自然辩证法-第三章-----科学方法论-观察与实验ppt课件.ppt

《自然辩证法-第三章-----科学方法论-观察与实验ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自然辩证法-第三章-----科学方法论-观察与实验ppt课件.ppt（86页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章第三章 科学方法论科学方法论 观察和实验方法观察和实验方法 马院马院 周延云周延云第一节第一节 观察方法观察方法l一、什么是观察方法一、什么是观察方法l二、科学观察的类型和特点二、科学观察的类型和特点l三、科学观察的基本原则三、科学观察的基本原则l四、科学观察的地位和作用四、科学观察的地位和作用 科科学观察，学观察，是人们在科学认识中有目的、有意识地对事是人们在科学认识中有目的、有意识地对事物和现象进行感知、描述和记载的方法。所以它物和现象进行感知、描述和记载的方法。所以它是获取感性是获取感性材料的一种活动。材料的一种活动。 观察观察大都是在大都是在自然发生的条件自然发生的条件下进行的。

2、所谓自然发下进行的。所谓自然发生的条件，就是说人们在观察时不干预自然现象，即使运用生的条件，就是说人们在观察时不干预自然现象，即使运用仪器，也可保证仪器不改变自然现象的基本形态和运动的原仪器，也可保证仪器不改变自然现象的基本形态和运动的原有进程。有进程。一、什么是观察方法一、什么是观察方法二、科学观察的类型和特点二、科学观察的类型和特点l（一）科学观察的类型（一）科学观察的类型l1、根据观察的手段和方法不同，、根据观察的手段和方法不同，可划分为可划分为直接观察和间接直接观察和间接观察。观察。 直直接观察接观察：感官直接作用于观察对象，有直观、生动的：感官直接作用于观察对象，有直观、生动的特点，

3、但存在很大局限性。特点，但存在很大局限性。 其其优点优点是：运用方便、最少干扰，比使用仪器更具有直是：运用方便、最少干扰，比使用仪器更具有直接的现实性。接的现实性。 其其缺点缺点是：对于高难度的研究对象，在一定条件下要受是：对于高难度的研究对象，在一定条件下要受到感官能力的限制。到感官能力的限制。如对光线只能感知波长在0.390.77微米范围的电磁波，对0.390.04微米（紫外线）、0.771000微米（红外线）是感知不到的。人的耳朵只能听到频率在202万赫兹范围内的声波，对次声波、超声波是听不到的。人的感官对外界的刺激强度、变化频率以及量的精确度等方面的感受能力也是有限的。l 二、科学观察

4、的类型和特点二、科学观察的类型和特点 间接观察间接观察。也叫也叫仪器观察仪器观察。即人们。即人们借助于仪器或其它借助于仪器或其它技术手段技术手段间接地从外部获取感性材料的一种方法。间接地从外部获取感性材料的一种方法。 其优点是：延长了人类的感官，其优点是：延长了人类的感官，扩大了感知的范围和扩大了感知的范围和种类，种类，提高了观察的精确度和反应能力，使人们对于自然提高了观察的精确度和反应能力，使人们对于自然界的认识能力得到了很大的提高。界的认识能力得到了很大的提高。其缺点是：由于其缺点是：由于仪器本身的复杂性和干扰性仪器本身的复杂性和干扰性，易带来，易带来一些认识上的错觉和误会（如法国仑德洛的

5、一些认识上的错觉和误会（如法国仑德洛的N射线）。射线）。二、科学观察的类型和特点二、科学观察的类型和特点l2、根据观察的性质和内容，、根据观察的性质和内容，又可分为又可分为质的观察和量的观察。质的观察和量的观察。 质的观察质的观察，亦称性质观察。即考察事物具有或不具有亦称性质观察。即考察事物具有或不具有某种属性和特征某种属性和特征以及它与其它事物是否以及它与其它事物是否具有何种性质联系具有何种性质联系的一种观察方法的一种观察方法（三棱镜：日光的赤橙黄緑青蓝紫（三棱镜：日光的赤橙黄緑青蓝紫; ;达尔文达尔文2020多年多年对数千种生物的观察）。对数千种生物的观察）。 量的观察，量的观察，即对研究

6、对象的即对研究对象的某些性质和特征进行数量某些性质和特征进行数量描述和测定描述和测定的一种观察方法（的一种观察方法（人体血浆人体血浆PHPH值：正常值：正常7.357.457.357.45，PHPH值值77.77.7碱中毒）。碱中毒）。科学观察的类型和特点科学观察的类型和特点l（二）科学观察的特点（二）科学观察的特点l1、它是一种、它是一种感性认识活动感性认识活动（现象、外在属性、外部联系；内在（现象、外在属性、外部联系；内在本质、规律性）。本质、规律性）。l2、 它具有它具有目的性、计划性目的性、计划性（对象、目的、方式、途径、条对象、目的、方式、途径、条件）。件）。l 3、观察与实验不同，

7、观察所考察的研究、观察与实验不同，观察所考察的研究对象处于自然状对象处于自然状态，态，不施加人工干预。不施加人工干预。l 4、观察是一种、观察是一种多种感官多种感官同时参与的活动。同时参与的活动。三、科学观察的基本原则三、科学观察的基本原则1、 客观性原则。客观性原则。 这一原则要求观察者这一原则要求观察者必须客观的、实事求是地反映所必须客观的、实事求是地反映所观察到的事实，观察到的事实，既不能随意增减观察到的事实，又不能臆既不能随意增减观察到的事实，又不能臆造一些不存在的事实。造一些不存在的事实。 影响观察影响观察客观性客观性的干扰因素的干扰因素大致有以下几个方面：大致有以下几个方面：l（1

8、）事物的）事物的非本质现象非本质现象混淆了事物的本质现象。混淆了事物的本质现象。l（2）环境对观察环境对观察的影响。不同的观察环境会对观察结果的影响。不同的观察环境会对观察结果产生一定的影响。产生一定的影响。三、科学观察的基本原则三、科学观察的基本原则l（3）观察者的角度不同观察者的角度不同，会产生不同的观察结果。，会产生不同的观察结果。l（4）受）受观察者生理或心理因素的影响观察者生理或心理因素的影响（PPT 2526)。l （5）观察渗透理论。观察渗透理论。所谓观察渗透理论是指所谓观察渗透理论是指在在观察中掺杂着理性因素的影响。观察中掺杂着理性因素的影响。也就是说在也就是说在观察观察研究对

9、象过程中观察者会受到原有理论、知识、经验的影研究对象过程中观察者会受到原有理论、知识、经验的影响以及响以及 对所使用的仪器原理的认识程度对所使用的仪器原理的认识程度 的影响。的影响。三、科学观察的基本原则三、科学观察的基本原则l受观察渗透理论的影响，一般可以从以下受观察渗透理论的影响，一般可以从以下三方面去理解三方面去理解： （1）受先入之见的影响。）受先入之见的影响。 所谓所谓“先入之见先入之见”是指人们在从事观察活动之前就已是指人们在从事观察活动之前就已在头脑中形成了关于对观察对象的某种认识或期望。在头脑中形成了关于对观察对象的某种认识或期望。 （2）受观察者原有理论、知识、经验的影响。）

10、受观察者原有理论、知识、经验的影响。 1830年德国化学家维勒发现某矿石中含有一种呈红色年德国化学家维勒发现某矿石中含有一种呈红色的金属化合物，他认为是铬的金属化合物，他认为是铬Gr。同年瑞典化学家塞夫斯。同年瑞典化学家塞夫斯脱隆发现它是钒脱隆发现它是钒V。 （3）观察仪器中蕴含着理性知识。）观察仪器中蕴含着理性知识。三、科学观察的基本原则三、科学观察的基本原则l2、全面性原则。、全面性原则。 所谓全面性原则是指：在观察研究对象时，从所谓全面性原则是指：在观察研究对象时，从空间空间上讲，上讲，要要观察事物的各个方面、各个部分、各个层次；观察事物的各个方面、各个部分、各个层次；从从时间时间上讲，

11、上讲，要观察要观察事物发展变化的各个阶段以及它的全过程；事物发展变化的各个阶段以及它的全过程；同时，要同时，要观察事物内部各要素之间以及该事物与外界其它事物的观察事物内部各要素之间以及该事物与外界其它事物的联系联系。l3、典型性原则、典型性原则 所谓典型性是指在选择观察对象时要注意所谓典型性是指在选择观察对象时要注意选择那些能够选择那些能够集中反映一类事物的共性，集中反映一类事物的共性，其自然现象表现的过程较纯粹、其自然现象表现的过程较纯粹、最少干扰、最易于观察的事物作为观察对象。最少干扰、最易于观察的事物作为观察对象。l 4、 同时在观察中还要注意同时在观察中还要注意细心原则。细心原则。科学

12、观察的客观性原则科学观察的客观性原则l感官的错觉，尤其是已有的偏见是造成观察谬误感官的错觉，尤其是已有的偏见是造成观察谬误的根源。离开了客观事物本身，是主观的反映。的根源。离开了客观事物本身，是主观的反映。l所谓所谓观察的客观性观察的客观性，列宁指出，不是实例，不是，列宁指出，不是实例，不是枝节之论，而是枝节之论，而是自在之物本身自在之物本身。由此可见。由此可见坚持观坚持观察的客观性是进行科学观察的一个重要原则。察的客观性是进行科学观察的一个重要原则。感官的错觉实验感官的错觉实验l探索发现：你的感官欺骗了你 l科技之光：观察误区实验 四、观察方法在科研中的作用四、观察方法在科研中的作用l1、它

13、是收集科学事实，形成科学认识的基础。、它是收集科学事实，形成科学认识的基础。 （奥地利耳科医生巴雷尼：眩晕、眼球急速转动、耳朵奥地利耳科医生巴雷尼：眩晕、眼球急速转动、耳朵灌水三者之间有必然联系。灌水三者之间有必然联系。19101914半规管的生理学半规管的生理学与病理学与病理学、前庭装置的机能实验前庭装置的机能实验，1914获诺贝尔生获诺贝尔生理学与医学奖理学与医学奖）l 2、它是检验假说和理论的重要标准。、它是检验假说和理论的重要标准。 哥白尼哥白尼“日心说日心说”、牛顿万有引力定律（理论）之后，、牛顿万有引力定律（理论）之后，1845年法国勒维烈预言年法国勒维烈预言“天王星之外有一颗行星

14、天王星之外有一颗行星”（假（假设），设），1846年德国加勒发现海王星。年德国加勒发现海王星。“巴雷尼检验巴雷尼检验”l 奥地利耳科医生巴雷尼巴雷尼在临床试验中发现，许多耳科病人在用水冲洗化脓的耳朵时，常常会发生眩晕、眼球急速转动的现象，医学上叫做“眼球震颤”。但是，眩晕、眼球震颤和耳朵灌水三者究竟有什么联系眩晕、眼球震颤和耳朵灌水三者究竟有什么联系呢？呢？ l经过反复实验，巴雷尼终于发现，用高于或低于用高于或低于体温的水来冲洗耳朵都会引起病人或正常人的眩晕和体温的水来冲洗耳朵都会引起病人或正常人的眩晕和眼球震颤。眼球震颤。由此得到启示，巴雷尼发明了一种简便易行的测试前庭机能的“热检验”方法。

15、由于“热检验”的推广，大大促进了前庭疾病的早期诊断，人们把这人们把这个热检验称为个热检验称为“巴雷尼检验巴雷尼检验”。 主体在观察中的能动作用主体在观察中的能动作用l尽管人们只能在大自然给他提供的那种形式下进尽管人们只能在大自然给他提供的那种形式下进行研究，但是，行研究，但是，若否认主体在观察中的若否认主体在观察中的能动能动作用，作用，是十分错误的。是十分错误的。l科学观察要求提出任务、作出假设并导出能与观科学观察要求提出任务、作出假设并导出能与观察结果相比较的各种推论；还要组织观察的实施，察结果相比较的各种推论；还要组织观察的实施，选择和充实仪器装置，记录观察结果等等。选择和充实仪器装置，记

16、录观察结果等等。不能不能认为观察者在自然现象面前认为观察者在自然现象面前纯粹是被动纯粹是被动的。的。令人哭笑不得的实验令人哭笑不得的实验l贝弗里奇在其贝弗里奇在其科学研究的艺术科学研究的艺术中，还描述过中，还描述过这样一个哭笑不得的实验：这样一个哭笑不得的实验：l曼彻斯特市有个医生，在教学生的时候，用手指曼彻斯特市有个医生，在教学生的时候，用手指沾糖尿病人尿的样品来尝味。然后他要求全体学沾糖尿病人尿的样品来尝味。然后他要求全体学生重复这个动作。学生们勉勉强强愁眉苦脸地照生重复这个动作。学生们勉勉强强愁眉苦脸地照着做了，而一致同意尿是甜的。这时医生笑着说：着做了，而一致同意尿是甜的。这时医生笑着

17、说： “我这样做是为了教育你们我这样做是为了教育你们观察细节的重要性。观察细节的重要性。 如果你们看得仔细就会注意到我伸进尿里的是如果你们看得仔细就会注意到我伸进尿里的是拇指拇指，舔的却是，舔的却是食指。食指。”令人哭笑不得的实验令人哭笑不得的实验l观察中的思维是不可缺少的。但是观察中的思维是不可缺少的。但是导致非客观观察结果的导致非客观观察结果的主观因素也是存在的。主观因素也是存在的。曼彻斯特市医生所做的实验中，曼彻斯特市医生所做的实验中，学学生们的感觉器官并没有充分发挥作用。生们的感觉器官并没有充分发挥作用。 首先是视觉，首先是视觉，没有看到由拇指到食指的变化；没有看到由拇指到食指的变化；

18、 其次是味觉，其次是味觉，并不一定真实地品尝出了糖尿病人尿的并不一定真实地品尝出了糖尿病人尿的味道。这时感官为什么会失去作用味道。这时感官为什么会失去作用? 主要在于主要在于学生的脑子里存在着先入之见的主观因素。学生的脑子里存在着先入之见的主观因素。或者或者完全从主观的想象出发或者过分地相信自己已有的经完全从主观的想象出发或者过分地相信自己已有的经验或者从某种条条框框出发，验或者从某种条条框框出发，都会给观察结果打上鲜明的都会给观察结果打上鲜明的主观印记，主观印记，而使结果不可靠。而使结果不可靠。所以马克思指出，不带偏见所以马克思指出，不带偏见的考察是不会受迷惑的，结果才有可能是客观的。的考察

19、是不会受迷惑的，结果才有可能是客观的。排除排除生理生理原因造成的错觉原因造成的错觉l 为了避免主观臆想代替科学事实，必须尽力为了避免主观臆想代替科学事实，必须尽力排除可能来自两个方面的观察错误：排除可能来自两个方面的观察错误： 首先，要排除由生理方面原因造成的错误要排除由生理方面原因造成的错误。 人们的感觉器官，不论是人们的感觉器官，不论是“眼、耳、鼻、舌身眼、耳、鼻、舌身”中哪一个，中哪一个，都在一定的情况下有很大的局限性，因而产生错误。为了都在一定的情况下有很大的局限性，因而产生错误。为了避免各种生理上造成的观察错误，一方面是加强训练，可避免各种生理上造成的观察错误，一方面是加强训练，可以

20、避免一定的错觉。更重要的是靠科学仪器来延伸和完善以避免一定的错觉。更重要的是靠科学仪器来延伸和完善自己的感官。自己的感官。排除排除心理心理方面造成的错觉方面造成的错觉l在心理学史上有这样一个例子：在在心理学史上有这样一个例子：在德国哥廷根的一次心理德国哥廷根的一次心理学会议上，学会议上，突然从门外冲进一个人，后面还有另一个人紧突然从门外冲进一个人，后面还有另一个人紧跟着，手里拿着枪。两个人在会场中混战一场，最后响了跟着，手里拿着枪。两个人在会场中混战一场，最后响了一枪，又一起冲了出去。从进门到出去共一枪，又一起冲了出去。从进门到出去共20秒钟。大会主秒钟。大会主席立即发下调查表，请所有到会者填

21、写他们目击的经过。席立即发下调查表，请所有到会者填写他们目击的经过。l这件事是预先安排、经过排演并全都录了像。这件事是预先安排、经过排演并全都录了像。当然，与会当然，与会者并不知道这是一次测验。者并不知道这是一次测验。在交上来的在交上来的4040篇观察报告中，篇观察报告中，只有一篇在主要事实上错误少于只有一篇在主要事实上错误少于20%20%，有有14篇观察报告中篇观察报告中的错误在的错误在20一一40之间，在之间，在25篇中错误超过了篇中错误超过了40。特别值得特别值得提的是提的是，在半数以上的报中，在半数以上的报中，1010或更多的细或更多的细节纯属臆造。节纯属臆造。所以科学观察要借助仪器坚

22、持观察的客观所以科学观察要借助仪器坚持观察的客观性。性。五、观察程序五、观察程序l科学观察法是收集第一手材料的最基本、最常用的方法。科学观察法是收集第一手材料的最基本、最常用的方法。l在科学研究上，第一手原始材料具有极其重要的价值，它在科学研究上，第一手原始材料具有极其重要的价值，它是一切科学研究的起点，是一切科学研究的起点，科研往往从问题开始，科研往往从问题开始，进而进行进而进行观察、调查和实验，从这个意义上讲，观察、调查和实验，从这个意义上讲，科学源于问题。科学源于问题。l然而，由于人们的一切认识，包括产生的一切问题，归根由于人们的一切认识，包括产生的一切问题，归根到底发源于观察所得到的事

23、实，从这个意义上讲，科学始到底发源于观察所得到的事实，从这个意义上讲，科学始于观察。于观察。l科学家法拉第法拉第曾说过：“没有观察就没有科学，科学发现没有观察就没有科学，科学发现诞生于仔细的观察之中。诞生于仔细的观察之中。” 五、观察程序五、观察程序l科学观察的一般过程可分为准备、实施观察、准备、实施观察、整理资料整理资料三个阶段，具体步骤包括：l（1）明确观察目的，）明确观察目的，l（2）制订观察计划，）制订观察计划，l（3）做好物质准备）做好物质准备（上述为观察准备阶段），（上述为观察准备阶段），l（4）进行实际观察，）进行实际观察，l（5）整理观察资料。）整理观察资料。第二节第二节 试验

24、方法试验方法l1 1、实验方法及其类型、实验方法及其类型l2 2、不可无条件轻信实验数据、不可无条件轻信实验数据l3 3、实验的一般程序、实验的一般程序l4 4、科学实验在科学研究中的作用科学实验在科学研究中的作用l同学们说说自己做过的难忘的实验同学们说说自己做过的难忘的实验一、实验方法定义、特点及其类型一、实验方法定义、特点及其类型所谓实验方法是指人们根据所谓实验方法是指人们根据课题确定的目的和需要课题确定的目的和需要，通过仪器和设备，人为地通过仪器和设备，人为地变革、控制或模拟研究对变革、控制或模拟研究对象，象，在有利的条件下，获取在有利的条件下，获取科学事实，科学事实，探索研究对探索研究

25、对象的本质和规律的研究方法。象的本质和规律的研究方法。实验与观察都是科学认识的基本方法，实验与观察都是科学认识的基本方法，它克服了单纯观它克服了单纯观察的局限性。察的局限性。一、实验方法定义、特点及其类型一、实验方法定义、特点及其类型 实验方法的特点实验方法的特点l 1、实验方法源于观察，又高于观察。、实验方法源于观察，又高于观察。l 2、实验方法源于生产，但高于生产。、实验方法源于生产，但高于生产。 目的不同：物资财富、探索认识；目的不同：物资财富、探索认识； 内容不同：重复体劳、创造脑劳内容不同：重复体劳、创造脑劳一、实验方法定义、特点及其类型一、实验方法定义、特点及其类型l1、 定性实验

26、定性实验。这是确定研究对象是否具有某种属性；事。这是确定研究对象是否具有某种属性；事物之间是否具有某种联系以及物质的定性组成的实验。物之间是否具有某种联系以及物质的定性组成的实验。l2、定量实验。、定量实验。这是测定事物某些属性、某些因素的量的这是测定事物某些属性、某些因素的量的规定性或某些属性或因素之间的数量关系的实验。规定性或某些属性或因素之间的数量关系的实验。l 3、结构分析实验。、结构分析实验。即主要研究事物内部空间构成的实验。即主要研究事物内部空间构成的实验。l 4、析因实验、析因实验。即已知结果而去寻找产生这一结果的原因。即已知结果而去寻找产生这一结果的原因的实验的实验（詹纳接种牛

27、痘预防天花的实验）（詹纳接种牛痘预防天花的实验）l 5、 探索性实验。探索性实验。即富有冒险精神，勇于揭示自然界的奥即富有冒险精神，勇于揭示自然界的奥秘的实验。秘的实验。例如：海洋探索、月球、火星等太空探索。例如：海洋探索、月球、火星等太空探索。一、实验方法定义、特点及其类型一、实验方法定义、特点及其类型l6、对照实验也称比较实验、对照实验也称比较实验。这是通过设立对照组和试验组，这是通过设立对照组和试验组，确定两组事物之间的异同，以揭示研究对象具有某种属性或产确定两组事物之间的异同，以揭示研究对象具有某种属性或产生于某种原因的实验。生于某种原因的实验。 其中其中对照组是作为比较的标准，对照组

28、是作为比较的标准，试验组是作为研究的对象。试验组是作为研究的对象。 对照实验最基本的要求是：对照实验最基本的要求是：对照组和实验组仅在需比较的对照组和实验组仅在需比较的单个因素方面有差异外，其余比较项目则应基本相同或相似，单个因素方面有差异外，其余比较项目则应基本相同或相似，否则，就会失去意义。否则，就会失去意义。l7、验证性实验。、验证性实验。这是为检验某个假说或某种新理论是否成立这是为检验某个假说或某种新理论是否成立而设计的实验。而设计的实验。l8、模拟实验。、模拟实验。即通过设计与原型相似的模型，利用模型来间即通过设计与原型相似的模型，利用模型来间接研究原型，然后再将结果类推推到原型上去

29、的实验。接研究原型，然后再将结果类推推到原型上去的实验。实验方法定义、特点及其类型实验方法定义、特点及其类型实验方法定义、特点及其类型实验方法定义、特点及其类型l（1）物理模拟，）物理模拟，是指模型与原型的物理过程是指模型与原型的物理过程相似，即相似，即结构或功能相似。结构或功能相似。米勒实验、飞机、船舶、米勒实验、飞机、船舶、设备模型实验。设备模型实验。l（2）数学模拟，）数学模拟，是指原型与模型在是指原型与模型在数学形式数学形式上相似。上相似。例如：电流在电路中的传导与热传导规律在数例如：电流在电路中的传导与热传导规律在数学形式上具有相似性。学形式上具有相似性。二、万万不可二、万万不可无条

30、件无条件轻信实验数据！轻信实验数据！l有一句名言是这样说的有一句名言是这样说的：“除了观察实验者本观察实验者本人，人，人人都会倾向于无条件地相信观察实验所得无条件地相信观察实验所得到的数据；到的数据；除了假说的提出者以外，除了假说的提出者以外，人人都会倾人人都会倾向于否定甚至反对新出现的假说。向于否定甚至反对新出现的假说。”l然而，科学史却提醒我们：万万不可无条件轻信然而，科学史却提醒我们：万万不可无条件轻信实验数据！实验数据！只有对这个实验及其结果和解释进行只有对这个实验及其结果和解释进行周密的分析并使之重复显现后，实验数据才能够周密的分析并使之重复显现后，实验数据才能够被采纳。被采纳。密立

31、根的弥天大谎密立根的弥天大谎l1910年，美国物理学家年，美国物理学家罗伯特罗伯特密立根密立根进行了一项世界知进行了一项世界知名的名的“滴油实验滴油实验”，第一次测出了氢比一个电子重第一次测出了氢比一个电子重1836倍。与此同时，比他更有名望的物理学家倍。与此同时，比他更有名望的物理学家埃伦菲尔德埃伦菲尔德也在也在进行相同的实验，进行相同的实验，但没有得到相应的结果。但没有得到相应的结果。l密立根实验所得出的数据实在太漂亮了，任何一个从事过密立根实验所得出的数据实在太漂亮了，任何一个从事过物理学实验的人都有体会，理论上计算出的数据和实验中物理学实验的人都有体会，理论上计算出的数据和实验中测量出

32、的数据，一般不会那样近似。测量出的数据，一般不会那样近似。为此，埃伦菲尔德曾为此，埃伦菲尔德曾提出疑议，并由此而引发了物理学的一场论战。提出疑议，并由此而引发了物理学的一场论战。密立根的弥天大谎密立根的弥天大谎l 密立根在论战中获胜了，还获得了科学界的最高奖赏密立根在论战中获胜了，还获得了科学界的最高奖赏-1923年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。 l 事隔60年后，一个偶然的发现揭穿了密立根所谓的实验结果，这个结果来自密立根的笔记和手稿，是一位史学家发现后公之于众的。密立根发表的密立根发表的5858次观测结果，并非次观测结果，并非如他信誓旦旦所说的那样是如他信誓旦旦所说的那样是“没有经

33、过选择的没有经过选择的”，而是从，而是从140140次观测中选出来的！次观测中选出来的！他将实验的数据大动干戈，只采集那些对他有利的漂亮数据为“我”所用，对于不利的数据则一概删去。密立根的弥天大谎密立根的弥天大谎l这一发现震动了物理学界，密立根的小动作和他给出的实验结果一样漂亮！ 三、实验方法在科研中的作用三、实验方法在科研中的作用l1、 纯化和简化纯化和简化自然现象自然现象（伽利略自落）。（伽利略自落）。l2、 强化或弱化强化或弱化自然现象自然现象（超固体、（超固体、Hg、超真空、超真空、高能加速器）。高能加速器）。l3、加速或延缓加速或延缓自然过程。自然过程。l4、再现再现自然现象（米勒实

34、验）。自然现象（米勒实验）。米勒模拟实验米勒模拟实验l米勒模拟实验米勒模拟实验（Millers simulated experiment）一种模一种模拟在原始地球还原性大气中进行雷鸣闪电能产拟在原始地球还原性大气中进行雷鸣闪电能产生有机物生有机物（特别是氨基酸），（特别是氨基酸），以论证生命起源的化学以论证生命起源的化学进化过程的实验。进化过程的实验。1953年由美国芝加哥大学年由美国芝加哥大学研究生米勒研究生米勒（S.L.Miller）在其导师尤利在其导师尤利（H.C.Urey）指导下完成，故名。指导下完成，故名。三、科学实验在科学研究中的作用三、科学实验在科学研究中的作用科学实验在科学认识

35、活动中的作用具体表现在以下科学实验在科学认识活动中的作用具体表现在以下几个方面：几个方面： 科学实验可以科学实验可以简化和纯化简化和纯化研究对象研究对象，即根据，即根据研究的目的研究的目的选出和突出主要因素，舍弃和排除次要、选出和突出主要因素，舍弃和排除次要、偶然因素，偶然因素，使需要的属性或关系在简化、纯粹的形使需要的属性或关系在简化、纯粹的形态下暴露出来，以形成准确认识。态下暴露出来，以形成准确认识。 科学实验可以科学实验可以强化和激化强化和激化研究对象研究对象，即根据，即根据研究的需要可以研究的需要可以人为地创造特殊条件，改变事物存人为地创造特殊条件，改变事物存在的状态，甚至将其推向极端

36、状态，以便显示其规在的状态，甚至将其推向极端状态，以便显示其规律。律。路易斯路易斯巴斯德巴斯德（公元（公元1822-1895年）年）l法国微生物学家、化学家。法国微生物学家、化学家。他研究了微生物的类型、习性、他研究了微生物的类型、习性、营养、繁殖、作用等，奠定了工业微生物学和医学微生物营养、繁殖、作用等，奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础，学的基础，并开创了微生物生理学。并开创了微生物生理学。循此前进，在战胜狂循此前进，在战胜狂犬病、鸡霍乱、炭疽病、蚕病等方面都取得了成果。英国犬病、鸡霍乱、炭疽病、蚕病等方面都取得了成果。英国医生李斯特并据此解决了创口感染问题。医生李斯特并据此解决了创口

37、感染问题。l从此，从此，整个医学迈进了细菌学时代整个医学迈进了细菌学时代，得到了空前的发展，得到了空前的发展，人们的寿命因此而在一个世纪里延长了三十年之久。人们的寿命因此而在一个世纪里延长了三十年之久。科学实验在科学研究中的作用科学实验在科学研究中的作用科学实验在科学研究中的作用科学实验在科学研究中的作用科学实验在科学研究中的作用科学实验在科学研究中的作用四、实验方法的四、实验方法的一般程序一般程序实验构思实验构思实验设计实验设计实验实施实验实施数据处理数据处理结果解释结果解释实验的一般程序实验的一般程序实验构思实验构思:是实验前分析对象分析对象 构思理性方法构思理性方法的问题；实验设计：实验

38、设计：是根据构思方案是根据构思方案 实现实验要素的最佳结合问题；实现实验要素的最佳结合问题；实验实施：是将理性方法实验实施：是将理性方法 物化为感性形态进行操作加以实现物化为感性形态进行操作加以实现的问题；的问题；数据处理：数据处理：是对实验获取的材料是对实验获取的材料 进行去伪存真的整理问题；进行去伪存真的整理问题； 结果解释：结果解释：是根据已有理论或提出新假说是根据已有理论或提出新假说 对实验结果进行合对实验结果进行合理说明的问题。理说明的问题。（一）实验的构思与设计（一）实验的构思与设计l1、 实验实验目的目的确定。确定。l2、确立实验、确立实验原理原理（汤姆逊葡萄干蛋糕模型、（汤姆逊

39、葡萄干蛋糕模型、 瑟福检验）瑟福检验）l3、选择实验、选择实验材料材料。l 4、选择或研制适用的、选择或研制适用的仪器仪器设备。设备。 要求仪器设备性能好、精确度高、分辨能力强、便于要求仪器设备性能好、精确度高、分辨能力强、便于操作、最少干扰。操作、最少干扰。（一）实验的构思与设计（一）实验的构思与设计l5、选择实验、选择实验类型：类型： 实验方法有多种类型（实验方法有多种类型（8种），而每种类型的实种），而每种类型的实验都有验都有与之相适应的逻辑思维方法与之相适应的逻辑思维方法。 对照实验对照实验比较方法比较方法 模拟实验模拟实验类比方法类比方法 析因实验析因实验分析方法分析方法 定量实验定

40、量实验数学方法数学方法 定性实验定性实验分析、归纳、演绎方法等。分析、归纳、演绎方法等。l 6、确定对有关、确定对有关实验实验条件条件的控制的控制（二）实验的实施（二）实验的实施l在这一阶段，主要取决于在这一阶段，主要取决于l实验者对实验仪器原理的实验者对实验仪器原理的了解程度了解程度；l 对仪器操作的技能，操作的对仪器操作的技能，操作的熟练程度；熟练程度；l还取决于实验者的还取决于实验者的观察能力、思维能力；观察能力、思维能力；l 同时也取决于实验者对观察到的多种现象、同时也取决于实验者对观察到的多种现象、过程、事实和数据的记录和描述的过程、事实和数据的记录和描述的准确程度；准确程度；（三）

41、对实验结果、数据的处理（三）对实验结果、数据的处理l1、对实验数据的处理。、对实验数据的处理。 主要运用主要运用数理统计或建立数学模型的方法，数理统计或建立数学模型的方法，根根据实验的需要可把数据描绘成坐标曲线、表格、据实验的需要可把数据描绘成坐标曲线、表格、图形等形式，或者用数学式表达出来，以寻找研图形等形式，或者用数学式表达出来，以寻找研究对象发展、变化、运动的规律。究对象发展、变化、运动的规律。l2、对于一些系统误差和随机误差，、对于一些系统误差和随机误差，可运用理论思可运用理论思维和数学工具加以分析处理，以作出准确的判断。维和数学工具加以分析处理，以作出准确的判断。（三）对实验结果、数

42、据的处理（三）对实验结果、数据的处理l3、对于实验结果的处理、对于实验结果的处理（现象、过程、事实等），（现象、过程、事实等），可采用文字综合描述的方法。可采用文字综合描述的方法。l文字描述一定要实事求是、恰当分析、不文字描述一定要实事求是、恰当分析、不要把判断推理的成份带进去。要把判断推理的成份带进去。（四）对结果的理论分析（四）对结果的理论分析l 如果实验得出来的结果与原有理论没有矛盾，如果实验得出来的结果与原有理论没有矛盾，而且与本实验开始时，所提出的任务、目的（同而且与本实验开始时，所提出的任务、目的（同标值）相吻合，相一致，标值）相吻合，相一致，则这一实验就基本完成，则这一实验就基本

43、完成，对实验的结果就可以进行思维加工，提出假说并对实验的结果就可以进行思维加工，提出假说并再次验证，最终升为理论。再次验证，最终升为理论。 （四）对结果的理论分析（四）对结果的理论分析l 如果实验的结果与原有理论如果实验的结果与原有理论相矛盾，相矛盾，或者与目标值不一致，或者与目标值不一致，就要寻就要寻找矛盾的原因：找矛盾的原因：l一般来说：一般来说： a. 要么是原有理论是错误的；要么是原有理论是错误的；b. 要么是实验原理的错误；要么是实验原理的错误； c.要么是仪器的误差所造成；要么是仪器的误差所造成；d.要么是数据结果记录的错误；要么是数据结果记录的错误； e.要么就是方法不当或者选择

44、的实验对象有问题。要么就是方法不当或者选择的实验对象有问题。 总之，是什么原因引起的矛盾，应具体实验具体分析，直总之，是什么原因引起的矛盾，应具体实验具体分析，直至发现问题，另行确定课题，设计实验，得到验证为止。至发现问题，另行确定课题，设计实验，得到验证为止。第三节第三节 观察与实验中的观察与实验中的机遇机遇l1 1、观察实验中的机遇、观察实验中的机遇 l2 2、捕捉机遇的主观条件、捕捉机遇的主观条件一、机遇的特点和类型一、机遇的特点和类型l1、机遇概念、机遇概念 所谓机遇是指人们在进行所谓机遇是指人们在进行观察与实验的过程中观察与实验的过程中，由于，由于偶然的事件或机会偶然的事件或机会，意

45、外地发，意外地发现了新的现象现了新的现象，并由此导致，并由此导致科学技术上的新发现和新突破。科学技术上的新发现和新突破。这种意外的发现，通常称这种意外的发现，通常称之为机遇。之为机遇。它的最大特点就是它的最大特点就是意外性。意外性。 机遇机遇与与是有是有机遇多指属于机遇多指属于观察实验领观察实验领域中的意外发现，而直觉则属于思维领域的偶然顿悟。域中的意外发现，而直觉则属于思维领域的偶然顿悟。不不是所有的人都能抓住机遇，是所有的人都能抓住机遇，“在观察实验中，机遇只偏爱在观察实验中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。那种有准备的头脑。” 一、机遇的特点和类型一、机遇的特点和类型l2、机遇的特点、机遇的

46、特点l机遇最显著的特点就是它的机遇最显著的特点就是它的意外性、偶然性：意外性、偶然性：l意外性意外性是指事物出现在人们事先不曾预料到、是指事物出现在人们事先不曾预料到、不在计划之中；不在计划之中；l 偶然性偶然性是指事物由于受某一偶然的、随机因是指事物由于受某一偶然的、随机因素的激发，而导致新发现。素的激发，而导致新发现。一、机遇的特点和类型一、机遇的特点和类型l3、机遇的类型：、机遇的类型： 根据机遇的根据机遇的意外程度，意外程度，我们可将机遇划分为我们可将机遇划分为完全意外的机遇完全意外的机遇和和部分意外的机遇。部分意外的机遇。 完全意外的机遇完全意外的机遇是指观察实验的目的是为了发现是指

47、观察实验的目的是为了发现A，但却发现了但却发现了B； 部分意外的机遇部分意外的机遇是指观察实验的目的是为了发现是指观察实验的目的是为了发现A，结果也现发结果也现发A，但发现但发现A的方式和场合却是意外之外，的方式和场合却是意外之外，并并非按原来的研究方案达到目的；非按原来的研究方案达到目的；一、机遇的特点和类型一、机遇的特点和类型l 根据机遇所发现的根据机遇所发现的内容不同内容不同，我们还可以看出：我们还可以看出：l有的机遇是有的机遇是发现新物质；发现新物质；l有的机遇是发现了物质的有的机遇是发现了物质的新特性新特性；l还有的机遇则是发现了事物或现象之间的还有的机遇则是发现了事物或现象之间的新

48、联系新联系等；等；l有的机遇发现了物质的有的机遇发现了物质的新结构新结构；l有的机遇发现了事物运动变化的有的机遇发现了事物运动变化的新规律。新规律。二、捕捉机遇的条件二、捕捉机遇的条件l1、勤于观察实验，勤于观察实验，勇于探索新问题，碰上机勇于探索新问题，碰上机遇的机会就更多。遇的机会就更多。l 2、留心意外之事留心意外之事，是发现机遇的重要条件。，是发现机遇的重要条件。l 3、要有、要有必要的知识储备必要的知识储备。知识包括：理论知。知识包括：理论知识和经验知识。识和经验知识。l 4、要有、要有较强的思维能力。较强的思维能力。 思维能力包括丰富的想象能力和敏锐的判思维能力包括丰富的想象能力和

49、敏锐的判断能力。断能力。三、机遇在科学研究中的作用三、机遇在科学研究中的作用l1 1、机遇能够、机遇能够为新知识的增长提供重要线索为新知识的增长提供重要线索，由此开，由此开辟新的研究领域，从而成为新理论的先导。辟新的研究领域，从而成为新理论的先导。 例如：例如： 弗莱明弗莱明偶然发现青霉素，导致药物化学理论的产生和发展；偶然发现青霉素，导致药物化学理论的产生和发展； 巴斯德巴斯德偶然发明了免疫法，导致医学免疫学理论的产生和发偶然发明了免疫法，导致医学免疫学理论的产生和发展；展； 伦琴和伯克勒尔伦琴和伯克勒尔偶然发现放射现象，导致原子核物理学理论偶然发现放射现象，导致原子核物理学理论的产生和发展

50、。的产生和发展。 青霉素的发现青霉素的发现l英国圣玛利学院的细菌学家亚历山大英国圣玛利学院的细菌学家亚历山大弗莱明一九二八年弗莱明一九二八年开始研究葡萄球菌，观察在不同条件下各种葡萄球菌的生开始研究葡萄球菌，观察在不同条件下各种葡萄球菌的生长状况。有一次，他发现在一只培养球菌的碟子色原来生长状况。有一次，他发现在一只培养球菌的碟子色原来生长得很好的葡萄球菌忽然消失了。这一偶然现象引起了弗长得很好的葡萄球菌忽然消失了。这一偶然现象引起了弗莱明的深思。这是什么原因呢？他经过仔细观察后发现，莱明的深思。这是什么原因呢？他经过仔细观察后发现，原来是一些偶然落到培养基上的青霉菌在葡萄球菌的培养原来是一些