[内容提要]探究性是科学理论发现过程的本质特征—经验主义的科学探究过程：从亚里士多德到罗吉尔·培根，再到伽利略、牛顿—理性主义的科学探究过程：从库仑定律到爱因斯坦相对论—科学探究的过程与方法的四个层次—科学理论发现的社会构建层面（科学事实的形成、科学知识的形成和认同都掺杂着社会因素）—在科学理论的建构过程中，认知因素和社会因素是连结起作用的—在一个规范的科学共同体内，认知因素和社会因素所起作用有主次之分—揭示科学发现的社会建构性的现实意义。
2006年我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》指出，要经过15年的努力，“在科学发展的主流方向上取得一批具有重大影响的创新成果”，也就是说，要在科学理论发现上取得一批具有重大影响的成果。这个任务是很艰难的。
在科学理论发现上取得一批具有重大影响的成果，现在也是西方发达国家的强项。首先，我们可以从科学论文数量来看，美国从1970年以来，每年科学论文数居世界之首，一直占全世界总数的1/3以上。下面是1997年西方发达国家的科学技术论文占世界总数的百分比，其总和占全世界80%以上。
下面是对1993～2003年国际上科学论文产出数量与质量的统计表（部分），其中西方发达国家论文收录数占总数的68%以上，中国占2.63%，位列第9名；中国国际1%顶尖论文数为944篇，占总数（81494篇）的1.16%，位列第17名。
其次，我们从诺贝尔自然科学奖获得者的数量来看——因为诺贝尔自然科学奖只授给有重大科学理论创新者——到2000年，若干西方发达国家诺贝尔自然科学奖获得者的数量占总数的80%。
科学探究的认知过程
中国有句古训，即“工欲善其事，必先利其器”，说的是方法的重要性。西方科学家除了您在中谈到的，他们在科学思想、科学知识和科学精神三方面有很高的素质以外，想必他们在科学方法上也有很高的造诣和很好的传统。今天介绍一下这个传统。
在西方的文化传统中，科学家特别是杰出科学家一直是注重对科学理论的发现的探究过程进行反思的。最早反思这个问题的是著名的古希腊哲学家和科学家亚里士多德。他是古典物理学的创始人，也是古典生物学的创始人之一。他认为，科学研究总是首先从对某些现象的观察开始的，通过观察人们获得大量有关自然现象的经验事实，这是第一步；然后对这些经验事实进行归纳推理，概括出具有一般性的科学原理即定律或理论，这是第二步； 第三步是根据这些科学理论去解释自然现象中的某些问题，这一步可以用演绎的方法去完成，即以科学理论为大前提，通过三段论推理，演绎出关于自然现象的有关陈述。亚里士多德认为，这就是创造性地认识自然现象的一个完整的程序。在亚里士多德的这个研究程序中，观察在前而理论在后，归纳在前而演绎在后，故后来被人称为“归纳—演绎”程序方法。
例如，一个科学家可以用下列方式将亚里士多德的程序应用于月蚀问题的研究。他开始对月蚀现象进行观察，发现月球表面逐渐变暗，并又由暗变为明的经验事实。不仅如此，他还对其他的光现象如太阳光和蜡烛光进行观察，获得了大量的有关光现象的事实。然后他对众多的经验事实进行归纳整理，得出如下一般原理：（1）光在同一种媒质中直线传播；（2）如果在一个光源之外有一个不透明的物体，那么光在不透明物体之后会投下阴影；（3）靠近一个光源的两个特定构型的不透明物体，其中一个绕着另一个旋转，则其中一个不透明物体会位于另一个不透明的阴影中。在作出上述科学理论的发现之后，科学家就可以将之用来解释月蚀现象了，他以上述理论为大前提，以下述命题为小前提：太阳是光源，地球和月球是不透明物体，月球绕地球转。然后用三段论推理便可以演绎出关于月球发生月蚀的陈述。于是如何认识月蚀现象、月蚀发生的原因何在的问题便得到了解决。
在西方距今两千三百多年前，就有亚里士多德的这种反思，实在是令人感到惊叹。今天，我国一些科学工作者读了亚里士多德这种观念的介绍，都倍感亲切，而且自叹不如。
13世纪，英国的哲学家和逻辑学家罗吉尔·培根对亚里士多德的科学研究程序作了进一步改进。他在科学研究程序中增加了实验的环节。他认为科学家在对自然现象作观察的同时，还应进行主动的科学实验，以便获得更多有关现象的经验事实。他认为有关一种自然现象的经验事实往往可通过主动的实验而增加，这样就会为而后归纳出科学理论奠定更坚实的基础。他还认为，在亚里士多德程序中通过归纳得出的一般原理尚需接受进一步实验的检验，在经受住实验的检验之后才用以去解释自然现象。其科学探究过程可以表示为：
上述认识过程，现在也称为经验主义的科学探究过程，原因是其核心思想主要可以归结为两条，一是非常强调“经验事实”在整个科学研究程序中的奠基作用，它认为如要认识自然现象，必须先观察自然现象，包括在实验中观察自然现象，故它认为观察实验是科学研究的起点。观察实验的目的，是为了获得经验事实，在经验事实的基础上才能归纳出理论，否则“巧妇难为无米之炊”。
二是它非常强调归纳的认识作用，认为归纳就是科学理论发现的逻辑通道，故它认为科学研究基于归纳方法。
这是一个非常完整的探究过程，或曰认识程序。
注重从整体上讲究科学研究方法是西方科学的一个特色，这值得我们借鉴。我国科学工作者往往注重局部的、具体的科学研究方法，如注重实验方法，归纳、演绎方法的作用和用法等等，而没有将它们放到整个认识程序中去认识，讲得严重一点就是忽视整体性的科学探究过程，这就在方法论上比西方矮了一节。
16、17世纪英国哲学家和逻辑学家弗兰西斯·培根是这种方法的拥护和倡导者。在人类的一些文化形态中，如宗教、政治意识形态等，引经据典、诠释经典，然后逻辑演绎出结论，这是它们的主要认知方法。在中世纪，经院哲学曾提倡这样的研究方法，但这种方法忽视科学探究及其经验基础，严重地阻碍了人们对自然界的有效认识。这种方法在文艺复兴运动中开始被纠正。后来，培根曾批评道，“人们所醉心的一切‘像煞有介事’的沉思、揣想和诠释等等实如盲人暗摸，离题甚远……正如现有的科学不能帮助我们找出新事物，现有的逻辑亦不能帮助我们找出新科学现在所使用的逻辑，与其说是帮助着追求真理，毋宁说是帮助着把建筑在流行概念上面的许多错误固定下来并巩固起来。所以它是害多于益。”在人怎样才能获得关于自然界实在现象的知识这个问题上，人们开始认识到不能单纯地靠理性的推论，因为人的理性时常曲解事物。培根强调科学认识有一条区别于宗教认知的探究过程，虽然这是一种经验主义的过程。他指出“，追求和发现真理一条道路是从感官和特殊的东西引出一些原理，经由逐步而无间断的上升，直至最后才达到最普通的原理。这是正确的方法。”
培根的提倡在历史上曾经起过很好的作用。
近代著名物理学家伽利略也是这种方法的实践者和倡导者。我们知道，自由落体运动定律是由伽利略提出的。在这之前他先提出了一条预备定理：“球在斜槽上滚动时所通过的各种空间距离的比率与其时间间隔的平方的比率相同。”将这条定理稍加推广，伽利略就得出了自由落体运动定律。那么伽利略是如何提出这条预备定理的呢？对此他在《关于两种新科学的对话》一书中对其探究过程作了如下说明：
拿一块12肘长、半肘宽、3指厚的木板，靠它的边缘刻一道约略大于一指头的小槽，把这个槽做到尽可能的直和光滑，里面垫上尽可能光滑的羊皮纸。然后拿一个硬的、光滑的、极圆的铜球，放在槽内去滚。将这块木板放在倾斜位置，使一端比另一端高一寸或二寸，再将铜球沿槽滚去，同时照下述的方法注意它降落的时间。我们把这实验多做几次，使得时间可以量得准确，准到两次观察结果相差不到一次脉搏的1/10的地步。完成了这种动作并确定了它的可靠性之后，我们现在将铜球放在槽的1/4长度内滚动，再量它的降落时间，我们会发现它恰等于上次时间的1/2。我们再用其他各种距离作同样的实验，以槽的全长距离与1/2长的、2/3长的或其他任何长度的距离相比，把实验重复一百次以后，我们总是发现：球所通过的各种空间距离的比率与其时间间隔的平方的比率相同，这在任何斜度的平面即该槽的任何斜面中都是一样准确的。我们也观察到，球在各种不同斜度降落的时间，如我们即将看到的，其比率恰恰和作者所预言并论证的比率一样。
只要仔细地分析伽利略的科学事例，我们就可以发现，伽利略为了解决落体问题， 第一步是进行相关的实验，通过实验、观察获得大量有关自然现象的经验事实、数据； 第二步是对这些经验事实、数据进行归纳推理，概括出具有一般性的科学原理即定律或理论。如伽利略用简单枚举归纳法对实验结果数据组的数据进行处理，概括出在相继的相同时间间隔内，从斜面上滚下的小球所通过的距离与时间的平方成正比的规律，而且这一规律与斜面的倾斜度无关； 第三步是检验所得结论的正确性；第四步是人们根据这些科学理论去说明自然现象，解决当初要解决的问题，或者预测新的现象，这一步可以用演绎的方法去完成，即以科学理论为大前提，通过三段论推理，演绎出关于自然现象的有关陈述。在这里我们清楚地看到一个创造性地认识自然现象的完整的科学探究的过程。
上述科学探究的过程，实际上是历史上不少科学大师，如波义耳、牛顿以及当代众多的科学家，多次表明的自己曾经亲历过的科学探究过程，并认为遵循这种过程就可以认识自然界万物的属性和运动规律。牛顿在其划时代的著作《自然哲学之数学原理》中谈到：在自然科学里，应该像在数学里一样，在研究困难的事物时，总是应当先用分析的方法，然后才用综合的方法。这种分析方法包括做实验和观察，用归纳法去从中作出普遍结论，并且不使这些结论遭到异议，除非这些异议来自实验或者其他可靠的真理方面……虽然用归纳法来从实验和观察中进行论证不能算是普遍的结论，但它是事物的本性所许可的最好的论证方法，并且随着归纳的愈为普遍，这种论证看来也愈为有力。如果在许多现象中没有出现例外，那么可以说，结论就是普遍的。但是如果以后在任何时候从实验中发现了例外，那时就可以说明有这样或那样的例外存在。
用这样的分析方法，我们就可以从复合物论证到它们的成分，从运动到产生运动的力，一般地说，从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，一直论证到最普遍的原因为止，这就是分析的方法。而综合的方法则假定原因已经找到，并且已把它们立为原理，再用这些原理去解释由它们发生的现象，并证明这些解释的正确性。
上述文字，显然是牛顿对自已科学探究实践的总结，也是对伽利略探究过程的注释。
牛顿是近代最伟大的科学家，是经典力学的创始人，他在方法论上也有如此深刻的论断，实在令人佩服。从这个意义来说，牛顿之所以有重大的理论发现，决非偶然！
西方科学史告诉我们，科学家的科学探究过程的路径是多种多样的，并非只有经验主义科学探究过程这一种。
我们知道，在电学理论中库仑定律是一条重要的定律，他是如何探究出这一条定律的？其路径与伽利略有什么不同？
人们早就发现，带电粒子之间存在着力的相互作用，如带电的物体对棉布、毛皮或纸屑有吸附能力。18世纪英国化学家普里斯特利猜测性地指出，这个力应类似于两个质量之间的万有引力，即与距离的平方成反比，与它们的电荷量成正比。法国物理学家库仑认同普里斯特利的这一猜想，他于1784年利用自己首创的扭秤，用实验证明了两个带电质点之间的静电力与它们之间的距离的平方成反比。通过与万有引力的对比，库仑又认为两个带电质点之间的静电力与它们的电荷量的乘积成正比，后来他间接地证明了这个假定的正确性。这两个命题的含义就是关于电磁学的第一个定律，后人称之为库仑定律。该定律表明，两个带电质点之间的静电力与它们的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
只要我们仔细地分析上述这个案例就可以发现，普里斯特利和库仑的探究路径与伽利略有很大的不同。他们在解决某些科学问题时，第一步往往不是进行有关的实验，而是先大胆猜想，构建一个假设，试图来解决这个问题。如普里斯特利首先是提出猜想：电力应类似于万有引力，即与距离的平方成反比，与它们的电荷量成正比；而库仑则是认同了普里斯特利的猜想。第二步才是库仑设计实验来检验普里斯特利的猜想，一旦假设被实验确证，则假设便成为科学理论。 第三步是用这种科学理论来解释其他类同的自然现象。