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徐家宁:浅论边缘学科
【时间:2015/12/26 】 【来源:天津师大学报 一九八八年第一期 】 【作者: 徐家宁】 【已经浏览1091 次】

    交叉科学的出现是现代科学整体化、综合化的必然结果。作为交叉科学一个重要门类的边缘学科,是交叉科学中历史最长、数量最大的学科体系。对边缘学科的历史和现状进行深入研究,不仅会有力地促进它的蓬勃发展,而且能帮助我们更全面地认识交叉科学。本文试对边缘学科的历史发展、特征、命名和分类等问题进行初步的探讨。

    边缘学科是两个或两个以上的学科相互交叉、渗透,而在学科间的边缘地带形成的学科。正象任何一门科学都有它的来龙去脉一样,边缘学科也有自己形成和发展的历史。追寻科学发展的历史足迹,我们可以发现,早在16世纪,瑞士医生帕拉塞尔苏斯(约1493一1541)就曾吸收了炼金术这一古代欧洲化学“原始形式”中的有关化学知识的合理部分,把这些化学知识应用于医学研究和医疗实践之中,开创了化学研究中的医药化学(当时称之为医疗化学)的新方向。医药化学与当时的冶金化学成为近代化学诞生之前化学研究的两个主要领域。它们在化学从炼金术中解放出来而成为一门科学的转变中起到了桥梁作用。虽然医药化学作为近代化学创立过程中的一个发展环节,还不能算一门完善的学科,但是它的出现却反映了一种模糊的学科交叉思想的雏形。它是为了进行某一种类的科学研究而引入其它领域知识,使它们结合成为有机整体的一项颇有意义的工作。

    随着近代科学的迅速发展,为了对自然界各领域进行分门别类的深入研究,17一18世纪数学、力学、化学、物理学等基础学科体系相继确立并且不断形成新的分支学科。这种科学分化为边缘学科的产生和发展奠定了坚实的科学基础。从这个时期开始,边缘学科才脱离了医药化学时期的那种早期混沌形态,作为一类相对独立的学科踏上了自己的征途。例如:17世纪法国数学家费尔玛(1601一1665)和法国哲学家、物理学家、数学家笛卡尔(1569一1650)将代数学和几何学结合起来建立了解析几何学,在代数和几何的交叉地带形成了一门完整的边缘学科。再如18世纪末德国数学家兼化学家李希特(1762一180了)将数学方法应用于化学研究,借鉴前人得失经验明确提出了当量定律,创立了化学计量学。开创了化学定量研究的新纪元。进入19世纪,边缘学科取得新进展。典型的事例是70年代荷兰化学家范霍夫(1852一1911)、瑞典化学家阿累尼乌斯(1559一1932)和德国化学家奥斯特瓦尔德(1553一1952)共同合作,应用物理学的原理和方法研究有关化学现象和化学过程,创立了当时包括化学热力学、化学动力学和电化学三个分支学科在内的物理化学。

    19世纪末,自然科学各基础学科已经成为相对成熟的学科体系。随着它们研究领域的不断深入和扩展,新的学科生长点层出不穷,分支学科纷至沓来。社会科学作为继往开来的一代很快也汇入这一潮流,展现学科林立的局面。利学在高度分化的基础上呈现高度综合的发展趋势。在这种形势下,边缘学科经过了将近三个世纪的漫长之路,终于迎来了自己生机勃发的春天。20世纪中期以来,在边缘学科大量出现的同时,又诞生了综合学科、横断学科、软科学学科和比较学科等一批新兴学科,从而形成了交叉科学群,它们的出现丰富和发展了现代科学体系,引起现代科学总体构成的重新调整和组合。从科学发展的趋势看,交叉科学的发展将最终导致不同于传统科学分类的新科学体系的产生。

    从历史的回顾中可以看出,最初的科学交叉即是以边缘学科的形成为标志的。边缘学科是当代交叉科学的先驱和主要组成部分。时至今日,边缘学科已经取得了长足的发展。组成学科成份变化多样,边缘学科结构日趋复杂。首先其组份学科的数目已由最初的两门学科增加到三门甚至四门学科。如医学一化学一地理学,植物一化学一分类学,动物一细胞一生物一物理学;其次由自然科学和社会科学内部的交叉发展为两者间的交叉。如教育一技术学,数理一社会学;第三,其组成学科的级别由同级交叉发展为混级交叉。如矿床地球化学中,地学和化学均属二级类学科,矿床学则属于四级类学科,第四,其交叉程度由全部为传统的单一学科发展为既有单一学科又有交叉学科的深度交叉。如物理有机化学是由物理化学和有机化学相互结合形成的。其中物理化学为边缘学科。

    边缘学科作为一种科学认识活动,在其发展过程中形成了鲜明的特征。我们拟从以下几个方面简单叙述。

    1.边缘学科是传统学科分化的产物。边缘学科的存在是以传统学科分化为基础的,没有科学高度分化所导致的大量分支学科的出现,边缘学科便失去了赖以产生的条件和土壤。任何一门边缘学科,无论它的形式和特质发生了多大的变化,我们都可以从传统学科中找到它的生长点和母体学科。在这一点上,它与交叉学科群中的其他学科不同。从集合论的观点看,交叉学科是学科间相互交叉渗透而产生的学科的集合,按不同的交叉形式可分为边缘学科、横断学科、综合学科等五大子集。综合学科是采用多学科的理论和方法研究某一特定的跨学科综合性问题的领域,它不是一、二门学科单独发展的产物。如生态科学、全球学、空间科学等,它们都不是以一、二门传统学科为背景形成的。横断学科是对学科间有共同特性的某一横断面进行研究的领域,它没有纵向的结构层次可以凭藉。如耗散结构理论、结构学、信息论等。以上两类学科的产生都是以对传统学科的超越为前提的。正因为如此,边缘学科与它们在具有交叉学科共性的同时,还有不同的个性特征。

    2.边缘学科是科学分化与科学综合的统一体。科学分化与科学综合是科学发展中密切相关的两种基本趋势。分化以综合为基础。只有把科学实践中获得的知识加以综合,形成一定的科学领域,进一步的科学分化才成为可能,综合以分化为条件。只有在科学分化比较充分的前提下,才有可能进行新的综合。众所周知,近代科学的分化是以古代的原始综合为基础产生的,而科学的分化又为现代科学的综合创造了条件。边缘学科对于产生它的母体学科来说是一种分化,同时它又是若干学科在新的结构层次上的一种综合。从这种意义上讲,它是科学分化与综合的统一体。例如,近年来随着生物学发展进程日益加剧,生物力学、生物化学等边缘学科脱颖而出。生物力学是由力学、医学与生物学相互渗透而产生的学科,主要研究各种生物体的力学性质和规律,建立生物体的力学模型等。一方面生物力学属于生物学的一个分支学科,它表现了生物学的分化,另一方面生物力学在引进了力学、医学的方法和概念后,其研究领域深入到了力学、医学和生物学的交界区域,形成了三个学科在这一特定研究领域上的新的综合。

    3.边缘学科对科学发展具有深化和开拓作用。考察科学分化的具体过程,可以发现,它在科学发展的两条线索上发挥着关键作用。

    首先,边缘学科能够不断深化传统学科的研究领域。一些学科随着研究层次的纵向深入,遇到各种障碍。以致于不借助其他学科的研究成果就不能向更深的层次推进,另一些学科则需要开辟新的应用领域以使自己的理论体系不断发展、完善(特别象数学、物理学这样的基础学科),边缘学科开创了入微探幽的新天地。例如,量子化学在早期发展阶段,因无法解决量子力学多体定量计算的难题,对多原子分子只能进行非常粗略的近似计算。当计算机技术迅速发展并与化学结合形成计算化学以后,量子化学的定量问题很快获得重大进展。再如,19世纪之前生物学还停留在凭肉眼观察生物活动和宏观实验的研究阶段。19世纪20年代以来,由于将化学、物理学的理论、方法引入生物学,推动着生物学研究的不断深化。首先是生物化学构成了生物学研究的基础,随之分子生物学的产生导致了生物学研究的重大突破,把人们对生命本质的研究推进到分子水平。量子生物学又将对生命本质的研究推向了更深的电子水平层次。

    其次,边缘学科不断开拓科学研究的新领域。一门学科在与其他学科交叉的边缘地带扩展导致了学科研究范围的横向延伸,填补了许多空白区。这一点在自然科学与社会科学边缘交叉研究上表现尤为明显。例如,社会历史学与自然科学相互渗透形成的历史自然学。它把自己的研究目标对准了人类文明时期所存在的各种复杂的自然综合体。它的出现将人类对自然界的演化及其规律的研究形成了古代—人类文明时期—近代和现代完整的序列,填补了人类文明时期的关键的一环。再如,对动物和人类各种社会行为的生物学基础进行系统研究的社会生物学,以海洋物质生产力和海洋经济过程中的各种经济关系为研究对象的海洋经济学等。上述学科的出现从不同角度和不同层次向我们展示了新的研究领域,丰富和发展着现代科学体系。

    4.边缘学科反映了科学发展的新水平。边缘学科是伴随着传统学科沿纵向和横向发展延伸而产生的,因而在一定程度上显示了各个研究领域的最新水平。例如,前述产生于本世纪70年代的量子生物学是分子生物学和物理、化学、数学以及电子计算机技术不断发展的产物。它以量子力学原理和手段来研究生物现象,目前量子生物学与化学相互配合对生命本质进行研究,在分子识别、突变机制、酶的作用原理和基因复制等方面已取得重大进展。量子生物学成为生物学发展的前沿。此外将量子理论引入光学形成的量子光学,由生物学、物理学、化学与电子学交叉产生的生物电子学等都是活跃于各领域前沿的重要边缘学科。随着边缘学科的大量涌现,所涉及的领域日益广泛,学科形式也趋向于复杂多样,对边缘学科的命名和分类问题研究也提到了日程。

    (一)边缘学科命名

    边缘学科的名称可分为两部分:作为基础部分的基底学科和作为借用的理论、概念、方法和手段被引入基底学科的植入学科。目前通行的边缘学科命名方式有两种。1.将植入学科名称放在前面,将基底学科名称放在最后。如:量子一化学,激光一光谱学,计量一经济学,历史一自然学等。2.将基底学科名称放在前,将植入学科名称放在后。如天体一力学,生物一力学,环境一化学,海洋一物理化学等。为了使各学科领域的研究者便于区分和研究各类边缘学科,有必要按统一规则命名边缘学科。笔者建议采用第一种命名方式。。这样2.中的边缘学科的名称可分别改为力学天文学,力学生物学,化学环境学等。有一点需说明,以第二种方式命名的学科中多数可以改为第一种方式的名称,因为两种名称实为一个学科。但也有少数情况,两种不同方式的名称代表两个不同的学科,这类“配对学科”虽多数存在合二为一的趋势,但目前为了不致造成混乱,名称不能互相调换。如海洋化学与化学海洋学、工程心理学与心理工程学、化学物理与物理化学均是两门不同的学科。

    (二)边缘学科分类

    我们探讨自然科学、社会科学和交叉科学等三大科学门类内部及其相互之间产生的边缘学科分类问题。从按学科体系分类和按边缘学科的形成方式分类两方面进行讨论。

    在讨论按学科体系进行分类时,我们将每个门类内部各学科间形成的边缘学科称为近缘边缘学科,而将横跨各科学门类之间的边缘学科称为远缘边缘学科。在近缘边缘学科中分为自然科学内部、社会科学内部和交叉科学内部三个方面。在远缘边缘学科中分为自然科学与社会科学之间、自然科学与交叉科学之间、社会科学与交叉科学之间三个方面。

    在近缘边缘学科中,由于社会发展生产力的需要,自然科学各基础学科先于社会科学获得了较快的发展,学科分化比较充分,因此边缘学科数量最大。例如在各基础科学内部产生的边缘学科有数学中的微分几何学,化学中的金属有机化合物化学,医学中免疫毒理学等。在各基础学科之间相互交叉产生的边缘学科有:高分子物理、医学化学地理学、数学物理学、核医学、生物无机化学等。在社会科学内部各基础学科间的相互渗透也在不断扩大,边缘学科相继产生。如新闻经济学、法律社会学、教育社会心理学、读者心理学等。在交叉科学内部有环境生物物理、系统生态学、环境系统工程等。

    在自然科学、社会科学和交叉科学相互交叉渗透过程中,正在出现大量的所谓远缘边缘学科。在自然科学和社会科学间形成的边缘学科,如数学语言学、科学社会学、技术经济学等。在自然科学与交叉科学间形成的边缘学科如环境化学、生物控制论等。介于社会科学与交叉科学间的边缘学科如法律系统工程、环境经济学、比较经济制度学等。

    按边缘学科形成方式分类,我们可得到以下五种类型:

    1.方法借用型。将A学科的研究方法应用到B学科的研究中去,由此形成边缘学科。数学方法在自然科学和社会科学中的广泛应用就是一个典型的例子。将数学引入化学产生了化学计量学。物理学应用数学方法产生了数学物理学。数学方法分别应用于经济学和语言学的研究,出现了计量经济学和数学语言学等。

    2.技术转移型。将A学科的新技术应用到B学科的研究中而产生的边缘学科。例如:计算机技术与物理学和化学相结合而形成的计算物理和计算化学。将电子技术和超声技术应用于医学领域而产生的超声医学。激光技术应用于光谱学形成激光光谱学等。

    以上两种将A学科引入B学科后形成的边缘学科,在其科学研究的深度和广度上都是原B学科所无法达到的。例如:由于计算机技术的引入,使物理学和化学中很多靠人力无法计
算的问题得到解决。但它们仍基本保持了B学科的理论基础和研究体系。若从衡量边缘学科内部交叉状况的角度考虑,我们可认为以上两种学科属于非均衡交叉型边缘学科。

    3.理论融合型。将A学科的理论渗透到B学科的理论体系中去而形成的边缘学科。从它的理论体系看既不同于A学科,也不是原来的B学科,它已经成为A、B两学科相互交融的有机整体。这类学科属于均衡交叉型边缘学科。例如,用量子力学的原理和方法研究化学问题产生的量子化学。它更新了一些经典化学的概念和理论。如用微观粒子的波动性否定了关于电子在某一瞬间同时有确定的位置和速度的概念,用多中心键、离域作用、非整数性思维取代了双中心键、定域作用和整数性思维等。在此基础上量子力学与化学有机结合,形成了化学的微观理论,把化学研究引向更深的层次。属于这类的学科还有量子生物学等。

    4.中心攘集型。以某一、两门学科为中心主干(基底学科),以其它若干学科为辅助部分(植入学科),多学科相互交叉而形成的边缘学科。由于它建立于传统学科的基础之上,显然与综合学科不同。例如消费者心理学是以普通心理学为中心主干,以市场学、社会学、经济学、文化人类学等学科交叉渗透而形成的。再如环境心理学是心理学、环境科学与社会学、生态学、人类学、建筑学等学科相互渗透而产生的一门多学科性边缘学科。

    德国著名物理学家普朗克(MPlanck,1858一1947)曾经指出“科学是内在的整体,它被分解为单独的部门不是取决于事物的本质,而是取决于人类认识能力的局限性。”现在,交叉科学的创立和发展,使这种认识能力上的局限性正在逐步缩小。边缘学科与交叉学科群中的其它学科一起在现代科学的宏伟框架上,从不同层次和不同角度前后交联、纵横驰骋,织出一条条横跨学科的立体经纬,形成一个个科学交叉的闪光结点。在创立与统一的物质世界相对应的新的科学体系的进程中,边缘学科的重要作用正日益明显地表现出来。

 

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