6-科学观察与科学实验汇总优秀PPT.ppt

《6-科学观察与科学实验汇总优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《6-科学观察与科学实验汇总优秀PPT.ppt（38页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1科学视察与科学试验科学视察与科学试验内容提要科学事实科学视察科学试验2一、科学事实科学事实是指通过视察与试验所获得的阅历事实，是经过科学整理和鉴定的的确事实。3、科学事实事实，客体与仪器的表征如观测仪器上所记录和显示的数字、图像，这类阅历事实既与客体的本性有关，也与人所设置的相识条件有关。同一客体在不同仪器上的显示是不同的。事实，对视察结果的陈述和推断既与客体的本性、仪器的设置，也与人运用描述事实的概念系统有关。同一事实在不同的概念系统中的描述可以不同。2、科学事实的特点个别性来自于感性活动，是关于个别存在的陈述，如“铀具有放射性”，“水分子由二个氢原子和一个氧原子构成”。可复核性重复试验的

2、压力可以解除错觉和假象，消退谬误精确性迈克尔逊莫雷试验牢靠性科学理论具有变动性，但科学事实尽可能精确、稳定，如第谷的观测资料、加热氧化汞。3、科学事实在科学相识中的作用科学事实是形成科学概念、科学定律和科学原理，建立科学理论的基础。黑体幅射、固体比热、光电效应量子理论贝纳德花样、化学振荡、激光自组织理论科学事实是对科学假说和科学理论进行评价的基本手段。假说和理论的有效性必需通过与科学事实相比较7二、二、视察方法视察方法视察是一种获得科学事实的方法。视察是一种获得科学事实的方法。天文视察：日食、月食、彗星（哈雷）、天文视察：日食、月食、彗星（哈雷）、行星（开普勒）、河外星系的红移（哈勃）行星（开

3、普勒）、河外星系的红移（哈勃）等天文现象；等天文现象；地理视察：如徐霞客（游记），极地探地理视察：如徐霞客（游记），极地探险；险；生物视察：从蝌蚪到青蛙；从受精卵到生物视察：从蝌蚪到青蛙；从受精卵到胎儿；胎儿；王阳明王阳明“格格”竹子；竺可桢中国竹子；竺可桢中国近五千年气候变迁的初步探讨近五千年气候变迁的初步探讨1 1、定义、定义人们通过感官或借助科学仪器，有目的人们通过感官或借助科学仪器，有目的的、有支配的感知处于自然状态下的对的、有支配的感知处于自然状态下的对象，以获得科学事实的一种探讨方法。象，以获得科学事实的一种探讨方法。892、视察分类干脆视察：凭借感官干脆进行的视察干脆视察：凭借感

4、官干脆进行的视察感知范围极有限（可见光感知范围极有限（可见光390750纳米波，可纳米波，可听见听见2020000赫兹频率）赫兹频率）精度低精度低 视察速度受限：高速或低速变更人无法感知视察速度受限：高速或低速变更人无法感知感官错觉：温水试验感官错觉：温水试验间接视察：引入仪器间接视察：引入仪器103 3、视察方法的作用、视察方法的作用1 1 为科学探讨打下坚实的基础。通过视察为科学探讨打下坚实的基础。通过视察“拿拿证据来证据来”。如达尔文与生物进化论；竺可桢。如达尔文与生物进化论；竺可桢与物候学；开普勒与行星运动三大定律与物候学；开普勒与行星运动三大定律2 2 充当检验假说、发展理论的重要手

5、段。充当检验假说、发展理论的重要手段。如相如相对论中的对论中的“光线弯曲光线弯曲”（19191919年日食视察时年日食视察时得到证明）；大爆炸理论中的哈勃红移（哈得到证明）；大爆炸理论中的哈勃红移（哈勃已视察到）、勃已视察到）、3K3K背景辐射（背景辐射（BELLBELL试验室的试验室的科学家已视察到）、反物质（丁肇中阿尔法科学家已视察到）、反物质（丁肇中阿尔法粒子磁谱仪，在搜寻中）粒子磁谱仪，在搜寻中）11三、试验方法三、试验方法历史上若干著名的试验：历史上若干著名的试验：Michelson-Morley Michelson-Morley 试验试验 关于以太漂移的试关于以太漂移的试验验Mil

6、likanMillikan油滴试验油滴试验 测定电子的电荷测定电子的电荷HertzHertz验证电磁波的试验验证电磁波的试验MillerMiller模拟试验：原始大气模拟试验：原始大气生物小分子生物小分子Recombinant DNARecombinant DNA（H.Boyer and S.Cohen,H.Boyer and S.Cohen,19731973）克隆羊（克隆羊（19971997年）年）121 1、定义、定义试验是人们依据确定的科研目的，利用试验是人们依据确定的科研目的，利用科学仪器设备，人为地限制或模拟自然科学仪器设备，人为地限制或模拟自然现象，使自然过程或生产过程以纯粹、现象

7、，使自然过程或生产过程以纯粹、典型的形式表现出来，以便在有利的条典型的形式表现出来，以便在有利的条件下进行视察、探讨的一种方法。件下进行视察、探讨的一种方法。132、试验的分类干脆试验模拟试验试验者试验者试验手段试验手段试验对象试验对象试验者试验者试验工具试验工具试验模型试验模型客观原型客观原型2 2、分类、分类依据试验结果性质：定性试验，定量试依据试验结果性质：定性试验，定量试验，结构分析试验；验，结构分析试验；依据试验功能：析因试验，比照（双盲）依据试验功能：析因试验，比照（双盲）试验，判决试验。试验，判决试验。1415（3）判决性试验假定关于同一个科学试验存在着两个（或更多）相互竞争的科

8、学理论或假说1和，它们几乎同样地经受住了以往的试验检验。这时候，假如能给出某种新的试验检验，对于这一检验，假说和分别作出相反的预言和非，假如这一试验检验结果确定了预料（同时否定了非），那么就可以对两个相互竞争的试验加以裁决：认为第一个假说得到了确定性的支持或确认，而其次个假说也就被推翻了。16例如1850年傅科试验确定了光的波动说而否定了光的微粒说，1919年爱丁顿对日全蚀的观测结果与牛顿力学的推论相悖，而与广义相对论的预言一样，被认为是对广义相对论的验证。但由于现代物理学的发展，特殊是光电效应和光子的发觉，使人们对判决性试验的作用发生怀疑。有人据此否认判决性试验的存在，如奎因（更早有杜恒的预

9、言）发觉，科学一旦遇到反例，就会通过调整理论系统的某一部分而保留另外的部分。另外的学者坚持判决性试验的存在，如吴健雄试验对宇宙守恒与不守恒的判决性作用。17判决性试验的争论，表明视察和试验对理论的检验有确定性和不确定性的两面。在特定条件下可以重复的科学视察和试验总是具体的和确定的，它在支持一个假说的同时，又能为证伪一个假说供应支持条件。由于试验技术和相关的科学理论都在发展，已有的试验结果可能被否定或作出新的说明，又由于理论本身是有结构和相互联系的，因此很难判定假说的哪一部分有错误。从根本上讲，理论和假说的检验是一个历史过程，并不是一次试验或视察就可以完成的。183 3、试验方法的作用、试验方法

10、的作用简化和纯化探讨对象；简化和纯化探讨对象；强化和激化探讨对象；强化和激化探讨对象；再现、加速、延缓或模拟变更过程再现、加速、延缓或模拟变更过程居维叶：居维叶：“视察者听命于自然界，而试验者则视察者听命于自然界，而试验者则质问自然界，并迫使自然界坦露她的奇异质问自然界，并迫使自然界坦露她的奇异”。(1)(1)简化和纯化探讨对象简化和纯化探讨对象l 试验可以利用各种手段，把所探讨的对象从困难的联系中分别出来，解除次要的、偶然的和附属的因素，使事物现象的发展变更以简化的、纯粹状态显现出来。l-为检验电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用统一的假说，温伯格、格拉肖、萨拉姆等人在美国克利夫兰市以东40

11、公里的一个废弃的盐矿，在地下600米的深处，建立了一个能灌入1万吨纯水的大洞，以找寻质子衰变的闪光，从而验证了三个相互作用的统一性假说。之所以如此，是为了解除宇宙射线和水中其他杂质的干扰，使整个探讨工作在纯粹状态下进行。19（2 2）强化和激化探讨对象）强化和激化探讨对象l人工限制状态下，可以使被视察现象重复出现，以保证观测资料和数据的精确性。l超高温、超低温、超真空、超强磁场、超导电性。20（3 3）再现、加速、延缓或模拟变更过程）再现、加速、延缓或模拟变更过程有些自然现象极为短暂，转瞬即逝，如基本粒子的寿命一般为10-1010-8秒，而共振态粒子的寿命仅为10-2410-23秒，而有的极为

12、缓慢，如天体演化、生命起源。1953年美国芝加哥高校探讨生米勒用甲烷、氨、氢、水汽混合成一种与原始大气相同的气体，放入真空玻璃瓶，对它进入火花放电来模拟原始地球大气层的闪电，结果只用了一星期，便在其中得到了甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸等四种构成蛋白质的重要氨基酸。而这个过程在自然条件下却须要数百万年时间。21四、视察与试验中的若干相识论问题四、视察与试验中的若干相识论问题视察渗透理论：视察的客观性 科学仪器的性质和作用 视察与试验中的机遇 22231 1、一个哲学命题：视察渗透理论、一个哲学命题：视察渗透理论“视察视察”红楼梦：道学家（满纸是红楼梦：道学家（满纸是“淫淫”）、才子佳人（缠

13、绵的爱情）、革命家）、才子佳人（缠绵的爱情）、革命家（排满）、流言家（宫廷秘史）（鲁迅：（排满）、流言家（宫廷秘史）（鲁迅：因人的眼光不同，而读出不同的东西）因人的眼光不同，而读出不同的东西）生活中：情人眼里出西施；及其他生活中：情人眼里出西施；及其他视察下面几幅图：视察下面几幅图：24视察渗透理论：为什么？视察渗透理论：为什么？视察，不仅是一个信息接受的过程，同视察，不仅是一个信息接受的过程，同时也是一个信息加工的过程。这个加工时也是一个信息加工的过程。这个加工过程必定与视察者的学问背景、生活阅过程必定与视察者的学问背景、生活阅历、心理定势等历、心理定势等“理论理论”联系在一起的。联系在一起

14、的。对视察结果的陈述，要用到语言，而语对视察结果的陈述，要用到语言，而语言是与理论相联系的，如专业术语。言是与理论相联系的，如专业术语。因此，不同的视察者对同一个对象或过因此，不同的视察者对同一个对象或过程的视察，会得出不同的结论。程的视察，会得出不同的结论。25汉森：科学发觉的模式汉森认为，持不同的理论观点的人可能会对同一对象形成不同的视察结果。如开普勒和第谷看到的并不是同一个太阳。这是因为：眼睛从视察对象得到光刺激而形成视网膜印象，这是物理过程，而“看到”是一种视察阅历，属于心理过程，它已把外来刺激与过去相识（包括理论和阅历）溶为一体。人们对感觉材料首先的反应，是有意无意地以一种概念模式去

15、套，使它适用于自己过去较为熟悉的材料，从而使各人对同一对象的反应有各种程度的差异。类似于格式塔心理学（完形心理学）。262、试验仪器科学仪器是人类在相识的确定阶段，从生产和生活工具中分化出特地用于相识的工具，科学工具的出现加速了科学相识的发展。科学仪器是实现科学相识的物质手段，是人体相识器官的延长，是科学学问和科学理论物化的相识工具。科学仪器对相识主体的规定规定主体的相识内容。变更主体的相识方式：理性思辨/试验探究/集体探讨。推动了相识主体的形成与发展：特地的科学家。科学仪器的双重性：客观性主体性27试验规模的发展作为科学相识的重要手段，真正系统的科学试验是在16世纪起先的。随着生产的发展和科

16、学技术的进步，科学试验的深度、广度以及手段、规模发生了深刻的变更。始终到19世纪初，当时最卓越的化学家柏齐里乌斯的试验室还在他在厨房，化学与烹饪一起进行；1817年格拉斯哥高校建立第一个供教学用的化学试验室，1824李比希在吉森高校建立另外一个更出名的化学试验室，至此，试验成为科学家训练必要组成部分。到1870年头剑桥卡文迪许物理试验室成立，爱迪生主持芝加哥“独创工厂”，科学试验的规模才有了突变。20世纪，科学试验进一步社会化，由小集团到国家，甚至国际规模。例如美国的曼哈顿支配，耗资42亿美元，而欧洲核子探讨中心试验室，集合了欧洲12个国家的人力和资金。试验设备和技术是衡量科技发展水平的重要指

17、标。283、视察试验中的机遇问题、视察试验中的机遇问题科学视察试验是人们在确定的理论指导下相识未知的实践活动，具有明确的目的性、高度的组织性和严密的支配性；另一方面由于人们的视察只能建立在已有的相识基础上，难免具有确定的不确定性、意外性。而这种意外，有时却能导致重大的科学发觉。机遇即能够导致发觉的机会。是一种意外和偶然。29机遇性发觉的类型同向性发觉同向性发觉与原有理论（假说）相一样的发觉。如海王星，与原有理论（假说）相一样的发觉。如海王星，填补化学元素周期表空格的各种元素的发觉，填补化学元素周期表空格的各种元素的发觉，正电子的发觉等等正电子的发觉等等背向性发觉背向性发觉与原有理论或预言相反的

18、发觉。如迈克尔逊与原有理论或预言相反的发觉。如迈克尔逊莫雷试验，卢瑟福莫雷试验，卢瑟福a粒子散射试验。粒子散射试验。异向性发觉异向性发觉与原有理论或假说预言不相干的发觉，射马得与原有理论或假说预言不相干的发觉，射马得獐。伽伐尼关于生物电的发觉，伦琴关于獐。伽伐尼关于生物电的发觉，伦琴关于X射射线发觉，彭齐亚斯的微波背景辐射的发觉。线发觉，彭齐亚斯的微波背景辐射的发觉。30第一个合成染料（的故事）：第一个合成染料（的故事）：18561856年，年，PERKINPERKIN本想用煤焦油的产品合成药物奎本想用煤焦油的产品合成药物奎宁，结果得到了一种紫色的染料。由于宁，结果得到了一种紫色的染料。由于合

19、成染料市场潜力巨大，合成染料市场潜力巨大，PERKIN PERKIN弃学弃学从商，获得巨大的成功。从商，获得巨大的成功。Rontgen Rontgen与与X X射线射线药物（药物（FlemingFleming与青霉素，等）与青霉素，等）机遇是客观存在的。机遇的例子：机遇是客观存在的。机遇的例子：311839古德义尔橡胶的硫化技术。1844贝尔电话1899年冯梅林与明可夫斯基：胰脏与糖尿病。袁隆平：野生稻种/杂交水稻。32贝弗里奇在科学发觉的艺术一书中列举了大量的例子如梅契科夫发觉吞噬细胞、德国化学家凯库勒在半睡眠状态下由直觉而发觉苯的六角环形结构，更有意思的是，达尔文和华莱士都因阅读马尔萨斯的

20、人口论而悟诞生存竞争的自然选择。当然还有阿基米德在浴盆里突然直觉到放在水中的物体所爱浮力大小与物体排开水的重量关系的阿基米德原理。如此等等的例子，数不胜数。33常言道常言道 有意插花花不发，无意插柳柳成荫；有意插花花不发，无意插柳柳成荫；踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫。踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫。34如何抓住机遇？如何抓住机遇？名言：名言：Chance only favors the Chance only favors the prepared mindprepared mind（PasteurPasteur）机遇只青睐）机遇只青睐有准备的头脑。有准备的头脑。1 1 要时刻准备着。要时刻

21、准备着。2 2 要有敏锐的洞察力；要有敏锐的洞察力；3 3 要有扎实的学问和阅历储备；要有扎实的学问和阅历储备；4 4 要有丰富的想象力要有丰富的想象力35机遇性发觉的条件有敏锐的思想，丰富的想象力和推断力巴斯德“在视察的领域，机遇只偏爱那种有准备的头脑”。弗莱明青霉素/伦琴/约里奥居里误把中子当成高能r射线要有严密视察的良好习惯和较强的洞察力达尔文视察野鸭和家鸭/密立根1910年油滴试验，测量电荷，但他指出有一个电荷为电子电荷的2/3是不是一个夸克？要有广博的学问和阅历1609里波斯/伽利略的望远镜勇于探究、勤于尝试，不局限于传统观念和步骤詹纳并不是第一个给人种牛痘以预防天花的人，达尔文并不

22、是第一个提出进化论的人；巴斯德也不是第一个提出疾病的细菌学说。哥白尼36问题问题你对冷聚变怎么看？你对冷聚变怎么看？在试验上能做出来吗？在试验上能做出来吗？在理论上说得通吗？在理论上说得通吗？37思索题思索题谈谈你对试验的谈谈你对试验的“可重复性可重复性”的看法。的看法。试验能否做到完全的重复？试验能否做到完全的重复？如何理解视察渗透理论？如何理解视察渗透理论？38参考书参考书刘大椿刘大椿.科学技术哲学导论科学技术哲学导论.北京：中北京：中国人民高校出版社，国人民高校出版社，2000.2000.孙小礼主编孙小礼主编.自然辩证法通论自然辩证法通论 方法卷方法卷.北京：中国高等教化出版社北京：中国高等教化出版社.