第五章实验和观察法

数据处理是对实验获取的材料进行去伪存真的整理 问题；
结果解释是根据已有理论或提出新假说对实验结果 进行合理说明的问题。
4、错误假说导致的失误
❖ 普利斯特列是十八世纪英国的 伟大化学家，他的一生中对化学作 出过许多重大发现，更是氧气的首 先获得者。可是由于他是一个忠实 的燃素说信奉者，实验中始终没有 摆脱燃素说思想的束缚，所以从本 质上看，他最终并没有真正发现氧 气。
排除心理方面造成的错觉
❖ 在心理学史上有这样一个例子：在德国哥廷根的一次心理 学会议上，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，最后响了一枪，又一 起冲了出去。从进门到出去共20秒钟。大会主席立即发下调查 表，请所有到会者填写他们目击的经过。这件事是预先安排、 经过排演并全都录了像。当然，与会者并不知道这是一次测验。 在交上来的40篇观察报告中，只有一篇在主要事实上错误少于 20%，有14篇观察报告中的错误在20％一—40％之间，在25 篇中错误超过了40％。特别值得—提的是，在半数以上的报中， 10％或更多的细节纯属臆造。所以科学观察要借助仪器．坚持 观察的客观性。
令人哭笑不得的实验
❖ 贝弗里奇在其《科学研究的艺术》中，还描述过 这样一个哭笑不得的实验：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： “我这样做是为了教育你们观察细节的重 要性。如果你们看得仔细就会注意到我伸进尿里的是 拇指，舔的却是食指。”
❖ 1774年，他用玻璃器皿装有水银烧渣，放在玻璃 罩内并连着水银集气槽，后用别人送给他的一个直 径12时、焦距为20英寸的凸透镜来加热发现水银渣 很快分解，放出气体。他认为这是普通空气，但是 发现蜡烛会在这种气体中燃烧，光焰非常强，就象 氧化氮与铁粉或硫肝接触时燃烧的情景，又发现老 鼠在这种气体中活的时间为相同容积的普通空气的 两倍，并且取出后还能活；
第五章 科学方法论 —观察和实验方法
观察方法
一、什么是观察方法 二、科学观察的类型和特点 三、科学观察的基本原则 四、科学观察的地位和作用
一、什么是观察方法
❖ 科学观察，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。所以它是获取感性材料的一种活动。
❖ 观察大都是在自然发生的条件下进行的。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。
③科学观察的全面性系统性原则
自然事物都有自己的多种规定性，质的规 定性往往隐藏在现象背后，有时更为假象所歪 曲。科学观察既要对事物进行全面系统的考察， 为科学研究提供可靠材料，又要选择有代表性 和典型性的现象进行观察，才能获得有用的材 料。应该说，仅坚持观察的客观性原则，对于 搞好观察是不够的，还必须坚持观察的全面性 和系统性原则。
“水变木”的实验
❖ 范.赫尔蒙是十六世纪元十七世纪初的比 利时著名学者，在化学方面给后来者影响很 大。连“把化学确立为科学”的波义耳也称 颂他“在实验方面比许多学者所乐意认为的 更加伟大”。但他在设计实验时，也有不甚 周密的时候。
二、科学观察的类型和特点
直接观察：感官直接作用于观察对象，有直观、生动的特 点，但存在很大局限性。
间接观察：借助仪器或技术手段延长人的感官对事物进行 感知和描述。但可能出现仪器的干扰。
观察的特点： ①一切科学观察都有组织性、计划性和目的性。 ②科学观察力求全面、系统，因而观察具有长期性、连续
性。 ③与实验相比，观察一般是在自然发生的条件下进行的，
1、实验方法及其类型 2、不可无条件轻信实验数据
3、实验的一般程序 4、错误假说导致的失误
5、杂交水稻的成功 6、科学实验的作用
1、实验方法及其类型
实验方法：根据一定的科学研究目的，运用一定的物质手段， 人为地变革、控制或模拟客观对象以获取科学事实的方法。实 验与观察都是科学认识的基本方法，但实验方法比单纯观察方 法有明显的优点，它克服了单纯观察的局限性。
❖ 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！
3．实验的一般程序
实验构思
实验设计
实验实施 数据处理 结果解释
实验构思是实验前分析对象构思理性方法的问题； 实验设计是根据构思方案实现实验要素的最佳结合
问题；
实验实施是将理性方法物化为感性形态进行操作加 以实现的问题；
❖ “第二年我把它种下去，辛苦培育，满怀希望有好的 收获，不料大失所望，再长出来的稻子高的高，矮的矮， 穗子大小不一。这时候一般人感到失败就放弃了，我坐 在田埂上想为什么失败了呢，我想到第一年选出的是一 棵天然杂交种，不是纯种，因此第二年遗传性状出现分 离，而如果按照那棵原始株杂交种的产量来计算，亩产 能达到１２００斤，这在６０年代是非常了不起的—— 我突发灵感，既然水稻有杂交优势，我为什么非要选育 纯种呢？从此我致力于杂交水稻育种。”
实验方法的类型：
定性实验：用来判定事物的性质、属性及属性间相互关系的实 验
定量实验：测定事物的数值，揭示各因素之间的数量关系的实 验
测量实验：定量实验的深化和发展。 析因实验：由已知结果分析寻找未知原因的实验。 模拟实验：通过模型(数学、物理)间接地研究原型规律性的实
验
2、万万不可无条件轻信实验数据！
❖ 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。
❖ 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58次观 测结果，并非如他信誓旦旦所说的那样是“没有经过 选择的”，而是从140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。
❖ 有一句名言是这样说的：“除了观察实验 者本人，人人都会倾向于无条件地相信观察实 验所得到的数据；除了假说的提出者以外，人 人都会倾向于否定甚至反对新出现的假说。” 然而，科学史却提醒我们：万万不可无条件轻 信实验数据！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 才能够被采纳。
❖ 他还自己亲自吸入这种气体，觉得呼吸轻 快了许多，使人格外舒畅。因此他推荐医学方 面运用它，他说这种空气或许在将来还会变成 一种时髦的奢侈品呢。
❖ 显然普利斯持列所发现的这种气体是氧气。 由于他始终信奉燃素学说，用燃素含量的多少 来解释各种气体。
❖ 他把他发现的气体积之为“脱燃素空气”， 具体表示为：脱燃素空气(氧)＝空气- 燃素，而 把我们今天所说的氮气称为“燃素化空气”， 具体表示为：燃素化空气=空气+燃素；此外还 把其它的都看作是含有不同量燃素的空气。可 见空气只有一种，只不过由于其中燃素含量不 一样而有所差别。所以，他并没有真正认识到 氧气。
因此对研究对象一般不具有直接变革的作用
每个健全的人都可以观察事物，但 不一定能进行科学观察活动。科学 观察是一种专门的才能，需经系统 训练才能获得。
三、科学观察的基本原则
①科学观察的客观性原则
哭笑不得的实验 排除心理方面造成的错觉 ②科学观察的辩证性原则。
③科学观察的全面性原则。 ④科学观察的系统性原则。
排除生理原因造成的错觉
❖ 为了避免主观臆想代替科学事实，首先必须尽力 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。人们 的感觉器官，不论是“眼、耳、鼻、舌身”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。 为了避免各种生理上造成的观察错误，一方面是加强 训练，可以避免一定的错觉。更重要的是靠科学仪器 来延伸和完善自己的感官。
袁隆平擅长于观察
❖ 在上面这个故事中，可以看出袁隆平很擅 长于观察：首先观察到鹤立鸡群的特殊植株， 然后又观察到它的后代出现了性状分离，再经 过思考，才恍然大悟，明确了选题的方向。
❖ 另外，野败和光敏不育材料的发现，虽然 是法
“知识＋汗水＋灵感＋机遇=成功”
①科学观察的客观性原则
❖ 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。所谓观察的客观性，列宁指出，不是 实例，不是枝节之论，而是自在之物本身。由 此可见坚持观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
②科学观察的辩证性原则
一切事物都因矛盾的推动处于流变之中。坚持 观察的辩证性原则，就是要使认识符合客观事物本 身的辩证法，不仅要看到事物的存在，同时也要看 到事物的流变，力戒孤立、静止、凝固不变的形而 上学观点。观察的辩证性还要求注意观察的时间、 地点、条件和范围，不能把在特定条件下观察的结 果随意延伸，应妥善处理典型性与随机性、特殊性 与普遍性的辩证关系。
真理碰到鼻尖上时还是没有得到真理
❖ 实验本身是一种探索新事物、新规律的方法或手段。实 验的这种功能要求人们不要受旧有思想的束缚。任何企图削 新事实之足适旧思想之履的作法是肯定会失败的。正象恩格 斯评价此事时说的，普利斯特列由于按传统思想束缚，“从 歪曲的、片面的、错误的前提出发，沿着错误的、弯曲的、 不可靠的途径进行，往往当真理碰到鼻尖上的时候还是没有 得到真理”，结果这种本来可以推翻全部燃素说观点并使化 学发生革命的元素，在他的手中没有结出果实。这是可贵的 教训。
密立根的弥天大谎
❖ 1910年，美国物理学家罗伯特·密立根进行了一项 世界知名的“滴油实验”，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 埃伦菲尔德也在进行相同的实验，但没有得到相应的 结果。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 的数据和实验中测量出的数据，一般不会那样近似。 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。