與哲學討論中將科學主體懸置與遮蔽起來的做法相反，那些與實證科學聯係較多又試圖說明某些科學曆史現象的研究，倒是對科學主體本身展開了更多的關注與說明。盡管這些關注與說明起初是“各自為政”的，並且沒有什麽明確的綱領或原則，但其客觀效果是明顯的，並且促成了科學曆史研究中的“認知轉向”，為科學哲學中的自然主義學派的形成奠定了基礎。
在早期的研究中，一些哲學家、科學家常常將科學研究、科學曆史研究與經驗的心理學聯係起來。例如，奧地利著名物理學家、數學家和哲學家恩斯特·馬赫（Ernst Mach）就提倡一種有著心理學傾向的認識論。他說：“我們將不需要超越經驗給予的東西來滿足我們的願望。如果我們能把研究者的行為特征還原為事實上可以觀察的物質生活和心理生活的特征，即還原為在實際生活中，在人民群眾的行動和思維中也能重新出現的那些特征，如果我們能夠證明，這種做法確實會帶來實踐的和理智的收益，那就將使我們心滿意足了。”[40]他認為，科學思維是由最初的簡單生命現象開始的那個連續的生物學發展係列的最後一個環節。正是在這種意義上，他拒絕承認自己是傳統意義上的哲學家。這種“拒斥”形而上學，注重實證研究的傾向，影響了其他許多自然科學家。
還有一些學者從自己的專門領域出發，討論科學認識論和科學主體問題。例如，英國著名物理化學家、哲學家邁克爾·波蘭尼（Michael Polanyi）在其《個人知識》一書中就寫道：“我的探討從拒絕科學的超脫性理想開始。這種虛偽的理想在諸精密科學中或許無害，因為在那裏科學家們事實上對它視而不見。但是，在生物學、心理學和社會學中，我們將看到它施加的毀滅性影響，……我要確立另一種相當廣義的知識理想。”[41]這種理想包括“使科學的全景圖在關於具有豐富思維的人的生物學中全麵展現出來”[42]。又如，德國哲學家、《進化認識論》一書的作者格哈特·福爾邁（Gehard Vollmer）從時代的高度出發，清晰地看到了生物科學尤其是感官生理學、遺傳學、進化論與行為研究等給予認識論的實質性的影響，認為進化認識論的中心命題，就是探討主體的認識結構和認識能力問題。
隨著研究的深入，一種“自然化”的認識論呼之欲出。20世紀60年代，美國著名哲學家、邏輯學家奎因（W.V.Quine，也譯為蒯因）提出了“自然化的認識論”。按照奎因的說法：“認識包含在自然科學中，並且自然科學也包括在認識之中。”[43]也就是說，所有的事物都是自然現象的一部分，都是可以用自然科學的方法加以說明和描述的，在認識自然的過程中，認識本身也同樣可以用自然科學的方法加以研究。當然，在奎因最初的設想中，自然化的認識論更多的隻是一種哲學理論和哲學方法論，更多地是指一種關於研究對象的總的進路而不是具體的學說，並且這種認識論是通過它所反對的而不是讚同的東西來表明自身的態度和具體特征的。例如，它反對曆史上超自然主義和先驗知識體係所構成的一切東西。這種哲學設想和研究範式雖然沒有將自己局限於曆史上的科學家所說和所做的事情，但它確實給科學的運行提供了理論說明。[44]在當代，奎因所倡導的這一研究範式已經成為一種傾向、一股潮流、一項運動。
總的來看，自然化的認識論在科學哲學中所引起的“轉向”具有如下特點：一是把科學哲學特別是科學認識論的研究對象當作自然現象來研究。即“從自然化實在論的觀點來看，一切斷定都有可錯的猜測的那種地位，它們沒有那種賦予它們以規範斷定的特權的那種更高的地位”[45]。因為，任何經驗的對象都有可錯性或可證偽性。這樣，科學的命題和邏輯分析就不再具有核心的地位，它們逐步讓位於經驗或實證的對象。自然科學和科學史重新受到了應有的重視。二是強調科學認知主體的作用，把科學知識的積累和增長看作是科學主體自身進化及其在與科學客體相互作用過程中不斷建構的產物。在這個過程中，科學的發現過程被擺到了突出位置，科學知識的形成與科學思維過程被當作同一範疇來看待：認識主體不再是“黑箱”，它的內在的心理結構、語言結構和神經解剖結構以及認知主體的社會與文化構成等都被加以充分的描述和展現，其中自然也包括無意識的、創造性的心理（思維）過程的實證性說明。三是重視多學科的綜合作用，善於運用新的方法和技術手段。這些學科不僅包括馬克思主義經典作家列寧當年曾提到的哲學史、各門科學的曆史、兒童智力發展的曆史、動物智力發展的曆史、語言的曆史以及心理學、感覺器官的生理學等，還包括以後形成的計算機科學和人工智能理論、認知神經科學等。所有這些學科的理論與方法，為有效地解決科學哲學及科學史中的認知問題拓展了新的空間。
在明確的自然化認識論旗幟之下，科學曆史研究的“認知路徑”逐漸形成。例如，美國科學哲學家N.R.漢森（N.R.Hanson）從視知覺心理學入手，研究近代天文學家第穀和開普勒兩人的觀察模式的差異，得出了著名的“觀察滲透理論”的結論。受其影響，庫恩運用皮亞傑的發生心理學和格式塔心理學原理，深入探討科學革命中科學範式的轉換問題。近二十多年來，不少科學史家、科學哲學家以及認知科學家自覺地在“自然主義”的框架中開展研究工作，取得令人矚目的成果。例如，L.達登（L.Darden）討論了曾對孟德爾遺傳學的發展起很大作用的認知策略問題；納賽希安吸收利用了認知心理學的一些觀點，以促進對物理學發展史的認識；P.薩伽德通過計算機建模去分析科學史上重要科學概念的變化過程；M.所羅門（M.Solomon）從板塊構造學這個案例中認識到“助發現法”在科學決策中所起的關鍵作用；A.哥尼克（A.Gopnik）提出一種類比的科學認識論，將兒童發展心理學與科學概念統一起來等。此外，科學探究過程中影響認知的因素、認知模型的建構等也納入人們的視野當中來。[46]縱觀這些研究，有的選取某一自然科學領域中的認知過程，作案例性的剖析；有的依據自己熟悉的某一自然科學理論與方法，加以理論的概括與延伸；還有的運用人工智能技術和方法，對科學史中的認知過程進行模型化處理等。用認知科學哲學家R.吉爾（Ronald N.Giere）的話來說，在自然主義框架下對科學所進行的研究形成了一種“科學的認知進路”（scientifial cognitive approach）。這一進路訴諸認知結構和過程，以說明科學家模型的形成和選擇，包括科學表征、概念變化、科學發現的心理過程等。雖然這些研究不排斥科學中的社會和文化因素，但它關注的更多的是科學家個體的認知活動，並且因對自然科學、認知科學運用和理解的差異而顯示出具體認知進路的不同。[47]連同較早期的研究成果，我歸納出以下八個方麵的具體進路。[48]
第一，知識進化論進路。該進路的研究者大多遵循機體主義或生物學主義的觀點，所依據的學科主要來自生物學、遺傳學、感官生理學、生物進化論等。他們試圖用生物學的概念框架和語言來抵製物理主義。在他們眼中，人類的所有活動，包括科學技術的成果都是生物有機體自身適應環境的產物。甚至高層次的理性思維也是一種特定的適應現象。就認識主體而言，認識主體的結構被認為處在認識過程的核心位置上。因為認識或知識的產生是認識主體與認識客體之間相互作用的結果，這當中，認識的深化和改變主要依靠認識主體構造的改變和認識能力的提高。然而，一定的認識主體是由受生物學和遺傳學規律支配的、既成的先天“裝置”所組成。這種裝置在億萬年的生物進化過程中與自然本身形成了某種“天然”的聯係。因此，人類要深化和變革其與自然的認識關係，就必須在適應環境的基礎上，適時地調整認識主體的內部構造，以突破自然界給予人類自身的局限性。在這個過程中，人類大腦的作用十分突出。可以說，正是通過大腦獨特的神經構造和超強的思維能力，人類才產生不斷深化的認識，推動科學技術不斷進步。基於這樣一種基本觀念，科學哲學家D.坎貝爾、卡爾·波普爾、彼得·門茨（Peter Munz）等人從不同的角度刻畫了知識進化和科學發展的過程和內在機製。例如，卡爾·波普爾在他的進化論的知識綱領中，試圖把達爾文主義擴展到全部知識領域。他明確地說：“我們知識的增長是一個十分類似於達爾文叫做‘自然選擇’的過程的結果：即自然選擇假說。”[49]
第二，發生認識論進路。該進路主要由皮亞傑作出。作為一個生物學家，皮亞傑的發生認識論是典型的自然主義範式。他一直認為，生物組織與認識組織之間有著明顯的“結構同型性”，對人的認識結構和認識機製的說明離不開對生物有機體的活動以及生物機體與環境相互關係的說明。在皮亞傑的整個認識論方案中，其核心的部分正是生物有機體在與環境相互作用基礎上的心理發生過程。在這個過程中，來自外部方麵的適應性構成了主體對客體的順應，來自內部方麵的組織則構成了客體被主體的同化，而順應與同化兩個方麵的動態平衡則構成了智慧的形成與發展。正是著眼於這樣一種基本認識，皮亞傑詳細探討了兒童心理及其日常概念形成和生成的過程與階段劃分。其中，皮亞傑試圖在科學概念的曆史發生和兒童心理發生之間尋求某種內在關係和機製的說明（詳細內容見本書第四章第二節）。當然，皮亞傑沒有全麵地去探討這類問題，因為他的工作重心並不在科學史方麵。近些年來，發展心理學家A.卡米諾夫-史密斯（A.Karmiloff-Smith）、哥尼克等人的兒童心理學研究可看作這一進路的繼續和深化。
第三，思維心理學進路。對科學研究中心理活動的研究由來已久，不獨自然主義學派和認知學派所為。在早期的研究中，一些科學家注意到不同的思維風格或思維類型對科學研究所產生的不同影響。例如，法國著名物理學家、科學史家皮埃爾·迪昂（Pierre Duhem）就認為，那些能夠在其視覺想象中展現大量物體運動的清晰而又細致圖像的科學家，都屬於所謂“寬闊思維”類型的科學家。還有的科學家或數學家依據自己的體會或心理“內省”，專門研究某一學科領域內的科學發現或科學發明的心理學。例如，法國著名數學家雅克·阿達瑪（J.Hadamard）就結合自己的數學研究體會和內省意象，同時又結合費馬大定理、黎曼猜想、伽羅瓦關於一類積分周期的知識以及彭加勒關於變分計算等著名例子，對“數學發明的心理學”進行了比較係統的探討。[50]他對數學創新研究中的“靈感”的肯定、對發明和發現階段的劃分以及對數學家調查結果的分析等，為科學史研究的思維心理學進路拓寬了前行的道路，也積累了豐富的材料。另外，不少職業心理學家也加入這項研究的隊伍中來。其中美國著名人本主義心理學家A.馬斯洛（Abraham H.Maslow）在他的《科學心理學》（1967）一書中，不僅從他的人格與需要理論出發區分出科學活動中的“渴望驅動型”與“非渴望驅動型”，而且概括出科學研究中的病態心理特征。這些特征包括對確定性的強製性需求、懼怕無知、對控製力的盲目渴望等。他認為，“這些心理特征正是現代科學事業核心價值觀的病理特征”[51]。其中的一些學者認為，科學史與科學心理學的關係如同天文學與物理學的關係；若不對科學心理、科學思維的過程、特征、機製等作首尾一貫的說明，就不可能製定出建立在可靠基礎之上的科學史理論。[52]在當代，科學心理學聚焦於科學思維尤其是科學推理的研究，形成了一些關於科學思維的認知模型及一些典型的研究範例。[53]其中，心理學家P.N.約翰遜-萊爾德（P.N.Johnson-Laird）的心智模型理論被廣泛采用。[54]
第四，認知語言學進路。該進路意在把人類的語言和科學思維看作是一種互動過程，力求揭示語言、大腦神經機製和科學思維三者構成的相互映射關係，從而闡明科學概念的形成、科學理論的構造（符號化）以及科學建模等過程。在曆史上美國著名語言學家本傑明·李·沃爾夫（Benjamin Lee Whorf）是一個突出的代表。在隨後的研究中，一些語言學家和科學哲學家通過對語言中的修辭、隱喻、類比等現象的深入研究，為科學思想的認知語言學路徑打開一個缺口。例如，英國著名科學哲學家瑪麗·海西（Marry Hesse）在20世紀60年代就開始重點研究科學中的隱喻問題。其意義正如美國科學哲學家邁克爾·布雷德（M.Bradie）所指出的，隱喻在科學中具有修辭啟發作用，是科學理論化所必不可少的要素。通過對語言中語義的分析，人們能夠很方便地建立隱喻在科學解釋中的中心性地位。[55]持同樣觀點的還有當代著名認知語言學家G.萊科夫（George Lakoff）等人。他們認為許多科學概念的形成正依賴於我們的日常概念，而日常概念常以隱喻的方式表達出來。萊科夫以數學為例證明，人們對數學概念的掌握也是從日常經驗入手進行的，即使是高等數學中的集合論，也是如此。[56]由於認知語言學路經對語言的語義內容、語言的情境發生、語言意象圖式和隱喻構造以及語言與感知活動和特定文化的相互關係的重視，在一定傳統上是對傳統演繹解釋模型和邏輯分析方法有益補充和修正，同時也將傳統研究中語形、語義和語用的相互隔離的狀態加以扭轉。那種強調在語形、語義和語用三者相統一基礎上的“語境化”分析，為科學的解釋提供了一個新的“平台”。[57]
第五，人工智能進路。如果說要弄清科學認知和科學思維的過程，就必須從大腦皮層和神經元等不同水平上掌握大腦的解剖結構和內在機理，那麽，通過在認知神經科學與計算機技術相結合的基礎上形成的人工智能來模擬大腦活動過程，無疑是一條有益的途徑。在人工智能（簡稱AI）史上，不論是早期的物理符號主義學派，還是後來的聯結主義學派，它們都力求將人腦與人工智能係統進行類比。前者把人腦看作是計算機的信息加工係統，後者把人腦看作是分布式人工神經網絡。它們都力求通過人工係統來做大腦所能做的工作。這樣做的結果，不僅增進了人工智能專家對大腦的理解，也增進了他們對科學認知本質和科學認知過程的理解。更為重要的是，通過計算機還能夠直接模擬出某些科學發現的過程。例如，早在20世紀70年代，著名計算機科學家、管理學家西蒙（Herbert A.Simon）等人通過運用“啟發式”（heuristics）經驗規則獨創性地開辟了機器發現（machine discovery）這個將AI技術結合科學史、科學哲學進行科學發現研究的新領域。[58]在西蒙看來，科學發現的實質就是解決問題。[59]不過，西蒙等人基於物理符號主義方案基礎上的科學發現規範理論並不像當初所設想的那樣前景美好。其原因就在於它受到了根深蒂固的唯理智主義或邏輯主義的影響。在這樣一種背景下，人工智能的聯結主義學派作為一種整體論模型再度登場，人工智能關於科學的解釋也因此發生了變化。如P.薩伽德指出了計算機網絡本身所具有的“社會化”的特點，而這種特點可以用來比擬科學共同體內部及科學共同體之間的工作方式。[60]他還通過計算機編程的方法，建立了能夠說明科學案例中描述和解釋概念變化的心理模型。他關於近代化學革命中拉瓦錫氧化理論得以確立的概念框架變化模型，被認為是科學哲學認知轉向的出色範例。[61]
第六，具身認知進路。古希臘哲學家普羅泰戈拉的“人是萬物的尺度”這句名言可說是這一進路的濫觴。該進路把人的活動、人的物化的成果看作是人的內在尺度（包括身體結構）的外部投影，看作人的器官功能和能力的擴展與延伸。這方麵最有代表性的觀點是德國地理學家、技術哲學的奠基者恩斯特·卡普（Ernst Kapp）提出的著名的“器官投影說”。卡普把技術發明看作“想象”的物化，把人體器官看作是一切人造物的模式和一切工具的原型。按照這種“擬人化”的方法，人們發現“首先由延長行動器官的功能開始，逐漸過渡到延長感覺器官的功能、再發展到延長思維器官的功能。這個三段式過程，恰好和人類自身進化過程遙相呼應”，這似乎是一條人類科學技術發展的規律。[62]不過，這種“擬人觀”由於過多看重人體器官與科學技術體係結構及發展模式之間外部某些特征的相似性，並不能有效說明人類科學發展的本質和一般規律。隨著哲學中的“身體”研究的轉向，人們更強調身體的活動性、介入性、情境性及其與周圍世界的交互作用關係。正如哲學家卡爾-奧托·阿佩爾（Karl-Otto Apel）所指出的：“在前科學的經驗中就已經有這種世界介入了：人類自身‘與’自然的‘比較’成了實驗科學的‘尺度’。”[63]也就是說，人類身體的實際活動是所有知識得以形成的必要性條件。它通過感性活動做出的“世界介入”，在知識的身體先天性與意識的先天性之間構成互補關係，從而形成行為的解釋學與形式化、符號化的科學之間的溝通。在當代，“具身認知”（embodied cognitive）概念和研究範式的提出，使人們進一步認識到心智、認知與身體及其活動的密切關係，並深化了人們對科學認知的認識。
第七，文化心理學進路。從淵源上來說，文化心理學與民族心理學、文化人類學、社會心理學以及跨文化（cross-culture）比較等有著密切的關係。在當代，文化心理學被界定為探討文化背景下發生的心理活動的學科，即探討文化對人的心理的影響以及心理在文化傳承和建構中的作用等問題。由於“文化”體現著人類的生存方式和活動成果，並且人的活動方式及其活動成果本身，在不同的時期、不同的地域，有著不同的呈現方式。因此，不同的文化對人的心理和行為的影響也產生著不同程度的差異。從文化與認知的相互關係來看，文化對心理的影響以及心理對文化的影響是通過“認知”這個中介來進行的，而認知的一個重要方麵正是人的思維方式。可以說，不同的思維方式是不同文化背景條件下不同活動方式內化了的心理形態和觀念形態的複合體，它構成了一個民族或地區在長期的曆史發展中形成的一種較為固定的元認知模式。[64]這種元認知模式在較大範圍的文化區域內顯得尤為突出。例如，在東西方各自的文化區域內，其元認知模式的差異十分明顯。這樣，東西方民族的文化及其思維方式的差異，是文化心理學研究所麵對的一個基本方麵。隨著全球化進程的加快，文化交流的範圍日益擴大。在此背景下，文化心理學與跨文化比較聯手，試圖通過不同民族的文化和心理差異說明造成不同的科學發展道路的原因。例如，心理學家理查德·尼斯貝特（Richard Nisbett）、彭凱平等人運用心理測量的方法來研究東西方思維的差異，成效十分顯著。他們認為，東西方思維的差異及其緣由可以解釋為什麽古代中國人在代數和算術方麵極為出色，而在幾何方麵則不然；為什麽現代亞洲人在創新性的科學方麵比西方人要遜色等問題。類似的研究還有，以概率判斷為例研究中美兩國的大學生在做概率判斷時所采用的不同方式。研究表明，前者有較好的辨別能力，而後者有較好的校準策略。[65]此外，隨著腦成像技術的發展，人們已經能夠更清晰地揭示文化—認知—神經三者之間的相互關係。近10年來，為進一步弄清文化心理活動得以形成的內部神經機製，一門新興學科——文化神經科學已經誕生。目前，這一新興學科已經取得了重要進展，為認識不同的文化心理活動及其相互間的差異，提供了有益的神經生物學依據。[66]
第八，科學人類學進路。按照一般的理解和約定，人類學是認知科學六大學科當中的一支，在認知科學中，它著重於從人類的體質和文化兩大方麵闡述人類的認知現象。從曆史上看，人類學、人種誌、民族科學、民俗學等比較早地涉足於西方文明以外的所謂異域或不發達民族的文化與心理的研究。在一些早期的研究成果中，不乏有關不發達民族甚至“原始人”“野蠻人”的語言、認知、思維與其文化相互關係的有啟發意義的材料。例如，美國人類學家弗朗茲·博厄斯（Franz Boas）於19世紀末，通過對墨西哥以北的印第安土著居民進行的長期考察，發現土著居民在語言、思維與環境三者之間存在著微妙的關係。他的研究為後來人類學對感覺和知覺的範疇分類研究奠定了基礎。又如，法國人類學家列維-布留爾（Lucién Lévy-Brühl）在《原始思維》一書中對原始人思維中的集體表象以及原邏輯思維與計算和運算關係進行了細致的研究，這些研究對說明人類科學概念（特別是數概念）的起源及其特征提供了極為豐富的材料和分析。[67]到20世紀50年代，一種集中探討原始民族的知識和技能或“民間分類知識”（包括植物和動物）的所謂“民族科學”（ethnoscience）開始出現。該學科同時標誌著人類學的另一個分支——認知人類學（Cognitive Anchropology）出場。在民族科學家和認知人類學家看來，民族科學之所以冠之於“ethno”的前綴，就在於它強調了知識和技能的地方性，而之所以稱為“科學”，是因為它不僅具有人文科學的屬性，還有自然科學特別是植物學、醫學、生物學等的屬性（當然它更多地集中於“分類”方麵）。[68]在基本理念與原則方麵，民族科學集中於“人類文化與人類思維之間的關係”的研究，使人類學特別是認知人類學在說明科學與文化的關係、科學概念的形成、不同科學（思維）類型與風格等方麵原本模糊的一些問題變得明晰起來：人們不再認為民間分類體係、民族科學等是“前科學”或“非科學”的東西，而是把它與西方科學文明相提並論，像結構主義人類學大師列維-斯特勞斯（Claude lévi-Strauss）那樣，使“野性思維的原則合法化並恢複其權利”[69]。當前，科學史、科學哲學呈現出“人類學化”或“人類學轉向”，並產生出“科學人類學”（Science Anchropology）新興交叉學科。[70]
以上從八個方麵歸納了科學曆史研究中的不同的認知進路。這無疑將豐富我們對科學現象和科學曆史的理解。但必須指出，這八個方麵並不是截然分開的，在許多方麵，它們相互之間存在著交集。對於完整的科學曆史的認知說明而言，突出某一方麵，采取綜合的進路，或許是更為可取的研究策略。
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