第八章获取科学事实的途径与优秀课件.ppt

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1、第八章获取科学事实的途径与第1 页，本讲稿共13 页 科学事实的含义 科学事实的含义 科学事实：人们对科学实践中所观察到的客观事件、现象和过程的真实的描述。科学事实：人们对科学实践中所观察到的客观事件、现象和过程的真实的描述。客观事实：指客观世界的现象、事件和过程 客观事实：指客观世界的现象、事件和过程 经验事实：用某种语言或文字对观察的客观事实所作出的陈述和判断。经验事实：用某种语言或文字对观察的客观事实所作出的陈述和判断。三者之间的关系：客观事实的内涵小、外延大，它包括经验事实和科学事实，三者之间的关系：客观事实的内涵小、外延大，它包括经验事实和科学事实，但它除了它们之外，只要是宇宙间存在

2、的事物都隶属于客观事实这一范畴；经 但它除了它们之外，只要是宇宙间存在的事物都隶属于客观事实这一范畴；经验事实主要是强调与人类实践活动有关的现象、事件和存在物，它离不开人的 验事实主要是强调与人类实践活动有关的现象、事件和存在物，它离不开人的介入；科学事实是客观事实，但并不是所有的客观事实都能够成为科学事实，介入；科学事实是客观事实，但并不是所有的客观事实都能够成为科学事实，也并不是所有的经验事实都可以成为科学事实，只有科研人员对与科学研究有 也并不是所有的经验事实都可以成为科学事实，只有科研人员对与科学研究有关的客观事实和经验事实进行科研时，它们才有可能成为科学事实 关的客观事实和经验事实进

3、行科研时，它们才有可能成为科学事实 第2 页，本讲稿共13 页 科学事实在科研中的作用 科学事实的发现本身有可能就是一项重要的科学成就。科学事实成为新的科研起点，导致与此相关的一系列重大成就，为新的科学理论提供重要的事实基础。科学事实成为科学检验和评价的依据，以此成为推动科学进步的动力。第3 页，本讲稿共13 页 获取科学事实的方法 科学观察 观察的含义，具有国际影响的韦伯斯特词典将观察解释为：名词的意义是：用于认识或记录某些事实或现象，通常涉及到以适当的仪器对某些量进行测量，与观测、测量相关；动词的意义是：受引导地仔细地分析地专注地察看或感知（某事物以获得知识）。第4 页，本讲稿共13 页

4、科学观察一般包括两种形式：直接观察和间接观察，直接观察是指仅凭感官所进行的观察，（人的感官通常为 科学观察一般包括两种形式：直接观察和间接观察，直接观察是指仅凭感官所进行的观察，（人的感官通常为视、听、嗅、味、触五种形式，至于第六感官，科学界并没有统一的看法。）由于人的感觉器官在观察外部世 视、听、嗅、味、触五种形式，至于第六感官，科学界并没有统一的看法。）由于人的感觉器官在观察外部世界时受到主客观的局限性，（人的眼睛只对紫外线与红外线之间的光波产生光感，听觉只能对每秒 界时受到主客观的局限性，（人的眼睛只对紫外线与红外线之间的光波产生光感，听觉只能对每秒20 20 20000 20000 次

5、振动有感知能力。）因此借助于观察仪器的间接观察就成为科学观察的一个重要方面，这种重要性是 次振动有感知能力。）因此借助于观察仪器的间接观察就成为科学观察的一个重要方面，这种重要性是随着观察的精密度和要求的提高逐渐显得更为突出。牛顿曾用小型望远镜的千分仪得到大量观测数据，支持自 随着观察的精密度和要求的提高逐渐显得更为突出。牛顿曾用小型望远镜的千分仪得到大量观测数据，支持自己的引力理论；己的引力理论；19 19 世纪的物理学家用光谱仪观察波长的精度达到 世纪的物理学家用光谱仪观察波长的精度达到10 10 6cm 6cm；光学显微镜、电子显微镜可；光学显微镜、电子显微镜可达 达2 2 3 3 A

6、A（埃），相当于原子大小；光学望远镜、射电望远镜可以把人的视野推广到（埃），相当于原子大小；光学望远镜、射电望远镜可以把人的视野推广到100 100 亿光年的空 亿光年的空间和 间和100 100 亿年的时间；亿年的时间；19 19 世纪出现的单参数仪表，如电流计、电压计、温度计日益被综合性仪表所取 世纪出现的单参数仪表，如电流计、电压计、温度计日益被综合性仪表所取代，尤其是计算机的配合使用，大大提高了观察水平；质谱仪、激光器、加速器、高能探测器更是在未 代，尤其是计算机的配合使用，大大提高了观察水平；质谱仪、激光器、加速器、高能探测器更是在未知领域发挥开拓性作用；今天的科学家已能拍摄寿命仅数

7、亿分之一秒的粒子径迹，并推算各种性质。可 知领域发挥开拓性作用；今天的科学家已能拍摄寿命仅数亿分之一秒的粒子径迹，并推算各种性质。可以说现代科学的每一个进步在很大程度上对仪器的依赖逐步增强，科学的发展不再是人力所能为，离开 以说现代科学的每一个进步在很大程度上对仪器的依赖逐步增强，科学的发展不再是人力所能为，离开了先进的仪器科研只能倒退，这也是为什么科研人员愿意向硬件比较好的地区和机构流动的一个重要原 了先进的仪器科研只能倒退，这也是为什么科研人员愿意向硬件比较好的地区和机构流动的一个重要原因。观察仪器的成本投入在提高，如 因。观察仪器的成本投入在提高，如1972 1972 年美国费米实验室建

8、造的 年美国费米实验室建造的5 5 千亿伏电子质子同步加速器，其 千亿伏电子质子同步加速器，其主体跑道管径达 主体跑道管径达2 2 公里磁场所需电力 公里磁场所需电力10 10 万千瓦，造价格 万千瓦，造价格2.4 2.4 亿美元，每年运行维护费用 亿美元，每年运行维护费用7 7 千万美元；美 千万美元；美国贝尔电话电报公司的 国贝尔电话电报公司的“贝尔实验室 贝尔实验室”雇用 雇用22500 22500 人（拥有博士学位的人数为 人（拥有博士学位的人数为3000 3000，诺贝尔奖，诺贝尔奖得主有 得主有7 7 人），每年 人），每年RD RD 经费支出 经费支出16 16 亿美元。亿美元。

9、第5 页，本讲稿共13 页 科学观察的特点：一是有目的性和计划性，二是保持对象的原状和不干预性。科学观察的原则：客观性、全面性和典型性。当然，科学观察作为科研的一种手段仍然有不少局限性，如缺少可控性和重复性，难以揭示对象的深层次和多方面的联系，这只有通过科学实验才能的到克服。第6 页，本讲稿共13 页 科学实验 定义：科学实验是人们根据一定的科学研究目的运用一定的科学仪器和设备，在人为控制的条件下获取科学事实的方法。类型：科学实验通常表现为以下两大类，即实物实验和模拟实验。其中实物实验又可以划分出加法实验、减法实验和极限实验等类型。第7 页，本讲稿共13 页 加法实验（又称为扰动实验），它是在

10、人为控制的条件下对实验对象的原有状态进行干扰和破坏，观察对象所发生的变化，确立因果关系。如法拉第用磁场干扰金属线圈，发现了感应电流；电解水得到了氢与氧；用中子、质子轰击原子，导致了原子核裂变；用在河流中增加试剂探测地下水的发源地等。第8 页，本讲稿共13 页 减法实验是通过仪器设备把所要研究的客体（某一物质、现象 减法实验是通过仪器设备把所要研究的客体（某一物质、现象或过程孤立或隔离出来，根据需要减少某些影响客体的参数，或过程孤立或隔离出来，根据需要减少某些影响客体的参数，观察在给定的条件下事物之间的因果关系。如伽利略为了确证 观察在给定的条件下事物之间的因果关系。如伽利略为了确证惯性（即物体

11、的加速度与受到的外力成正比，没有受到外力作 惯性（即物体的加速度与受到的外力成正比，没有受到外力作用时作等速直线运动或保持静止。由于自由落体运动很快，难 用时作等速直线运动或保持静止。由于自由落体运动很快，难以判断同时着地。）他设计了一个斜面实验，斜面具有冲淡重 以判断同时着地。）他设计了一个斜面实验，斜面具有冲淡重力的作用，斜面和小球的表面做得非常光滑，摩擦力很小，由 力的作用，斜面和小球的表面做得非常光滑，摩擦力很小，由此他改变了人们对亚里斯多德力学的认识；此他改变了人们对亚里斯多德力学的认识；17 17 世纪德国声学家 世纪德国声学家格里凯为了验证声音的传播介质就是空气，他将装有小球的密

12、 格里凯为了验证声音的传播介质就是空气，他将装有小球的密闭容器内的空气抽尽，此时，摇动容器听不到小球撞击容器的 闭容器内的空气抽尽，此时，摇动容器听不到小球撞击容器的声音；英国化学家玻义耳为了确定气体的压强、体积、温度三 声音；英国化学家玻义耳为了确定气体的压强、体积、温度三者之间的关系，也采用了减法实验的方法。者之间的关系，也采用了减法实验的方法。第9 页，本讲稿共13 页 极限实验在通常情况下往往是加法与减法的混合实验，它是将客体置于人工控制的极端或极限状态，观察对象所发生的变化，从而探讨因果关系。如超高温、超高压、超强磁场、真空等条件下的材料性能研究、生物基因研究等。第10 页，本讲稿共

13、13 页 模拟实验是指通过设计一种与被研究客体相似的替代物即模型，并通 模拟实验是指通过设计一种与被研究客体相似的替代物即模型，并通过模型的研究将信息类推到原型的实验。模拟实验是在实物实验无法 过模型的研究将信息类推到原型的实验。模拟实验是在实物实验无法进行或没有必要进行的情况下，所采取的一种研究手段。象美国科学 进行或没有必要进行的情况下，所采取的一种研究手段。象美国科学家米勒研究原始生命起源的实验，就是一种在不可能倒退到地球早期 家米勒研究原始生命起源的实验，就是一种在不可能倒退到地球早期状况下，进行的科研模拟；轮船、飞船、飞机、大坝、桥梁等制造成 状况下，进行的科研模拟；轮船、飞船、飞机

14、、大坝、桥梁等制造成本昂贵的器具，为了提高经济效益，最好也是采用模拟方法；现代计 本昂贵的器具，为了提高经济效益，最好也是采用模拟方法；现代计算机参与到科研中后，一些国家正利用它进行模拟性核实验、模拟性 算机参与到科研中后，一些国家正利用它进行模拟性核实验、模拟性人体实验等。当然，由于客观对象的复杂性，模拟实验的局限性也是 人体实验等。当然，由于客观对象的复杂性，模拟实验的局限性也是在所难免的，因为在模拟实验过程中，实物被排除在实验之外，模型 在所难免的，因为在模拟实验过程中，实物被排除在实验之外，模型和原型之间是通过逻辑推理的形式确立相关性，如果所选取的模型与 和原型之间是通过逻辑推理的形式

15、确立相关性，如果所选取的模型与原型之间存在潜在的、不可预计的差异，就会使模拟实验的有效性受 原型之间存在潜在的、不可预计的差异，就会使模拟实验的有效性受到影响。因此，模拟实验的结果只能视为或然性结论，并不具备必然 到影响。因此，模拟实验的结果只能视为或然性结论，并不具备必然性，它仍有待于实物实验的检验。性，它仍有待于实物实验的检验。第1 1 页，本讲稿共13 页科学实验的作用与特点：一是对已知事物的关系作定科学实验的作用与特点：一是对已知事物的关系作定量考察（如斐索的光速测定实验）；二是证实或否定量考察（如斐索的光速测定实验）；二是证实或否定某种理论观点（如赫兹的电磁波实验就是为了验证麦某种理

16、论观点（如赫兹的电磁波实验就是为了验证麦克斯韦的光是一种电磁波的猜想，迈尔的热功当量实克斯韦的光是一种电磁波的猜想，迈尔的热功当量实验，就是为了证明暴风雨能使海水温度升高，他用金验，就是为了证明暴风雨能使海水温度升高，他用金属棒搅动容器中的水证明了自己的观点，判决性实验属棒搅动容器中的水证明了自己的观点，判决性实验或验证性实验就是指此类）；三是探寻和揭示未知的或验证性实验就是指此类）；三是探寻和揭示未知的自然现象、属性和规律（象法拉第的电磁感应实验）；自然现象、属性和规律（象法拉第的电磁感应实验）；四是科学实验具有可重复性和相对性四是科学实验具有可重复性和相对性 第12 页，本讲稿共13 页 获取科学事实中的若干哲学问题（讨论）1.坚持观察的客观性与观察渗透理论问题。2.观察与实验中的机遇与必然性问题。第13 页，本讲稿共13 页