觀察方法和實驗方法.ppt

1、第三章 觀察方法和實驗方法,本章將重點介紹觀察、實驗方法的特點、基本類型、在科研中的作用，以及在運用觀察、實驗方法時應遵循的一些原則，實驗方法的一般程序，觀察和實驗中的機遇等問題。 第一節(jié) 科學觀察方法 所謂科學觀察方法，是指人們通過感官或借助于儀器，有目的、有計劃地感知和描述研究對象，從而獲取科學事實的一種科研方法。,一、觀察方法的特點 1. 它是一種感性認識活動 2. 它具有目的性、計劃性。 3. 觀察與實驗不同，觀察所考察的研究對象處于自然狀態(tài)，不施加人工干預。 4. 觀察是一種多種感官同時參與的活動。 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。

2、 （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)點是：運用方便、最少干擾，比使用儀器更具有直接的現(xiàn)實性。 其缺點是：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手段間接地從外部獲取感性材料的一種方法。 其優(yōu)點是：延長了人類的感官，擴大了感知的范圍和種類，提高了觀察的精確度和反應能力，使人們對于自然界的認識能力得到了很大的提高。,其缺點是：由于儀器本身的復雜性和干擾性，易帶來一些認識上的錯覺和誤會。 2. 根據(jù)觀察的性質和內容，又可分為質的觀察和量的觀察。 質的觀察，亦稱性質觀察。即考察事物具有或不具有

3、某種屬性和特征以及它與其它事物是否具有何種性質聯(lián)系的一種觀察方法。 量的觀察，即對研究對象的某些性質和特征進行數(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. 它是收集科學事實，形成科學認識的基礎。 2. 它是檢驗假說和理論的重要標準。 四、運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、實事求是地反映所觀察到的事實，既不能隨意增減觀察到的事實，又不能臆造一些不存在的事實。,影響觀察客觀性的干擾因素大致有以下幾個方面： （1）事物的非本質現(xiàn)象混淆了事物的本質現(xiàn)象。 （2）環(huán)境對觀察的影響。不同的觀察環(huán)境會對觀察結果產生一定的影響。 （3）觀察者的角

4、度不同，會產生不同的觀察結果。 （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、經驗的影響以及對所使用的儀器原理的認識程度的影響。,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之前就已在頭腦中形成了關于對觀察對象的某種認識或期望。 （2）受觀察者原有理論、知識、經驗的影響。 （3）觀察儀器中蘊含著理性知識。,2. 全面性原則。 所謂全面性原則是指：在觀察研究對象時，從空間上講，要觀察事物的各個方面、各個部分、

5、各個層次；從時間上講，要觀察事物發(fā)展變化的各個階段以及它的全過程；同時，要觀察事物內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. 同時在觀察中還要注意細心原則。,第二節(jié) 科學實驗方法 所謂實驗方法是指人們根據(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，獲取科學事實，探索研究對象的本質和規(guī)律的研究方法。 一、實驗方法的特點和基本類型 （一）實驗方法的特點 1. 實驗方法源于觀察，又高于觀察。

6、 2. 實驗方法源于生產，但高于生產。,（二）實驗方法的基本類型 1. 定性實驗。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)系以及物質的定性組成的實驗。 2. 定量實驗。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)量關系的實驗。 3. 結構分析實驗。即主要研究事物內部空間構成的實驗。 4. 析因實驗。即已知結果而去尋找產生這一結果的原因的實驗。 5. 探索性實驗。即富有冒險精神，勇于揭示自然界的奧秘的實驗。例如：海洋探索、月球、火星等太空探索。,6. 對照實驗也稱比較實驗。這是通過設立對照組和試驗組，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生于

7、某種原因的實驗。 其中對照組是作為比較的標準，試驗組是作為研究的對象。 對照實驗最基本的要求是：對照組和實驗組僅在需比較的單個因素方面有差異外，其余比較項目則應基本相同或相似，否則，就會失去意義。 7. 驗證性實驗。這是為檢驗某個假說或某種新理論是否成立而設計的實驗。 8. 模擬實驗。即通過設計與原型相似的模型，利用模型來間接研究原型，然后再將結果類推推到原型上去的實驗。,模擬實驗主要適用于那些規(guī)模龐大無法操作（飛機、船舶、三峽工程）或過程復雜、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)學上的人體實驗等）的事物。 它與上述7種實驗相比是一種間接實驗。其最大的特

8、點是：模型要與原型在結構功能上或數(shù)學形式上具有相似性。 根據(jù)原型與模型相似的關系，我們又可將模擬實驗分為物理模擬和數(shù)學模擬。,（1）物理模擬，是指模型與原型的物理過程相似，即結構或功能相似。 （2）數(shù)學模擬，是指原型與模型在數(shù)學形式上相似。例如：電流在電路中的傳導與熱傳導規(guī)律在數(shù)學形式上具有相似性。 電流傳導關系式：I= V 熱傳導關系式：Q=Cm T 在這兩個不同的物理變化過程中，公式中相對應的每一個參數(shù)或變量的物理意義是彼此相似的。,1 R,I 電流強度（電流量）Q熱量（熱流量） 1/R導電本領（電導）Cm表示某物質吸熱 或放熱的本領 V表示電壓，即電位差 T表示溫差 二、實驗方法在科研中

9、的作用 1. 純化和簡化自然現(xiàn)象。 2. 強化或弱化自然現(xiàn)象。 3. 加速或延緩自然過程。 4. 再現(xiàn)自然現(xiàn)象。,三、實驗方法的一般程序 （一）實驗的構思與設計 1. 實驗目的確定。 2. 確立實驗原理。 3. 選擇實驗材料。 4. 選擇或研制適用的儀器設備。 要求儀器設備性能好、精確度高、 分辨能力強、便于操作、最少干擾。,5、選擇實驗類型： 實驗方法有多種類型（8種），而每種類型的實驗都有與之相適應的邏輯思維方法。 對照實驗比較方法 模擬實驗類比方法 析因實驗分析方法 定量實驗數(shù)學方法 定性實驗分析、歸納、演繹方法等。 6、確定對有關實驗條件的控制,（二）實驗的實施。 在這一階段，主要取決

10、于實驗者對實驗儀器原理的了解程度； 對儀器操作的技能，操作的熟練程度；還取決于實驗者的觀察能力、思維能力； 同時也取決于實驗者對觀察到的多種現(xiàn)象、過程、事實和數(shù)據(jù)的記錄和描述的準確程度； （三）對實驗結果、數(shù)據(jù)的處理 1、對實驗數(shù)據(jù)的處理。主要運用數(shù)理統(tǒng)計或建立數(shù)學模型的方法，根據(jù)實驗的需要可把數(shù)據(jù)描繪成坐標曲線、表格、圖形等形式，或者用數(shù)學式表達出來，以尋找研究對象發(fā)展、變化、運動的規(guī)律。,2、對于一些系統(tǒng)誤差和隨機誤差，可運用理論思維和數(shù)學工具加以分析處理，以作出準確的判斷。 3、對于實驗結果的處理（現(xiàn)象、過程、事實等），可采用文字綜合描述的方法。文字描述一定要實事求是、恰當分析、不要把判

11、斷推理的成份帶進去。 （四）對結果的理論分析 如果實驗得出來的結果與原有理論沒有矛盾，而且與本實驗開始時，所提出的任務、目的（同標值）相吻合，相一致，則這一實驗就基本完成，對實驗的結果就可以進行思維加工，提出假說并再次驗證，最終升為理論。, 如果實驗的結果與原有理論相矛盾，或者與目標值不一致，就要尋找矛盾的原因：一般來說，a. 要么是原有理論是錯誤的；b. 要么是實驗原理的錯誤；c.要么是儀器的誤差所造成；d.要么是數(shù)據(jù)結果記錄的錯誤；e.要么就是方法不當或者選擇的實驗對象有問題。總之是什么原因引起的矛盾，應具體實驗具體分析，直至發(fā)現(xiàn)問題，另行確定課題，設計實驗，得到驗證為止。,第三節(jié) 觀察與

12、實驗中的機遇 一、機遇的特點和類型 1、什么叫機遇？ 所謂機遇是指人們在進行觀察與實驗的過程中，由于偶然的事件或機會，意外地發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象，并由此導致科學技術上的新發(fā)現(xiàn)和新突破。這種意外的發(fā)現(xiàn)，通常稱之為機遇。,2、機遇的特點：（我們通過幾個科學實例來看機遇的特點） 機遇最顯著的特點就是他的意外性、偶然性：意外性是指事物出現(xiàn)在人們事先不曾預料到、不在計劃之中； 偶然性是指事物由于受某一偶然的、隨機因素的激發(fā)，而導致新發(fā)現(xiàn)。 3、機遇的類型： 根據(jù)機遇的意外程度，我們可將機遇劃分為完全意外的機遇和部分意外的機遇。a. 完全意外的機遇是指觀察實驗的目的是為了發(fā)現(xiàn)A，但卻發(fā)現(xiàn)了B；,b.部分意外的機遇是指觀察實驗的目的是為了發(fā)現(xiàn)A，結果也現(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到目的；. 根據(jù)機遇所發(fā)現(xiàn)的內容不同，我們還可以看出：有的機遇是發(fā)現(xiàn)新物質；有