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科学开始于辨别。当自觉的科学活动出现于人类历史上的时候，人类已经做了许多这样的工作。到先秦时期，辨别已经作为认识事物的基础行为，被规定为各级官吏的职责。
依《周礼》，各类主官，从天官冢宰、地官司徒到秋官司寇，都有“辨方正位，体国经野”的责任。这就是辨别方位，以正确指导城市和田野中的各种设施的建设。天官负责宫中事务，辨别日常的衣食、祭祀的各种物品，其中有不少内容涉及科学问题。比如“兽人”辨别各种野兽，“渔人”辨别各种鱼类，“酒正”辨别“五齐”“三酒”，“典丝”辨别各种丝织品，“掌丝入而辨其物”。其中厨子的辨别任务似乎特别繁重，并且有了一整套比较成熟的知识：
（庖人）掌共六畜六兽六禽，辨其名物。（《周礼·天官冢宰》）
（内饔）辨体名肉物，辨百品味之物。……辨腥臊膻香之不可食者。牛夜鸣则庮。羊泠毛而毳，膻。犬赤股而躁，臊。鸟皫色而沙鸣，狸豕肓视而交睫，腥。马黑脊而般臂，蝼。（《周礼·天官冢宰》）
这些是从动物活体辨别肉质的知识，当是长期积累的结果。
地官司徒掌管民事，要辨别的，主要是土地、物产等知识。大司徒要辨别山林、川泽、丘陵、坟衍、原隰等地形及其物产，要辨别各地的土壤状况及其适宜的作物。具体执行的，是他的下属。比如“遂人”，要“辨其野之土，上地，中地，下地，以颁田里”；“土训”，要“辨地物”；“司稼”，要“辨穜稑之种”；“仓人”，要“辨九谷之物以待邦用”；“舍人”，要“掌米粟之出入辨其物”。这些职责，都属于农业科学的范围。
宗伯主管祭祀。要辨别祭祀中的各种物品，比如礼器和献祭的动物。他不仅要辨别种类，而且要辨别规格。其中“典同”“掌六律六同之和以辨天地四方阴阳之声”，属于音律学；“占梦”“辨阴阳之气”，“保章氏”“以五云之物辨吉凶水旱”，与气象学有关。
其他如夏官司马，秋官司寇，也都有自己需要辨别的东西。比如“校人”要“辨六马之属”，“职金”要辨“金、玉、锡、石、丹青”之美恶，这些也是当时重要的科学工作。
辨别，首先是分清异同，然后是起一个名称，以便认识。起初，辨别和定名可能是随机的或无意的。但是当“名”大量出现的时候，“名”的严格化就成为一件必要的工作。
突出的代表有孔子，他看到政局的混乱，认为是当事人不能恪守自己的职责，提出了“正名”的要求，希望通过正名，使当事人能够按照名称所要求的内容，履行自己的职责。
政局的混乱，社会的动荡，使人们看到了愈来愈多的名实不符的现象，引发了名与实关系的讨论。这样的讨论被称为“名实之辨”，即辨别名称和实际的关系。
参加名实之辨的，有的揭露名与实的矛盾，其中最著名的命题就是“白马非马”和“坚白石离”，即白马不是马，因为马这个概念不包含白色；坚硬、白色和石头是分离的，因为你感觉到硬的时候感觉不到白色；如此等等。有的从正面揭示名称的内涵和外延，给名称定义。前者的贡献主要在哲学，后者的贡献主要在科学。《墨经》中关于各种名称的讨论，近代以来，受到科学史界的特别关注。
定义是辨别的延伸和结果，因为依赖定义，人们可以方便地把被定义的对象和其他事物区别开来。而辨别，则是定义的前提，没有辨别，就不可能给对象下定义。先秦时期，给事物定义的典型，是《墨经》。
《墨经》包括《经》和《经说》两部分，各自分为上下两篇。
《经上》篇是给名称下定义。其开始说道：“故，所得而后成也。”“止，以久也。”“体，分于兼也。”“必，不已也。”如此等等。被定义的内容，有不少涉及自然科学问题。比如：
平，同高也。
圆，一中同长也。
方，柱隅四讙也。
倍，为二也。
以上是数学问题。
力，刑（形）之所以奋也。
动，域徙也。
以上是物理学问题。
生，形与知处也。
卧，知无知也。
梦，卧而以为然也。
以上是生物学问题。
这些定义即便放在今天，许多也是可用的，或者是今天更加深刻定义的基础。
《经下》篇是对各种现象的说明。涉及光学的部分特别值得关注：
临鉴而立，景到，多而若少，说在寡区。
景不从（徙），说在改为。
住景二，说在重。
景到，在午有端与景长，说在端。
景之小大，说在地正远近。
《经说》上下篇，则是对《经》上下篇的进一步解说。
《墨经》的内容，是墨家辨别事物的成果。这些成果或表现为定义，或表现为对事实的说明。定义在某种意义上也是说明，说明本身也是定义。这些说明的角度不一，准确程度也不一。由于年代久远，《墨子》又长期受到儒家的批判和排斥，文字错讹很多。后人的句读、理解也都不尽一致。尽管如此，我们从《墨经》中还是可以深切感受到墨子学派认真认识世界、说明世界的严格态度。而对概念进行定义，对事物和事件进行说明，就是真正的科学工作，是进一步研究的基础。
《墨子》以后，《荀子·正名》篇专门讨论了正名，也就是定义的问题。不过荀子主要讨论了定义的原则，比如“同则同之，异则异之。单足以喻则单，单不足以喻则兼”等，并且批评了一些不正确的定义，比如“杀盗非杀人”等，其贡献也主要在哲学方面。但是荀子的认真态度，和墨子是一样的。从态度和方法上说，二者同样是科学所需要的。
汉代开始，儒者们为了政治需要，对于概念的定义往往采取实用主义的曲解。比如董仲舒说，王者，“皇也”，“方也”，“往也”，为天下人所归往，就是曲解的典型方式。而后代这样以故意曲解的方式定义概念的事甚多。相比之下，《墨子》和《荀子》的态度，在科学上特别可贵。
辨别和定义之后，接着就是推理。
古人最常用的推理，就是类推。《荀子·臣道篇》说：“推类接誉，以待无方，曲成制象，是圣臣者也。”这虽然说的是政治问题，也是一般的推理原则。《墨子·小取篇》所说“以类取，以类予”，“推也者，以其所不取之，同于其所取者，予之也”。这讲的也是类推法。孔子提倡的“举一反三”，一之所以能够反三，也是一种类推的方法。
第二种推理方法是“以小推大”。《史记·邹衍列传》说邹衍“必先验小物，推而大之，至于无垠”，就是这种推理方式。
以小推大，也是类推方法之一种。在古人看来，小和大，仅仅是数量的区别，其类别则是一样的。
要保证类推结果的正确，首先是正确的分类。然而先秦的分类一般还只能根据眼见的表象，难以保证分类的准确，也就难以保证推理的正确。至于以小推大，则由测量土地发展到测量太阳远近、天地大小，是一个典型案例。邹衍的大小九州说，是又一典型案例。
战国时代，人们开始察觉推理方法的缺陷。《庄子·天运篇》道：
夫水行莫如用舟，而陆行莫如用车。以舟之可行于水也，而求推之于陆，则没世不行。
他的结论是，不可把古代可行的认为今天也可行，不可把周天子可行的认为鲁国也可行。《墨子·小取篇》道：
夫物……其然也，有所以然也。其然也同，其所以然不必同……夫物，或乃是而然，或是而不然。或一害而一不害，或一是而一不是也，不可常用也。
这种然与不然、是与不是的辨别，应当是认识到了类推法的缺陷。
《吕氏春秋·别类篇》，专门探讨了类推法的各种问题。该篇首先指出了当时分类的缺陷：“物多类然而不然”，即许多看是同类的事物，其实不是，所以不能使用类推的方法。该篇举出的例子有：
夫草有莘有藟，独食之则杀人，合而食之则益寿。万堇不杀。漆淖水淖，合两淖则为蹇，湿之则为干。金柔锡柔，合两柔则为刚，燔之则为淖。或湿而干，或燔而淖。类，固不必可推知也。
这就是说，本应该更淖更湿的结果反而是干的，本应该更柔的反而成了刚的。事实使作者得出结论，类推的方法，不可随便应用。
其次，小也不可以推大。比如治疗偏瘫的药，可以使死去一半的身体复生。那么，假如我用加倍的量，是否就可以使身体全部死去的人复活呢？回答自然也是否定的。所以《吕氏春秋》得出结论说“物多类然而不然”（《吕氏春秋·别类》），因为类推的结果，是不能保证准确的。
中国古人以小推大最为典型的例子，就是《大学》中的“修齐治平”之论。这种理论认为，自身修养得好，就可以治理好一家；一家治理得好，就可以治理好一国。宋代理学遭到批评，从理论上说，大部分就是认为以小可以推大，犯了逻辑上的错误。
从《庄子》《墨子》到《吕氏春秋》对类推的批评，是十分可贵的在科学方法上的进步。可惜直到今天，这种不可靠的方法还是常常被自觉或不自觉地应用。为温故知新，本书特意介绍了先秦时期在科学方法上的探索成果。