科學(xué)觀察與科學(xué)實(shí)驗(yàn)

科學(xué)觀察與科學(xué)實(shí)驗(yàn)第一頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、科學(xué)事實(shí)第二頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日

無(wú)論鳥(niǎo)的翅膀是多么完美，如果不憑借著空氣，

它是永遠(yuǎn)不會(huì)飛翔高空的。事實(shí)就是科學(xué)家的空

氣。你們?nèi)绻粦{借事實(shí)，就永遠(yuǎn)也不能飛騰起

來(lái)。----巴甫洛夫第三頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日1）客觀事實(shí)在時(shí)空中實(shí)際存在著的事件、現(xiàn)象和過(guò)程。在人們的意識(shí)之外，不依賴于人們的意識(shí)而獨(dú)立存在。特點(diǎn)：⑴客觀性⑵可觀察性，即可以被人們的感觀或借助儀器所觀察、反映和認(rèn)識(shí)。2）經(jīng)驗(yàn)事實(shí)指用某種語(yǔ)言或文字對(duì)觀察的事實(shí)所作出的陳述性判斷。特點(diǎn)：可錯(cuò)性1、科學(xué)事實(shí)的含義(1)第四頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日錯(cuò)覺(jué)種類(lèi)：大小錯(cuò)覺(jué)第五頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第六頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、科學(xué)事實(shí)的含義(2)3）科學(xué)事實(shí)指通過(guò)科學(xué)觀察和實(shí)驗(yàn)所獲得的，并經(jīng)過(guò)整理和鑒定了的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。

科學(xué)事實(shí)一般分為兩類(lèi)：事實(shí)I和事實(shí)II事實(shí)I，指客體與儀器相互作用結(jié)果的表征，如觀測(cè)儀器上記錄和顯示的數(shù)字、圖象等。事實(shí)II，指對(duì)觀察實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果的陳述和判斷。如，鐳具有放射性。第七頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、科學(xué)事實(shí)的條件或特點(diǎn)1）個(gè)別存在的陳述科學(xué)事實(shí)是單稱判。“鐳具有放射性”“氦具有惰性”等均是科學(xué)事實(shí)，而“生物都有新陳代謝”“一切物質(zhì)都是可分的”等普遍陳述，則不能視為科學(xué)事實(shí)。2）可重復(fù)性科學(xué)事實(shí)是可重復(fù)、可復(fù)核的，能夠在相同條件下為多個(gè)觀察者重復(fù)檢驗(yàn)。3）比較精確、系統(tǒng)科學(xué)事實(shí)如果不夠精確，則不足以說(shuō)明問(wèn)題；不具備系統(tǒng)性，則缺乏說(shuō)服力。第八頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、科學(xué)事實(shí)的作用1）是科學(xué)抽象和科學(xué)理論的基礎(chǔ)如，量子力學(xué)：黑體輻射、固體比熱、光電效應(yīng)；自組織理論：貝納德花樣、化學(xué)振蕩、激光。2）是檢驗(yàn)科學(xué)假說(shuō)和科學(xué)理論的基本手段門(mén)捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律，預(yù)言類(lèi)鋁、類(lèi)硼、類(lèi)硅的存在。第九頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日元素周期律的發(fā)現(xiàn)1875年法國(guó)化學(xué)家布瓦博德朗宣布發(fā)現(xiàn)了新元素鎵，它的比重為4.7，原子量是59點(diǎn)幾。門(mén)捷列夫根據(jù)周期表，斷定鎵的性質(zhì)與鋁相似，比重應(yīng)為5.9，原子量應(yīng)為68，且估計(jì)鎵是由鈉還原而得。一個(gè)根本沒(méi)有見(jiàn)過(guò)鎵的人，竟然對(duì)它的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)者測(cè)定的數(shù)據(jù)加以糾正，布氏感到非常驚訝，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，果然和門(mén)氏判斷極為接近，比重為5.94，原子量為69.9，按門(mén)氏提供的方法，布氏新提純了鎵，原來(lái)不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)是由于稱中含有鈉，大大減少了它本身的原子量和比重。第十頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日4、獲取科學(xué)事實(shí)的基本途徑1）直接途徑如，伽伐尼發(fā)現(xiàn)生物電流；昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞超導(dǎo)性。2）間接途徑：主要是收集文獻(xiàn)資料一次文獻(xiàn)：以作者本人的科研工作為依據(jù)而創(chuàng)作的原始文獻(xiàn)包括圖書(shū)期刊、學(xué)位會(huì)議論文、科技政府報(bào)告、專利文獻(xiàn)、產(chǎn)品樣品和技術(shù)檔案等。二次文獻(xiàn)：是一次文獻(xiàn)加工整理后的產(chǎn)物，主要有書(shū)目、題錄、文獻(xiàn)等檢索類(lèi)出版物。三次文獻(xiàn)：在二次文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選用部分一次文獻(xiàn)內(nèi)容，加以分析綜合而創(chuàng)作出來(lái)的文獻(xiàn)，如動(dòng)態(tài)綜述、專題述評(píng)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等文獻(xiàn)。第十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、科學(xué)觀察第十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、科學(xué)觀察的涵義人們有目的、有計(jì)劃地利用自己的感官認(rèn)識(shí)和描述各種自然現(xiàn)象，獲取經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的基本手段。與人們?nèi)粘５幕顒?dòng)相區(qū)別，不是盲目的、隨意的，而是從一定的問(wèn)題出發(fā)有目的、有計(jì)劃地進(jìn)行的。與理論思維方法不同，科學(xué)觀察不是通過(guò)演繹、類(lèi)比等抽象過(guò)程，而是依賴感官以及觀測(cè)儀器直接認(rèn)識(shí)外部世界，記錄和報(bào)道事實(shí)。第十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、科學(xué)觀察的分類(lèi)1）根據(jù)觀察方式的不同直接觀察：僅僅利用人的感官間接觀察：借助儀器或其他物質(zhì)手段2）根據(jù)觀察目的不同定性觀察：觀察現(xiàn)象是否存在，過(guò)程是否發(fā)生定量觀察：觀察對(duì)象的量化屬性的大小數(shù)值第十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、科學(xué)觀察的特點(diǎn)1）具有能動(dòng)性觀察是與一定課題相聯(lián)系的，是有計(jì)劃、有目的、有意識(shí)的感性認(rèn)識(shí)。2）具有客觀性觀察是在自然發(fā)生條件下進(jìn)行的，必須尊重客觀事實(shí)。3）必須要有理論指導(dǎo)主體能否正確地觀察到自然現(xiàn)象，取決于用什么樣的理論知識(shí)，去判斷和理解所觀察的結(jié)果。4）科學(xué)觀察需要準(zhǔn)確而周密的記錄，才能加以統(tǒng)計(jì)和概括，為揭示自然事物的本質(zhì)規(guī)律提供科學(xué)依據(jù)。第十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日4、科學(xué)觀察的基本原則1）觀察的客觀性和目的性

赫胥黎:你們要象小學(xué)生那樣坐在事實(shí)面前，放棄一切先入之見(jiàn)，恭恭敬敬地照著大自然所指的路走。2）觀察的全面性和系統(tǒng)性竺可楨建立物候?qū)W。3）觀察的典型性孟德?tīng)栠x擇豌豆；摩爾根選擇果蠅。3）觀察的連續(xù)性第谷的天文觀測(cè)。第十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日5、科學(xué)觀察的作用1）獲取科學(xué)事實(shí)，為科研提供必要的感性材料天文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)、物候?qū)W、臨床醫(yī)學(xué)等。2）導(dǎo)致科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為科研開(kāi)辟新的研究領(lǐng)域魏格納提出的大陸漂移說(shuō)；達(dá)爾文的進(jìn)化論。3）檢驗(yàn)假說(shuō)和評(píng)價(jià)理論的重要手段1916年，愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論假說(shuō)，根據(jù)該假說(shuō)光線在引力場(chǎng)會(huì)發(fā)生彎曲效應(yīng)。第十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日6、科學(xué)觀察的局限性1）感官感知的范圍極其有限受眼：約400-700nm波長(zhǎng)；耳:20-20000赫茲2）感官的觀察精確性較低3）感官會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)第十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二十頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日這是一個(gè)螺旋嗎？第二十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日

實(shí)驗(yàn)?zāi)舜_定性之母！

——達(dá)?芬奇

第二十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、科學(xué)實(shí)驗(yàn)第二十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的涵義

人們根據(jù)研究的目的，利用科學(xué)儀器、設(shè)備，人為地控制或模擬自然現(xiàn)象，排除干擾，突出主要因素，在有利的條件下獲得科學(xué)事實(shí)的方法。與觀察方法相比，實(shí)驗(yàn)方法可以獲得更精確可靠的科學(xué)事實(shí)，更主動(dòng)地從自然現(xiàn)象獲得人們所期望的東西，能更深刻地揭示事物的本質(zhì)。科學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的社會(huì)實(shí)踐領(lǐng)域。有專職實(shí)驗(yàn)人員，有專門(mén)的實(shí)驗(yàn)手段和裝備，形成專門(mén)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法。第二十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的類(lèi)型（1）1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的性質(zhì)不同定性實(shí)驗(yàn)—是不是、有沒(méi)有？(驗(yàn)證電磁波、光壓和以太的存在)定量實(shí)驗(yàn)—是多少、有多少？(引力常數(shù)、光速)結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)—研究事物空間結(jié)構(gòu)(原子結(jié)構(gòu)、DNA結(jié)構(gòu)及醫(yī)學(xué)中對(duì)細(xì)菌、病毒等的形態(tài)結(jié)構(gòu)分析的實(shí)驗(yàn))第二十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日美科學(xué)家首次揭開(kāi)了科研中常用的一種金納米顆粒的神秘面紗。并利用X射線結(jié)晶學(xué)技術(shù)，首次對(duì)它們的精確結(jié)構(gòu)進(jìn)行了成像，是突破性的進(jìn)展。

第二十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的類(lèi)型（2）2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)功能的不同析因?qū)嶒?yàn)—由已知結(jié)果去找原因（詹納發(fā)現(xiàn)擠奶女工不易患天花）對(duì)照實(shí)驗(yàn)—比較異同(大多數(shù)的生物和醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，安慰劑)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)—麥克斯韋預(yù)言導(dǎo)電體周?chē)嬖陔姶挪?，速度等于光速，赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波。3）根據(jù)研究手段和研究對(duì)象的關(guān)系直接實(shí)驗(yàn)?zāi)M實(shí)驗(yàn)（理想實(shí)驗(yàn)）—設(shè)計(jì)與原型相似的模型，利用模型間接研究原型第二十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)（1）1）可以簡(jiǎn)化和純化研究現(xiàn)象伽利略研究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律2）可以強(qiáng)化控制研究對(duì)象超低溫、超高壓、超強(qiáng)磁場(chǎng)、高真空、失重等3）可以加速或延緩觀察對(duì)象的變化過(guò)程生物學(xué)中研究生物遺傳、變異特性，往往利用人工培育、人工雜交等在短期內(nèi)取得效果。醫(yī)學(xué)研究中常使用抑制劑、緩沖劑、冬眠靈等延緩自然現(xiàn)象過(guò)程。第二十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第三十頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)（2）4）可以模擬研究對(duì)象的屬性及其變化過(guò)程1952年美國(guó)米勒模擬原始大氣層生成了氨基酸

5）具有可重復(fù)性1925年丹麥病理學(xué)家和寄生蟲(chóng)學(xué)家菲比格聲稱發(fā)現(xiàn)了某些寄生蟲(chóng)可導(dǎo)致動(dòng)物患上胃癌的現(xiàn)象，提出了寄生蟲(chóng)致癌的學(xué)說(shuō)（他稱之為“癌蟲(chóng)”）。第三十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日4、實(shí)驗(yàn)的作用1）證明或反駁假說(shuō)1956年李政道和楊振寧提出在基本粒子的弱相互作用中宇稱可能是不守恒的假說(shuō)，吳健雄用實(shí)驗(yàn)證實(shí)，推翻了過(guò)去在物理學(xué)界被奉為金科玉律的宇稱守恒定律，為人類(lèi)在探索微觀世界的道路上打開(kāi)了一扇新的大門(mén)。2）提示新的理論1786年伽伐尼解剖青蛙發(fā)現(xiàn)“動(dòng)物電”，引出伏打電池的發(fā)明和電生理學(xué)的建立

1820年，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特證明了電和磁能相互轉(zhuǎn)化，這為電磁學(xué)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。第三十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、觀察與理論的關(guān)系第三十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、古典經(jīng)驗(yàn)主義的純觀察說(shuō)以培根為代表的古典經(jīng)驗(yàn)主義認(rèn)為，理論依賴于觀察，而觀察卻獨(dú)立于理論，不受理論制約。把觀察看作是一種純粹的感官反映活動(dòng)，一種生理過(guò)程而非認(rèn)識(shí)過(guò)程。第三十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、邏輯經(jīng)驗(yàn)主義的中性觀察說(shuō)邏輯經(jīng)驗(yàn)主義者將科學(xué)語(yǔ)言分為觀察語(yǔ)言和理論語(yǔ)言，理論語(yǔ)言從觀察語(yǔ)言獲得。他們認(rèn)為觀察語(yǔ)言不受任何理論的影響，也就是觀察者的理論框架、既往經(jīng)驗(yàn)、文化環(huán)境對(duì)觀察過(guò)程沒(méi)有影響第三十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日觀察是一種主客體的相互作用。第三十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日第三十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日少女還是老婦第三十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日情侶還是骷顱第三十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日案例：氧氣的發(fā)現(xiàn)恩格斯：“普利斯特列和舍勒析出了氧氣，但不知道他們所析出的是什么。他們?yōu)椤扔械摹妓卣f(shuō)‘范疇所束縛’。這種本來(lái)可以推翻全部燃素說(shuō)觀點(diǎn)并使化學(xué)發(fā)生革命的元素，在他們手中沒(méi)有能結(jié)出果實(shí)。但是，當(dāng)時(shí)在巴黎的普利斯特列立刻把他的發(fā)現(xiàn)告訴了拉瓦錫，拉瓦錫就根據(jù)這個(gè)新事實(shí)研究了整個(gè)燃素說(shuō)化學(xué)，方才發(fā)現(xiàn)：這種新氣體是一種新的化學(xué)元素；在燃燒的時(shí)候，并不是神秘的燃素從燃燒物體中分離出來(lái)，而是這種新元素與燃燒物體化合。這樣，他才使過(guò)去在燃素說(shuō)形式上倒立著的全部化學(xué)正立過(guò)來(lái)了”。恩格斯：當(dāng)真理碰到鼻尖上的時(shí)候，還是沒(méi)有得到真理。第四十頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、觀察的理論負(fù)荷論美國(guó)物理學(xué)家漢森提出了觀察滲透理論，認(rèn)為認(rèn)識(shí)主體對(duì)事物預(yù)先具有的知識(shí)對(duì)認(rèn)識(shí)事物具有建構(gòu)作用。愛(ài)因斯坦：“是理論決定我們能夠觀察到的東西.”第四十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日觀察與理論的關(guān)系觀察是接受信息和加工信息的過(guò)程觀察陳述是用與特定的科學(xué)理論聯(lián)系的語(yǔ)言表述的使用儀器是按照儀器所蘊(yùn)涵的理論來(lái)工作的理論在觀察中起定向和加工改造的作用第四十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日五、觀察和實(shí)驗(yàn)中的機(jī)遇問(wèn)題第四十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日

絕大部分生物學(xué)和醫(yī)學(xué)上的新發(fā)現(xiàn)都是意外

作出的，或至少含有機(jī)遇的成分。

----英國(guó)科學(xué)家貝弗里奇第四十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、機(jī)遇的涵義人們?cè)谟杏?jì)劃地進(jìn)行觀察實(shí)驗(yàn)及其它研究工作中，由于某種偶然的機(jī)會(huì)，遇到或發(fā)現(xiàn)某些出乎意料的自然現(xiàn)象。第四十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、機(jī)遇的類(lèi)型按照與科學(xué)問(wèn)題關(guān)系的不同1）期望型：與研究問(wèn)題有關(guān)，促成了問(wèn)題的解決。如，1839年美國(guó)古特依發(fā)明橡膠的硫化技術(shù)。2）意外型：與研究的問(wèn)題無(wú)直接關(guān)系。如，1913年英國(guó)布里爾利發(fā)明不銹鋼。3）線索型：提供了新問(wèn)題的線索。如，伽利略發(fā)明望遠(yuǎn)鏡，佛萊明發(fā)現(xiàn)青霉素，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線。第四十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、如何捕捉機(jī)遇機(jī)遇觀察的合理性在于客觀世界本身就是必然性與偶然性的對(duì)