縱觀科學史不難發(fā)現(xiàn)，成熟的科學理論，如牛頓力學、進化論、相對論、量子力學等，無一不是對目標系統(tǒng)即世界某方面的適應性表征的結(jié)果。

所謂適應性表征，就是主體人使用中介客體如概念、命題、模型、數(shù)學方程等人造工具對目標系統(tǒng)的似真的、可靠的、一致的描述或刻畫，并隨著目標系統(tǒng)的變化而實時地做出調(diào)整，即對表征做出修正。

科學表征的最終結(jié)果是形成知識體系，即科學理論。

因此，適應性表征是科學認知的核心問題，是關(guān)乎科學發(fā)現(xiàn)和科學創(chuàng)造的大事。

適應性表征的優(yōu)先性

在科學認知實踐中，對于一個特定目標系統(tǒng)，客體或現(xiàn)象，表征它的方式不止一種，諸如圖像、模型、數(shù)學方程、邏輯刻畫、語言描述等。

那么，這其中有沒有最適合或最佳表征？如果有，哪一種是最佳的？如果沒有，如何才能更有效地表征？

假設(shè)存在最佳表征，就意味著我們要做選擇。這是一個難以抉擇的問題，也是個見仁見智的問題。

例如，對于一棵樹的表征，畫像和照片哪個更好？對于天氣現(xiàn)象，語言描述與模型呈現(xiàn)哪個更好？定性描述與定量表達哪個更好？這的確不好選擇。

選擇哪種表征方式，要根據(jù)表征主體要實現(xiàn)的目的和表征對象的特點來確定。

對于畫家，可能選擇繪畫；對于攝影師，可能選擇照片；對于普通人，可能選擇語言描述；對于氣象學家，可能選擇模型表達；對于文學家，可能選擇自然語言定性描述；對于科學家，可能選擇數(shù)學定量刻畫。

最常見的情形是多種表征方式的混用，比如量子力學的數(shù)學刻畫、圖解表示和自然語言說明的結(jié)合，其中有一種是主要表征方式，如數(shù)學表達。

這就是表征要依據(jù)認知目標的特點和達到的目的的適應性問題，是表征主體要優(yōu)先考慮的。

顯然，表征作為一個認知過程，就是用一類事物代替或描述另一類事物。在科學探索中是用人工物（模型、方程等）描述自然現(xiàn)象。

我們發(fā)現(xiàn)，一切知識都是認知表征的產(chǎn)物，知識要成為可靠、準確的科學陳述，就必須是真實的而非虛假的認知表征；所有表征形式，若要可靠地、逼真地描述其客體對象，就必須與它所描述的對象實質(zhì)地、經(jīng)驗地相適應，這就是適應性表征。

準確來說，適應性表征是指表征工具（語言、模型、圖像）與表征對象（系統(tǒng)、客體、現(xiàn)象）之間的適當性與一致性描述。

不同學科進行表征的側(cè)重點不同——認知心理學側(cè)重心理表征，人工智能側(cè)重知識表征，自然科學側(cè)重科學表征，人文學科側(cè)重自然語言表征。

不論側(cè)重哪一方面、使用哪類表征工具、形成哪一類表征，本質(zhì)上都是認知過程。根據(jù)認知對象的存在與否、可觀察與否，表征可分為一般表征和科學表征。

一般表征也就是非科學表征，它通常使用自然語言和圖像表征，如文學、繪畫，其表征對象可以是真實存在的，也可以是虛構(gòu)的，如神話故事及其繪畫。

科學表征使用的工具通常是數(shù)學、模型等，表征對象要求是真實存在的客體，包括還未發(fā)現(xiàn)的概念客體，如黑洞、夸克。

相比而言，科學表征無論是在表征形式上還是表征目標上，都具有嚴格規(guī)范性和客觀實在性，有別于一般表征的非規(guī)范性和虛構(gòu)性，在表征上表現(xiàn)出特殊性。

總之，科學認知的實質(zhì)就是如何可靠地、真實地表征目標對象的問題，這顯然不同于文學藝術(shù)的認知方式，因此表征是一切理論創(chuàng)造的核心。

沒有表征就難以創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)，更遑論科學創(chuàng)新。

適應性表征的功能就在于探討并弄清科學認知的表征結(jié)構(gòu)、機制和形式，為科學創(chuàng)新和科學發(fā)現(xiàn)提供可靠的表征理論依據(jù)。

適應性表征的思想基礎(chǔ)

表征是一個歷史悠久的概念，在哲學和科學中廣泛使用。古希臘哲學家將其分為感覺的、內(nèi)在的和概念的，相應形成了純的、強的和弱的表征主義。

中世紀哲學家認為表征和被表征的事物有相同的形式；表征與被表征的事物類似；表征由被表征的事物引起；表征意指被表征的事物，相應地形成了表征的同構(gòu)觀、相似觀、因果觀和指稱觀，構(gòu)成了后來的科學表征的思想基礎(chǔ)。

科學表征的理論主要有圖像論、自然主義、結(jié)構(gòu)主義、指代—替代推理主義和語義—語用論。

圖像論是19世紀物理學家麥克斯韋、玻爾茲曼和赫茲建立的科學模型觀，認為模型是物理學的支柱，是世界圖像的本質(zhì)，科學理論就是心理圖像，與物理實在具有相似性。

這是最基本、最普遍的相似和同構(gòu)表征觀的混合，也是最受詬病的觀點，因為它依據(jù)心理圖像將目標客體確定為建構(gòu)外在世界的圖像，外在世界完全內(nèi)在地存在。這導致了后來的科學實在論與結(jié)構(gòu)實在論的爭論。

圖像論不能說明根本不是圖像的數(shù)學方程的表征問題，且圖像具有對稱性、反身性和傳遞性，而表征關(guān)系不是。

正是圖像論的這種缺陷，導致了自然主義目的語義學的產(chǎn)生。

目的語義學主張表征關(guān)系能夠由生物學功能概念加以說明，旨在闡明一個完全物理的行動者的內(nèi)在狀態(tài)如何能夠真實地表征其周圍世界。

這意味著表征完全不需要心靈概念，表征就是感受器接受外在信息的過程。

自然主義的目的是用自然科學（生物學）的方法取代心靈哲學的方法，用功能取代心靈，使表征可操作。

然而，表征是有心理活動的行動者參與其中的過程，排除心靈概念不等于排除心理活動，缺乏心靈的表征只是自然呈現(xiàn)，這促使科學哲學家從數(shù)學結(jié)構(gòu)主義視角探討表征的機制問題。

結(jié)構(gòu)主義表現(xiàn)為同構(gòu)論、部分同構(gòu)論和經(jīng)驗結(jié)構(gòu)主義。同構(gòu)是指數(shù)學的映射，它將研究對象描述為結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)，科學的“客體”被描述為“結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)中的位置”，科學理論是通過共有結(jié)構(gòu)描述這樣的客體或系統(tǒng)的。

這種將現(xiàn)象結(jié)構(gòu)看作世界本身的觀點受到了強烈批評，因為同構(gòu)是數(shù)學上的，實際的表征工具與目標之間根本不是同構(gòu)關(guān)系。

為此，弗雷赫將同構(gòu)弱化為部分同構(gòu)，使其作為理論模型與數(shù)據(jù)模型之間的基本關(guān)系起作用。

鑒于物理表征通常是描述或表達而不是同構(gòu)或部分同構(gòu)，范·弗拉森提出經(jīng)驗結(jié)構(gòu)主義，主張測量及其理論化就是表征，測量結(jié)果不表示被測量實體是什么，而是在測量結(jié)構(gòu)中“看起來像”什么。

休斯發(fā)現(xiàn)科學表征具有“指代”“證明”和“詮釋”作用。

指代是模型的元素指稱現(xiàn)象，證明是使用者運用模型得到一個結(jié)果，詮釋是這個結(jié)果得到物理上的說明。

蘇雷茲認為這種模式對于表征是不充分的，表征還應該包含認知和推理，本質(zhì)上是一種類似于“力”的推理力，有程度的差異——準確表征、真實表征和完全表征，從而形成了指代—推理主義。

按照這種觀點，X表征Y僅當X的表征力指向Y，X允許有能力、有知識的行動者得出關(guān)于Y的推論。

若X是模型，則必須滿足兩個條件：一是指代，即模型被用來表征系統(tǒng)；二是替代推理，即模型允許它的使用者執(zhí)行從模型到系統(tǒng)的具體推理。

然而，指代—替代推理的實質(zhì)是結(jié)構(gòu)映射式的功能替代，更強調(diào)指稱關(guān)系和推理過程，忽略了表征的語義內(nèi)容。

語義—語用論是語義論的語用化。

語義論始于薩普斯的集合—理論形式主義，主張理論是通過模型與世界發(fā)生聯(lián)系的，而模型與經(jīng)驗以復雜的方式相聯(lián)系，理論的標準框架以“一個抽象的邏輯運算”表征理論，并提供運算的“對等定義”。

這意味著科學理論由（數(shù)學）模型家族構(gòu)成，包括經(jīng)驗模型以及闡述經(jīng)驗模型與經(jīng)驗系統(tǒng)之間聯(lián)系的假設(shè)集。

這種基于集合的語義論不過是數(shù)學結(jié)構(gòu)主義的翻版，依賴的還是相似與同構(gòu)，不能完全說明理論與模型關(guān)聯(lián)世界的方式。

語用論者吉爾認為，表征是主體S出于目的P使用工具X表征世界W的認知過程。這種語用論強調(diào)主體S基于目的對表征工具模型的使用。

康特薩認為一個表征應該是一個有效認知推理，當使用者能夠使用表征工具進行關(guān)于目標的有效替代推理時，表征工具才是目標的一個認知表征。這等于將語義—語用論與替代—推理主義相結(jié)合。

問題是，這種混合的語用論僅規(guī)定替代推理有效，沒有規(guī)定結(jié)論是真是假，結(jié)論的真假與推理是否有效無關(guān)。

由于語義—語用論在表征結(jié)果真假上的模棱兩可性，使得它在真理問題上受到了批判。

在筆者看來，這些科學表征理論之所以會有這樣或那樣的缺陷，根本原因是忽視了表征的適應性。適應性表征才是科學認知的本質(zhì)。

適應性表征的自然和文化根源

根據(jù)生物進化論，由于生物是適應環(huán)境而生存的，這種基于身體的自然認知系統(tǒng)（大腦）也應是適應環(huán)境的，其認知表征必然是適應性的。

人類基因組計劃已經(jīng)破解了基因遺傳的分子組成成分。這等于在生物學水平上重建了我們是誰，弄清了人類進化的生物物質(zhì)的細節(jié)，進一步驗證了達爾文和孟德爾的理論。

整個人類基因結(jié)構(gòu)的破譯是生物學上一次革命性事件，正如愛因斯坦對牛頓物理世界的重構(gòu)一樣。然而，這一具有革命性的成就并不能解釋人的有意識認知現(xiàn)象。

假如將基因或基因組合看作一個行為體或行為組合體，其行動能否說明更高層次的心智和認知現(xiàn)象？

現(xiàn)在，我們知道我們是生物體由基因組成，我們也知道我們有意識和期望，也知道他人像自己一樣有意識和期望，但基因?qū)哟蔚脑砟軌蛘f明意識和認知行為嗎？這些層次之間是如何相互作用的？生物組織的腦如何就產(chǎn)生了意識和心智？

迄今的生物科學、認知科學、神經(jīng)科學還不能給出令人信服的答案。這就給有意識認知和心智現(xiàn)象蒙上了一層神秘的面紗。

然而，一個不可否認的事實是，有意識認知和心智現(xiàn)象是寓于身體的，沒有身體就不會有意識和心智。

這是傳統(tǒng)哲學中一直堅持的觀點，因為是人在認知、在思考，不是大腦，大腦只是思維的器官，正如是我在看，不是眼睛在看，眼睛只是視覺器官。

人在認知（思維）時，除大腦外的器官如心臟等也會對認知（思維）有或多或少的貢獻。比如心臟供血不足，我們就會感到頭暈，這勢必影響思維效果。

當代認知科學中的“具身認知”綱領(lǐng)之所以強調(diào)認知的具身性（embodiment），主要是針對人工智能中的離身認知的觀點，即智能機是不需要身體的，也不遵循生物學規(guī)律。

在筆者看來，認知（思維）本來就是人作為整體呈現(xiàn)的功能，而不是人體哪一組成部分特有的功能。雖然眼睛有看的功能、大腦有思考的功能、胃有消化的功能，但不能因此而忽視每個器官與其他器官的整體協(xié)作功能。

在治療的意義上，人體是可以分離的，如換心臟、換腎，但在認知的意義上，人體（主要器官）是一個不可分割的整體，即使將來有一天，醫(yī)學技術(shù)發(fā)達到大腦也可移植了，也不意味著意識和心智也可移植。

盡管如此，我們理解和創(chuàng)造生物體的取向，以及理解他人的具身狀態(tài)的神經(jīng)支撐物的取向，離不開現(xiàn)代認知科學和生物學的成就。

生物學使我們能夠區(qū)分有生命和無生命的東西，認知科學使我們認識他人的信念和期望以及個人認知的歷史。

這兩方面蘊含了一個相關(guān)的但明顯不同層次的適應性——生物的適應性和認知的適應性。

如果認知的核心是解決問題（目標），那么認知系統(tǒng)就是目標取向的，目標就是認知投射的靶子。

形象點說，認知作為探討過程，就像射擊訓練過程一樣，是瞄準靶向的，射擊者使用的工具（槍、弓等），如同研究者使用的儀器和表述語言。

這個目標取向的認知，可稱之為“射擊隱喻”，旨在強調(diào)認知行為不僅是目標取向的，也包含了達到目標的方式。兩種類型的不同在于，認知過程創(chuàng)造概念范疇，而且所創(chuàng)造的范疇依賴于背景理論，如已有的各種成熟理論。

而目標取向的系統(tǒng)一定是認知適應性系統(tǒng)。原因并不復雜。

在認知過程中，一旦我們選取了目標（問題），就會圍繞目標想方設(shè)法達到目標，即解決問題，其間會遇到各種意想不到的不確定性、偶然性等，這就需要認知者及時調(diào)整研究策略，以適應變化的環(huán)境。還以射擊為例。

在射擊運動中，運動員要根據(jù)靶向的位置、距離，觀眾的氛圍甚至自己的呼吸速率及時調(diào)整，才可能射得準。

特別是在戶外移動靶向的射擊中，對射擊者適應能力的要求更為突出，射擊者不僅要隨著移動的靶子及時調(diào)整，還要考慮風速和風向，這一過程特別凸顯了身體的敏感性和協(xié)調(diào)性。

這種射擊過程就是運動員不斷調(diào)整、適應的過程，其中身體敏感性起到核心作用。目標取向的認知過程與此類似。在認知過程中，對目標的感知是根植于認知者身體的，特別是大腦。

在科學研究中，設(shè)計實驗就是為了在一定范圍和程度上控制目標對象，這就是受控實驗。控制的目的是要達到穩(wěn)定性，減小不確定性，找到某些規(guī)律性的東西。

而且在探討未知的過程中，經(jīng)驗不是被動而是主動參與其中，通過觀察、假設(shè)、檢驗、修正來展現(xiàn)認知的適應性和探究性。這就是認知的具身性和目的性的統(tǒng)一。

顯而易見，人類進化中的一個適應性特征就是向外延伸，用哲學術(shù)語講就是意向性，即指向外在目標客體的屬性。

指稱他物就是向他物學習，在學習某物后，我們就創(chuàng)造了環(huán)境中的一個支柱來激活執(zhí)行系統(tǒng)，如認識一個事件、一個人如何做某事。

在這個意義上，我們的記憶不總是嚴格存在于我們的頭腦中，外記憶記錄在日常生活中或許更為明顯，并持續(xù)與內(nèi)生的認知系統(tǒng)相互作用。

這就是認知科學中的“延展認知”。

認知世界有豐富的外記憶記錄，它們承擔指導行為的責任，并與內(nèi)認知機制相互作用。

正是這一過程塑造了我們的認知敏感性，包括時間感和歷史感，而敏感性產(chǎn)生之時，正是文化開始之日。

在這個意義上，敏感性不僅僅在于記憶能力，因為動物也有，還在于文化的熏陶。人與動物的本質(zhì)區(qū)別就在于動物沒有形成文化。

因此，最初的記憶只是敏感性的生物基礎(chǔ)，文化才是造就敏感性的真正原因。

教科書特別是歷史教會了我們認識自然世界和人類本身的過去，并從歷史中學到許多知識，如科學知識、地理知識、自然知識等。

人類的歷史或許是超越達爾文進化論的，因為它承載了太多的文化成分，這是超越生物適應性的文化適應性。如果說生物的進化是基于基因的，那么認知的進化很大程度上是基于文化的。

適應性表征的實現(xiàn)路徑

不可否認，認知是一種探索過程，其結(jié)果就是對思想觀念的表征。

在這個意義上，科學表征就是認知過程，一種科學家借助某種工具反映自然或世界某方面的過程。

也就是說，表征必須借助特殊工具——自然語言、符號、圖形、模型等。

第一，通過命題建構(gòu)意義。

從語言的角度看，科學理論是命題的集合。

命題是由自然語言組成的、有所斷定的陳述句，如“地球圍繞太陽轉(zhuǎn)”“光直線傳播”。

因此，自然語言無疑是我們表達思想的首要工具，也是科學知識傳播所必需的，因為自然語言是大眾語言，是交流的工具。

要讓科學知識得到普及和理解，就必須將抽象的理論通俗化，讓大眾接受。

第二，通過形式語言刻畫關(guān)系。

形式語言包括邏輯和數(shù)學，是一種符號體系。科學某種程度上是使用數(shù)學語言書寫的，特別是現(xiàn)代物理學，數(shù)學是其表征的最主要工具。

近代科學自伽利略以來，就走向了數(shù)學化的道路，比如電磁理論中的麥克斯韋方程，量子力學中的薛定諤方程。

可以說，沒有數(shù)學，就不會有現(xiàn)代科學的精確描述，比如沒有歐式幾何就難以形成“地心說”和“日心說”的形象描述，沒有黎曼幾何，就不會有相對論思想的充分表達。

在人工智能中，邏輯和數(shù)學構(gòu)成算法語言的主要部分。

第三，通過可視圖像表征展示形象。

圖像包括幾何圖形、圖表、坐標等，是一種可視的圖標。這種表征方式在科學文獻中很常見。

如宇宙學中的各種天文圖像、數(shù)據(jù)曲線圖、行星運行軌跡的幾何圖等。這些可視圖是自然語言描述的必要補充，比如黑洞的圖像。

第四，通過物理模型表征顯示結(jié)構(gòu)。

物理模型在科學中也是常見的一種表征方式，如DNA模型、各種分子結(jié)構(gòu)模型，其特點是直觀明了，就像汽車、飛機的模型一樣。

模型表征是伴隨我們一生的形象思維方式，是心理表征如思想實驗的物理實現(xiàn)。思想實驗作為一種想象的實驗，它不僅僅是科學發(fā)現(xiàn)和論辯的工具，更是一種理想的、在頭腦中設(shè)計形成的認知模型。

第五，通過復合表征呈現(xiàn)理論。復合表征是上述幾種表征工具的混合。

成熟的科學理論往往不只是使用單一的表征形式，其中既有自然語言的說明和形式的刻畫，也有圖像的顯示和模型的描述。

所有科學雜志如《科學》《自然》刊登的論文幾乎都運用混合表征。

總之，適應性表征就是建構(gòu)意義（概念、命題）的過程、顯現(xiàn)關(guān)系（數(shù)學方程）的過程、呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)（組成、類型）的過程、展示圖景（如天文學圖像）的過程、最終形成科學知識體系的過程。

概念、命題使得理論具有自然語言的含義，形式表征使得目標客體的關(guān)系得以簡潔清晰，圖像使得理論更形象，模型使得理論有了內(nèi)核和框架，這些表征形式共同構(gòu)筑了理論的完整體系。

科學理論就是通過這些特殊工具及其復合表征得以實現(xiàn)的，科學知識就是這些特殊工具的集合，科學認知正是通過各種表征方式彰顯了意義。

（本文為國家社會科學基金重點項目《科學認知的適應性表征研究》〈16AZX006〉成果，作者系教育部人文社會科學重點研究基地山西大學科學技術(shù)哲學研究中心學科帶頭人、哲學社會學學院教授、博士生導師）