一、工程與科學(xué)之間的區(qū)別

（一）工程與科學(xué)不同的成果類型

許多科學(xué)哲學(xué)家認為，科學(xué)的最終產(chǎn)出是理論———一套命題、一套方程式、一系列主張。這也許是一個值得推敲的科學(xué)觀，但一定不適用于工程學(xué)。當(dāng)然，不是說做工程不產(chǎn)生一些命題，但通常情況下工程是一個具體設(shè)計，其最終結(jié)果是一個人工制品，是物質(zhì)的和人造的，而不是思想觀點的文字陳述。這種最終結(jié)果的差別在某種程度上對一個恰當(dāng)?shù)恼軐W(xué)分析的形成很有意義。科學(xué)家和工程師都會參與問題論證，但是他們的目標不同。在工程領(lǐng)域，論證的目標是評估可能的設(shè)計，然后制定出符合規(guī)范和限制的最有效的設(shè)計。這個最優(yōu)化過程通常涉及競爭目標之間的權(quán)衡，結(jié)果是沒有一個設(shè)計是唯一“正確”的解決辦法，而是有許多可能的解決辦法。在做出選擇時必須要考慮到個人、技術(shù)和成本三者的平衡。此外，新技術(shù)的出現(xiàn)也會使新辦法不斷涌現(xiàn)。相反，科學(xué)理論要滿足一些完全不同的標準，例如簡約性（傾向于更簡單的解決辦法），解釋的一致性（任何新理論如何本質(zhì)上提供觀察現(xiàn)象的合理解釋并印證有關(guān)過去的預(yù)測或者推理）。此外，科學(xué)的目的是為一系列相關(guān)的現(xiàn)象找到單一的、條理分明的和系統(tǒng)的理論。多種競爭性解釋被認為是不令人滿意的，如果可能，它們包含的矛盾必須通過更多數(shù)據(jù)進行解決，或者選擇最佳的可獲得的解釋或者開發(fā)一種新的對問題現(xiàn)象的更加綜合的理論。

（二）工程與科學(xué)不同的知識類型

第二個區(qū)別與知識有關(guān)。認識論者喜歡區(qū)分“知道它”和“知道如何”。“知道它”是一個命題知識———知道某物是一個案例，知道一個理論是真實的或者一個假設(shè)是正確的。相反，“知道如何”是一種能力或者技能。這兩種知識存在著很大不同。當(dāng)我們對比科學(xué)家的“知道它”和工程師“知道如何”之間的差別時，就會發(fā)現(xiàn)其中的不同，我們經(jīng)常會看到和聽到對前者實踐這些技能的無能，后者怎樣缺乏“知道它”的評論。“知道如何”不能產(chǎn)生相應(yīng)的“知道它”。“知道它”也不能產(chǎn)生相應(yīng)的“知道如何”。“知道如何”和“知道它”之間的對比顯示出科學(xué)與工程之間的對比，就如同理論和人工制品之間的對比。調(diào)查科學(xué)知識的哲學(xué)家專注于“知道它”，但是如果我們想平等對待工程，我們需要更多地關(guān)注“知道如何”。

（三）工程與科學(xué)不同的問題驅(qū)動類型

第三個對比的不同特點是科學(xué)和工程問題選擇的驅(qū)動可能存在性質(zhì)上的不同。在純科學(xué)里，驅(qū)動通常來自科學(xué)界內(nèi)部，科學(xué)家通常選擇他們自己的研究問題。相反，在工程領(lǐng)域，驅(qū)動通常來自于從業(yè)者的外界。工程師通常不選擇他們自己的研究問題，而是由政府、企業(yè)或者其他外界來源選擇。這里的不同很重要，因為問題的選擇可能影響他們處理問題的方式，一個與科學(xué)適應(yīng)的哲學(xué)論述未必適用于工程實踐。和科學(xué)調(diào)查不同，工程設(shè)計體現(xiàn)出迭代性和系統(tǒng)性。迭代性體現(xiàn)在每個新設(shè)計版本都要被反復(fù)的測試然后改良。系統(tǒng)性體現(xiàn)在需要采取許多有特點的步驟。第一步是識別問題之所在并且規(guī)范和限制定義。第二步是產(chǎn)生解決問題的想法。工程師通常采用研究和小組會議（例如，“頭腦風(fēng)暴”）的方式想出一系列解決辦法并設(shè)計出未來發(fā)展的備用方案。第三步是通過構(gòu)建測試物理或者數(shù)學(xué)模型和檢測潛在解決辦法原型，所有這些都可以提供其他方式所不同提供的寶貴數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在手，工程師可以分析各種方法如何滿足特定規(guī)范和限制，然后評估首要設(shè)計需要改進的地方或者設(shè)計一個更好的出來。相反，科學(xué)研究可能或者不可能被當(dāng)前的實踐應(yīng)用而驅(qū)動。一方面，某種類型的科學(xué)研究，為實踐目的進行，產(chǎn)生重要的新技術(shù)。

例如巴斯德對疾病微生物理論作出了基礎(chǔ)貢獻，這一理論導(dǎo)致包括炭疽病和狂犬病的接種、預(yù)防食物腐敗的牛奶巴斯德氏殺菌法等的產(chǎn)生。另一方面，許多科學(xué)研究是受好奇心的驅(qū)使，目的是用來回答有關(guān)世界的問題或者明白一個觀測模式，例如對繞遙遠星星軌道旋轉(zhuǎn)的行星的搜尋。對于科學(xué)而言，開發(fā)這樣一個解釋能夠構(gòu)成成功本身，不管它是不是具有當(dāng)前的實踐應(yīng)用。科學(xué)的目的是開發(fā)一套條理清晰、互相一致的能解釋廣泛現(xiàn)象的對世界的描述。然而，對工程而言，成功是用人類需要或者愿望滿足或?qū)崿F(xiàn)的程度來衡量的。以上是對工程和科學(xué)之間的三個對比，即理論與人造制品產(chǎn)出之間的對比、“知道它”與“知道如何”的知識類型之間的對比、問題內(nèi)部驅(qū)動和外部驅(qū)動之間的對比，通過這些對比劃分工程與科學(xué)的界限，對于工程哲學(xué)的發(fā)展會有幫助。

二、工程教育實踐中工程與科學(xué)的區(qū)別

工程哲學(xué)是近十幾年發(fā)展起來的一個新興領(lǐng)域，是對工程造物的思辨，是研究人類改造客觀世界活動的哲學(xué)，也是作為工程實踐主體的工程師所必備的工程素養(yǎng)和哲學(xué)智慧，它對工程實踐和工程教育改革具有重要的指導(dǎo)意義。然而工程與科學(xué)的緊密關(guān)系使得工程往往不被重視，或者與科學(xué)混為一談，現(xiàn)在需要把工程在教育實踐中予以明確，以下從五個方面對工程與科學(xué)在教學(xué)實踐的區(qū)別進行論述，使得教師和學(xué)生能夠?qū)こ逃懈鼫蚀_的認識。

（一）提出和定義問題的不同

問題是驅(qū)動科學(xué)和工程的引擎。科學(xué)中需要解答：存在什么和發(fā)生了什么？為什么會發(fā)生？人們怎么知道？等問題。而工程中需要解答：為滿足特定的人類需要或者愿望可以做些什么？需要怎么能被更好地具體化？什么工具和技術(shù)可以用來研制以滿足需要？等問題。科學(xué)和工程共同需要回答：人們?nèi)绾文芮逦乇硎鲇嘘P(guān)現(xiàn)象、證據(jù)、解釋和設(shè)計方案？發(fā)現(xiàn)問題對發(fā)展科學(xué)思維習(xí)慣是必要的。提出結(jié)構(gòu)良好的問題的能力是科學(xué)文化的重要組成部分，能夠幫助學(xué)生成為科學(xué)知識的批判消費者，即使對于一個不會成為科學(xué)家或者工程師的人。科學(xué)問題會以多樣方式呈現(xiàn)。人們會受到對世界的好奇心的驅(qū)使，例如，為什么天空是藍色的？這樣基本的問題。人們可能被一個模型或者理論預(yù)測或者試圖擴展或改善一個模型或理論的想法所激發(fā)（例如，物質(zhì)的粒子模型如何解釋液體的不可壓縮性？）。或者人們可能出于提供一個更好的問題解決辦法的需要。例如，為什么在９．７５３　６米以上的高度，虹吸管不能輸送水的問題導(dǎo)致托里切利（Ｅｖａｎｇｅｌｉｓｔａ　Ｔｏｒｒｉｃｅｌｌｉ）（１７世紀氣壓計的發(fā)明者）發(fā)現(xiàn)大氣和識別真空。

工程領(lǐng)域里問題的提出也很重要，但不同于科學(xué)問題。工程師為了定義工程問題必須能夠提出探索性問題。如，他們可能問：問題產(chǎn)生的需要或者愿望是什么？成功解決方法的標準（規(guī)范）是什么？限制是什么？當(dāng)找到可能的解決辦法時，他們提出其他問題：這個辦法能滿足設(shè)計標準嗎？整合兩個或者更多的想法產(chǎn)生更好的辦法嗎？可能的權(quán)衡是什么？在測試解決辦法時，產(chǎn)生更多的問題：哪個想法應(yīng)該被測試？考慮到限制，哪種想法是最佳的辦法，所需要的證據(jù)是什么？科學(xué)和工程的學(xué)習(xí)應(yīng)該發(fā)展和鼓勵學(xué)生提出結(jié)構(gòu)良好可以被實證調(diào)查的問題的能力。學(xué)生也需要識別問題之間的區(qū)別，哪些問題可以用實證的方法回答，哪些問題只能用其他知識或者人類體驗的其他領(lǐng)域的經(jīng)驗來回答。

（二）開發(fā)和使用模型的不同

科學(xué)家建構(gòu)現(xiàn)象的思想和概念模型。思想模型是內(nèi)在的、個人的、特質(zhì)的、不完全的、不穩(wěn)定的，本質(zhì)上是功能性的。它以成為思考、預(yù)測和經(jīng)驗意義的工具為目的。概念模型是清晰地陳述事物在某些方面所表現(xiàn)相似的現(xiàn)象。概念模型允許科學(xué)家和工程師更好地形成思維圖像，在調(diào)查研究中更好地理解現(xiàn)象或者開發(fā)出設(shè)計問題的可能解決辦法，作為結(jié)構(gòu)、功能或者行為模擬運用在科學(xué)和工程學(xué)里面。概念模型包括：圖表、實體復(fù)制品、數(shù)學(xué)表述、模擬以及計算機模擬等。雖然它們不能與被模擬的更復(fù)雜的實物完全對應(yīng)，但是當(dāng)把其他東西最小化或者模糊化時，它們能突出焦點的一些特點。所有的模型都含有近似值和假設(shè)，限制它們運用的有效界限和預(yù)測力的準確度，這對識別它們的局限性是很重要的。科學(xué)家用概念模型表現(xiàn)他們對目前研究中一個系統(tǒng)（或者是系統(tǒng)的一部分）的理解，幫助他們解釋問題，與他人交流想法。科學(xué)家使用的一些模型是數(shù)學(xué)的，例如，理想氣體定律———基于物質(zhì)原子理論的簡化模型。物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表述被用來創(chuàng)造計算機模擬，能夠使科學(xué)家預(yù)測其他難以應(yīng)付的系統(tǒng)的行為。可以通過他們對現(xiàn)實世界的預(yù)測的比較重復(fù)循環(huán)評估來改善模型，然后不斷調(diào)整模型。最終，潛在地產(chǎn)生對被模擬現(xiàn)象的洞察力。

在某種程度上，概念模型是科學(xué)家認同的思想模型的外部銜接，與思想模型緊密相關(guān)。相應(yīng)地，更好的思想模型也會引發(fā)對科學(xué)的更深程度的理解，提高科學(xué)推理。因此對模型本身及其在科學(xué)中的角色的理解能夠幫助學(xué)生建構(gòu)和修正現(xiàn)象的思想模型。工程師利用概念模型分析現(xiàn)存的系統(tǒng)，能夠發(fā)現(xiàn)哪里存在缺陷，以及什么條件下可能改善或者檢測新問題的可能解決辦法。工程師也使用模型將設(shè)計圖像化，并對其進行更高水平的改良，與他人交流設(shè)計特點，并且檢測原型設(shè)計的效能。模型，特別是為相關(guān)自然定律和材料特性編碼的現(xiàn)代計算機模擬，對了解和測試結(jié)構(gòu)設(shè)計特別有幫助，例如，應(yīng)用到建筑物、橋梁或者飛機等方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這些工程產(chǎn)品費用昂貴而且必須經(jīng)受得住罕見的惡劣條件。其他類型的工程問題在設(shè)計和檢測階段也會受益于專業(yè)的計算機模擬的使用。但是正如在科學(xué)界一樣，使用模型的工程師必須注意到它們的內(nèi)部局限，在已知情況下進行測試，確保它們的可靠性。

（三）分析和解釋數(shù)據(jù)的不同

電子數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)庫是分析數(shù)據(jù)的有用方式，特別是大數(shù)據(jù)。大量工具能夠幫助識別數(shù)據(jù)關(guān)系，包括表、圖和數(shù)學(xué)。表將大量數(shù)據(jù)的主要特點簡化為方便易理解的形式，圖提供視覺上簡化數(shù)據(jù)的方式，數(shù)學(xué)對表達數(shù)據(jù)集不同變量之間關(guān)系很必要。現(xiàn)代計算機圖像工具通常使數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不同形式，從而使學(xué)習(xí)者在他們的分析中互動地使用數(shù)據(jù)。此外，標準統(tǒng)計技術(shù)可以幫助減少將一個變量與另一個變量之間關(guān)聯(lián)的錯誤效應(yīng)。數(shù)據(jù)一旦被收集，就要以揭示任何模式和關(guān)系的形式呈現(xiàn)，其結(jié)果可以被用來與他人討論。因為原始數(shù)據(jù)沒什么意義，科學(xué)家的一個主要任務(wù)就是通過列表、制圖或者統(tǒng)計分析來組織和解釋數(shù)據(jù)。這樣分析可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)的意義以及它們的相關(guān)性，最終它們可以被用來作為證據(jù)。工程師也要基于一個可實施的具體的設(shè)計做出決定，他們很少依賴反復(fù)試驗。工程師通常用模型或者原型分析一個設(shè)計并收集它如何運作的大量數(shù)據(jù)，包括在極端條件下。這種數(shù)據(jù)的分析不僅能預(yù)示設(shè)計結(jié)果、預(yù)測或評估效能，也能幫助定義或者澄清問題、決定經(jīng)濟可行性、評估被選方案以及調(diào)查失敗原因。學(xué)生需要機會分析大型數(shù)據(jù)集，識別數(shù)據(jù)內(nèi)部相互關(guān)系。信息技術(shù)的發(fā)展可以使學(xué)生運用互聯(lián)網(wǎng)，隨時獲得大量科學(xué)測量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)擴展了學(xué)生體驗的范圍，幫助闡明、分析和解釋數(shù)據(jù)的重要性。

（四）運用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計思想的不同

數(shù)學(xué)和計算工具是科學(xué)和工程的中心。數(shù)學(xué)能對變量進行數(shù)值表示，對物理實體之間關(guān)系進行符號表示，以及結(jié)果預(yù)測。數(shù)學(xué)為描述和預(yù)測現(xiàn)象，如原子結(jié)構(gòu)、萬有引力和量子力學(xué)提供有力的模型。自從２０世界中期，計算理論，信息和計算機技術(shù)、運算法則將所有科學(xué)和工程領(lǐng)域進行徹底的圖像化變革。這些工具和技術(shù)允許科學(xué)家和工程師收集和分析大型數(shù)據(jù)集，搜尋特色模式，用之前不可能的方式識別關(guān)系和重要特點。他們也提供有力的新技術(shù)，利用數(shù)學(xué)模擬復(fù)雜現(xiàn)象。數(shù)學(xué)（包括統(tǒng)計）和計算工具對數(shù)據(jù)分析是有必要的，尤其是對大數(shù)據(jù)集。從不同角度和不同圖形審視數(shù)據(jù)，測試不同變量之間關(guān)系，探索多樣外界條件的交互作用需要數(shù)學(xué)技能能力，這種能力通過計算技能得到提高和拓展。數(shù)學(xué)和統(tǒng)計是科學(xué)調(diào)查中很有力的工具。數(shù)學(xué)作為工具具有雙重實用功能，即具有作為科學(xué)語言的交流功能和進行邏輯推演的結(jié)構(gòu)功能。數(shù)學(xué)能精確地表達觀點、識別物質(zhì)世界的新觀點。例如，愛因斯坦基于狹義相對論運用數(shù)學(xué)分析產(chǎn)生能量守恒的概念。

麥克斯韋通過對電與磁反應(yīng)的數(shù)學(xué)分析，產(chǎn)生了現(xiàn)代對電磁波的理解。現(xiàn)代理論物理學(xué)深深地受到數(shù)學(xué)的影響，也就沒有必要區(qū)分數(shù)學(xué)和非數(shù)學(xué)部分。在許多現(xiàn)代科學(xué)中，預(yù)測和推理有概率論的性質(zhì)，所以理解概率數(shù)學(xué)和統(tǒng)計推理是理解科學(xué)的重要部分。工程也涉及數(shù)學(xué)和統(tǒng)計技能。例如，建筑工程師基于自然定律，創(chuàng)造橋的數(shù)學(xué)模型和建筑設(shè)計，測試它們的效能，探究它們的結(jié)構(gòu)界限以及評估它們是否可以在可接受的預(yù)算內(nèi)完成。實際上，任何工程設(shè)計都會提出他們解決辦法中有關(guān)計算的問題。盡管在科學(xué)和工程領(lǐng)域，數(shù)學(xué)和統(tǒng)計思考應(yīng)用上存在不同，數(shù)學(xué)通常將兩個領(lǐng)域聯(lián)合在一起，使工程師能應(yīng)用科學(xué)理論的數(shù)學(xué)形式并且使科學(xué)家使用工程師設(shè)計出來的有效的信息技術(shù)。兩種專業(yè)人才可以完成調(diào)查并且分析和建構(gòu)復(fù)雜模型，沒有這些復(fù)雜模型是不可能解決問題的。

（五）最終目的不同

科學(xué)的目的是提高人類理解世界的能力。因此科學(xué)理論被開發(fā)用來解釋特定現(xiàn)象的本質(zhì)，預(yù)測未來事件，或者對過去事件推理。科學(xué)發(fā)展解釋性理論，例如疾病微生物理論、宇宙起源的大爆炸理論、達爾文的物種進化理論。雖然它們的角色通常會被誤解，畢竟“理論”一詞的非正式使用可能意味著猜測，但科學(xué)理論是基于重要知識和證據(jù)的構(gòu)想，在新證據(jù)下修正，在廣泛的認可和應(yīng)用之前，必須承受住科學(xué)界的仔細檢查。理論不僅僅是猜測，它們特別有價值，因為它們?yōu)槎喾N事例提供解釋。科學(xué)解釋是對科學(xué)理論與具體觀測或者現(xiàn)象之間的聯(lián)系的描述，例如，它們解釋被觀察變量之間的關(guān)系，描述相關(guān)的因果推理的結(jié)構(gòu)。通常，理論首先表現(xiàn)為特殊境況下問題的具體模型，然后基于模型而發(fā)展解釋。例如，如果一個人了解了氧氣在體內(nèi)如何獲得、運輸和使用，那么循環(huán)系統(tǒng)將會被開發(fā)出來，被用來解釋為什么鍛煉可以使心率和呼吸頻率增高。在科學(xué)上，“假設(shè)”一詞也與在日常語言中使用不同。科學(xué)假設(shè)既不是科學(xué)理論也不是猜測，它是對可以預(yù)測在特定情況下將會發(fā)生的事情的觀察現(xiàn)象的擬真解釋。假設(shè)是基于對現(xiàn)存的相關(guān)情況的理論理解，通常也基于問題系統(tǒng)的一個具體模型。

在工程上，目標是設(shè)計而不是解釋。開發(fā)設(shè)計的過程是迭代性和系統(tǒng)性，正如同在科學(xué)上開發(fā)解釋或者理論的過程。然而，工程師的活動含有區(qū)別于科學(xué)家活動的因素。這些因素包括：詳述預(yù)期辦法質(zhì)量的限制和標準、開發(fā)設(shè)計計劃、制造和測試模型或原型、從備選設(shè)計中選擇最滿足設(shè)計標準的設(shè)計、基于原型或者模擬的效能改良設(shè)計觀點等。總之，以往教育主要關(guān)注具體科學(xué)勞動力產(chǎn)品，即科學(xué)事實，而不去了解科學(xué)事實是如何形成的或者忽略科學(xué)在世界領(lǐng)域的許多重要應(yīng)用，會曲解科學(xué)并使工程的重要性邊緣化。因此需要重視教學(xué)中的工程實踐。參與科學(xué)實踐可以幫助學(xué)生明白科學(xué)知識的發(fā)展，這種直接的參與可以使他們欣賞到調(diào)查、塑造和解釋世界所用的廣泛方法。參與工程實踐也能幫助學(xué)生明白工程師的工作以及工程和科學(xué)之間的聯(lián)系。參與這些實踐能幫助學(xué)生形成對科學(xué)和工程的交叉概念和學(xué)科觀點，也幫助他們認識到科學(xué)家和工程師的工作是創(chuàng)造性活動，這種活動深深地影響著他們所生活的世界。此外，它能使學(xué)生的知識更有意義，深深地植入他們的世界觀。學(xué)生可以認識到科學(xué)和工程能應(yīng)對現(xiàn)今社會面臨的許多挑戰(zhàn)，例如，如何產(chǎn)生足夠的能源、預(yù)防和治療疾病、持續(xù)提供新鮮的水和食物，應(yīng)對氣候變化等。　　

三、總結(jié)

這種對工程與科學(xué)進行的區(qū)分需要做更多的工作，需要兩個研究共同體都有興趣找到真正的不同與界限在哪。科學(xué)家們可能更關(guān)心的是相關(guān)實體的本質(zhì)，工程師更關(guān)心了解觀察的結(jié)果。科學(xué)家們可能更關(guān)心的是關(guān)于高度理想化的系統(tǒng)的描述，工程師關(guān)注現(xiàn)實世界的進程。我們需要更好地了解在這兩個領(lǐng)域中的角色模型。工程哲學(xué)作為哲學(xué)發(fā)展中的一個不斷生長的領(lǐng)域，仍有很多工作要做，需要揭示與科學(xué)的理念更多的相似之處和差異。

對世界來說，工程哲學(xué)樹立了成功的把價值和知識緊密聯(lián)系在一起的典型實踐，它是通過研究工程實踐尋求理性行動的哲學(xué)，工程實踐探索本身就是其價值來源之一。這一點上工程肯定不是唯一有資格的，但它有兩個主張需要我們認真面對。首先，工程體現(xiàn)了一種基于應(yīng)變的理性概念，作為一個復(fù)雜的過程，在這過程中是基本功能行為和價值的結(jié)合。這比其他任何把行為和價值放在一邊，不為知識和真理設(shè)置理性范圍的任何理性的觀念都是更前進了一步。其次，當(dāng)今時代強烈需要有一個合理的工程政策———能夠更有效的工程行動。工程數(shù)個世紀以來乃至現(xiàn)在，存在著忽略技術(shù)創(chuàng)新相關(guān)的社會和文化等方面的問題。現(xiàn)在需要人們重新認識工程，做出令人信服的改變。

作者：苑健 單位：北京航空航天大學(xué)高等教育研究所