本書是一部科學史與科學哲學（ History and Philosophy of Science） 專著，也與「科技與社會」（ Science, Technology and Society）理論有深度的對話。上冊是第一部分「模型與理論」，包含〈導論〉以及第一到第六章；下冊是第二部分「實驗」，包含第七到第十二章以及〈結論〉。
本書企圖建構一個科學理論與實驗發展與演變的動力模型、一個科史哲理論，總結有下列主張：
1. 科學理論和實驗的發展共享一個人類家族似的發展樣式，即透過對先行者（親代）結構局部的修改，而產生彼此間具有家族相似和歧異的後繼者（子代）來描述。
2. 此發展樣式的原因和動力，是科學家對先行理論與實驗作認知評價後，局部修改其內在結構，再發展自己的新版本。
3. 模型媒介於理論和實驗之間，必須透過模型來分析理論和實驗的內在結構。
4. 理論、模型、實驗與世界兩兩之間的關係，可以透過結構相似程度的比較來進行認知判斷；其比較方法是分析理論、模型和實驗的結構成為組成局部，再比較先行者與後繼者的局部和對應局部的相似性來作判斷；此方法為認知評價提供一個較客觀的參考架構。
5. 科學活動有發現、結構、發展（發育或發生）、變遷、社會環境、規範等多元向度，彼此在不同的脈絡中互相關聯，但不能被化約到發現脈絡和證成脈絡的二分架構上。
6. 我們可以推薦新的認知評價來引導科學未來的發展。如此，原因和動力的實然與認知評價的應然不斷地互相循環、互相影響。
從觀察到理論
經驗模型的媒介
傳統上，觀察被視為人類的感官被動地接受外界的感覺訊息並作判斷。既然外界的感覺訊息已經將它們自己呈現在感官上，人們的判斷因此也是「被動的」、只是一種反映感官訊息（現象）的心靈行為，再以語言表達出來。因此重點在於人們對於感官知覺或經驗的語言表達——一個以觀察語句來再現感官經驗的觀察報告。
在二十世紀初語言轉向潮流的影響下，科學哲學對於觀察的討論，就因此著重在觀察報告、觀察語句的邏輯結構之分析，觀察語句如何驗證理論假設，以及一個理論定律如何能演繹出觀察語句——因為這代表了一個理論可以說明該觀察語句描述的經驗現象。二十世紀前半葉的科學哲學，進一步討論如果有兩個理論都可以說明同一個現象，要如何判斷誰真誰假？什麼可以做為人們判斷的依據？科學哲學家認為是表達觀察經驗的觀察語句。如果觀察語句要負擔仲裁敵對理論的責任，那麼觀察語句就必須徹底中立才成。換言之，觀察語句絕不能有任何理論的成分，否則無法完成它的任務——這就形成一個「觀察（語言）中立於理論（語言）」的學說。
1960年代後，科學哲學興起從科學史的案例進行分析的歷史取向。這個新潮流的科學哲學家也應用當時最新的知覺心理學理論——完形心理學（Gestalt psychology）——來分析科學的知覺與觀察，科學哲學家發現人類（含科學家）的知覺，好像被某種「先入之見」強烈地左右。他們主張觀察重點在於對「觀察到什麼」的判斷，而這個判斷總是預設了觀察主體已有的知識或理論，韓森（Norwood R. Hanson, 1924-1967）在1958年便提出觀察背負理論（theory-ladenness of observation）的學說。
「觀察中立於理論」與「觀察背負理論」截然對立，形成科學哲學中的一大爭議點。在這兩個極端之間，有沒有第三條路？有。本章提供的答案正是第三條路。可是，前一章我們已經展示從理論到現象需要模型的媒介，我們也論及古典力學對運動現象的「理論優勢」的情況，這意味著觀察背負理論才是正確的嗎？不然。這一點涉及我們對理論的解釋和理解，也涉及對觀察的基本性質之理解。觀察是感知現象的行為，其與理論之間的關係當然需要模型的媒介。換言之，所有的觀察都預設（背負）一個模型。因此，如果模型是理論中的模型，那麼的確觀察背負理論。可是，並非所有的模型都是理論中的模型，科學上也存在大量的獨立於理論的模型，如果觀察背負的是這種模型，那麼觀察並沒有背負理論！進而，如果觀察背負獨立於理論的模型不是來自理論的引導和建構，它們又是怎麼產生的？它們其實正是由觀察而產生的。在觀察與作觀察判斷的同時，科學家也建立了一個經驗模型（empirical model）。經驗模型模釋經驗。換言之，科學家的經驗總也是以系統、模型的型態而出現。
總之，科學家的觀察從來不是破碎、片段、孤立的現象感知，科學家總是以一個整體、系統、概念架構的方式（即模型）來感知現象並作觀察判斷；反過來說，科學家在觀察和作判斷時，總是同時建立一個整體、系統性的概念架構——經驗模型，它們也需要被理論（更高層的理論模型）加以說明。進而總是同時可以有兩個以上的高層理論模型說明同一個經驗模型——這也就是傳統上所謂，兩個對立的理論可以被同一組現象驗證。上述有關觀察和理論的諸多科學研究的實情，本章將使用模型的概念來重新處理。
哈金是第一位企圖超越觀察中立理論和觀察背負理論這兩極對立的科學哲學家，他提出一個討論觀察與實驗的新方向。在討論筆者的觀點之前，有必要以哈金的觀點為討論觀察與理論關係的起點。
壹、哈金論觀察
化學哲學的基礎是觀察、實驗與類比。透過觀察，事實可以清晰詳盡地銘印在心靈中。經由類比，相似的事實產生關連。透過實驗，我們發現了新事實。在知識的進展中，觀察經由類比的指導而導向實驗，類比由實驗來印證，就變成科學真理。
Humphry Davy（1778-1829）, Elements of Chemical Philosophy, 1812: 2-3
在一切研究中，培根賦予實驗極大的價值。但是他一點也不理解它們的意義。他認為實驗是一種自動機制，一旦使它運作，就會產生結果。但是，在科學中，所有的研究都是演繹的或是先驗的。實驗就像計算一樣，只是思想的助力：如果實驗要有意義的話，思想必定總是且必然先於實驗。就「經驗」的通俗意義而言，所謂探索的經驗模式並不存在。沒有理論（亦即觀念）在先的實驗，與科學研究的關係，就好像小孩子發出嘎嘎聲與音樂的關係一樣。
Justus von Liebig（1803-1873）, Über Francis Bacon von Verulam und die Methode der Naturforschung, 1863: 49
這兩段是十九世紀兩位化學家對觀察、實驗和理論的觀點，代表了一個長久以來的對立：觀察和理論，哪個在先？
二十世紀早期的邏輯經驗論，給我們一幅觀察在科學中扮演優先角色的形象：觀察是科學研究的起點、觀察和理論截然二分、觀察與「實驗中的觀察」乃是驗證和否證一個假說或理論的「判官」。這幅形象從波柏的否證論開始被打破，至韓森和孔恩之後，理論優先而且觀察背負理論的科學形象，成為二十世紀下半葉的主流觀點。費耶阿本（Paul Feyerabend, 1924-1994）甚至有「觀察陳述全然是理論的」的說法。[1]哈金的《表徵和干預》一書企圖扭轉「理論優先」和「理論支配」的主流，但他並沒有回到實證傳統，而是試圖提供一幅觀察與實驗的新形象：（a）觀察是技能（skill）、是實踐，具有獨立性，不是必然要依賴理論的語言或文字報告（verbal report）；（b）實驗的主要目的和功能，不在於檢驗理論，而是在於創造新現象。實驗不是理論的附庸，實驗自有其生命。
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