科學與科學素養(yǎng)課件

第十一講觀察方法與實驗方法教師科學素養(yǎng)課程組第十一講觀察方法與實驗方法教師科學素養(yǎng)課程組2本章目錄實驗方法2觀察方法31觀察實驗的認識論問題33觀察實驗中的機遇42本章目錄實驗方法2觀察方法31觀察實驗的認識論問題33觀一、觀察方法（一）什么是觀察方法（二）科學觀察的類型和特點（三）科學觀察的原則（四）科學觀察的地位和作用一、觀察方法（一）什么是觀察方法4科學觀察，是人們在科學認識中有目的、有意識地對事物和現(xiàn)象進行感知、描述和記載的方法。所以它是獲取感性材料的一種活動。觀察大都是在自然發(fā)生的條件下進行的。所謂自然發(fā)生的條件，就是說人們在觀察時不干預自然現(xiàn)象，即使運用儀器，也可保證儀器不改變自然現(xiàn)象的基本形態(tài)和運動的原有進程。（一）什么是觀察方法4科學觀察，是人們在科學認識中有目的、有意識地對5（二）科學觀察的類型和特點直接觀察：感官直接作用于觀察對象，有直觀、生動的特點，但存在很大局限性。間接觀察：借助儀器或技術(shù)手段延長人的感官對事物進行感知和描述。但可能出現(xiàn)儀器的干擾。觀察的特點：①一切科學觀察都有組織性、計劃性和目的性。②科學觀察力求全面、系統(tǒng)，因而觀察具有長期性、連續(xù)性。③與實驗相比，觀察一般是在自然發(fā)生的條件下進行的，因此對研究對象一般不具有直接變革的作用5（二）科學觀察的類型和特點直接觀察：感官直接作用于觀察對象6

每個健全的人都可以觀察事物，但不一定能進行科學觀察活動?？茖W觀察是一種專門的才能，需經(jīng)系統(tǒng)訓練才能獲得。6每個健全的人都可以觀察事物，但不一定能進行科學觀7（三）科學觀察的基本原則①客觀性原則②辯證性原則③全面性原則④系統(tǒng)性原則7（三）科學觀察的基本原則①客觀性原則8科學觀察的客觀性原則感官的錯覺，尤其是已有的偏見是造成觀察謬誤的根源。離開了客觀事物本身，是主觀的反映。所謂觀察的客觀性，列寧指出，不是實例，不是枝節(jié)之論，而是自在之物本身。由此可見堅持觀察的客觀性是進行科學觀察的一個重要原則。8科學觀察的客觀性原則感官的錯覺，尤其是已有的偏9主體在觀察中的能動作用盡管人們只能在大自然給他提供的那種形式下進行研究，但是，若否認主體在觀察中的能動作用，是十分錯誤的?？茖W觀察要求提出任務、作出假設并導出能與觀察結(jié)果相比較的各種推論；還要組織觀察的實施，選擇和充實儀器裝置，記錄觀察結(jié)果等等。不能認為觀察者在自然現(xiàn)象面前純粹是被動的。9主體在觀察中的能動作用盡管人們只能在大自然給他10排除生理原因造成的錯覺為了避免主觀臆想代替科學事實，首先必須盡力排除可能來自兩個方面的觀察錯誤：首先，要排除由生理方面原因造成的錯誤。人們的感覺器官，不論是“眼、耳、鼻、舌身”中哪一個，都在一定的情況下有很大的局限性，因而產(chǎn)生錯誤。為了避免各種生理上造成的觀察錯誤，一方面是加強訓練，可以避免一定的錯覺。更重要的是靠科學儀器來延伸和完善自己的感官。10排除生理原因造成的錯覺為了避免主觀臆想代替科11排除心理方面造成的錯覺在心理學史上有這樣一個例子：在德國哥廷根的一次心理學會議上，突然從門外沖進一個人，后面還有另一個人緊跟著，手里拿著槍。兩個人在會場中混戰(zhàn)一場，最后響了一槍，又一起沖了出去。從進門到出去共20秒鐘。大會主席立即發(fā)下調(diào)查表，請所有到會者填寫他們目擊的經(jīng)過。這件事是預先安排、經(jīng)過排演并全都錄了像。當然，與會者并不知道這是一次測驗。在交上來的40篇觀察報告中，只有一篇在主要事實上錯誤少于20%，有14篇觀察報告中的錯誤在20％一—40％之間，在25篇中錯誤超過了40％。特別值得—提的是，在半數(shù)以上的報中，10％或更多的細節(jié)純屬臆造。所以科學觀察要借助儀器．堅持觀察的客觀性。11排除心理方面造成的錯覺在心理學史上有這樣一個12科學觀察的辯證性原則一切事物都因矛盾的推動處于流變之中。堅持觀察的辯證性原則，就是要使認識符合客觀事物本身的辯證法，不僅要看到事物的存在，同時也要看到事物的流變，力戒孤立、靜止、凝固不變的形而上學觀點。觀察的辯證性還要求注意觀察的時間、地點、條件和范圍，不能把在特定條件下觀察的結(jié)果隨意延伸，應妥善處理典型性與隨機性、特殊性與普遍性的辯證關(guān)系。12科學觀察的辯證性原則一切事物都因矛盾的推動處13

科學觀察的全面性原則自然事物都有自己的多種規(guī)定性，質(zhì)的規(guī)定性往往隱藏在現(xiàn)象背后，有時更為假象所歪曲?？茖W觀察既要對事物進行全面系統(tǒng)的考察，為科學研究提供可靠材料，又要選擇有代表性和典型性的現(xiàn)象進行觀察，才能獲得有用的材料。應該說，僅堅持觀察的客觀性原則，對于搞好觀察是不夠的，還必須堅持觀察的全面性原則。

13科學觀察的全面性原則自然事物都有自己的多種規(guī)14全面觀察這一原則當然不排斥觀察的典型性。為要準確地把握事物需要全面觀察事物的現(xiàn)象，為要使研究成為可能，則需考慮觀察對象的典型性。如果說堅持科學觀察的客觀性原則為我們區(qū)別真假現(xiàn)象提供了可能，那么堅持全面性原則為我們準確把握事物本質(zhì)提供了可能。14全面觀察這一原則當然不排斥觀察的典型性。為要15科學觀察的系統(tǒng)性原則任何事物的發(fā)展，都是一個連續(xù)的過程，只有持之以恒不間斷的觀察，才能把握整個研究對象的變化過程，從而找出事物發(fā)展的規(guī)律性。觀察的系統(tǒng)性是指對事物的觀察過程要求連續(xù)、完整，力戒隨意間斷。否則便不能對事物進行有效跟蹤，不知轉(zhuǎn)化的來龍去脈，更不能對曇花一現(xiàn)的重要現(xiàn)象及時捕捉。漏掉某個環(huán)節(jié)和現(xiàn)象，會給認識事物本質(zhì)造成困難，甚至使觀察資料失去應有的價值。15科學觀察的系統(tǒng)性原則任何事物的發(fā)展，都是一個連16“知識＋汗水＋靈感＋機遇=成功”這是袁隆平告訴別人他成功的秘訣，并且還講了一個故事：

“從1953年到1966年，我在農(nóng)校一邊教課，一邊做育種研究，每年都去農(nóng)田選種。從野外選出表現(xiàn)優(yōu)異的植株，找回種子播種，看它第二年的表現(xiàn)，這樣來篩選具有穩(wěn)定遺傳優(yōu)異性狀的品種，這稱為系統(tǒng)選育法，是常用的一種方法。1962年，我在一塊田里發(fā)現(xiàn)一株稻鶴立雞群，穗特別大，而且結(jié)實飽滿、整齊一致，我是有心人，沒有放過它。16“知識＋汗水＋靈感＋機遇=成功”這是袁隆平告17

“第二年我把它種下去，辛苦培育，滿懷希望有好的收獲，不料大失所望，再長出來的稻子高的高，矮的矮，穗子大小不一。這時候一般人感到失敗就放棄了，我坐在田埂上想為什么失敗了呢，我想到第一年選出的是一棵天然雜交種，不是純種，因此第二年遺傳性狀出現(xiàn)分離，而如果按照那棵原始株雜交種的產(chǎn)量來計算，畝產(chǎn)能達到１２００斤，這在６０年代是非常了不起的——我突發(fā)靈感，既然水稻有雜交優(yōu)勢，我為什么非要選育純種呢？從此我致力于雜交水稻育種。”

17“第二年我把它種下去，辛苦培育，滿懷希望有好18袁隆平擅長于觀察在上面這個故事中，可以看出袁隆平很擅長于觀察：首先觀察到鶴立雞群的特殊植株，然后又觀察到它的后代出現(xiàn)了性狀分離，再經(jīng)過思考，才恍然大悟，明確了選題的方向。

另外，野敗和光敏不育材料的發(fā)現(xiàn)，雖然是機遇，但也是通過觀察方法，“眾里尋他千百度”才“得來全不費功夫”的。18袁隆平擅長于觀察在上面這個故事中，可以看出袁19（四）科學觀察在科學認識中的地位和作用科學觀察是科學認識發(fā)展的基礎、源泉和動力，也是檢驗科學知識真理性的標準。

科學觀察可以擴充科學認識的領(lǐng)域。宇宙之大，奧秘無窮，紛繁復雜的自然事物和現(xiàn)象必須首先進入人們的視野，才能被人所認識。古人觀察所及僅限于地球，故有地球中心說，近代伽利略通過望遠鏡把視野引向月球，方確知太陽系的存在；此后隨著觀察手段的進步，才產(chǎn)生星系、星系團、總星系等概念?？茖W研究的領(lǐng)域隨著人類視野的擴大而拓展，視野拓展所至的新現(xiàn)象往往成為揭開世界奧秘的向?qū)А?9（四）科學觀察在科學認識中的地位和作用科學觀察是20

科學觀察可以直接引導科學發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明。從不知到知便是認識，天文學關(guān)于類星體、脈沖星、星際有機分子、宇宙背景微波輻射等，都是長期系統(tǒng)觀測取得的科學成果?？茖W觀察也是檢驗科學知識真理性的標準。觀察活動是主、客體彼此溝通、相互作用的關(guān)系形式，是特殊的實踐活動。愛因斯坦指出：“理論之所以能夠成立，其根據(jù)就在于它同大量的單個觀察關(guān)聯(lián)著，而理論的‘真理性’也正在此?！?0科學觀察可以直接引導科學發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明。從不知到21在科學史中，如海王星的發(fā)現(xiàn)、“時空彎曲”、“行星運動”等，都是通過觀察驗證科學理論正確的光輝例證。21在科學史中，如海王星的發(fā)現(xiàn)、“時空彎曲”、“行星二、實驗方法二、實驗方法23（一）實驗方法及其類型實驗方法：根據(jù)一定的科學研究目的，運用一定的物質(zhì)手段，人為地變革、控制或模擬客觀對象以獲取科學事實的方法。實驗與觀察都是科學認識的基本方法，但實驗方法比單純觀察方法有明顯的優(yōu)點，它克服了單純觀察的局限性。實驗方法的類型：定性實驗：用來判定事物的性質(zhì)、屬性及屬性間相互關(guān)系的實驗定量實驗：測定事物的數(shù)值，揭示各因素之間的數(shù)量關(guān)系的實驗測量實驗：定量實驗的深化和發(fā)展。析因?qū)嶒灒河梢阎Y(jié)果分析尋找未知原因的實驗。模擬實驗：通過模型(數(shù)學、物理)間接地研究原型規(guī)律性的實驗23（一）實驗方法及其類型實驗方法：根據(jù)一定的科學研究目的，24萬萬不可無條件輕信實驗數(shù)據(jù)！有一句名言是這樣說的：“除了觀察實驗者本人，人人都會傾向于無條件地相信觀察實驗所得到的數(shù)據(jù)；除了假說的提出者以外，人人都會傾向于否定甚至反對新出現(xiàn)的假說?！比欢?，科學史卻提醒我們：萬萬不可無條件輕信實驗數(shù)據(jù)！只有對這個實驗及其結(jié)果和解釋進行周密的分析并使之重復顯現(xiàn)后，實驗數(shù)據(jù)才能夠被采納。24萬萬不可無條件輕信實驗數(shù)據(jù)！有一句名言是這樣說25密立根的彌天大謊1910年，美國物理學家羅伯特·密立根進行了一項世界知名的“滴油實驗”，第一次測出了氫比一個電子重1836倍。與此同時，比他更有名望的物理學家埃倫菲爾德也在進行相同的實驗，但沒有得到相應的結(jié)果。密立根實驗所得出的數(shù)據(jù)實在太漂亮了，任何一個從事過物理學實驗的人都有體會，理論上計算出的數(shù)據(jù)和實驗中測量出的數(shù)據(jù)，一般不會那樣近似。為此，埃倫菲爾德曾提出疑議，并由此而引發(fā)了物理學的一場論戰(zhàn)。25密立根的彌天大謊1910年，美國物理學家羅伯特26密立根在論戰(zhàn)中獲勝了，還獲得了科學界的最高獎賞---1923年的諾貝爾物理學獎。事隔60年后，一個偶然的發(fā)現(xiàn)揭穿了密立根所謂的實驗結(jié)果，這個結(jié)果來自密立根的筆記和手稿，是一位史學家發(fā)現(xiàn)后公之于眾的。密立根發(fā)表的58次觀測結(jié)果，并非如他信誓旦旦所說的那樣是“沒有經(jīng)過選擇的”，而是從140次觀測中選出來的！他將實驗的數(shù)據(jù)大動干戈，只采集那些對他有利的漂亮數(shù)據(jù)為“我”所用，對于不利的數(shù)據(jù)則一概刪去。26密立根在論戰(zhàn)中獲勝了，還獲得了科學界的最高獎賞27

這一發(fā)現(xiàn)震動了物理學界，密立根的小動作和他給出的實驗結(jié)果一樣漂亮！

27這一發(fā)現(xiàn)震動了物理學界，密立根的小動作和他28（二）實驗的一般程序?qū)嶒灅?gòu)思實驗設計實驗實施數(shù)據(jù)處理結(jié)果解釋28（二）實驗的一般程序?qū)嶒灅?gòu)思29

實驗構(gòu)思是實驗前分析對象構(gòu)思理性方法的問題；實驗設計是根據(jù)構(gòu)思方案實現(xiàn)實驗要素的最佳結(jié)合問題；實驗實施是將理性方法物化為感性形態(tài)進行操作加以實現(xiàn)的問題；數(shù)據(jù)處理是對實驗獲取的材料進行去偽存真的整理問題；

結(jié)果解釋是根據(jù)已有理論或提出新假說對實驗結(jié)果進行合理說明的問題。29實驗構(gòu)思是實驗前分析對象構(gòu)思理性方法的問題；30錯誤假說導致的失誤普利斯特列是十八世紀英國的偉大化學家，他的一生中對化學作出過許多重大發(fā)現(xiàn)，更是氧氣的首先獲得者?？墒怯捎谒且粋€忠實的燃素說信奉者，實驗中始終沒有擺脫燃素說思想的束縛，所以從本質(zhì)上看，他最終并沒有真正發(fā)現(xiàn)氧氣。30錯誤假說導致的失誤普利斯特列是十八世紀英國的偉311774年，他用玻璃器皿裝有水銀燒渣，放在玻璃罩內(nèi)并連著水銀集氣槽，后用別人送給他的一個直徑12時、焦距為20英寸的凸透鏡來加熱發(fā)現(xiàn)水銀渣很快分解，放出氣體。他認為這是普通空氣，但是發(fā)現(xiàn)蠟燭會在這種氣體中燃燒，光焰非常強，就象氧化氮與鐵粉或硫肝接觸時燃燒的情景，又發(fā)現(xiàn)老鼠在這種氣體中活的時間為相同容積的普通空氣的兩倍，并且取出后還能活；311774年，他用玻璃器皿裝有水銀燒渣，放在玻32他還自己親自吸入這種氣體，覺得呼吸輕快了許多，使人格外舒暢。因此他推薦醫(yī)學方面運用它，他說這種空氣或許在將來還會變成一種時髦的奢侈品呢。顯然普利斯持列所發(fā)現(xiàn)的這種氣體是氧氣。由于他始終信奉燃素學說，用燃素含量的多少來解釋各種氣體。32他還自己親自吸入這種氣體，覺得呼吸輕快了許多33他把他發(fā)現(xiàn)的氣體積之為“脫燃素空氣”，具體表示為：脫燃素空氣(氧)＝空氣-燃素，而把我們今天所說的氮氣稱為“燃素化空氣”，具體表示為：燃素化空氣=空氣+燃素；此外還把其它的都看作是含有不同量燃素的空氣。可見空氣只有一種，只不過由于其中燃素含量不一樣而有所差別。所以，他并沒有真正認識到氧氣。33他把他發(fā)現(xiàn)的氣體積之為“脫燃素空氣”，具體表34真理碰到鼻尖上時還是沒有得到真理實驗本身是一種探索新事物、新規(guī)律的方法或手段。實驗的這種功能要求人們不要受舊有思想的束縛。任何企圖削新事實之足適舊思想之履的作法是肯定會失敗的。正象恩格斯評價此事時說的，普利斯特列由于按傳統(tǒng)思想束縛，“從歪曲的、片面的、錯誤的前提出發(fā)，沿著錯誤的、彎曲的、不可靠的途徑進行，往往當真理碰到鼻尖上的時候還是沒有得到真理”，結(jié)果這種本來可以推翻全部燃素說觀點并使化學發(fā)生革命的元素，在他的手中沒有結(jié)出果實。這是可貴的教訓。34真理碰到鼻尖上時還是沒有得到真理實驗本身是35拉瓦錫的燃燒實驗這時拉瓦錫也做了燃燒實驗。和普利斯特列等人的實驗裝置相比，拉瓦錫并沒有做多大改變。然而可貴的是他沒有把實驗新現(xiàn)象拉入燃素說軌道的企圖，而是立足于實驗事實。因此他不僅在實驗中制得了氧氣而且在思想上認識了氧氣。在此基礎上他提出了氧化燃燒學說，從根本上否定了燃素論，成為近代化學的偉大開創(chuàng)者，從而和普利斯特列形成了鮮明的對比。35拉瓦錫的燃燒實驗這時拉瓦錫也做了燃燒實驗。和普利斯特36“水變土”的實驗范.赫爾蒙是水和氣元素說的提出者和宣傳者，特別堅信水能構(gòu)成世界萬物之源。于是他做了如下實驗：用清潔的容器裝上干凈的水在火上長時間的煮，在水中出現(xiàn)了泥狀的沉淀物。經(jīng)分析這和泥土一樣。于是他自信地宣布這是水變土的有力證據(jù)。再經(jīng)過一系列實驗，得出了“水是形成世界萬物的基本元素”的結(jié)論。36“水變土”的實驗范.赫爾蒙是水和氣元素說的提出者37拉瓦錫的重復實驗大約二百年后，拉瓦錫再次做了這個實驗。不過他不是簡單重復。他用一個特制的稱過重量的蒸餾瓶，裝上定量的蒸過八次的蒸餾水，然后加熱，使其保持在不致沸騰的高溫中達一百零一天。加熱過程中水底逐漸析出一種白色固體，其量與時俱增。在此情況下，他將整個容器冷卻并稱重，發(fā)現(xiàn)總重量并沒改變。37拉瓦錫的重復實驗大約二百年后，拉瓦錫再次做了38將水倒出后，烘干并稱量蒸餾瓶得知其重量減少了許多，再將白色沉淀物干燥稱重，只有少許，遠不及蒸餾瓶失去的重量多。因此他又將原來瓶中的水蒸發(fā)，復得許多沉淀物，原有的白色粉末和蒸發(fā)后的遺留物的總重與蒸餾瓶的失重差不多相等。所以拉瓦錫得出結(jié)論：所謂“土”是從玻璃容器上溶解下來的，而不是由水中來的。后來舍勒又作了這種“土”的定性分析實也進一步證實了“土”來自玻璃器皿。38將水倒出后，烘干并稱量蒸餾瓶得知其重量減少了39在實驗中赫爾蒙和拉瓦錫采取了很不一樣的態(tài)度，前者采取的是單因素分析，僅從可能造成實驗結(jié)果的一方面考慮；而后者卻從多方面分析，既考慮到水的作用，又注重了容器的影響，甚至還考慮到其中可能有的化學反應。由于他們分析的范圍不同，所以也導致了實驗的方式有所不同。前者基本是定性實驗，沒有嚴格的定量考慮。而拉瓦錫卻采取了較為嚴格的定量方式。由于他采取了全面分析實驗的態(tài)度所以得到了科學的結(jié)論。39在實驗中赫爾蒙和拉瓦錫采取了很不一樣的態(tài)度，40實驗設計至為重要實驗前，較為周密的設計是必需的，這是關(guān)系到實驗成敗或是否少走彎路的重要步驟。周密的實驗設計應包括確立進行實驗的理論基礎，以便在實驗中不斷得到正確指導；也包括對實驗儀器效用的了解，以便在實驗后能正確地考慮其結(jié)果，還包括對各種可能出現(xiàn)的偶然情況的估計，以便在隨機情況出現(xiàn)時能及時加以排除。這些都是與實驗結(jié)果密切相關(guān)的。赫爾蒙的這一教訓值得吸取。40實驗設計至為重要實驗前，較為周密的設計是必需41尼科爾的實驗風格其實許多偉大的科學家都是十分注重這一重要步驟的。美國細菌學家律澤在談到細菌學家尼科爾時就說過：“尼科爾屬于那種在判定實驗方案之前周密考慮，精心構(gòu)思，從而獲得成功的人?！币驗閷嶒炘O計在整個實驗中有著重要的作用，所以生物學家貝·費歇爾于一九三五年寫了《實驗的設計》，在這一專著中詳盡地討論了這些問題。41尼科爾的實驗風格其實許多偉大的科學家都是十分42雜交水稻的成功依賴于實驗無論是雜交水稻三系法還是兩系法，都是通過大量的實驗才能獲得成功的。特別是兩系法控制溫度的實驗，設計之妙，辦法之土，效果之好，都令人叫絕。42雜交水稻的成功依賴于實驗無論是雜交水稻三系法還是43兩系法的提出袁隆平對雜交水稻育種的戰(zhàn)略設想，分為三個戰(zhàn)略發(fā)展階段：即三系法品種單間雜和優(yōu)勢利用；二系法亞種間雜種優(yōu)勢利用；水稻育種更高層次的發(fā)展是通過生物技術(shù)利用遠緣雜種優(yōu)勢。43兩系法的提出袁隆平對雜交水稻育種的戰(zhàn)略設想，44兩系法的成功二系法因發(fā)現(xiàn)了光敏核不育特性，在夏季長日光和秋季短日光下分別表現(xiàn)為雄性不育和雄性可育，可用來制種和自身繁殖，養(yǎng)活了工作量，降低了生產(chǎn)成本，而且優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高抗，是一大進步。而一系法不再需要年年制種，種子優(yōu)勢沒有變異，更是一個由繁而簡，由低級向高級進步的過程。44兩系法的成功二系法因發(fā)現(xiàn)了光敏核不育特性，在45科學實驗在科學研究中的作用科學實驗在科學認識活動中占有極其重要的地位，其認識功能主要表現(xiàn)在可以提供豐富可靠的科學事實，從而成為科學理論發(fā)展的重要源泉、動力和檢驗科學知識的真理性標準。這是因為，從實驗的結(jié)構(gòu)看，它把主體和客體、實踐和理論辯證溝通，熔于一爐；從特點看，它是人為地控制和變革實驗對象的實踐活動，使人的主觀能動性得以充分發(fā)揮；從發(fā)展進程看，系統(tǒng)的實驗方法是科學認識活動發(fā)展到一定階段即近代形成的，它一經(jīng)從物質(zhì)生產(chǎn)實踐中分化出來，便以專門從事創(chuàng)造精神財富的特殊實踐活動推動了科學的繁榮。45科學實驗在科學研究中的作用科學實驗在科學認識活動46科學實驗在科學認識活動中的作用具體表現(xiàn)在以下幾個方面：科學實驗可以簡化和純化研究對象，即根據(jù)研究的目的選出和突出主要因素，舍棄和排除次要、偶然因素，使需要的屬性或關(guān)系在簡化、純粹的形態(tài)下暴露出來，以形成準確認識。科學實驗可以強化和激化研究對象，即根據(jù)研究的需要可以人為地創(chuàng)造特殊條件，改變事物存在的狀態(tài)，甚至將其推向極端狀態(tài)，以便顯示其規(guī)律。46科學實驗在科學認識活動中的作用具體表現(xiàn)在以下幾個47科學實驗可以再現(xiàn)和重演自然過程，即通過人為的控制，對于曇花一現(xiàn)、時過境遷、規(guī)模大、周期長的事物和現(xiàn)象，使其再現(xiàn)、重演，縮小其規(guī)模，減短其周期，以達省時省力、經(jīng)濟快速地認識的目的。實驗方法不僅在科學研究認識自然中有巨大的作用，在技術(shù)發(fā)明和技術(shù)創(chuàng)新中更是大顯身手。但是，它們常常被稱為“試驗方法”，更強調(diào)其實用性。47科學實驗可以再現(xiàn)和重演自然過程，即通過人為的控制三、觀察和實驗中的認識論問題三、觀察和實驗中的認識論問題491、關(guān)于“科學事實”科學事實是指對觀察和實驗獲得的客觀存在的事件、現(xiàn)象和過程的真實反映和描述?，F(xiàn)實生活中通常使用著兩種“事實”的概念：一是“客觀事實”，系指被觀察到和記錄的客觀的事件、現(xiàn)象和過程。它是儀器與觀察對象相互作用的結(jié)果的表征，既與客體的本性有關(guān)，也與認識條件(如儀器的性能)有關(guān)?！翱陀^事實”雖然就存在形式而言不同于本體論意義上的客體，但就內(nèi)容說源于客觀，是客觀事件的反映，因而具有“第一性”的意義。491、關(guān)于“科學事實”科學事實是指對觀察和實驗獲50二是“經(jīng)驗事實”，系指對觀察到的客觀事件、現(xiàn)象和過程，用語言加以描述，并作出經(jīng)驗陳述或觀察報告的真實判斷。因其多了一層描述、陳述和判斷，將人的知識背景、概念系統(tǒng)帶入其中，因而不可避免地滲進主觀因素，甚至虛假事實的描述。所謂“科學事實”，正是指經(jīng)驗陳述的事實。因此，為保證作為科學研究基礎的事實的真實性，必須對“事實”反復驗證，這正是強調(diào)重復觀察、多次實驗必要性之所在。50二是“經(jīng)驗事實”，系指對觀察到的客觀事件、現(xiàn)象51一般說來，科學事實應滿足如下條件：

①科學事實應該是個別存在的陳述。這是因為認識事物總是始于個別，作為主體延長的儀器只能與具體事件發(fā)生相互作用。強調(diào)科學事實的個別性，不僅為認識秩序所要求，更突出科學事實應主要來自感性物質(zhì)活動，而非來自理性抽象活動。

51一般說來，科學事實應滿足如下條件：52

②科學事實應該可復核、可重現(xiàn)。這是因為客觀事物在絕對運動中具有質(zhì)的相對穩(wěn)定性，它是事物可被重復認識的根據(jù)，強調(diào)科學事實的可重復性，為排除錯覺和假象，消除對事實描述和判斷中可能出現(xiàn)的謬誤所必需。

③科學事實應該準確、真實和系統(tǒng)?？茖W事實不等于客觀事件本身，但應盡量符合、貼近客觀事物的“本來面目”。同時，客觀事物存在于過程中，過程的連續(xù)性要求事實材料的系統(tǒng)性和全面性。52②科學事實應該可復核、可重現(xiàn)。這是因為客觀事物在532、關(guān)于觀察與理論的關(guān)系觀察與理論的關(guān)系問題歷史悠遠，與唯理論和經(jīng)驗論的思維傳統(tǒng)及其長久爭論息息相關(guān)。目前學界公認，唯理論傳統(tǒng)始于柏拉圖(公元前427年一公元前347年)，后演變?yōu)槔硇灾髁x，在方法論上視科學為公理演繹系統(tǒng)，以笛卡兒、康德、黑格爾為代表；

532、關(guān)于觀察與理論的關(guān)系觀察與理論的關(guān)系問題歷史54經(jīng)驗論傳統(tǒng)始于亞里士多德(公元前384年～公元前322年)，后演變?yōu)閷嵶C主義，在方法論上視科學為觀察歸納系統(tǒng)，以培根、洛克、孔德等(第一代)和馬赫、羅素、卡爾納普等(第二代)為代表。

54經(jīng)驗論傳統(tǒng)始于亞里士多德(公元前384年～公元55而當現(xiàn)代西方科學哲學家們試圖將觀察述語和理論述語區(qū)分開，試圖驅(qū)逐形而上學，為哲學和科學劃界時卻碰到了障礙，于是以“觀察滲透著理論”(漢森)和“數(shù)學是擬經(jīng)驗的”(拉卡托斯)兩個命題為代表，擊碎了歸納萬能和演繹萬能的神話。前者強調(diào)了理性，揭示了經(jīng)驗論的局限性；后者強調(diào)了數(shù)學的經(jīng)驗基礎，揭示了唯理論的局限性。二者一起，推動了唯理論和經(jīng)驗論統(tǒng)一的趨勢，也為科學認識論從追求知識的絕對性、純客觀性、精確性向追求知識的相對性、概率統(tǒng)計性、有主體因素介入的客觀性認識取向的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生了深刻影響。55而當現(xiàn)代西方科學哲學家們試圖將觀察述語和理論述56

“觀察滲透著理論”含義為：在觀察的感性活動中有理性的東西滲入其中。例如，觀察什么、怎樣觀察、為什么觀察，就是理性問題，至于觀察的目的性、計劃性、組織性及對觀察結(jié)果的分析處理等更是理性思維的問題。觀察不僅是接收信息的過程，同時也是加工信息的過程，對信息的挑選和加工，與人的知識背景密切相關(guān)，它為“格式塔轉(zhuǎn)換”理論所證明。56“觀察滲透著理論”含義為：在觀察的感性活動中57

“觀察滲透著理論”還因為觀察陳述是用科學語言表述的，而科學語言總與特定的科學理論聯(lián)系著，當使用語言時，理論的框架和概念系統(tǒng)是必不可少的。觀察與理論密不可分，理論在觀察中起著“定向”作用，對外界信息起著“加工改造”作用，“是理論決定我們能夠觀察到的東西”，“只有理論，即只有關(guān)于自然規(guī)律的知識，才能使我們從感覺印象推論出基本現(xiàn)象”。57“觀察滲透著理論”還因為觀察陳述是用科學語言58觀察與理論的密切聯(lián)系說明，觀察雖屬感性活動，但卻為理性所支配，這就是科學觀察為什么是一種才能和藝術(shù)的道理之所在。深層次地說，觀察本身就是主客體關(guān)系問題，在間接觀察中，更有儀器與客體的相互作用帶來觀察結(jié)果的客觀性問題，這都是認識論需要回答的問題。58觀察與理論的密切聯(lián)系說明，觀察雖屬感性活動，但四、觀察實驗中的機遇四、觀察實驗中的機遇60機遇與直覺是有區(qū)別的，機遇多指屬于觀察實驗領(lǐng)域中的意外發(fā)現(xiàn)，而直覺則屬于思維領(lǐng)域的偶然頓悟。不是所有的人都能抓住機遇，“在觀察實驗中，機遇只偏愛那種有準備的頭腦?！?/p>

60機遇與直覺是有區(qū)別的，機遇多指屬于觀察實驗61我們把各種各樣形式的機遇，可以歸納為兩大類：(1)研究目標明確，但發(fā)現(xiàn)的場合和方式是意外的。（如硫化橡膠的發(fā)明）(2)研究目標是尋找這種現(xiàn)象，結(jié)果卻意外地發(fā)現(xiàn)了另一種現(xiàn)象。（如X射線的發(fā)現(xiàn)）61我們把各種各樣形式的機遇，可以歸納為兩大類：62機遇在科學研究中的作用

(1)機遇能夠為新知識的增長提供重要線索，由此開辟新的研究領(lǐng)域，從而成為新理論的先導。例如，弗萊明偶然發(fā)現(xiàn)青霉素，導致藥物化學理論的產(chǎn)生和發(fā)展；巴斯德偶然發(fā)明了免疫法，導致醫(yī)學免疫學理論的產(chǎn)生和發(fā)展；倫琴和伯克勒爾偶然發(fā)現(xiàn)放射現(xiàn)象，導致原子核物理學理論的產(chǎn)生和發(fā)展。62機遇在科學研究中的作用(1)機遇能夠為新知識的增長提供63青霉素的發(fā)現(xiàn)英國圣瑪利學院的細菌學家亞歷山大·弗萊明一九二八年開始研究葡萄球菌，觀察在不同條件下各種葡萄球菌的生長狀況。有一次，他發(fā)現(xiàn)在一只培養(yǎng)球菌的碟子色原來生長得很好的葡萄球菌忽然消失了。這一偶然現(xiàn)象引起了弗萊明的深思。這是什么原因呢？他經(jīng)過仔細觀察后發(fā)現(xiàn)，原來是一些偶然落到培養(yǎng)基上的青霉菌在葡萄球菌的培養(yǎng)碟內(nèi)生長起來了。碟內(nèi)葡萄球菌的消失，說明青霉菌具有殺死葡萄球菌的能力。這正是弗萊明所期待已久的。63青霉素的發(fā)現(xiàn)英國圣瑪利學院的細菌學家亞歷山大64青霉素的發(fā)現(xiàn)他從青霉菌中提煉出了一小瓶透明的液體，并將這種液體滴到長滿葡萄球菌的培養(yǎng)碟內(nèi)。幾小時后，培養(yǎng)碟內(nèi)的葡萄球菌全部溶化了。他又將這種液體注射到兔子身上，兔子照樣生活得很好，證明這種液體對動物和人沒有毒性。這種能夠殺菌的物質(zhì)被命名為“青霉素”。弗萊明和他的助手把這些極有價值的發(fā)現(xiàn)寫成科學論文，發(fā)表在一九二九年英國的一本醫(yī)學雜志上。弗萊明指出，青霉素在治療一些由細菌引起的疾病方面是很有作用的。64青霉素的發(fā)現(xiàn)他從青霉菌中提煉出了一小瓶透明的65弗萊明的偶然發(fā)現(xiàn)導致了青霉素的誕生，但是要把它實際應用于醫(yī)療上卻還有一段艱難的路程。因為這種綠色霉菌所分泌的青霉素畢竟太少，而且提純的手續(xù)又非常麻煩，大量生產(chǎn)時有許多困難都難以克服。所以在當時弗萊明還沒有辦法來解決這些實際問題。盡管這是一項十分有意義的工作，他也不得不停頓下來。青霉素在弗萊明實驗室的試管里沉睡了十年之久。65弗萊明的偶然發(fā)現(xiàn)導致了青霉素的誕生，但是要6611年后的重新發(fā)現(xiàn)

11年過去了，牛津大學的病理學家霍華施·弗洛里教授從書堆里找到了弗萊明11年前寫成的論文，對這種能夠殺死多種病菌的青霉素產(chǎn)生了濃厚興趣。他認為當時青霉素未能投入生產(chǎn)的原因是沒有依靠集體的力量。于是，在一次科學家的集會上，他將自己的想法告訴了大家，會上除了生物學家外，還有化學家恩斯特·錢。科學家們懷著對病人深切的同情開始了對青霉素的聯(lián)合實驗研究工作。化學家恩斯特·錢用化學方法從培養(yǎng)濃的濾液里提煉青霍素。6611年后的重新發(fā)現(xiàn)11年過去了，牛津大學的病理學67經(jīng)過幾十個晝夜的奮戰(zhàn)，一種純度很高的青霉素終于誕生了。經(jīng)過實驗效果很好。但是為了提高青霉素的產(chǎn)量，還必須找到更好的菌種。他們分離出了幾百種霉菌，最后終于從垃圾堆里的一塊西瓜皮上分離出了第832號留菌苗株，這種霉菌不僅能在培養(yǎng)液的表面上繁殖，而且還能深入到培養(yǎng)液里生長。所以它的產(chǎn)量提高了兩倍。他們還動員了許多義務勞動者，搜集了一切可以利用的材料，采用了營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)液，開始了大規(guī)模生產(chǎn)，使產(chǎn)量提高到十倍以上。短短的兩年時間，青霉素就已經(jīng)能普遍用于醫(yī)療上了。67經(jīng)過幾十個晝夜的奮戰(zhàn)，一種純度很高的青霉素681945年諾貝爾醫(yī)學獎一九四五年，瑞典卡羅琳研究所決定將諾貝爾醫(yī)學獎聯(lián)合授予弗萊明、錢和弗格里三人。理由是他們發(fā)現(xiàn)了青霉素及其在治療各種感染性疾病中的效果。681945年諾貝爾醫(yī)學獎一九四五年，瑞典卡羅琳研究所決定692、機遇能夠為科學技術(shù)發(fā)明提供線索例如，從奧斯特在偶然中發(fā)現(xiàn)電和磁之間的聯(lián)系之后，法拉第進行了磁轉(zhuǎn)化為電的研究，終于導致1831年以后電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電動機代替了蒸汽機。19世紀末，人們研究成功有實用價值的發(fā)電機和電動機，相繼建立了龐大的輸電網(wǎng)和照明網(wǎng)，開創(chuàng)了人類生產(chǎn)生活的電氣化時代。隨著無線電技術(shù)的迅速發(fā)展，人類進入了自動化時代。從電磁的發(fā)現(xiàn)到電力的發(fā)現(xiàn)，生動地表明：科學上的機遇導致新的科學發(fā)現(xiàn)，形成新的科學理論，導致新技術(shù)發(fā)明，引起生產(chǎn)的巨大發(fā)展。692、機遇能夠為科學技術(shù)發(fā)明提供線索例如，從奧703、機遇能夠加快研究進程達到預期目的

如袁隆平雜交水稻研究中野生雄性不育系原種的發(fā)現(xiàn)史的雜交水稻研究成為現(xiàn)實；

703、機遇能夠加快研究進程達到預期目的如袁隆平714、機遇能夠離開原來的方向和目的

而作出更有價值的發(fā)現(xiàn)如倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性。

倫琴發(fā)現(xiàn)X射線714、機遇能夠離開原來的方向和目的

而作出更有價值的發(fā)現(xiàn)72捕捉機遇的主觀條件機遇不是主觀有意制造的，有意制造不是機遇。在科學研究中，機遇只提供機會，而不是現(xiàn)實。只有具備主客觀條件才能捕捉到機會?？陀^條件是指，機遇的發(fā)現(xiàn)要受同時期科學發(fā)展水平與社會需要的制約。主觀條件是指科學研究人員自身的素質(zhì)和條件，需要具備：72捕捉機遇的主觀條件機遇不是主觀有意制造的，有731、淵博的知識、豐富的想象力和獨立思考能力荷蘭眼鏡師傅偶爾發(fā)現(xiàn)兩個鏡片分開重疊，能望見遠物，由于他缺乏光學知識，對天文地理一竅不通，不能認識這一意外“發(fā)現(xiàn)”的道理及背后的科學價值，他就只能憑有限的經(jīng)驗做成玩具望遠鏡。而物理學家伽利略則認識到這個發(fā)現(xiàn)在天文學上的重大意義，很快就研制了放大32倍的望遠鏡，把人類的視野擴大到宇宙中許多未知領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)了許多新現(xiàn)象和新事實。731、淵博的知識、豐富的想象力和獨立思考能力荷742、要有敏銳的觀察力和洞察力有敏銳的觀察力，就能在注意預期事物的同時，保持對意外事物的警覺性和敏感性，能洞察出別人不注意的地方，發(fā)現(xiàn)新問題。例如，生物學家達爾文在探索生物變異的原因與規(guī)律時，憑著他敏銳的觀察力和洞察力，發(fā)現(xiàn)了生物進化論，這不能不說是一個重要原因之一。742、要有敏銳的觀察力和洞察力有敏銳的觀察力，就75實驗中僅有一般的邏輯分析往往是不夠的，因為這只能對待實驗中出現(xiàn)的一般情況，保證實驗按既定的方案進行。而科學的鑒賞力則有可能對實驗中出現(xiàn)的偶然觀象予以引導，改變原有的框框，以至完全脫離原有的目的和方案而躍入另一領(lǐng)域，從而導致偉大的科學發(fā)現(xiàn)。75實驗中僅有一般的邏輯分析往往是不夠的，因為這76從偶然得到苯胺紫到合成染料的出現(xiàn)，再到一個新型化學工業(yè)的崛起這樣一整個過程中，科學的鑒賞力起了重要作用。十九世紀中葉，歐洲流行著一種較為嚴重的疾病——瘧疾。這時受聘到英國教授化學的著名德國化學家霍夫曼，注意到煤焦油是一種復雜的有機化合物的混合體，從中可以提取出許多新的化合物，并自然地想到其醫(yī)用化學性質(zhì)。于是提出了用煤焦油中化學物質(zhì)制取奎寧的大膽設想。76從偶然得到苯胺紫到合成染料的出現(xiàn)，再到一個新77一八五六年作為霍夫曼實驗助手的柏金欣然接受其倡議馬上著手工作。當時，他們是從簡單的“原子數(shù)目結(jié)合”的想法來合成奎寧的。具體說他們想用丙烯甲苯胺作基本原料來氧化合成奎寧。按那時的化學水平，這樣來進行化學合成可能是徒勞的，但他們的工作終歸還是開始了。77一八五六年作為霍夫曼實驗助手的柏金欣然接受其78有一次，柏金將煤熊油中的苯胺和氯酸鉀在一個容器中混合之后，他想把這種混合液倒入玻璃量杯，突然發(fā)現(xiàn)容器底部放射出了紫色的光，這是什么物質(zhì)?首先引起了他的好奇。隨之他在這混合液中加入酒精，結(jié)果底部物質(zhì)溶解了，整個酒精溶液呈現(xiàn)深亮的紫色。在人們穿著色澤單調(diào)的當時，柏金敏銳地看到了這種新化學物質(zhì)的工業(yè)價值，將它應用作為染料。這樣，第一種人工合成的染料問世了。78有一次，柏金將煤熊油中的苯胺和氯酸鉀在一個容器79

“有心栽花花不開，無意插柳柳成蔭”，奎寧合成不著，而導致了這樣一種意外的發(fā)現(xiàn)。柏金對這種紫色染料價值的鑒賞力并不止于此。他認為應由自己的手使之從實驗室走向社會，于是他不惜立即辭去了大學的工作，而成為一名實業(yè)家。起初他將這種染料起名為苯胺紫，申請了專利權(quán)。接著籌集了有限的資金，開始了原材料的艱苦難備。79