觀察方法和實(shí)驗(yàn)方法.ppt

第三章 觀察方法和實(shí)驗(yàn)方法,本章將重點(diǎn)介紹觀察、實(shí)驗(yàn)方法的特點(diǎn)、基本類型、在科研中的作用，以及在運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)方法時(shí)應(yīng)遵循的一些原則，實(shí)驗(yàn)方法的一般程序，觀察和實(shí)驗(yàn)中的機(jī)遇等問題。 第一節(jié) 科學(xué)觀察方法 所謂科學(xué)觀察方法，是指人們通過感官或借助于儀器，有目的、有計(jì)劃地感知和描述研究對象，從而獲取科學(xué)事實(shí)的一種科研方法。,一、觀察方法的特點(diǎn) 1. 它是一種感性認(rèn)識活動(dòng) 2. 它具有目的性、計(jì)劃性。 3. 觀察與實(shí)驗(yàn)不同，觀察所考察的研究對象處于自然狀態(tài)，不施加人工干預(yù)。 4. 觀察是一種多種感官同時(shí)參與的活動(dòng)。 二、觀察方法的基本類型 1. 根據(jù)觀察的手段和方法不同，可劃分為直接觀察和間接觀察。 （1）直接觀察。即憑借人的感官直接感知研究對象，而不借助于儀器。,其優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)用方便、最少干擾，比使用儀器更具有直接的現(xiàn)實(shí)性。 其缺點(diǎn)是：對于高難度的研究對象，在一定條件下要受到感官能力的限制。 （2）間接觀察。也叫儀器觀察。即人們借助于儀器或其它技術(shù)手段間接地從外部獲取感性材料的一種方法。 其優(yōu)點(diǎn)是：延長了人類的感官，擴(kuò)大了感知的范圍和種類，提高了觀察的精確度和反應(yīng)能力，使人們對于自然界的認(rèn)識能力得到了很大的提高。,其缺點(diǎn)是：由于儀器本身的復(fù)雜性和干擾性，易帶來一些認(rèn)識上的錯(cuò)覺和誤會。 2. 根據(jù)觀察的性質(zhì)和內(nèi)容，又可分為質(zhì)的觀察和量的觀察。 質(zhì)的觀察，亦稱性質(zhì)觀察。即考察事物具有或不具有某種屬性和特征以及它與其它事物是否具有何種性質(zhì)聯(lián)系的一種觀察方法。 量的觀察，即對研究對象的某些性質(zhì)和特征進(jìn)行數(shù)量描述和測定的一種觀察方法。,三、觀察方法在科研中的作用 1. 它是收集科學(xué)事實(shí)，形成科學(xué)認(rèn)識的基礎(chǔ)。 2. 它是檢驗(yàn)假說和理論的重要標(biāo)準(zhǔn)。 四、運(yùn)用觀察方法必須遵循的原則 1. 客觀性原則。 這一原則要求觀察者必須客觀的、實(shí)事求是地反映所觀察到的事實(shí)，既不能隨意增減觀察到的事實(shí)，又不能臆造一些不存在的事實(shí)。,影響觀察客觀性的干擾因素大致有以下幾個(gè)方面： （1）事物的非本質(zhì)現(xiàn)象混淆了事物的本質(zhì)現(xiàn)象。 （2）環(huán)境對觀察的影響。不同的觀察環(huán)境會對觀察結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。 （3）觀察者的角度不同，會產(chǎn)生不同的觀察結(jié)果。 （4）受觀察者生理或心理因素的影響。 （5）觀察滲透理論。所謂觀察滲透理論是指在觀察中摻雜著理性因素的影響。也就是說在觀察研究對象過程中觀察者會受到原有理論、知識、經(jīng)驗(yàn)的影響以及對所使用的儀器原理的認(rèn)識程度的影響。,受觀察滲透理論的影響，一般可以從以下三方面去理解： （1）受先入之見的影響。 所謂“先入之見”是指人們在從事觀察活動(dòng)之前就已在頭腦中形成了關(guān)于對觀察對象的某種認(rèn)識或期望。 （2）受觀察者原有理論、知識、經(jīng)驗(yàn)的影響。 （3）觀察儀器中蘊(yùn)含著理性知識。,2. 全面性原則。 所謂全面性原則是指：在觀察研究對象時(shí)，從空間上講，要觀察事物的各個(gè)方面、各個(gè)部分、各個(gè)層次；從時(shí)間上講，要觀察事物發(fā)展變化的各個(gè)階段以及它的全過程；同時(shí)，要觀察事物內(nèi)部各要素之間以及該事物與外界其它事物的聯(lián)系。 3. 典型性原則 所謂典型性是指在選擇觀察對象時(shí)要注意選擇那些能夠集中反映一類事物的共性，其自然現(xiàn)象表現(xiàn)的過程較純粹、最少干擾、最易于觀察的事物作為觀察對象。 4. 同時(shí)在觀察中還要注意細(xì)心原則。,第二節(jié) 科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法 所謂實(shí)驗(yàn)方法是指人們根據(jù)課題確定的目的和需要，通過儀器和設(shè)備，人為地變革、控制或模擬研究對象，在有利的條件下，獲取科學(xué)事實(shí)，探索研究對象的本質(zhì)和規(guī)律的研究方法。 一、實(shí)驗(yàn)方法的特點(diǎn)和基本類型 （一）實(shí)驗(yàn)方法的特點(diǎn) 1. 實(shí)驗(yàn)方法源于觀察，又高于觀察。 2. 實(shí)驗(yàn)方法源于生產(chǎn)，但高于生產(chǎn)。,（二）實(shí)驗(yàn)方法的基本類型 1. 定性實(shí)驗(yàn)。這是確定研究對象是否具有某種屬性；事物之間是否具有某種聯(lián)系以及物質(zhì)的定性組成的實(shí)驗(yàn)。 2. 定量實(shí)驗(yàn)。這是測定事物某些屬性、某些因素的量的規(guī)定性或某些屬性或因素之間的數(shù)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。 3. 結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)。即主要研究事物內(nèi)部空間構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)。 4. 析因?qū)嶒?yàn)。即已知結(jié)果而去尋找產(chǎn)生這一結(jié)果的原因的實(shí)驗(yàn)。 5. 探索性實(shí)驗(yàn)。即富有冒險(xiǎn)精神，勇于揭示自然界的奧秘的實(shí)驗(yàn)。例如：海洋探索、月球、火星等太空探索。,6. 對照實(shí)驗(yàn)也稱比較實(shí)驗(yàn)。這是通過設(shè)立對照組和試驗(yàn)組，確定兩組事物之間的異同，以揭示研究對象具有某種屬性或產(chǎn)生于某種原因的實(shí)驗(yàn)。 其中對照組是作為比較的標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)組是作為研究的對象。 對照實(shí)驗(yàn)最基本的要求是：對照組和實(shí)驗(yàn)組僅在需比較的單個(gè)因素方面有差異外，其余比較項(xiàng)目則應(yīng)基本相同或相似，否則，就會失去意義。 7. 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這是為檢驗(yàn)?zāi)硞€(gè)假說或某種新理論是否成立而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。 8. 模擬實(shí)驗(yàn)。即通過設(shè)計(jì)與原型相似的模型，利用模型來間接研究原型，然后再將結(jié)果類推推到原型上去的實(shí)驗(yàn)。,模擬實(shí)驗(yàn)主要適用于那些規(guī)模龐大無法操作（飛機(jī)、船舶、三峽工程）或過程復(fù)雜、難以追蹤（生命起源、天體的演化、生物遺傳等）、或不便于直接作用于研究對象（醫(yī)學(xué)上的人體實(shí)驗(yàn)等）的事物。 它與上述7種實(shí)驗(yàn)相比是一種間接實(shí)驗(yàn)。其最大的特點(diǎn)是：模型要與原型在結(jié)構(gòu)功能上或數(shù)學(xué)形式上具有相似性。 根據(jù)原型與模型相似的關(guān)系，我們又可將模擬實(shí)驗(yàn)分為物理模擬和數(shù)學(xué)模擬。,（1）物理模擬，是指模型與原型的物理過程相似，即結(jié)構(gòu)或功能相似。 （2）數(shù)學(xué)模擬，是指原型與模型在數(shù)學(xué)形式上相似。例如：電流在電路中的傳導(dǎo)與熱傳導(dǎo)規(guī)律在數(shù)學(xué)形式上具有相似性。 電流傳導(dǎo)關(guān)系式：I= V 熱傳導(dǎo)關(guān)系式：Q=Cm T 在這兩個(gè)不同的物理變化過程中，公式中相對應(yīng)的每一個(gè)參數(shù)或變量的物理意義是彼此相似的。,1 R,I 電流強(qiáng)度（電流量） Q熱量（熱流量） 1/R導(dǎo)電本領(lǐng)（電導(dǎo)） Cm表示某物質(zhì)吸熱 或放熱的本領(lǐng) V表示電壓，即電位差 T表示溫差 二、實(shí)驗(yàn)方法在科研中的作用 1. 純化和簡化自然現(xiàn)象。 2. 強(qiáng)化或弱化自然現(xiàn)象。 3. 加速或延緩自然過程。 4. 再現(xiàn)自然現(xiàn)象。,三、實(shí)驗(yàn)方法的一般程序 （一）實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思與設(shè)計(jì) 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定。 2. 確立實(shí)驗(yàn)原理。 3. 選擇實(shí)驗(yàn)材料。 4. 選擇或研制適用的儀器設(shè)備。 要求儀器設(shè)備性能好、精確度高、 分辨能力強(qiáng)、便于操作、最少干擾。,5、選擇實(shí)驗(yàn)類型： 實(shí)驗(yàn)方法有多種類型（8種），而每種類型的實(shí)驗(yàn)都有與之相適應(yīng)的邏輯思維方法。 對照實(shí)驗(yàn)比較方法 模擬實(shí)驗(yàn)類比方法 析因?qū)嶒?yàn)分析方法 定量實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)方法 定性實(shí)驗(yàn)分析、歸納、演繹方法等。 6、確定對有關(guān)實(shí)驗(yàn)條件的控制,（二）實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。 在這一階段，主要取決于實(shí)驗(yàn)者對實(shí)驗(yàn)儀器原理的了解程度； 對儀器操作的技能，操作的熟練程度；還取決于實(shí)驗(yàn)者的觀察能力、思維能力； 同時(shí)也取決于實(shí)驗(yàn)者對觀察到的多種現(xiàn)象、過程、事實(shí)和數(shù)據(jù)的記錄和描述的準(zhǔn)確程度； （三）對實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)的處理 1、對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。主要運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)或建立數(shù)學(xué)模型的方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要可把數(shù)據(jù)描繪成坐標(biāo)曲線、表格、圖形等形式，或者用數(shù)學(xué)式表達(dá)出來，以尋找研究對象發(fā)展、變化、運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。,2、對于一些系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，可運(yùn)用理論思維和數(shù)學(xué)工具加以分析處理，以作出準(zhǔn)確的判斷。 3、對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理（現(xiàn)象、過程、事實(shí)等），可采用文字綜合描述的方法。文字描述一定要實(shí)事求是、恰當(dāng)分析、不要把判斷推理的成份帶進(jìn)去。 （四）對結(jié)果的理論分析 如果實(shí)驗(yàn)得出來的結(jié)果與原有理論沒有矛盾，而且與本實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，所提出的任務(wù)、目的（同標(biāo)值）相吻合，相一致，則這一實(shí)驗(yàn)就基本完成，對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果就可以進(jìn)行思維加工，提出假說并再次驗(yàn)證，最終升為理論。, 如果實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與原有理論相矛盾，或者與目標(biāo)值不一致，就要尋找矛盾的原因：一般來說，a. 要么是原有理論是錯(cuò)誤的；b. 要么是實(shí)驗(yàn)原理的錯(cuò)誤；c.要么是儀器的誤差所造成；d.要么是數(shù)據(jù)結(jié)果記錄的錯(cuò)誤；e.要么就是方法不當(dāng)或者選擇的實(shí)驗(yàn)對象有問題?？傊鞘裁丛蛞鸬拿?，應(yīng)具體實(shí)驗(yàn)具體分析，直至發(fā)現(xiàn)問題，另行確定課題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，得到驗(yàn)證為止。,第三節(jié) 觀察與實(shí)驗(yàn)中的機(jī)遇 一、機(jī)遇的特點(diǎn)和類型 1、什么叫機(jī)遇？ 所謂機(jī)遇是指人們在進(jìn)行觀察與實(shí)驗(yàn)的過程中，由于偶然的事件或機(jī)會，意外地發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象，并由此導(dǎo)致科學(xué)技術(shù)上的新發(fā)現(xiàn)和新突破。這種意外的發(fā)現(xiàn)，通常稱之為機(jī)遇。,2、機(jī)遇的特點(diǎn)：（我們通過幾個(gè)科學(xué)實(shí)例來看機(jī)遇的特點(diǎn)） 機(jī)遇最顯著的特點(diǎn)就是他的意外性、偶然性：意外性是指事物出現(xiàn)在人們事先不曾預(yù)料到、不在計(jì)劃之中； 偶然性是指事物由于受某一偶然的、隨機(jī)因素的激發(fā)，而導(dǎo)致新發(fā)現(xiàn)。 3、機(jī)遇的類型： 根據(jù)機(jī)遇的意外程度，我們可將機(jī)遇劃分為完全意外的機(jī)遇和部分意外的機(jī)遇。a. 完全意外的機(jī)遇是指觀察實(shí)驗(yàn)的目的是為了發(fā)現(xiàn)A，但卻發(fā)現(xiàn)了B；,b.部分意外的機(jī)遇是指觀察實(shí)驗(yàn)的目的是為了發(fā)現(xiàn)A，結(jié)果也現(xiàn)發(fā)A，但發(fā)現(xiàn)A的方式和場合卻是意外之外，并非按原來的研究方案達(dá)到目的；. 根據(jù)機(jī)遇所發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容不同，我們還可以看出：有的機(jī)遇是發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)；有