解析技术问题的认识论地位和作用

程海东,陈 凡

(东北大学科学技术哲学研究中心,辽宁沈阳 110819)

在一般情况下,我们认为技术认识或者起始于已有的科学理论,是科学理论的实际应用;或者起始于技术活动中的经验,是对经验的总结。当然,在一般的考察技术认识与科学认识和经验认识的关系时,可以认为技术认识源于科学理论或经验总结,但在具体地考察技术认识的过程时,这种理解就会出现问题,如技术认识的起点在哪,工程师的工作和责任范围从何处开始,到何处结束……。这种大而化之的叙事并不能真正地说明这些问题。在科学理论、经验与技术认识之间间隔着技术问题这一环节,也就是说具体的技术认识从技术问题开始,而且是围绕着技术问题展开的。显然,本文所要讨论的“技术问题”并非单指技术的负效应。技术的负效应是大多数学者对技术问题的通常理解,如车玉玲[1]、杨大春[2]、陈红兵[3]、盛国荣[4]、张成岗[5]等。把技术问题理解为技术的负效应,依然是将技术看做一个整体,从外部来研究技术,而并未将其打开,研究具体技术的实际过程,因此,这种理解并不适用于本文所要讨论的技术问题。本文所讨论的技术问题并非通常所认为的技术的负效应,而是指在技术发展过程中出现的矛盾，具体来说，就是工程师在技术活动过程中所要解决的问题。

一、何为技术问题

技术问题具有一种聚焦性,它本身是一个综合体,而不仅仅是单纯的技术因素,它是在一定环境中产生的;同时,技术问题中必须有某种未知的情况与已有的技术情境形成冲突或不协调。“技术问题的形成、分析和解决,是贯穿技术开发过程的中心线索。技术问题构成复杂,不仅包含已行与未行的实践矛盾,而且还关涉已知与未知的认识矛盾。”[6]也就是说,技术问题是由多方面因素构成的一个矛盾,因此,它也就能成为技术认识的起点。技术认识的过程就是技术问题的形成、展开和解决,从更根本的意义上讲,也是矛盾的形成、展开和解决的过程。

一般我们将此问题称为技术问题:如何将磁转变成电?

从表述上看,技术问题至少包含两个对象:磁与电,这表明技术问题至少是由两方面的因素构成的矛盾。如果进一步分析这个矛盾就会发现,其中至少包含如下已知内容:①磁与电之间存在着相互作用力;②电可以转化为磁;③磁场中运动的导体可以产生电流。包含的未知内容则是:④怎样运行的设备可以实现将磁转变成电。考察技术史可以发现,已知中的①由安培发现,②由阿拉戈发现,③由法拉第发现,④则直接导致发电机的产生[7]122。所以在技术问题的表述中,虽然没有明确地显示出已知的内容,但它们却是技术问题的必要成分,只有在已知的基础上才能出现技术问题。

这种已知与未知的矛盾,更是已行与未行的矛盾。技术认识中的已有成果在一定条件下能够实现一定的目的,对已有技术问题的解决是有效的;但是技术活动时时刻刻都会发现新的事实,形成新的问题,已有成果在一定程度上解决着这些新的问题,由此形成的经验也处在不断的积累中,直至突破已有的成果而形成新的技术认识。如最初电动机的发明借用了很多蒸汽机的机械装置,除了锅炉和燃烧炉以外,虽然电磁感应理论并没有要求电动机一定要同蒸汽机一样工作[8]44-45,但初期的电动机借鉴了蒸汽机的很多物理结构，只不过电动机很快摆脱了蒸汽机的影响,形成了自身的发展方式,由小功率的电动机转变为大功率的电站,由直流电转变为交流电[7]122-138。技术认识处于不断的发展中这一事实表明了人类认识的最深层次的矛盾,即一定阶段人类认识的有限性与人类整体认识的无限性之间的矛盾。在创造人工自然的过程中,新的技术问题不断出现,这就需要从不同角度和层面对已有的技术条件进行改造。

在具体的技术活动中所出现的技术问题大多是常规的,也就是技术活动的各环节相互作用产生的技术问题。具体的技术活动大致可以分为产品的设计、制作和使用三个阶段,虽然这三个阶段有时间上的先后顺序,但在实际的活动中,并不是从设计,经过制造,到产品的线性过程,而是一个协同反馈的非线性过程,在这个过程中,会出现大量的技术问题。所以,明确技术问题就需要明确它所处的阶段,究竟是设计问题,还是制作问题,抑或是使用问题,不同阶段的问题对技术认识乃至技术活动的影响是不同的。相对来说,设计问题影响最大,制造问题次之,使用问题则易于调整和解决。同样,任何一个技术问题都不是单纯孤立的,与之相关的技术问题是众多的,由此形成了一个问题集。问题集之中的技术问题有着某种共性,问题间或者表现为对等关系,或者表现为因果关系,或者表现为交叉关系等等。明确某一具体技术问题在问题集中的位置、重要性,受哪些问题影响以及它能影响哪些问题是明确技术问题的重要方面。

除按照技术活动不同阶段来区分技术问题以外,还可以在一般意义上对技术问题作出区分。不同类型的技术问题对技术活动的影响是不同的,其中最重要的一种类型是常规技术问题与非常规技术问题。在技术演变的过程中,在原有基本技术原理的范围内所产生的技术问题即常规技术问题;突破原有基本技术原理所产生的技术问题即非常规技术问题。如在炼钢法中,传统的坩埚法主要依据的技术原理是在坩埚中加入木炭和生铁,然后用反射炉加热使生铁脱碳变钢,在这一基本的技术原理下,如何增加坩埚的容量和改变坩埚的材质就属于常规的技术问题;而如果要采用蓄热式加热法,直接在反射炉中熔化生铁使之脱碳变钢,如何设计这样的炼钢炉,即是非常规的技术问题,西门子-马丁炉的发明则是炼钢法的根本进步。明确技术问题是属于常规问题还是非常规问题,随后的解题活动就有了大致的方向,活动的方式和最终的技术成果也大致确立了,它在技术认识中的地位和作用也就基本确定了。

二、技术问题隐含着技术认识的信息

既然技术问题是技术活动中已知与未知、已行与未行的矛盾,技术活动所涉及到的多重要素只有聚焦于技术问题,才能进入技术认识中,才能对技术认识起作用。所涉及的要素聚合为一体,构成技术问题的现实情境,影响技术活动的全过程,而技术活动的目的就是为了解决技术问题。解决技术问题首先是一个思维过程。爱因斯坦把思维中出现的问题称作“惊奇”。“这种‘惊奇’只是当经验同我们的充分固定的概念世界有冲突时才发生。每当我们尖锐而强烈地经历到这种冲突时,它就会以一种决定性的方式反过来作用于我们的思维世界。这个思维实际的发展,在某种意义上说就是对‘惊奇’的不断摆脱。”[9]

在技术认识过程中,技术问题也为工程师的解题活动准备了某些必要条件。如上分析,技术问题除了表面的陈述以外,其中还隐藏着解题的某些方法、程序、规则和物质条件。所以,解题活动的第一步,除了明确真正的技术问题以外,还需要发掘问题中所隐藏的信息。技术的发展是延续性与非延续性的结合,新的发明总能在前人的发明中找到某种影子。“假如进化中的变革*定要出现,那么新产品将一定会以某种方式在具有延续性的同类物品中找到自身存在的理由。”[8]68-69如电动机与蒸汽机的运行原理有着本质的不同,但电动机的结构在很多方面与蒸汽机相似,而电磁感应原理“并没有规定第一台电动机非要像蒸汽机一样工作不可”[8]45。

技术问题存在于哪个领域,工程师首先就根据这个领域的理论、方法和程序来解决它。如动力技术的主要课题是把自然存在的能转化为机械能或者电能,因此它的主要技术问题是如何提高原动机的工作效率。最先出现的纽可门蒸汽机的工作过程是这样的:“当蒸汽进入锅炉上方的汽缸底部时,主要由于悬挂在杠杆另一端的泵杆的重量作用,活塞回升到顶部。蒸汽通过排泄管和水密封阀,将已经进入汽缸中的所有空气和水推出,然后在关闭了与锅炉的连接之后,喷射的冷水会使蒸汽冷凝下来。所产生的真空导致大气压推动活塞回到汽缸底部,由此提升了泵杆。在进入更多蒸汽后运转周期就再次开始。”[10]120这一运转过程需要两个条件,其一是大气压,活塞从汽缸的顶部回到底部需要大气压的作用;其二是人造真空,汽缸由热转冷,蒸汽由气态转为液态,在汽缸底部形成真空,大气压对活塞的作用成为可能。正是这两个条件使得纽可门蒸汽机的工作效率不高,热效只有0.5%。根据纽可门蒸汽机的工作原理,可以通过两种途径提高热效,一是人为增加压力,形成高压;二是避免汽缸在冷热之间转换,提高热效。瓦特正是依据这一背景,又认识到机械部件达不到一定的精度而不能生产出高压蒸汽机,因此他主要采用了第二种方式,增加了一个分离冷凝器,蒸汽在冷凝器中由热转冷,而汽缸一直保持较高的温度。瓦特还对汽缸进行绝热处理,并放弃了使用大气压力,而是“通过让蒸汽先向一端施压再向另一相反方向施压,使活塞先向一个方向运动然后转而向另一个相反的方向运动”[8]41。经过如此改造后,瓦特蒸汽机的热效达到2.7%。19世纪初,伍尔夫通过在瓦特蒸汽机上增加一只高压汽缸的方式,设计出了复合式蒸汽机[10]130,热效达到7.5%。通过蒸汽机早期的发展可以看出,解决技术问题就需要考察问题产生的原因并对其所隐藏的信息进行分析,据此寻找解决的方式和途径。

技术问题的解决并不能单靠某一领域的技术,而需要相关领域的技术提供支撑,这是技术问题得以解决的必要条件。蒸汽机的设计和制造本属于动力技术领域,但蒸汽机的成功制造还需要机械技术、材料技术和控制技术等相关技术的支撑。在蒸汽机发展的早期,原动机还是由木材和少量的金属部件组成,而蒸汽机需要更坚固更耐用的材料;同时,由于既没有工具又没有工人能够制造如此复杂而又十分精确的机器,瓦特放弃了“在他的蒸汽机中应用高压蒸汽,尽管这是提高热效率和能量输出的唯一途径”[11]。正如陈昌曙先生所言,“支撑技术是不可缺少的,有时会成为一个行业或者企业发展的关键环节”[12]。

对技术问题情境进行分析的目的是深入到问题的内部,从而找到问题的症结,从而找到产生问题的原因和解题的方向。比如在人造真空的过程中,惠更斯采用的是火药爆炸产生真空的方式,但这种真空并不理想。帕潘认识到爆炸产生的真空不理想的原因是爆炸后在汽缸中会有气体残留,转而寻找不会产生残留气体的物质,最终寻找到蒸汽。制造理想真空的技术问题转换为寻找无残留气体的物质,整个问题转化了,解决起来也就方便了。分析问题,要深入到它的深层的情境中,便会形成一条不断深入的逻辑链条。纽可门蒸汽机热效低的原因是汽缸要在冷热之间转换,汽缸冷热转换的目的是为了形成真空,形成真空是为了利用自然大气压使活塞产生运动。问题的症结找到了,使活塞产生运动的压力并不一定要来自于自然大气压,汽缸中的蒸汽同样可以对活塞产生压力,瓦特对纽可门蒸汽机的改进中的一个重要方面就是放弃了利用大气压而采用蒸汽压力,转变了蒸汽机设计的主导方案。追寻技术问题的根源,可以直接得到技术革新的线索和启示。

三、技术问题引导技术认识的展开

工程师在解题的活动中,常常需要对设计方案所涉及的范围、方案的性质和类型等方面有事先的勾画,并依据这种勾画来设计方案。对技术问题类型的分析可以在一定程度上得到设计方案的类型等方面的信息,为随后的技术活动提供引导。

技术问题对技术认识的引导并不总是正方向的,也会出现反方向的引导,正方向为指引,反方向为限制。指引是指技术问题的构成要素对解题活动的方式、方法和可能性的提示。当然,提示中的可能性是有很多种的,而非单一的,并且只是方向性的指引,并不能给出具体明确的方案。至于采用哪种可能性,则需要根据具体的技术条件和相关的支撑技术来作出判断。如在纽可门蒸汽机出现之后,活塞与汽缸之间的配合并不好,如何解决这一难题,一是对汽缸进行精加工,但是当时的机械技术并不能很好地做到这一点,所以当时的工程师采用的是一个易于解决的方式,“这一难题是通过在每个活塞顶部装上柔韧的皮质圆盘,用水使它密封以保持真空来解决的”[10]121。对这种技术问题的解决只是对已有技术方案的一个修补,并不是对已有技术方案的改变。而在这种不改变已有技术方案,通过不断解决常规技术问题来提高已有技术方案的有效性也不能满足社会需要时,就需要采用最复杂和最不易解决的可能性。要把这种可能性变成现实性,需要创造性的思维,所采用的方式与问题的关系并不是那么密切,这种技术方案的出现会带来更多的新意。不过它还是属于技术问题的引导范围之内,虽然对原有的技术方案有革新,但在根本上还是一致的。如瓦特对纽可门蒸汽机的改进在一定程度上改变了原有的技术设计方案,放弃了大气压而采用了蒸汽压,为把汽缸的冷热转换分开而增加了一个冷凝器,这种改进后的有单独压缩器的双向做功的蒸汽机设计方案成为后续50年蒸汽机的主导设计方案,但它依靠活塞做功这一基本设计方案与纽可门蒸汽机还是一致的,乃至后续的内燃机也没能脱离这一基本设计方案。“虽然气体媒质由蒸汽改为热空气又改为燃油和空气的混合燃爆物,汽缸和活塞的基本架构却一直保持不变。”[8]44

限制则是对某些解决方案、方式和类型的否定,这种否定同样是根据已有的技术理论和条件作出的。工程师通过对技术问题构成的分析,认识到技术问题所包含的信息,已有的技术条件,问题的演变经历以及它在问题集中的位置,就会意识到在解决技术问题的过程中所受到的限制,对能做什么,不能做什么,能采用什么样的设计方法等都会有一个基本的认识。如瓦特在没有违反已有的基本理论和技术条件的情况下,放弃增加压力转而寻求减少热量浪费的方法来提高蒸汽机的工作效率;巴比奇在现代计算机出现前的100多年就完成了自动计算的技术设计方案,但由于超出了当时的技术范围而并没能生产出现实的产品。

指引和限制在要求和角度上虽相反,但实际上却是一体的,源于技术问题的实际情境,源于对同一技术问题的解决,只是引导是以最小的代价获得最快的成功,而限制则是为了避免失败而减少浪费。在实际的技术活动中,当指引的方式方法并不能很好地解决问题时,工程师就会转向突破技术情境的限制,寻求新的方式方法来解题。

四、 技术问题调节技术认识的进程

技术问题不仅能启发工程师寻找解题活动的方式和方法,而且在工程师的解题活动中,技术问题通过新产生的问题来调节解题活动的方向和程序。具体技术活动中的原初问题是技术活动的目标,它只能提供一个方向性的、原则性的计划,要实现这个目标,还需要详细具体的技术活动,所以原则性的计划也不可能完全贯彻到底,会随着新问题的出现而作出调整。

具体技术活动中所采取的步骤都是依据上一步骤所产生的问题来进行。新问题虽然都是与原初问题相关的,但也都是意料之外的。工程师必须面对这些新问题,并对它们进行分析和解决。但如果遇到的问题重要而又没有解决的可能性时,工程师就必须返回到上一步,或者采用新的步骤,或者调整原有的计划方案。这种新问题也可能是有启发性的,工程师在解决新问题的过程中,会形成新的设计方向,甚至可能改变原有的全部计划。我们有理由相信瓦特在采用增加一个冷凝器以提高蒸汽机的工作效率以前,试验过通过增加活塞压力来提高工作效率这种方式,只是由于当时的技术条件达不到稳定性和可行性的要求而不得不放弃。

新技术问题的出现是与原初问题相关的,因为是在解决原初问题的技术过程中产生的,是必然的,所以,即使新产生的问题使技术活动偏离了原定的计划,其根源依旧是原初问题。之所以是新的问题,是由于对原初问题的分析不足,由于事先的主客观条件不允许工程师能预先察觉所有的后续问题,因此,分析不足是必然的,新问题的出现也是必然的。新问题的出现对技术认识的顺利展开是有帮助的,它可以显现出未知的联系,弥补原先分析的不足。

尽管新问题的出现是意料之外的,但它对技术认识的调节却不是盲目的。工程师并不是等到所有的设计方案全部完成之后再回过头来看出现了哪些新的问题,而是随时都会反馈到上一步,进行进一步的分析比较,从而确定下一步是否对解决原初的技术问题有帮助。在这种反馈和比较中,必然会出现新的技术问题。这种新的技术问题,尤其是与原初的分析不一致的问题,会促使工程师重新审视原初的计划,并根据比较和反馈的结果作出调整。具体的技术认识过程就是在这种不断的反馈和调整中完成的。

因此,技术问题对技术认识的调节是有意识有目的的,而非盲目的试错。因为工程师所进行的回视和比较是有意识的,对原初计划的调整也是理性的决策。当然,在具体的技术认知过程中,根据新问题的提示和对新问题的分析,工程师对技术问题的认知也在不断的深入,对原初问题的认知也越来越清晰,解决的途径也越来越详细和有效,调整的幅度会越来越小,离问题的解决越来越近,这也表明原初的技术问题通过不断产生新问题的方式调节着技术认识的进程,它对技术认识活动的影响是深刻的,是贯穿始终的。

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