6-科学观察与科学实验汇总

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,科学观看与科学试验,内容提要,科学事实,科学观看,科学试验,2,一、科学事实,科学事实是指通过观看与试验所获得的阅历事实，是经过科学整理和鉴定的确实事实。,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，也与人所设置的生疏条件有关。同一客体在不同仪器上的显示是不同的。,事实，对观看结果的陈述和推断,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,重复试验的压力可以排解错觉和假象，消退谬误,准确性,迈克尔逊莫雷试验,牢靠性,科学理论具有变动性，但科学事实尽可能准确、稳定，如第谷的观测资料、加热氧化汞。,3、科学事实在科学生疏中的作用,科学事实是形成科学概念、科学定律和科学原理，建立科学理论的根底。,黑体幅射、固体比热、光电效应量子理论,贝纳德把戏、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展评价的根本手段。,假说和理论的有效性必需通过与科学事实相比较,7,二、观看方法,观看是一种猎取科学事实的方法。,天文观看：日食、月食、彗星哈雷、行星开普勒、河外星系的红移哈勃等天文现象；,地理观看：如徐霞客游记，极地探险；,生物观看：从蝌蚪到青蛙；从受精卵到胎儿；王阳明“格”竹子；竺可桢中国近五千年气候变迁的初步争论,1,、定义,人们通过感官或借助科学仪器，有目的的、有打算的感知处于自然状态下的对象，以猎取科学事实的一种争论方法。,8,9,2、观看分类,直接观看：凭借感官直接进展的观看,感知范围极有限可见光390750纳米波，可听见2020230赫兹频率,精度低,观看速度受限：高速或低速变化人无法感知,感官错觉：温水试验,间接观看：引入仪器,10,3、观看方法的作用,1 为科学争论打下坚实的根底。通过观看“拿证据来”。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,2 充当检验假说、进展理论的重要手段。如相对论中的“光线弯曲”1919年日食观看时得到证明；大爆炸理论中的哈勃红移哈勃已观看到、3K背景辐射BELL试验室的科学家已观看到、反物质丁肇中阿尔法粒子磁谱仪，在搜寻中,11,三、试验方法,历史上假设干著名的试验：,Michelson-Morley 试验 关于以太漂移的试验,Millikan油滴试验 测定电子的电荷,Hertz验证电磁波的试验,Miller模拟试验：原始大气生物小分子,Recombinant DNAH.Boyer and S.Cohen,1973,克隆羊1997年,12,1,、定义,试验是人们依据肯定的科研目的，利用科学仪器设备，人为地掌握或模拟自然现象，使自然过程或生产过程以纯粹、典型的形式表现出来，以便在有利的条件下进展观看、争论的一种方法。,13,2、试验的分类,直接试验,模拟试验,试验者,试验手段,试验对象,试验者,试验工具,试验模型,客观原型,2,、分类,依据试验结果性质：定性试验，定量试验，构造分析试验；,依据试验功能：析因试验，比照双盲试验，判决试验。,14,15,3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，假设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，假设这一试验检验结果确定了猜测同时否认了非，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打算性的支持或确认，而其次个假说也就被拒绝了。,16,例如1850年傅科试验确定了光的波动说而否认了光的微粒说，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全都，被认为是对广义相对论的验证。,但由于现代物理学的进展，特殊是光电效应和光子的觉察，使人们对判决性试验的作用发生疑心。有人据此否认判决性试验的存在，如奎因更早有杜恒的预言觉察，科学一旦遇到反例，就会通过调整理论系统的某一局部而保存另外的局部。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，说明观看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观看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给支持条件。,由于试验技术和相关的科学理论都在进展，已有的试验结果可能被否认或作出新的解释，又由于理论本身是有构造和相互联系的，因此很难判定假说的哪一局部有错误。,从根本上讲，理论和假说的检验是一个历史过程，并不是一次试验或观看就可以完成的。,18,3、试验方法的作用,简化和纯化争论对象；,强化和激化争论对象；,再现、加速、延缓或模拟变化过程,居维叶：“观看者听命于自然界，而试验者则质问自然界，并迫使自然界坦露她的奇妙”。,(1)简化和纯化争论对象,试验可以利用各种手段，把所争论的对象从简单的联系中分别出来，排解次要的、偶然的和附属的因素，使事物现象的进展变化以简化的、纯粹状态显现出来。,-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公里的一个废弃的盐矿，在地下600米的深处，建筑了一个能灌入1万吨纯水的大洞，以查找质子衰变的闪光，从而验证了三个相互作用的统一性假说。之所以如此，是为了排解宇宙射线和水中其他杂质的干扰，使整个争论工作在纯粹状态下进展。,19,2强化和激化争论对象,人工掌握状态下，可以使被观看现象重复消失，以保证观测资料和数据的准确性。,超高温、超低温、超真空、超强磁场、超导电性。,20,3再现、加速、延缓或模拟变化过程,有些自然现象极为短暂，转瞬即逝，如根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，而有的极为缓慢，如天体演化、生命起源。,1953年美国芝加哥大学争论生米勒用甲烷、氨、氢、水汽混合成一种与原始大气一样的气体，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需要数百万年时间。,21,四、观看与试验中的假设干生疏论问题,观看渗透理论：观看的客观性,科学仪器的性质和作用,观看与试验中的机遇,22,23,1、一个哲学命题：观看渗透理论,“观看”红楼梦：道学家满纸是“淫”、才子佳人缠绵的爱情、革命家排满、流言家宫廷秘史鲁迅：因人的眼光不同，而读出不同的东西,生活中：情人眼里出西施；及其他,观看下面几幅图：,24,观看渗透理论：为什么？,观看，不仅是一个信息承受的过程，同时也是一个信息加工的过程。这个加工过程必定与观看者的学问背景、生活阅历、心理定势等“理论”联系在一起的。,对观看结果的陈述，要用到语言，而语言是与理论相联系的，如专业术语。,因此，不同的观看者对同一个对象或过程的观看，会得出不同的结论。,25,汉森：科学觉察的模式,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观看结果。如开普勒和第谷看到的并不是同一个太阳。这是由于：,眼睛从观看对象得到光刺激而形成视网膜印象，这是物理过程，而“看到”是一种观看阅历，属于心理过程，它已把外来刺激与过去生疏包括理论和阅历溶为一体。,人们对感觉材料首先的反响，是有意无意地以一种概念模式去套，使它适用于自己过去较为生疏的材料，从而使各人对同一对象的反响有各种程度的差异。类似于格式塔心理学完形心理学。,26,2、试验仪器,科学仪器是人类在生疏的肯定阶段，从生产和生活工具中分化出特地用于生疏的工具，科学工具的消失加速了科学生疏的进展。科学仪器是实现科学生疏的物质手段，是人体生疏器官的延长，是科学学问和科学理论物化的生疏工具。,科学仪器对生疏主体的规定,规定主体的生疏内容。,转变主体的生疏方式：理性思辨/试验探究/集体争论。,推动了生疏主体的形成与进展：特地的科学家。,科学仪器的双重性：,客观性,主体性,27,试验规模的进展,作为科学生疏的重要手段，真正系统的科学试验是在16世纪开头的。随着生产的进展和科学技术的进步，科学试验的深度、广度以及手段、规模发生了深刻的变化。,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，化学与烹饪一起进展；1817年格拉斯哥大学建立第一个供教学用的化学试验室，1824李比希在吉森大学建立另外一个更知名的化学试验室，至此，试验成为科学家训练必要组成局部。到1870年月剑桥卡文迪许物理试验室成立，爱迪生主持芝加哥“制造工厂”，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。例如美国的曼哈顿打算，耗资42亿美元，而欧洲核子争论中心试验室，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进展水平的重要指标。,28,3、观看试验中的机遇问题,科学观看试验是人们在肯定的理论指导下生疏未知的实践活动，具有明确的目的性、高度的组织性和严密的打算性；另一方面由于人们的观看只能建立在已有的生疏根底上，难免具有肯定的不确定性、意外性。而这种意外，有时却能导致重大的科学觉察。,机遇,即能够导致觉察的时机。,是一种意外和偶然。,29,机遇性觉察的类型,同向性觉察,与原有理论假说相全都的觉察。如海王星，填补化学元素周期表空格的各种元素的觉察，正电子的觉察等等,背向性觉察,与原有理论或预言相反的觉察。如迈克尔逊莫雷试验，卢瑟福a粒子散射试验。,异向性觉察,与原有理论或假说预言不相干的觉察，射马得獐。伽伐尼关于生物电的觉察，伦琴关于X射线觉察，彭齐亚斯的微波背景辐射的觉察。,30,第一个合成染料的故事：1856年，PERKIN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。由于合成染料市场潜力巨大，PERKIN弃学从商，获得巨大的成功。,Rontgen与X射线,药物Fleming与青霉素，等,机遇是客观存在的。机遇的例子：,31,1839古德义尔橡胶的硫化技术。,1844贝尔,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,贝弗里奇在科学觉察的艺术一书中列举了大量的例子,如梅契科夫觉察吞噬细胞、德国化学家凯库勒在半睡眠状态下由直觉而觉察苯的六角环形构造，更有意思的是，达尔文和华莱士都因阅读马尔萨斯的人口论而悟诞生存竞争的自然选择。固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，不胜枚举。,33,常言道,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。,34,如何抓住机遇？,名言：Chance only favors the prepared mindPasteur机遇只青睐有预备的头脑。,1 要时刻预备着。,2 要有敏锐的洞察力；,3 要有扎实的学问和阅历储藏；,4 要有丰富的想象力,35,机遇性觉察的条件,有敏锐的思想，丰富的想象力和推断力,巴斯德“在观看的领域，机遇只偏爱那种有预备的头脑”。,弗莱明青霉素/伦琴/约里奥居里误把中子当成高能r射线,要有严密观看的良好习惯和较强的洞察力,达尔文观看野鸭和家鸭/,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,你对冷聚变怎么看？,在试验上能做出来吗？,在理论上说得通吗？,37,思考题,谈谈