自然科学的体系结构

自然科学是由各门具体科学组成的有机整体。各门具体科学既是相对独立的，又是相互联系、相互作用的，从而形成了一定的体系结构。自然科学的体系结构，属于科学分类学的一个重要内容。

（一）自然科学体系结构的形成

科学是由一系列具体学科组成的知识系统，它包括自然科学、社会科学、思维科学等。科学作为人类的知识系统，它的结构是不断发生变化的，在科学发展的不同时期，科学体系结构的表现形式也不相同。自然科学体系结构的形成，经历了一个漫长的历史过程。在古代，人们还未能做到对自然界进行分门别类的研究，科学还没有从哲学中分离出来，各类认识都和当时的哲学混合在一起，是以自然哲学的形态出现的，停留在笼统直观的阶段，因而也就谈不上真正意义上的科学分类问题。

进入近代，尤其是16世纪中叶以来，资本主义生产方式在封建社会内部发展起来。为了发展生产，需要探索具体的自然规律，于是人们开始把自然界分解为各个部分、各个领域，进行深入地研究，各种不同的学科逐渐独立出来。但在近代中期以前，自然科学中也只有力学、天文学和数学达到较高的水平，其他学科尚处在襁褓之中，人们还不能认识到各门学科之间的有机联系，再加上受形而上学思维的束缚，不可能建立完整的自然科学体系结构。例如，英国的弗·培根以及法国的百科全书派学者们主张从人类理性出发，即根据人类理性的三种能力（记忆、判断、想像）把科学分为三类：记忆性的科学、想像性的科学和判断性的科学。自然的哲学（即自然科学）则包括在判断性科学之中。

18世纪以来，西方资产阶级革命的胜利推动了生产的发展，也促进了科学的进一步分化和综合，这一时期出现了圣西门、黑格尔等人的分类体系。圣西门根据自然现象由简单到复杂的发展过程，把“所见到的一切现象”分为：天文现象、物理现象、化学现象和生理现象，与此相应的是研究这些现象的天文学、物理学、化学和生理学。黑格尔则依据绝对精神的异化发展把科学分为逻辑学、自然哲学和精神哲学。

恩格斯批判地吸收了圣西门和黑格尔的合理思想，概括和总结了19世纪自然科学的伟大成果，对自然科学进行了新的分类。恩格斯坚持唯物论和辩证法的立场，提出了对自然科学进行分类的科学原则。

第一，客观性原则，即根据自然界客观存在着的对象进行分类。恩格斯根据当时自然科学的发展水平，把整个自然界物质运动的基本形式划分为四大类，即机械运动、物理运动、化学运动和生命运动。相应的整个自然科学可以划分为力学、物理学、化学和生物学四大类。

第二，发展性原则，即自然界中物质的各种运动形式不是彼此孤立的，而是相互联系的、由低级向高级发展的。因此，整个自然科学也应该据此来进行分类。恩格斯认为近代自然科学发展的进程为：力学→物理学→生物学。

恩格斯的自然科学分类系统，体现了逻辑与历史的统一，反映了近代自然科学从静态结构到动态发展的状况，是这一时期关于自然科学的最先进的分类体系，直到今天，对于我们正确把握自然科学的体系结构仍然具有指导意义。

总之，到了近代，科学从哲学中分离出来，并形成了两大体系，一是以天文学、物理学、数学、生物学、化学等为代表所形成的理论科学体系；二是为了解决生产技术中的实际问题而形成的应用科学体系。在19世纪中叶以前，两大科学体系之间虽已建立了一定的联系，但彼此间的依赖程度并不十分密切。20世纪，科学实践的范围从深度和广度上迅速发展，这不仅丰富了科学的组成要素，而且也促进了各具体科学之间的联系，使现代科学形成了一个门类齐全、结构紧密、层次分明的大系统。

（二）现代自然科学的基本结构

1．自然科学的宏观结构 按照系统论的观点，自然科学的体系结构指的是自然科学系统中各个组成要素之间的有机结合方式。宏观结构是指构成自然科学整体的各个门类、各种学科之间的有机结合方式。自然科学的宏观结构是多层次、多分支的。

从纵向上看，自然科学的体系结构可以分为三大门类，即：基础科学、技术科学和应用科学（工程科学）。它们各自在自然科学结构中占据特殊的地位，发挥着特殊的作用。

基础科学是科学体系结构中的基石，是研究自然界的各种物质形态及其运动形式的科学，它是以概念、定理、公理等形式组成的理论知识体系，其目的在于探索自然界各种物质运动形式的规律性，它的研究成果是整个科学技术的理论基础。基础科学的下一个层次是学科结构，基础科学包括力学、物理学、化学、生物学、地学、天文学等学科，在这些基础学科中，每一门又可划分为若干分支学科。

技术科学主要是研究通用性的一般技术理论的科学，它是基础科学和工程科学之间的中介和桥梁，也就是如何把基础科学的理论转化为生产技术，以提高人们改造自然的能力。因此，技术科学在科学体系结构中，具有特定的地位。技术科学包括计算机科学、自动化科学、电子科学、材料科学、能源科学、环境科学等。这些学科下面也包含许多分支学科。

应用科学又叫工程科学，它是研究把基础科学和技术科学应用到特定生产过程的原理和方法的科学，目的在于直接改造自然，它的主要任务是研究产品或工程的设计、施工、研制过程中的技术问题，它是最接近生产实践的科学门类。应用科学包括通讯技术、医药技术、交通技术、农业技术、采掘技术等专业技术学科。

自然科学的门类结构是相互联系的，从自然科学的发展进程来看，基础科学经过技术科学到应用科学，才能应用于生产，但是生产技术反过来又向自然科学提出迫切需要，推动应用科学、基础科学的发展。所以，忽视任何一个门类的研究都会产生不利的后果。基础科学作为现代科学结构的基石，必须给予充分的重视。但也应该看到，技术科学和工程科学是科学转化为直接生产力的桥梁，因此，只有协调好三者之间的关系，才能不断推动自然科学的发展。

从横向上看，自然科学的体系结构是一个由边缘学科、横断学科、综合学科组成的交叉系统。边缘学科是指由两门或两门以上的学科相互渗透、相互影响所产生的新兴学科，如量子化学、量子生物学、物理化学、化学物理、天体物理等。横断学科是指从不同的角度、不同的侧面研究事物、现象和过程所共有的规定性及其规律的科学，如控制论、信息论、系统论等。综合学科是指把多门学科的知识、理论和方法综合起来对某一领域进行系统研究的科学，如能源科学、空间科学、环境科学等。由此可见，自然科学的学科结构也是相互联系的，而且各学科的交叉点或边缘区常常是新兴学科的生长点。因此，认真研究学科结构的分化及综合关系，有助于预见边缘学科、横断学科和综合学科的出现。

2．自然科学的微观结构 自然科学的微观结构是指一门具体学科所包含的要素之间的有机结合方式。一般来说，一门科学的理论体系是由概念、定律、逻辑形式等构筑起来的。

科学概念反映客观事物的规律和本质，是构成科学理论的细胞。科学概念的形成和发展反映出人类对事物认识程度的不断深入。

科学定律是从科学概念到科学理论的中介。科学概念首先联结成定律，再通过定律的逻辑关系，形成科学理论的结构。科学定律可分为具体定律和抽象定律两类。前者是依靠仪器设备对客体进行观察并归纳所得资料的结果，如落体定律、电磁感应定律等；后者是运用抽象概念进行判断、推理的结果，如万有引力定律、狭义相对论等。

科学理论中的逻辑形式指的是概念与概念之间、定律与定律之间都是通过演绎相联系的。从表面上看，科学理论是由一系列形式、符号构成的一种逻辑结构，但是这一逻辑结构具有特定的内涵，是特定内容的经验概括，是现实世界特定关系的深刻反映。

科学概念、定律、逻辑形式等基本要素的相互联系，相互制约，形成了自然科学的理论结构。这一结构作为把握客观事物本质联系的结果，是指导我们进行科学实践并开辟新的认识途径的理论框架。认真研究自然科学的微观结构，有助于了解自然科学的本质和特点，寻找其发展的模式和规律。

（三）研究现代自然科学体系结构的意义

自然科学的体系结构，是从整体上考察自然科学的各部分、各学科之间的相互关系。认真研究现代自然科学体系结构，对于加速科学和社会生产的发展，具有极为重要的作用。

1．人们只有认真研究和正确认识现代自然科学的体系结构，才能按照科学发展的规律，从整体上把握自然科学各部分、各学科间的相互关系，从而制定正确的科技政策，使科学的各部门取得协调的发展。实践表明，任何时候我们都不能采取只注重一些部门和科学，而偏废另一些部门和学科。否则，就违背了科学发展的规律，最终阻碍科学的进步。

2．人们只有认真研究和正确认识自然科学的体系结构，才能综合应用各门科学的社会职能，促进科学向直接生产力的转化，不断提高社会生产力水平。从基础理论过渡到生产中实际应用，需要经过技术科学与工程技术学的研究阶段。这就需要恰当地组织力量，有步骤地加速这一过程的实现。在这里，要特别注意这一过程中各个阶段的特点。基础科学研究具有很强的探索性，因而也具有反复性和长期性，必须从长远需要出发提早安排，应当努力做到使基础研究走在生产前面。而技术科学和工程技术学则具有实用性，它们对国民经济的发展有直接的巨大的影响，必须有计划地发展。在现代科学中，任何应用研究都不是单一学科所能完成的，人们必须根据应用的直接目的及要求，运用基础科学研究的成果，采取多学科协同配合的方法，组织多方面力量予以实施，才能取得成效。

3．人们只有认真研究和正确认识现代自然科学的体系结构及其形成的历史过程，才能揭示出科学的发展规律。我们必须深刻认识自然科学体系结构形成所起的重要作用，自觉地以马克思主义哲学为指导，不断总结物质生产和科学发展的新情况、新特点、新趋势，深刻揭示各学科间的内在联系，推进自然科学体系结构的发展，使它不断趋于完善。