍規則（例如「所有 天鵝都是白色的」）。由於此法據有擴展知識的功能，所以遠在希臘時代，亞里士多德就非常 重視歸納法﹔不過直到近代，培根才對歸納法進行系統化的研究，奠立所謂「現代科學方法」 的基礎。 培根提出所謂的「三表法」，其思考歷程，茲舉例說明於表1 中（參張巨青﹐吳寅華, 1994, 頁 38-39）。本文對表一的興趣不在於其內容，而在於所謂「歸納法」的性質。從檢視表 一我們可以發現，培根所謂的「歸納法」包括下列四大步驟： 1． 提出問題。 2． 系統性地蒐集資料﹔包括現象的相似性﹑相異性及共變關係。 表1 以例子說明培根的「三表法」 ____________________________________________________________________ 問題：「熱」是什麼？ 資料： 1 ． 具有表 (1) 太陽光具有熱 (2) 火焰具有熱 (3) 摩擦生熱 (4) ... 2 ． 差異表 (1) 月光和陽光一樣來自天上卻沒有熱 (2) 磷火和火焰相似卻沒有熱 (3)... 3 ． 程度表 (1) 越靠近火焰時愈熱 (2) 摩擦愈快時愈熱 (3) ...

推論： 1． 熱只是天上的現象嗎？不是的，月光不熱。 2． 熱只是地上的現象嗎？不是的，太陽光有熱。 3． 熱是來自物體內部某一種熱的元素嗎?不是的，摩擦也能生熱。 4． ...。 結論：熱是一種物體內部的分子運動。 ____________________________________________________________________ 資料來源：修改自張巨青、吳寅華（1994），頁 38-39。 　　 3． 推論：提出各種假設，將假設轉化成問題的形式，再根據所蒐集到的資料尋找反 例，逐步刪除不符資料的假設。 4． 結論：保留最具普遍性而未被刪除的假設。 很 明顯的，培根所謂的歸納法，其實是「假設－驗證」的方法，必須先由思考者主動建構 或創造一個假設，再比對假設與現象資料之間的一致性，在此情況之下，我們 可以問：「這些 假設從那裏來？」通常思考者必須根據背景知識（包括理論、模式、前人的經驗或自己的專業直 覺等），才可能建構一個有希望的假設，如果思考者 毫無知識基礎，憑著空白的心靈，望著 蒐集到的豐富資料，希望「資料會說話」，希望能自然「歸納」出一些規律或法則，這是不可能 的。歸納思考在本質上是一種 「假設-驗證」的推理歷程，是一個不折不扣的演繹推理歷程，它 的推理能量與效力來自於有基礎、有創意的假設與嚴密的演繹邏輯，所以，許多人稱近代自然 科學為「培根科學」，其實是一個錯誤的印象與歸因，因為，更確切的說，近代科學革命的發 生是與柏拉圖的理性主義融合在一起的（參 Shapere, 1984, p.63）。 米爾(J. S. Mill)將培根的「三表法」加以發展，形成所謂的「推求因果聯繫五法」，茲將其 推理型態舉例說明於表2 中 (詹志禹, 1993)。從表二可知，米爾的「五法」基本上是：先假定 一組複雜的因果關係(但並不考慮因子之間的交互作用)，再利用共變的線索或某些已知的關係 來排除當中的干擾因子以肯定剩下的特定因果關係。此種推理方法的核心仍然是「假設－驗證」 的思考歷程，因此，我們仍然可以問：「這些假設從那裏來？」若缺乏良好的背景知識，推理 者能提出有創意而且成功機率頗高的假設嗎？ 米爾對他的「五法」深具信心，認為一般人學會了這套方法，就可以用它們來「發現」因果 關係，就像有了顯微鏡就可以用它們來「發現」細菌一樣。 在此意義之下，科學的「發現」並不是「能力」的問題，而是「工具」的問題，任何人只要有 適當的工具或方法，從事於科學「發現」並不困難。更深切地說，科學「發現」並無藝術的成份， 也不需要天才，因為只要套入一個機械性的歷程，任何人(或甚至一台機器)都可以成為科學家。 表二﹑米爾的「推求因果聯繫五法」 ___________________________________________________________________ 說明：不同的英文大寫字母代表各種「因」，小寫字母代表各種「果」，「→」符號代表「導致」。

一致法 ABC→xyz ADE → xtu 因此，A →x 差異法 ABC→xyz BC → yz 因此，A →x 且 聯合法 ABC→xyz │ ABC→xyz ADE → xtu │ BC → yz 因此， A → x 殘餘法 ABC→xyz 已知 B → y 已知 C → z 因此 A →x 或 共變法 ABC→xyz | ABC→xyz A 增加→x 增加 | A 減少→x 增加 A 減少→ x 減少 | ___A 增加→ x 減少 　　　　　　　因此， A→x ____________________________________________________________________ 但正如以上分析所指出的，歸納法在本質上是一個「假設－驗證」的歷程，缺乏知識基礎 與創造力者，無法提出假設，因此，「科學發現」並非如米爾所想像的那麼簡單﹑那麼程序化 ﹑那麼機械化，連邏輯實證論(logical positivism)的代表人物卡納普(R. Carnap)都不得不下出結 論說，「不可能製造出一種歸納機器……如果裝入一份觀察報告，將能夠輸出一種合適的假說 ……。」(轉引自張巨青、吳寅華， 1994，頁 41)。

非理性與創造：邏輯實證論

本世紀之初，邏輯實證論承襲了古典歸納主義的想法，但只保留了歸納法的「驗證」或 「辯護」(justification)功能，卻放棄了歸納法的「發現」功能。萊亨巴哈(Reichenbach, 1938)嚴格區 分所謂「發現之脈絡」(context of discovery)與「辯護之脈絡」(context of justification)，認為前者 涉及科學理論之生產或發現歷程，是一個未知的心理歷程，是心理學應該研究的事，卻不是知 識論(或科學哲學)應該研究的事；知識論只應該關心「辯護之脈絡」，只能研究「如何從理論推

導假設」﹑「如何驗證假設」﹑「如何辯護理論」等等問題，不必問「科學理論的來源」。萊亨巴哈 此一主張受到大部份邏輯實證論者的讚同與遵守。 邏輯實證論者將「發現之脈絡」束之高閣，存而不論之後，「科學發現」的歷程逐漸蒙上一 層神祕的色彩。社會上(甚至學界)在解釋一個科學家如何「發現」一個科學理論或科學知識時， 經常歸因於科學家靈光一閃的意念﹑神秘的直覺﹑夢境的啟示﹑幸運的意外或非理性的因素。 在這種神秘主義的籠罩之下，我們對於提出偉大發現的科學家，只能驚歎他(她)的天才，羡慕 他(她)的運氣，或困惑於他(她)的直覺，卻無法學習他(她)的「發現歷程」，因為「科學發現」無 脈絡可循﹑無邏輯可循。此一看法剛好墮入與米爾對立的另一個極端，從機械性觀點轉入神秘 主義。 邏 輯實證論者不談科學理論的來源，只談科學理論的驗証，而在談驗證歷程時，也很少 談到科學創意，因為，第一﹑：當科學家從理論推導出假設時，是一個分析的﹑ 演繹的﹑邏 輯的﹑聚斂的思考歷程，並不需要創意；第二：當科學家從自然現象觀察「事實」時，是一個 立即的﹑外塑的﹑被動的﹑接受的感官知覺歷程，也不需要 創意；第三：「概率歸納法」是用 來計算科學理論被確證(confirmation)的程度，不是用來發現理論。所以，大致而言，驗證歷程 不涉及創造。 雖 然科學發現或科學創造的歷程並非是機械的，也無邏輯可循，但這是否就等於說這些 歷程是神秘的？是非理性的？換句話說，要有邏輯規則可循的歷程才算是理性的 歷程嗎？直 覺一定是非理性的嗎？這些都是值得我們再進一步深思的問題。此外，科學家在驗證理論時， 真的不涉及創造性思考嗎？當科學哲學家對驗證歷程有不同 模型時，對此問題的答案自然就 不同了。

批判與創造：波普的觀點

波普(K. Popper)關於科學驗證方法的觀點，雖然徹底放棄了歸納論(inductivism)與辯護論 (justificationism)，而形成了與邏輯實證論對立的否證論(falsificationism)，但是在關於科學發現 歷程的觀點方面，卻似乎承襲了邏輯實證論的看法。波普不但承認沒有邏輯方法可以用來創造 新觀念，而且認為「每一個發現都包含『一個非理性因素』，或『一個創造性的直覺』」(Popper, 1934, in1985, p.134)。 波普並不關心「知識的來源」這個問題，他認為知識的來源有無限多種(Popper, 1960/1985)，包括天生的﹑文化的﹑傳統的﹑直覺的﹑想像的﹑讀書來的﹑觀察來的等等，每 一個來源都不俱權威性（包括所謂「觀察結果」或「事實」也不俱權威性，因為波普認為所有的 觀察結果都必然涉及理論上的解釋），因此，所有的知識在本質上都是一種猜想(conjectures) 或一種假設，都必須受到考驗或批判，然後從嘗試錯誤﹑淘汰錯誤的歷程中得到成長，所以， 波普提出「大膽猜想，自由批判」的口號。 在此觀點之下，創造性思考與批判性思考的關係異常密切，因為批判性思考愈強的人， 愈能發現既有知識的錯誤，愈能尋求適當的方向去解決問題，也愈有動機去突破既有的嘗試範 圍而創造嶄新的猜想，波普稱這種突破嘗試範圍的創造力為「批判性的想像」(Critical imagination)(Poper, 1976, p.47)。他說：「“創造性”或“創新性”思考的要素似乎結合了對某

些問題的強烈興趣(因而願意一再嘗試)與高度的批判性思考（因而能夠挑戰前題）。」(Popper, 1976, p.48) 波普的這些想法與部份研究創造思考的心理學家似乎不符。有些心理學家(特別是提倡腦 力激盪法的學者)傾 向於假設「批判性或評價性思考會抑制創造性思考」，因而主張在進行創造 性思考時，最好避免評價或批判，而將評價或批判留待創意全部完成之後再來進行。究竟 創造 思考與批判思考之間是一個助發的關係或一個抑制的關係？波普至少是認定兩者相容，或甚至 認為批判思考能提供動機給創造思考，帶來創造性突破，但是孔恩 （Kuhn,1991）則認為兩者 之間有一個必要的緊張關係(essential tension)。兩者對於知識成長的必要性應無疑義，但是兩者 之間的關係如何糾葛，則是值得我們進一步探究的問題。