科學(xué)觀察法科學(xué)實(shí)驗(yàn)法專業(yè)知識(shí)講座

1、文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除?？茖W(xué)技術(shù)研究的常規(guī)方法科學(xué)技術(shù)研究的常規(guī)方法一、觀察與實(shí)驗(yàn)：獲取科學(xué)事實(shí)的方法1、科學(xué)事實(shí)?科學(xué)事實(shí)是科學(xué)認(rèn)識(shí)主體關(guān)于客觀存在的事件、現(xiàn)象、過程、關(guān)系等的真實(shí)描述或判斷。?科學(xué)事實(shí)的內(nèi)容是客觀的，而形式是主觀的。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。?1953年，一次40多人與會(huì)的國際心理學(xué)會(huì)議在德國哥廷根召開。當(dāng)會(huì)議主席剛宣布大會(huì)開幕，突然從會(huì)場(chǎng)外闖進(jìn)兩個(gè)人，一個(gè)在前面逃跑，另一個(gè)在后面追趕，并且開了一槍

2、，會(huì)場(chǎng)上頓時(shí)一片緊張。整個(gè)事件約持續(xù)了20秒鐘。事后會(huì)議主席要求全部與會(huì)代表馬上寫出事件的觀察報(bào)告。結(jié)果在40篇報(bào)告中，只有1篇錯(cuò)誤小于20%；14篇錯(cuò)誤在20-40%之間；25篇錯(cuò)誤大于40%。?按一般理解，如此多的錯(cuò)誤是不可思議的。因?yàn)椋?）與會(huì)者都有是訓(xùn)練有素的科學(xué)家，熟知觀察的要領(lǐng)和撰寫報(bào)告的要求；2）事情發(fā)生文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。 這一試驗(yàn)表明，獲取“事實(shí)”絕非易事?？蓪ⅰ笆聦?shí)”作如下劃界：?1）客觀事實(shí)，是指物質(zhì)對(duì)象的真實(shí)現(xiàn)象和過程，這是對(duì)“事實(shí)”的本體論定義。?2）經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，是通過一定的手

3、段，對(duì)客觀物質(zhì)對(duì)象的現(xiàn)象和過程所作的一種反映和描述。這就是“事實(shí)”的認(rèn)識(shí)論定義。?3）科學(xué)處理的事實(shí)都是這種經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，一般是通過觀察和實(shí)驗(yàn)手段對(duì)客觀事實(shí)進(jìn)行反映、描述的結(jié)果。?4）科學(xué)事實(shí)一般分為兩類：?事實(shí)I，指客體與儀器之間相互作用結(jié)果的描述。例如，觀測(cè)儀器上所記錄和顯示的數(shù)字、圖像等。?事實(shí)II，是對(duì)觀察實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)果的陳述和判斷。?被觀察與實(shí)驗(yàn)證明了的理論結(jié)論，被稱為理論事實(shí)，有時(shí)也被人們稱為事實(shí)也被人們稱為事實(shí)。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除?？陀^事實(shí)（本體論）客觀事實(shí)（本體論）事實(shí)事實(shí)事實(shí)事實(shí) （

4、客體客體儀器 ）經(jīng)驗(yàn)事實(shí)（認(rèn)識(shí)論）經(jīng)驗(yàn)事實(shí)（認(rèn)識(shí)論） 事實(shí) （ 主體儀器）儀器）事實(shí)事實(shí) （理論事實(shí)）圖1 關(guān)于關(guān)于“事實(shí)事實(shí)”的概念分析圖示的概念分析圖示文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。2、科學(xué)觀察、科學(xué)觀察?科學(xué)觀察是指人們直接通過感官或借助于儀器，有目的、有計(jì)劃地感知和描述客觀事物一種方法。?在科學(xué)觀察中必須遵循下列原則：A）客觀性原則。是指在科學(xué)觀察活動(dòng)中要按照觀察對(duì)象的本來面貌如實(shí)記載。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。B）

5、全面性原則?？陀^世界的事物都是處在普遍聯(lián)系之中的，只有全面觀察，才能盡可能完整反映客觀實(shí)際。?竺可楨先生所以能在物候?qū)W研究中取得重大成果，也是和他數(shù)十年如一日?qǐng)?jiān)持系統(tǒng)觀察分不開的。他每天清晨起來第一件事就是測(cè)量氣溫、氣壓、風(fēng)向、濕度等氣象要素，從青年起一直堅(jiān)持到逝世前一天，終于在晚年出版了物候?qū)W一書。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。C）典型性原則。為了把錯(cuò)綜復(fù)雜的自然現(xiàn)象簡(jiǎn)化，選擇典型事物進(jìn)行觀察是必要的。?美國遺傳學(xué)家Morgan在做遺傳基因研究時(shí)，就選擇了具有典型性的果蠅作為研究對(duì)象。果蠅染色體很簡(jiǎn)單，只有4

6、對(duì)，易于觀察；果蠅生活史只有兩周，觀察周期短；果蠅生殖力強(qiáng)，每對(duì)親本可以產(chǎn)生成百上千個(gè)子代，可以觀察很多種親代與子代間的遺傳變異現(xiàn)象。這使研究工作大大簡(jiǎn)明化，創(chuàng)立了遺傳學(xué)的“基因?qū)W說” 。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。3、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)?所謂科學(xué)實(shí)驗(yàn)是指人們獲取根據(jù)研究課題的需要，利用科學(xué)儀器設(shè)備人為地變革、控制或模擬研究對(duì)象，在典型或特定的條件下獲取科學(xué)事實(shí)的一種科研方法。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。?科學(xué)實(shí)驗(yàn)在科學(xué)研究

7、中的作用A）具有簡(jiǎn)化、純化研究對(duì)象的作用 。1799年，英國科學(xué)家H.Davy為了否定“熱素說”，肯定“熱動(dòng)說”，就在真空中用一根鐘表發(fā)條使兩塊冰互相摩擦，并把整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置都保持在水的冰點(diǎn)，這樣就排除了實(shí)驗(yàn)物與周圍環(huán)境的熱交換，使實(shí)驗(yàn)在比較純粹的條件下進(jìn)行。結(jié)果兩塊互相摩擦的冰融化了。實(shí)驗(yàn)有力地證明冰融化所需的熱，只能來源于摩擦，以鐵的事實(shí)駁斥了“熱素說”。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。B）可以強(qiáng)化或激化實(shí)驗(yàn)對(duì)象 。自然界的事物在常態(tài)下一般不易暴露其特殊的性質(zhì)及規(guī)律，實(shí)驗(yàn)方法可用人為的手段使實(shí)驗(yàn)對(duì)象處于某種極端

8、狀態(tài)，以便發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，尋找新規(guī)律。1905年Bridgeman發(fā)明了超高壓技術(shù)，當(dāng)時(shí)可達(dá)20,000個(gè)大氣壓，目前靜壓可達(dá)200-300萬個(gè)大氣壓，動(dòng)壓可達(dá)1,000萬個(gè)大氣壓，可使在正常自然條件下不能發(fā)生的過程在高壓下發(fā)生。還有H.K.Onnes用液氦方法發(fā)明的超低溫技術(shù)，可以接近絕對(duì)0度，由此又產(chǎn)生超導(dǎo)研究。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。C C）可以延緩和加速自然過程。）可以延緩和加速自然過程。對(duì)電閃雷鳴、地震山崩、巖體滑坡這類轉(zhuǎn)瞬即逝的過程，在自然條件下難以弄清其運(yùn)動(dòng)變化，可以使其在實(shí)驗(yàn)室中緩慢進(jìn)行，以便

9、詳細(xì)研究、分析。有些自然過程十分緩慢，不便于人們盡快窺其全貌，又可以在實(shí)驗(yàn)室中加快其過程，盡量節(jié)省研究時(shí)間。D）可以模擬研究對(duì)象。有些自然過程已時(shí)過境遷，通過模擬實(shí)驗(yàn)方法，可以在實(shí)驗(yàn)室再現(xiàn)這些過程。Miller實(shí)驗(yàn)就是在實(shí)驗(yàn)室模擬原始生命在地球上的形成過程，為科學(xué)的生命起源學(xué)說奠定了可靠的、有說服力的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。 可觀察性原則，是指科學(xué)研究的范圍應(yīng)該是原則上可觀察的物質(zhì)客體。也就是說，自然科學(xué)的研究對(duì)象可以被人們的視覺器官直接感知到；或者借助于觀察儀器被視覺器官間接感知到。? 堅(jiān)持這

10、一原則的意義：（1）它表明科學(xué)技術(shù)研究必須將不具有客觀實(shí)在性的臆想客體（如神靈、上帝、鬼怪）排除在外。外。（2）它要求觀察者明確客體、儀器與主體之間相互作用的客觀性，保證觀察客觀性。4 4、觀察實(shí)驗(yàn)中的認(rèn)識(shí)論問題、觀察實(shí)驗(yàn)中的認(rèn)識(shí)論問題文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。觀察滲透理論觀察滲透理論?傳統(tǒng)認(rèn)為感性認(rèn)識(shí)與理性認(rèn)識(shí)是對(duì)立的；實(shí)質(zhì)上它們是相互滲透。20世紀(jì)50年代，美國科學(xué)哲學(xué)家漢森在其發(fā)現(xiàn)的邏輯一書中認(rèn)為并不存在那種能獨(dú)立于任何理論的觀察，即觀察滲透理論。?1）理論決定著觀察對(duì)象的選擇。?倘若沒有廣義相對(duì)論，

11、人們就難以想象世界上有“光線彎曲”事實(shí)。埃丁頓也不會(huì)組織考察隊(duì)專程到南半球去觀察日蝕了。?2）理論決定對(duì)觀察對(duì)象的理解。?格式塔心理學(xué)（亦稱完形心理學(xué)）指出，觀察轉(zhuǎn)換根源則在于觀察者頭腦中過去的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。?3）任何觀察、實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)和選擇都有離不開理論的指導(dǎo)。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。儀器的使用?1）克服感官的局限性）克服感官的局限性。?如眼只能見到波長在4000-7600?的可見光；耳朵只

12、能聽到頻率在16-20,000Hz的聲波。先浸入熱水中的手會(huì)感到溫水較涼；而先浸入冷水的手對(duì)同樣的溫水會(huì)感到比較熱。?2）測(cè)量儀器是理性方法的物化。?儀器的制作需要分析對(duì)象的各種因素、屬性；要根據(jù)被測(cè)量對(duì)象的物理性質(zhì)，制定測(cè)量基準(zhǔn)和測(cè)量單位；需要將各種待測(cè)物理量（如硬度、電流強(qiáng)度、電壓）轉(zhuǎn)化為空間刻度和數(shù)值顯示。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。?例如，從例如，從Galileo、Torricelli，到，到Newton、Boyle最后到最后到Fahrenheit、Celsius，對(duì)溫度，對(duì)溫度計(jì)構(gòu)造的改進(jìn)、測(cè)溫質(zhì)的

13、選定、以及溫度計(jì)的合適原點(diǎn)和刻度法的探索。合適原點(diǎn)和刻度法的探索。?從從Galileo1593年到年到1756年英國科學(xué)家年英國科學(xué)家J.Black把把溫度和熱量這兩個(gè)概念區(qū)分清楚以前的溫度和熱量這兩個(gè)概念區(qū)分清楚以前的160多多年中，人們雖已廣泛地使用了溫度計(jì)，卻不知道所測(cè)量的量是溫度還是熱量。以至溫度計(jì)被稱為“量熱計(jì)”、“測(cè)溫術(shù)”和“量熱術(shù)”，至今英語中仍把溫度計(jì)稱thermometer。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。 微觀領(lǐng)域測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系微觀領(lǐng)域測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系?量子理論是以微觀客體及其規(guī)律作為研究對(duì)象。在這里，

14、觀察儀器是宏觀的，研究對(duì)象卻是微觀的；宏觀儀器的觀測(cè)必然對(duì)微觀粒卻是微觀的；宏觀儀器的觀測(cè)必然對(duì)微觀粒子產(chǎn)生干擾，這又對(duì)我們的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生干擾。這就是測(cè)不準(zhǔn)原理。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。?例如，利用光學(xué)顯微鏡觀測(cè)電子。光子照射一?；覊m時(shí)，就象一個(gè)小石頭打到火車上， 光子反跳回來，灰塵本身不動(dòng)，在顯微鏡下可測(cè)出灰塵的精確位子；灰塵本身不動(dòng)，在顯微鏡下可測(cè)出灰塵的精確位子；如光子照射電子，就象列車撞上嬰兒一樣，電子早被彈出去，消失得無影無蹤，根本談不上測(cè)量它的位置。?由于測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的客觀存在，便使宏觀領(lǐng)域的因果律

15、在微觀領(lǐng)域出現(xiàn)動(dòng)搖。律在微觀領(lǐng)域出現(xiàn)動(dòng)搖。Einstein說說“上帝不會(huì)擲骸子”，Bohr則認(rèn)為我們更應(yīng)該關(guān)心上帝如何擲骸子。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。二、理想模型與理想實(shí)驗(yàn)1、理想模型?理想模型方法是通過模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法。理想模型方法是科學(xué)抽象的一種典型方法。?例如數(shù)學(xué)上的“點(diǎn)”、“線”、“面”；力學(xué)上的“質(zhì)點(diǎn)”、“剛體”；“理想流體”、“理想溶液”、“理想氣體”；“點(diǎn)電荷”、“絕對(duì)黑體”等。?理想模型有下列兩特征：（1）作為理想化的現(xiàn)實(shí)物質(zhì)形態(tài)，都是現(xiàn)實(shí)世界中找不到的東西。（2）但

16、它又是以客觀存在為原型的。文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。2、理想實(shí)驗(yàn)? “理想實(shí)驗(yàn)”就是運(yùn)用理想模型做推理或理論研究，也可稱“思想上的實(shí)驗(yàn)”。?“理想實(shí)驗(yàn)”是一種思維活動(dòng)；是無法實(shí)際做到的“實(shí)驗(yàn)”。?Einstein評(píng)價(jià)伽利略的慣性定律理想實(shí)驗(yàn)：“慣性定律標(biāo)志著物理學(xué)上第一個(gè)大進(jìn)步，事實(shí)上物理學(xué)的真正開端。它是考慮一個(gè)既沒有摩擦又沒有任何外力作用而永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想實(shí)驗(yàn)而得來的。從這個(gè)例子以及后來的許多旁的例子中，我們認(rèn)識(shí)到用思維來創(chuàng)造理想實(shí)驗(yàn)的重要性?！保ㄎ锢韺W(xué)的進(jìn)化，上?？萍汲霭嫔纾琍158）文檔來源于網(wǎng)絡(luò)，文檔所提供的信息僅供參考之用，不能作為科學(xué)依據(jù)，請(qǐng)勿模仿。文檔如有不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系本人或網(wǎng)站刪除。?Einstein在建立狹義相對(duì)論時(shí)作了一個(gè)同時(shí)性相對(duì)性“理想實(shí)驗(yàn)”。?思考過程：?設(shè)有兩道閃電同時(shí)下?lián)粢粭l東西方向的鐵路軌道，對(duì)于站在兩道閃電正中的鐵路旁一個(gè)觀察者來說，這兩道閃電是同時(shí)發(fā)生的。?對(duì)于乘坐一列由東向西以高速行進(jìn)的火車正好經(jīng)過第一個(gè)觀察者對(duì)面的第二個(gè)觀察者來說，這兩道閃電并不是同時(shí)下?lián)舻摹Ｒ驗(yàn)榈诙€(gè)觀察者（運(yùn)動(dòng)觀察