獲取科學(xué)事實(shí)的途徑與市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第八章獲取科學(xué)事實(shí)路徑與方法一.人類對(duì)自然認(rèn)識(shí)路徑：1)用一些想象力量和存在物來解釋自然現(xiàn)象，如宗教神學(xué)即是。2)從經(jīng)驗(yàn)中概括出來關(guān)于自然知識(shí)，如天文、歷法、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)即是。3)從某種有條理操作規(guī)程或技術(shù)規(guī)則中概括出來知識(shí)，如邏輯、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和工程技術(shù)等。第1頁(yè)科學(xué)事實(shí)含義科學(xué)事實(shí)：人們對(duì)科學(xué)實(shí)踐中所觀察到客觀事件、現(xiàn)象和過程真實(shí)描述?？陀^事實(shí)：指客觀世界現(xiàn)象、事件和過程經(jīng)驗(yàn)事實(shí)：用某種語(yǔ)言或文字對(duì)觀察客觀事實(shí)所作出陳說和判斷。三者之間關(guān)系：客觀事實(shí)內(nèi)涵小、外延大，它包含經(jīng)驗(yàn)事實(shí)和科學(xué)事實(shí)，但它除了它們之外，只要是宇宙間存在事物都隸屬于客觀事實(shí)這一范圍；經(jīng)驗(yàn)事實(shí)主要是強(qiáng)調(diào)與人類實(shí)踐活動(dòng)相關(guān)現(xiàn)象、事件和存在物，它離不開人介入；科學(xué)事實(shí)是客觀事實(shí)，但并不是全部客觀事實(shí)都能夠成為科學(xué)事實(shí)，也并不是全部經(jīng)驗(yàn)事實(shí)都能夠成為科學(xué)事實(shí)，只有科研人員對(duì)與科學(xué)研究相關(guān)客觀事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行科研時(shí)，它們才有可能成為科學(xué)事實(shí)

第2頁(yè)科學(xué)事實(shí)在科研中作用科學(xué)事實(shí)發(fā)覺本身有可能就是一項(xiàng)主要科學(xué)成就?？茖W(xué)事實(shí)成為新科研起點(diǎn)，造成與此相關(guān)一系列重大成就，為新科學(xué)理論提供主要事實(shí)基礎(chǔ)?？茖W(xué)事實(shí)成為科學(xué)檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)依據(jù)，以此成為推進(jìn)科學(xué)進(jìn)步動(dòng)力。第3頁(yè)獲取科學(xué)事實(shí)方法科學(xué)觀察觀察含義，含有國(guó)際影響韋伯斯特詞典將觀察解釋為：名詞意義是：用于認(rèn)識(shí)或統(tǒng)計(jì)一些事實(shí)或現(xiàn)象，通常包括到以適當(dāng)儀器對(duì)一些量進(jìn)行測(cè)量，與觀察、測(cè)量相關(guān)；動(dòng)詞意義是：受引導(dǎo)地仔細(xì)地分析地專注地察看或感知（某事物以取得知識(shí)）。

第4頁(yè)科學(xué)觀察普通包含兩種形式：直接觀察和間接觀察，直接觀察是指僅憑感官所進(jìn)行觀察，（人感官通常為視、聽、嗅、味、觸五種形式，至于第六感官，科學(xué)界并沒有統(tǒng)一看法。）因?yàn)槿烁杏X器官在觀察外部世界時(shí)受到主客觀不足，（人眼睛只對(duì)紫外線與紅外線之間光波產(chǎn)生光感，聽覺只能對(duì)每秒20——0次振動(dòng)有感知能力。）所以借助于觀察儀器間接觀察就成為科學(xué)觀察一個(gè)主要方面，這種主要性是伴隨觀察精密度和要求提升逐步顯得更為突出。牛頓曾用小型望遠(yuǎn)鏡千分儀得到大量觀察數(shù)據(jù)，支持自己引力理論；19世紀(jì)物理學(xué)家用光譜儀觀察波長(zhǎng)精度到達(dá)10-6cm；光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡可達(dá)2—3oA（埃），相當(dāng)于原子大??；光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、射電望遠(yuǎn)鏡能夠把人視野推廣到100億光年空間和100億年時(shí)間；19世紀(jì)出現(xiàn)單參數(shù)儀表，如電流計(jì)、電壓計(jì)、溫度計(jì)日益被綜合性儀表所取代，尤其是計(jì)算機(jī)配合使用，大大提升了觀察水平；質(zhì)譜儀、激光器、加速器、高能探測(cè)器更是在未知領(lǐng)域發(fā)揮開拓性作用；今天科學(xué)家已能拍攝壽命僅數(shù)億分之一秒粒子徑跡，并推算各種性質(zhì)。能夠說當(dāng)代科學(xué)每一個(gè)進(jìn)步在很大程度上對(duì)儀器依賴逐步增強(qiáng)，科學(xué)發(fā)展不再是人力所能為，離開了先進(jìn)儀器科研只能倒退，這也是為何科研人員愿意向硬件比很好地域和機(jī)構(gòu)流動(dòng)一個(gè)主要原因。觀察儀器成本投入在提升，如1972年美國(guó)費(fèi)米試驗(yàn)室建造5千億伏電子質(zhì)子同時(shí)加速器，其主體跑道管徑達(dá)2公里磁場(chǎng)所需電力10萬(wàn)千瓦，造價(jià)格2.4億美元，每年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用7千萬(wàn)美元；美國(guó)貝爾電話電報(bào)企業(yè)“貝爾試驗(yàn)室”雇用22500人（擁有博士學(xué)位人數(shù)為3000，諾貝爾獎(jiǎng)得主有7人），每年RD經(jīng)費(fèi)支出16億美元。第5頁(yè)科學(xué)觀察特點(diǎn)：一是有目標(biāo)性和計(jì)劃性，二是保持對(duì)象原狀和不干預(yù)性?？茖W(xué)觀察標(biāo)準(zhǔn)：客觀性、全方面性和經(jīng)典性。當(dāng)然，科學(xué)觀察作為科研一個(gè)伎倆依然有不少不足，如缺乏可控性和重復(fù)性，難以揭示對(duì)象深層次和多方面聯(lián)絡(luò)，這只有經(jīng)過科學(xué)試驗(yàn)才能到克服。第6頁(yè)科學(xué)試驗(yàn)定義：科學(xué)試驗(yàn)是人們依據(jù)一定科學(xué)研究目標(biāo)利用一定科學(xué)儀器和設(shè)備，在人為控制條件下獲取科學(xué)事實(shí)方法。類型：科學(xué)試驗(yàn)通常表現(xiàn)為以下兩大類，即實(shí)物試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)。其中實(shí)物試驗(yàn)又能夠劃分出加法試驗(yàn)、減法試驗(yàn)和極限試驗(yàn)等類型。第7頁(yè)加法試驗(yàn)（又稱為擾動(dòng)試驗(yàn)），它是在人為控制條件下對(duì)試驗(yàn)對(duì)象原有狀態(tài)進(jìn)行干擾和破壞，觀察對(duì)象所發(fā)生改變，確立因果關(guān)系。如法拉第用磁場(chǎng)干擾金屬線圈，發(fā)覺了感應(yīng)電流；電解水得到了氫與氧；用中子、質(zhì)子轟擊原子，造成了原子核裂變；用在河流中增加試劑探測(cè)地下水發(fā)源地等。第8頁(yè)

減法試驗(yàn)是經(jīng)過儀器設(shè)備把所要研究客體（某一物質(zhì)、現(xiàn)象或過程孤立或隔離出來，依據(jù)需要降低一些影響客體參數(shù)，觀察在給定條件下事物之間因果關(guān)系。如伽利略為了確證慣性（即物體加速度與受到外力成正比，沒有受到外力作用時(shí)作等速直線運(yùn)動(dòng)或保持靜止。因?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動(dòng)很快，難以判斷同時(shí)著地。）他設(shè)計(jì)了一個(gè)斜面試驗(yàn)，斜面含有沖淡重力作用，斜面和小球表面做得非常光滑，摩擦力很小，由此他改變了人們對(duì)亞里斯多德力學(xué)認(rèn)識(shí)；17世紀(jì)德國(guó)聲學(xué)家格里凱為了驗(yàn)證聲音傳輸介質(zhì)就是空氣，他將裝有小球密閉容器內(nèi)空氣抽盡，此時(shí)，搖動(dòng)容器聽不到小球撞擊容器聲音；英國(guó)化學(xué)家玻義耳為了確定氣體壓強(qiáng)、體積、溫度三者之間關(guān)系，也采取了減法試驗(yàn)方法。

第9頁(yè)極限試驗(yàn)在通常情況下往往是加法與減法混合試驗(yàn)，它是將客體置于人工控制極端或極限狀態(tài)，觀察對(duì)象所發(fā)生改變，從而探討因果關(guān)系。如超高溫、超高壓、超強(qiáng)磁場(chǎng)、真空等條件下材料性能研究、生物基因研究等。

第10頁(yè)模擬試驗(yàn)是指經(jīng)過設(shè)計(jì)一個(gè)與被研究客體相同替換物即模型，并經(jīng)過模型研究將信息類推到原型試驗(yàn)。模擬試驗(yàn)是在實(shí)物試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行或沒有必要進(jìn)行情況下，所采取一個(gè)研究伎倆。象美國(guó)科學(xué)家米勒研究原始生命起源試驗(yàn)，就是一個(gè)在不可能倒退到地球早期情況下，進(jìn)行科研模擬；輪船、飛船、飛機(jī)、大壩、橋梁等制造成本昂貴器具，為了提升經(jīng)濟(jì)效益，最好也是采取模擬方法；當(dāng)代計(jì)算機(jī)參加到科研中后，一些國(guó)家正利用它進(jìn)行模擬性核試驗(yàn)、模擬性人體試驗(yàn)等。當(dāng)然，因?yàn)榭陀^對(duì)象復(fù)雜性，模擬試驗(yàn)不足也是在所難免，因?yàn)樵谀M試驗(yàn)過程中，實(shí)物被排除在試驗(yàn)之外，模型和原型之間是經(jīng)過邏輯推理形式確立相關(guān)性，假如所選取模型與原型之間存在潛在、不可預(yù)計(jì)差異，就會(huì)使模擬試驗(yàn)有效性受到影響。所以，模擬試驗(yàn)結(jié)果只能視為或然性結(jié)論，并不具備必定性，它仍有待于實(shí)物試驗(yàn)檢驗(yàn)。第11頁(yè)科學(xué)試驗(yàn)作用與特點(diǎn)：一是對(duì)已知事物關(guān)系作定量考查（如斐索光速測(cè)定試驗(yàn)）；二是證實(shí)或否定某種理論觀點(diǎn)（如赫茲電磁波試驗(yàn)就是為了驗(yàn)證麥克斯韋光是一個(gè)電磁波猜測(cè)，邁爾熱功當(dāng)量試驗(yàn)，就是為了證實(shí)暴風(fēng)雨能使海水溫度升高，他用金屬棒攪動(dòng)容器中水證實(shí)了自己觀點(diǎn)，判決性試驗(yàn)或驗(yàn)證