整体科学的研究方法
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摘要：自然科学可以分还原性科学和整体性科学。定性方法、历史方法、概念方法和目的论启发法等非常适用于整体科学研究，观察、比较和分类方法在整体科学研究中占有重要地位，笔者阐述了这些方法的特征、形成原因、重要作用以及适用范围。
关键词：整体科学；定性研究法；目的启发法；概念创新法
中图分类号：N03
文献标识码：A
文章编号：1671-1165（2013）01-0084-06
自然科学可以分还原性科学和整体性科学。随着科学发展，人们发现许多现象不能进行还原和分析研究，需要从整体维度上把握。或者对于同一个研究对象，既需要还原性研究，同时又需要从整体上研究，二者缺一不可。从整体上进行研究的学科领域可以称之整体科学。整体科学是以独特的整体作研究对象，这种研究对象往往具有不可还原的系统性和复杂性，或者把整体还原部分将会丢失整体的某些属性，从而使得还原研究有时候价值不大。博物学、生物学、中医、天文学、气象学这样一些学科在很多方面需要从整体上进行研究，从而很大程度上属于整体科学。
传统上，科学哲学将物理学作科学的基本范式，坚持认可以证实或者证伪的理论才算科学。基本思路是强调还原、分析，将研究对象简化、纯化、理想化、数学化，注重规律的可重复性和实验的科学方法，这种传统就是还原性科学。还原性科学主要是指以分析和还原思路的研究，包括物理、化学以及分子生物学等学科。物理、化学、分子生物学主要研究事物要素与要素或者要素与整体之间的关系，属于还原性科学；博物学、进化论和中医等学科主要研究事物整体及其关系的发展变化，属于整体科学，适用整体科学方法。整体科学研究对象具有整体性和复杂性。“生物学的现象和过程是复杂的，对于复杂系统不能形成严格的定律。生物学的对象，如物种、基因都是变化的，因而不能形成普遍的概括。”
一般来说生命系统的整体性和复杂性程度很高，贝塔朗非的《一般系统论》就是从生命现象的系统性开始研究的。由部分有机地构成整体后，会有新的东西突现出来，整体大于部分之和。
古代科学倾向于整体科学，因古代还没有对事物的基本组成部分进行分析研究，还没有还原、分析的科学手段。到了近代，实验等实证方法则成经典物理科学的主要方法，机械力学的研究一般采用简化、纯化和理想化的方法，物质结构被还原到分子和原子层次，这时才有条件研究世界的细微结构。到了20世纪，还原方法的局限性逐渐显现，有些整体性现象的研究很难适用还原、分析性的实验方法，或者整体现象难于用分析思维进行解释，于是系统论应运而生。整体科学提供了与还原思路完全不同的研究视角，补充和矫正了分析和还原研究的不足和片面性。因此从科学史上看，科学发展遵循“整体科学（古代）――还原性科学（近代）――还原性科学+整体科学（现代）”的路线演进，符合辩证法的正反合循环。
复杂的整体事物从结构和理论上都不能还原部分，还原性科学无法解释整体科学所描述的复杂现象。整体性和复杂性使得整体科学跟物理和化学的研究方法根本不同，如进化论需要用整体科学方法进行研究，主要方法有定性方法、历史叙述方法、概念方法、目的启发方法等，观察、比较和分类方法在整体科学研究中比在还原科学中占有更重要地位。
一、观察、比较与分类方法在整体科学研究中的地位
在整体科学中，观察、比较与分类方法是常用的方法，所起的作用很大。“包括中医在内的中国古代的大量博物学著作，大量采取了‘类比取象’的认知方式。类比方法的本质是，在不同事物中发现、建构出相似的成分，以同代异。……在描述类科学（包括博物学）中，默会知识、个人知识是存在的。”
实验方法在很多科学问题研究中并不适用或根本无法施展，如在进化生物学中观察方法已上升到科学方法的重要地位。观察不需要改变整体观察对象，而实验要改变研究的整体对象，改变对象达到实验目的的条件。实验的重要特点往往是纯化、强化研究对象，采用分析的方法，实验方法往往造成整体研究对象状况的改变，而生物体或者生态系统等是系统整体，常常不容拆解，因此实验方法往往达不到所需要的研究效果，某些情况下不适用于整体科学研究。而观察和比较是在保留整体研究对象原貌的情况下进行的，而不是在孤立情况下进行的，比较适于复杂对象的研究。
观察是在自然现象自发发生的情况下进行的。对于天文现象，人不可能改变它，只能用可观察信息进行推断，并提出假说进行辩护。观察和实验都是事物自然性质的呈现，在生物学中由观察所产生的知识比实验要多。很多生物学家就是博物学家，观察是获得经验材料的主要手段。
实验方法要控制、改变研究对象，人设定研究条件，而整体科学对象在大多数情况下是不可以控制、人改变的，人们只能在自然发生的情况下进行研究，如天文、生物、行科学等的大多数研究对象，只能用观察、比较和分类的方法，或者将它们结合在一起综合运用。
整体科学中也有规律，不过整体科学规律的陈述往往不是全称的，不具有普遍意义，而观察、比较和分类法是获得整体科学规律的主要方法。如果不拆解整体，只有采用保持原型的观察和比较方法，这两种方法实际上是不可以分开的，往往同时进行。比较法包含着类比逻辑，经过相同和差异的比较，往往可以得出概括性结论，也可以使用类比方法进行推理，对事物进行归类并使之条理化。
在整体科学研究中，一方面有整体性研究，如进化论和中医研究，依赖观察和比较进行研究，对系统整体的描述和解释不可能还原成物理、化学科学的定律；另一方面，实验方法有时也还是要使用的，不过其地位不及在物理化学中重要。还原式的分析研究在分子生物学中取得了成功，可以有效研究基因组的结构及其表达等。物理主义者往往重视分析、还原和归纳，他们认实验才是唯一的科学方法。整体研究方法跟还原分析的研究策略十分的不同。对前者，观察、比较和定性叙述是主要方法；对后者，实验和数学是主要方法。只有将两种研究思路互补利用，才有利于获得更全面的科学认识。
二、定性研究方法
整体科学的特点在于按照整体进行研究，整体作研究对象都是独特的、唯一的，没有两个完全相同的整体事物。仅仅运用数量方法并不能反映整体事物的独特性，定性研究只能在一定程度上被采用。在对整体事物的特征和变化进行描述时，对性质的表述具有重要作用。数学计算的重要性在生物学中大大削弱，定性的说明对生物过程和性质、状态更重要，进化生物学中大多数现象都是通过定性的推理来解释。达尔文的进化研究是一种定性研究，并在此基础上建立概念结构。博物学是定性的，分类学与解剖学也如此。
定性与定量方法在具体运用中各有优势，二者是互补的。达尔文的《物种起源》主要是定性研究，仍然能成改变人们世界观的名著。经济学既有定量研究又有定性研究（如《资本论》）。经过很多数学家和经济学家的运算，美国的经济体系2008年仍然发生了累及全球的金融风暴。数量经济学家不能通过繁杂的定量计算来预测和规避这场危机，在危机发生后倒是有很多人对马克思的定性经济学著作《资本论》很感兴趣。不是数学家的计算不精确，而是整体经济运行过程的随机性因素太多，如果像数学方法那样模型化，将复杂事物进行简化、纯化和理想化处理，那么繁杂的定量计算结论与现实之间总是会有偏差的，因此在不否认数学方法作用的同时，也不能夸大定量计算的作用。
数量模型方法也是生物学研究的重要方法，数量遗传学可以解释不少现象，但是把基因当成计算的基本单位，显然是做了过于简化的处理，并导致部分生物学家对它的诟病。迈尔认基因型具有整体性，基因不是理想的那种成数量计算的单位，基因型之间还有很多关联，数量遗传学不过是“豆袋”遗传学。有人认：“科学研究中如果仅仅运用日常定性的自然语言，就不可能描述现象的内在联系。数学语言把抽象能力和精确性带给了科学。”这种说法对物理学是正确的，对整体科学就不一定对。
物理学的特征是将运动、力和质量数量化。数学方法是还原性科学的重要方法，促进了近代科学的产生和发展，数学使得模糊不清的东西变得清晰和精确起来。对比之下，进化论与此不同，它更适用于性质描述。生物个体的特征和差异、系统结构、信息传递、生态系统演变等都是需要定性研究的。人们如果把这些性质、特征转换成定量描述，就会失去生物现象的真正意义。如果尝试将适于定性研究的生物学现象转换成数学语言，定会困难重重，不如定性表达简洁、顺畅、切合实际。习惯于定量研究的科学家认仅仅通过定性表达的知识是非科学的，只能起到模糊描述和分类的作用。其实这是对定性研究方法的偏见。当然并不否认定量研究在生物学的很多领域中是重要的，这种重要性并不能排斥其他场合的定性研究。
三、历史方法
物理学是较早的带头学科，科学哲学早期是在物理学特别是力学的基础之上发展起来的。严格因果决定论是机械论的理念，预测和解释被看成是对称的。在机械论流行的时候，时间与历史的维度往往被忽视。而生命起源、太阳系起源、宇宙起源的各种学说都具有独特的历史性质，独特性和连续性是进化历史的突出特征。现代的进化生物学、生态学以及天文学离不开时间和历史的研究。定性方法和历史方法离不开对性质和历史的叙述，因此进行叙述性表达非常重要。
按柏拉图的本质论思维很难理解过程的独特性和连续性，从而忽视历史性叙述的重要性，并企图按定律将之公式化。达尔文的《物种起源》就是采用历史叙述的方法完成的，而不是进行定量研究。物理科学和力学定律对科学和哲学思想的影响深远，然而并不是一切科学都像物理学那样以数学基础，在许多人看来进化论的科学依据并不充分。胚胎学、古生物学也是历史性科学，生物性状是由历史形成的遗传程序所控制，遗传程序的演变也是个历史性过程。
在整体科学中，不是由全称的定律陈述来解释现象，而是通过历史性叙述作出解释。历史性解释是整体科学的基本表述方式。当研究生命历史中的独特事件时，就需要叙述性解释。叙述性解释与物理学中的定律不同，进化过程中的某一事件需要作叙述性解释时，这一事件就不是某一类中的一个例子，而是独一无二的，它只发生一次，并按不同方式重复出现。历史性叙述之所以具有解释意义，是因较早的事件往往是其后事件的原因，历史性叙述的目的之一就是后续事件寻找原因。
四、概念创新方法
整体科学的发展更多地借助于概念创新。整体科学的研究对象具有特异性和多样性，整体科学具有历史性、独特性和复杂性，它的定律没有理化科学那样重要，然而定性叙述与概念创新却能起到很好的概括作用。
系统整体层次的概念和理论很难还原到物理、化学层次的概念和理论，例如自然选择、性选择、竞争等概念不能还原到分子层次，因此整体科学很难在物理、化学层次上得到准确有效的描述和解释，即使描述也是不完整的。一些整体层次的过程不可能只根据物理定律或化学反应来阐述。用生物学概念所表述的许多结构和过程在非生物界根本就不存在，因此同一事件在不同层次的概念结构中进行表达可能具有完全不同的意义。
整体科学只能在整体层次上进行概念的构建和创新，概念创新在整体科学的理论发展中显得特别重要。整体科学研究者可以用整体层次的概念来理论化，利用叙述方法进行表达。整体科学中主要依靠概念创新推进科学的发展。
整体科学不仅仅是搜集新事实，创新性地提出一个新概念或许比发现新事实更能把科学推向前进。在整体科学中，大多数重要进展是由引入新概念或改进现有概念而取得的，如进化生物学和中医科学都是如此。
在某种程度上，某一整体科学的突破主要在于科学概念的提出和突破，如自然选择等概念的提出使人们对生物进化机制和过程有了新的理解。有时发现进行理论表达的词汇非常贫乏，补充新概念就是丰富学科内容。然而在科学内部引进一个新概念很困难，往往受到旧范式的抵制。概念的重要创新往往导致范式的转换。当然，观察或者通过实验获得新的科学事实可以促进整体科学的发展。没有新事实的发现，科学研究就缺少鸟儿飞翔的空气。提出新概念与发现新事实是互补的，二者同等重要。
五、目的启发法
按照逻辑实证主义的传统，目的性不是一种纯粹的因果关系，目的性与逻辑实证主义的原则和经验陈述之间是矛盾的。尽管目的论符合逻辑，但很难直接用观察和实验进行证实。目的性在现实世界是确实存在的，并且追问目的是不可替代的问题研究方式。使用目的论陈述和弃之不用的效果截然不同。目的论语言的使用可以转化成一种方法论。
目的论语言与因果论在本质上是不同的，试图将目的论语言转译成纯粹因果论陈述很难成功，因在转译中不可避免地要损失目的论语言的一部分关键信息。在整体科学中的目的论陈述是一种必不可少的科学语言，目的论陈述具有鲜明的指向特征。生物学中目的论陈述很常见，如海龟上岸以便排卵，如果换成非目的论的陈述就是：海龟上岸并排卵，这时就有关键信息遗失了。
追问目的的方法富有启发意义，目的启示法是整体科学研究的重要方法。目的性不是形而上学的，而是当代科学的重要内容。适应与自然选择是生物获得目的性的原因，它将结构与功能、目的与现象连接起来。例如，当讲到生物适应环境可以提高生存的几率，“适应”就是一种目的性概念，具有启发作用。适应主义者认生物的每一种结构必有其存在的理由，探索这种理由就成他们的任务，这正是在利用目的启示法。进化论是从目前的生物结构与功能的相互演变关系来进行解释，以现在的现象和理论解释以前的事件，所以必须采用目的性原因追问的方法。不用这种方法就难以研究这种重要的因果联系。“达尔文进化论需要提出什么的问题：通常只有由自然选择选中的生物性状才能进化演变。这性状或行程序必须在生物的生存或繁殖成功上发挥作用。要承认这一前提就必须问某个性状什么存在，也就是说它在特定生物的生命活动中起什么作用，只有这样，才能完成动因分析。”
在探索生命奥秘中，目的论研究是十分必要的。例如，研究花朵颜色就要问虫媒花什么长得如此鲜艳，风媒花什么没有美感。了保持人的血压平衡，生理上应该有什么样的机制和化学反应？如果不了解它，我们对花的生长机制就不可能真正理解。“以理性超越、驾驭感性，被视理所当然。但博物学提醒人们要重视感性，通常感性并不比理性差。”
在研究生物学的时候要把它当成一个充满目的性的过程。在科学史上，一个目的论问题促使哈维发现了血液循环，那就是什么血管中长有瓣膜？生物长有某种器官结构和功能的目的是什么？了达到某种功能，生物应该匹配什么样的结构？可以根据这种启发法去指导人们的研究工作。生理学主要研究“是什么”和“怎么样”的问题，而进化生物学主要研究“什么”的问题，例如，什么鱼用腮进行呼吸，而青蛙什么用肺呼吸？什么有些动物是恒温的？什么有些动物要进行冬眠？这些问题都蕴含着目的性，进化生物学家在研究生物结构和生理反应时都必须随时追问目的。
目的论语言包含了非目的论语言不可替代的内容。如果否认目的论，那么在某些场合下就没有办法研究生物学，甚至有些东西非用目的论语言表达不可。科学发展不可能消除目的论语言。在特定场合下使用目的论语言是必要的，它与人的思维顺序是一致的。目的论的表达方式符合逻辑性，是一种科学语言而不是形而上学语句。