科学思维与科学方法第四讲：观察与实验

拉瓦锡空气组成实验
1774年，拉瓦锡在一个曲颈瓶里放入少量水银， 曲颈瓶口用一个玻璃罩罩上，并与水银相通，玻璃罩 的体积是已知的。然后，他加热曲颈瓶使水银沸腾。 第二天，银白色的水银面上浮起了红色鳞斑似的 渣滓。这是水银与氧气化合生成的氧化物。随着加热 天数增加，红色渣滓一天比一天多。这样连续加热12 天，直到红色渣滓不再出现，结果发现玻璃罩里空气 的体积差不多减少了1/5，而红色渣滓的质量比原来 的水银多了。
谁观察到的是真相？
不同的观察 观察月下美人 文学家： “皎洁的月儿轻柔地洒下一丝丝银白色的 月光，隐隐地透过树梢，使罗琳娜的粉颊 呈现出令人痴痴欲醉的红晕。” 科学家： “月亮反射太阳的光线，经过树枝中间的 缺口，照在罗琳娜脸的两侧，留下了粉红 色的记号。这个记号好迷人哪！”
不同的观察
观察美丽的大眼睛 小说家： “她那大大的眼睛，水汪汪如一潭不可及 的碧湖，一闪一闪正是粼粼的波光。” 医生： “她的眼睑裂增宽，泪膜完整，功能无异 常，瞳孔居中等大，对光反射正常。”
这个实验忽略了那些因素？谈谈你的 理由。
“造句法”：实验者在测试前假意告 诉被测试者，接下来要对他们的语言能力 进行考察，请他们将打乱顺序的句子进行 重新排序。其中一组被测者的句子中包含 了“金钱”类词语，另外一组的句子中则 无。在排序完成之后，接下来进行疼痛感 测试。
痛感测试
疼痛感的测试则分为两种，一种是引发生 理疼痛，另一种是引发社会性疼痛。 生理痛感的测试可以通过把手伸到温水和 热水中（水温保证不会烫伤被测试者）的 方式，结果显示，数过钱的一组被测试者 感觉到的疼痛程度更低。
然后，通过“U”形玻璃管底部的 阀门，他把水银排出，直到玻璃活塞和 水银的重量与实验开始时的重量完全相 等。水银柱又回到它实验开始的高度， 堵住的空气又回到它当初的位置。空气 果真有弹性，法国科学家的实验是错误 的，波义耳是正确的。
金钱的符号作用 □ 案例：（The symbolic power of money：Reminders of money alter social distress and physical pain） 金钱的符号作用：启动金钱概念改变社会 痛苦和生理性疼痛 国际著名心理学刊物《心理科学》 （Psychological Science）
如果保证了人的
五种感觉（视觉、触 觉、听觉、嗅觉、味 觉）的正常性，那么 你认为五种感觉完备 么？
如何能保证正确记录？排除所有主观因素？
请你对这张图
片做一个排除所有
主主观因素的观察 记录。
□ 观察是一种生物（例如：人类）的感 知或智慧累积的活动，以不同的感官（如 眼睛）凡感觉特定的现象从而归纳出知识 到某个先前的知识与观念架构内以作出判 断。
贤没能做出这些进步感到惊讶。这些发现竟然被做出来了 才是令人惊讶的。”
观察与实验
实验：在科学研究中用来检验某种假设或 者验证某种已经存在的理论而进行的操作。 通常实验最终以实验报告的形式发表。
实验有哪些基本步骤？
拉瓦锡空气组成实验
“不靠猜想，而要根据事实”。 “在任何情况下，都应该使我们 的推理受到实验的检验，除了通过 实验和观察的自然道路去寻求真理 之外，别无他途。” ——【法】拉瓦锡
如何保证观察的正确性
◇ 我们既不能保证感觉器官的正常性 ◇ 也无法做到排除所有主观因素的正确 记录（“观察中立”）
观察很不可靠，科学很可疑。
假定观察（或实验）是可靠的，我们 人类的感觉是完备，我们的观察记录是准 确的，客观的。
那么由可靠的观察（或实验）得出的 结论就一定可靠么？
理论上，对于一个现象，有无数种解释。 对于一个实验，有千万种遥远的可能性可 以被检验，而我们简直没有时间去全部检查它 们。 那么，我们有什么理由在实验时总是排除 一些因素？
忽略不计，真的可以忽略？
□ 自由落体（纸带）实验，空气阻力忽略不 计；牛顿管实验时，为什么又考虑了空气 阻力？
忽略不计，真的可以忽略？
□ 观察：
研究者用感官或借助科学仪器搜集资 料的方法。 ——中国大百科
□ 观察的分类 ◇ 非实验观察：纯粹的观察 ◇ 实验观察：人们起着积极的作用，而不 是仅仅作为一个旁观者，对某种东西进行 实验，他将产生出比我们在查看自然中所 发现的东西更好的观察结果。
要想做好实验，就要敏 于观察。 人之所以能效力于世界， 莫过于勤在实验上下功夫。” ——【英】波义耳
拉瓦锡把点燃的蜡烛放入玻璃罩，烛火立即熄灭， 放进小老鼠，小老鼠也窒息而死。 最后，拉瓦锡把得到的红色渣滓收集起来，放在 另一个较小的容器里，用凸透镜聚焦加热，又得到水 银和气体，而且气体体积等于先前减少的体积。 他把这些气体加到原先的玻璃罩里和剩下的气体 混和，结果得到的气体跟空气的性质完全一样。
浙江工业大学
科学技术哲学学科
科学思维与科学方法
主讲人：叶瑞克 政治与公共管理学院
专题教学
第一讲：课程导论（1次课） 第二讲：科学思维演变的历史查考（3次课） 第三讲：东西方科学思维的辩证考量（2次课） 课堂演讲：（1次课） 第四讲：观察与实验的不确定性（1次课） 第五讲：归纳与演绎的逻辑困境（1次课） 第六讲：现代科学对传统思维的冲击（1次课） 第七讲：案例分析专题（机动）
谁对观察到的现象作了准确的记录？
如何保证观察的正确性？？？
◇ 我要做的是使我的愿望 符合事实，而不是试图让 事实与我的愿望调和，你 们要像一个小学生那样坐 在事实面前，准备放弃一 切先人之见，恭恭敬敬地 朝着大自然指的路走，否 则会一事无成。”
——【英】托马斯·赫胥黎
如何保证观察的正确性
◇ 保证感觉器官的正常性 ◇ 正确记录，也就是说“观察中立” 中立：排除所有主观因素
□ 科学 ◇ 对一定条件下物质变化规律的总结。 ◇ 科学知识指覆盖一般真理或普遍规律 的运作的知识或知识体系，尤其指通 过科学方法获得或验证过的。科学知 识极度依赖逻辑。
◇ 致力于揭示自然真象，而对自然作理由 充分的观察或研究。这一观察，通常指可 通过必要的方法进行的，或能通过科学方 法——一套用以评价经验知识的程序而进 行的。通过这样的研究而获得的有组织体 系的知识。
□ 与胃液相比，水（非纯净水）的酸 碱可忽略不计。
波义耳实验
波义耳定律（Boyle‘s law）： 在定量定温下，理想气体的体积与气 体的压力成反比。这是人类历史上第 一个被发现的“定律”。
“空气的弹性和它的体积成反比”。
——《关于空气弹性及其物理力学的新实验》
法国科学家黄铜气缸实验
中间装有活塞，安装得很紧。几个人用 力按下活塞，压缩缸里的空气。然后，他们 松开活塞，活塞弹回来，但是没有全部弹回 来。不论他们隔多长时间做一次实验，活塞 总是不能全部弹回来。 通过这项实验，法国科学家声称空气根 本不存在弹性，经过压缩，空气会保持轻微 的压缩状态。
科学知识如果可靠，可靠的基础是 什么？
科学的发生 对李约瑟问题的回答：
1953年爱因斯坦在致斯威泽（J.E.Switzer）的信中，曾经 ห้องสมุดไป่ตู้出过一个答案：“西方科学的发展是以两个伟
大的成就为基础的：希腊哲学家（在欧几里 得几何学中）发明了形式逻辑体系，以及 （在文艺复兴时期）发现通过系统的实验有 可能找出因果关系。在我看来，人们不必对中国圣
如何保证感觉器官的正常性？
有一种动物，它们视域是弯曲的， 原本人眼里平直的空间，在它们的眼里 恰恰是弯曲的。有些动物能看到紫外线、 红外线，人却不能。
如何保证感觉器官的正常性？
设问：那么这些动物看到的世界是 真实的，还是人类看到的世界是真实的？ 谁的感觉是正常的呢？为什么？
如何保证感觉器官的正常性？
案例内容摘要
“数钱法”：实验者在测试前假意告诉 被测试者，接下来要对他们的手指灵活度进 行测试。之后随机分配其中一半的被测试者 数80张百元人民币，另一半则数80张纸。
在数钱（纸）结束之后，紧接着进行生 理痛感测试。
生理痛感的测试可以通过把手伸到温 水和热水中（水温保证不会烫伤被测试者） 的方式。 结论：数过钱的一组被测试者感觉到的疼 痛程度更低。 解释：金钱的符号作用：启动金钱概念改 变生理疼痛
第四讲 观察与实验
□ 内容提要：
■ 什么是科学？ ■ 科学知识可靠么？ ■ 科学知识可靠的基础是什么？ ■ 观察可靠么？ ■ 实验得出的结论可靠么？ ■ 实验时，为什么我们总是忽略某些因素？合理么？
什么是科学？你认为科学应该是 什么样子的？
科学知识可靠么？为什么？
牛顿的惯性定律可靠么？ 为什么？ 任何物体在不受任何外力的作用下， 总保持匀速直线运动状态或静止状态，直 到有外力迫使它改变这种状态为止。
◇ 我没有突出的理解力， 也没有过人的机智，只 是在觉察那些稍纵即逝 的事物并对他们进行精 细观察道德能力上，我 可能是中上之人。 ——【英】达尔文
◇ 所有的经验的知识都是最终 建立在观察的基础之上。 ——【美】R.卡尔纳普
若科学始于观察，那么科学正确性
就需要以观察的正确来保证， 那么如何保证观察的正确性呢？
罗伯特· 波义耳 “U”形大玻璃管实验
这个“U”形玻璃管是不匀称的，一支又 细又长，高出3英尺多，另一支又短又粗，短 的这支顶端密封，长的那只顶端开口。 波义耳把水银倒进玻璃管中，水银盖住 了“U”形玻璃管的底部，两边稍有上升。在 封闭的短管中，水银堵住一小股空气。
波义耳记录下水银重量，在水银和空气 交界处刻了一条线。他向长玻璃管中滴水银， 一直把它滴满。这时，水银在短玻璃管中上 升到一半的高度。在水银的挤压下，堵住空 气的体积变成不到原来的一半。 在短玻璃管上，波义耳刻下了第二条线， 标示出里面水银的新高度和堵住空气的压缩 体积。
研究表明，单独与一个美女相处仅5分钟便会使 人体的压力荷尔蒙——皮质醇水平升高。 人们在面临生理或心理压力的时候就会释放这种 物质，它与心脏疾病也有一定的关系。 报道称，小量的皮质醇分泌对人体健康还是有积 极的影响，会让人变得机敏和快乐。但是，皮质 醇水平的长期提高会加重心脏病、糖尿病与高血 压等疾病。