自然辩证法08工程硕士班第6章观察方法和实验方法.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,自然辩证法绪论 张胜光制作,*,Click to edit Master,第六章观察方法与实验方法,本章目录,实验方法,2,观察方法,3,1,观察实验的认识论问题,3,3,观察实验中的机遇,4,3,自然辩证法绪论 张胜光制作,第一节 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,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。,一、什么是观察方法,5,自然辩证法绪论 张胜光制作,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,：,一切科学观察都有组织性、计划性和目的性。,科学观察力求全面、系统，因而观察具有长期性、连续性。,与实验相比，观察一般是在自然发生的条件下进行的，因此对研究对象一般不具有直接变革的作用,6,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。,7,自然辩证法绪论 张胜光制作,三、科学观察的基本原则,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,科学观察的辩证性原则,。,科学观察的全面性原则,。,科学观察的系统性原则,。,“知识汗水灵感机遇,=,成功”,8,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。,9,自然辩证法绪论 张胜光制作,主体在观察中的能动作用,尽管人们只能在大自然给他提供的那种形式下进行研究，但是，若否认主体在观察中的能动作用，是十分错误的。科学观察要求提出任务、作出假设并导出能与观察结果相比较的各种推论；还要组织观察的实施，选择和充实仪器装置，记录观察结果等等。不能认为观察者在自然现象面前纯粹是被动的。,10,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。”,11,自然辩证法绪论 张胜光制作,观察中的思维是不可缺少的。但是导致非客观观察结果的主观因素也是存在的。曼彻斯特市医生所做的实验中，学生们的感觉器官并没有充分发挥作用。首先是视觉，没有看到由拇指到食指的变化；其次是味觉，并不一定真实地品尝出了糖尿病人尿的味道。这时感官为什么会失去作用,?,主要在于学生的脑子里存在着先入之见的主观因素。或者完全从主观的想象出发或者过分地相信自己已有的经验或者从某种条条框框出发，都会给观察结果打上鲜明的主观印记，而使结果不可靠。所以马克思指出，不带偏见的考察是不会受迷惑的，结果才有可能是客观的。,12,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。,13,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。,14,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。,15,自然辩证法绪论 张胜光制作,科学观察的全面性原则,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原则。,16,自然辩证法绪论 张胜光制作,全面观察这一原则当然不排斥观察的典型性。为要准确地把握事物需要全面观察事物的现象，为要使研究成为可能，则需考虑观察对象的典型性。,如果说坚持科学观察的客观性原则为我们区别真假现象提供了可能，那么坚持全面性原则为我们准确把握事物本质提供了可能。,17,自然辩证法绪论 张胜光制作,科学观察的系统性原则,任何事物的发展，都是一个连续的过程，只有持之以恒不间断的观察，才能把握整个研究对象的变化过程，从而找出事物发展的规律性。观察的系统性是指对事物的观察过程要求连续、完整，力戒随意间断否则便不能对事物进行有效跟踪，不知转化的来龙去脉，更不能对昙花一现的重要现象及时捕捉。漏掉某个环节和现象，会给认识事物本质造成困难，甚至使观察资料失去应有的价值。,18,自然辩证法绪论 张胜光制作,“知识汗水灵感机遇,=,成功”,这是袁隆平告诉别人他成功的秘诀，并且还讲了一个故事：,“从,1953,年到,1966,年，我在农校一边教课，一边做育种研究，每年都去农田选种。从野外选出表现优异的植株，找回种子播种，看它第二年的表现，这样来筛选具有稳定遗传优异性状的品种，这称为系统选育法，是常用的一种方法。,1962,年，我在一块田里发现一株稻鹤立鸡群，穗特别大，而且结实饱满、整齐一致，我是有心人，没有放过它。,19,自然辩证法绪论 张胜光制作,“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，亩产能达到斤，这在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。”,20,自然辩证法绪论 张胜光制作,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，虽然是机遇，但也是通过观察方法，“众里寻他千百度”才“得来全不费功夫”的。,21,自然辩证法绪论 张胜光制作,四科学观察在科学认识中的地位和作用,科学观察是科学认识发展的基础、源泉和动力，也是检验科学知识真理性的标准。,科学观察可以扩充科学认识的领域,。宇宙之大，奥秘无穷，纷繁复杂的自然事物和现象必须首先进入人们的视野，才能被人所认识。古人观察所及仅限于地球，故有地球中心说，近代伽利略通过望远镜把视野引向月球，方确知太阳系的存在；此后随着观察手段的进步，才产生星系、星系团、总星系等概念。科学研究的领域随着人类视野的扩大而拓展，视野拓展所至的新现象往往成为揭开世界奥秘的向导。,22,自然辩证法绪论 张胜光制作,科学观察可以直接引导科学发现和技术发明,。从不知到知便是认识，天文学关于类星体、脉冲星、星际有机分子、宇宙背景微波辐射等，都是长期系统观测取得的科学成果。,科学观察也是检验科学知识真理性的标准,。观察活动是主、客体彼此沟通、相互作用的关系形式，是特殊的实践活动。爱因斯坦指出：“理论之所以能够成立，其根据就在于它同大量的单个观察关联着，而理论的真理性也正在此。”,23,自然辩证法绪论 张胜光制作,在科学史中，如海王星的发现、“时空弯曲”、“行星运动”等，都是通过观察验证科学理论正确的光辉例证。,24,自然辩证法绪论 张胜光制作,第二节 实验方法,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,、,热之唯动说的提出,7,、,科学实验的作用,13,、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。,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,26,自然辩证法绪论 张胜光制作,科学实验之所以成为实践活动的基本形式之一并具有强大的功能，源于实验的复杂结构。实验由认识的主体、实验手段和实验所指向的对象三个基本要素构成。其中认识主体是有目的指向的人，实验对象是实验要研究和变革的客体，实验手段,(,仪器、工具、实验装备等,),是沟通主客体的媒介，三者一起形成相互交织的复杂结构关系。实验手段既是媒介物，又是理论物化物，因而兼具主、客体双重功能，一方面使实验结果打上“主观”的印记，增加了判明实验结果性质的难度；另一方面又集中反映了理论与实践相统一的本质。在当今时代，理论与实验的关系日趋密切，已成为科学活动的特征，科学实验集中体现了这一特征。,27,自然辩证法绪论 张胜光制作,14,、万万不可无条件轻信实验数据！,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。,28,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。,29,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。,30,自然辩证法绪论 张胜光制作,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！,31,自然辩证法绪论 张胜光制作,15,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,32,自然辩证法绪论 张胜光制作,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；,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。,33,自然辩证法绪论 张胜光制作,16,、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。,34,自然辩证法绪论 张胜光制作,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；,35,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。,36,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。,37,自然辩证法绪论 张胜光制作,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。,38,自然辩证法绪论 张胜光制作,拉瓦锡的燃烧实验,这时拉瓦锡也做了燃烧实验。和普利斯特列等人的实验装置相比，拉瓦锡并没有做多大改变。然而可贵的是他没有把实验新现象拉入燃素说轨道的企图，而是立足于实验事实。因此他不仅在实验中制得了氧气而且在思想上认识了氧气。在此基础上他提出了氧化燃烧学说，从根本上否定了燃素论，成为近代化学的伟大开创者，从而和普利斯特列形成了鲜明的对比。,39,自然辩证法绪论 张胜光制作,“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。,40,自然辩证法绪论 张胜光制作,他是“元素说”的信奉者。他认为组成世界万物的本原只有空气和水，这两种元素谁也不能够转变为另一个、每种元素也不能还原为更简单的状态。为此他做了许多实验，其中旨在证明水变木的著名“柳树实验”就是一个。,41,自然辩证法绪论 张胜光制作,柳树实验,他找了一个大瓦盆，装上已经干燥过的土,200,磅，栽上,5,磅重的柳树苗。为避免掉进其它物，用有孔的铁板盖起来；为避免加进杂质，每日用雨水或蒸馏水浇之，为避免由于落叶失重，他每年将落叶搜集起来计算重量。五年之后，树苗已长成树，重,170,磅，而后再将土干燥称之，和原有的,200,磅相比，只差,2,英两。所以，他得出结论，,165,磅的木头、树皮和树根都是由水产生的。,42,自然辩证法绪论 张胜光制作,“所有的植物都只由水生出”的结论应该说只对了一半，因为新鲜的柳木中确实含有大约百分之五十的水。另一半之所以错了，在于他没有成功地考虑二氧化碳的作用。十八世纪克普利斯特列等人在对空气的研究中，发现了绿色植物可使被污染了的空气恢复新鲜，接着塞纳比埃证实了绿色植物在光的作用下可把二氧化职变为氧。其实，赫尔蒙本人也认为空气是组成万物的元素之一，也不止一次地说过，他是一个空气“发明家”，并是是第一个认识二氧化碳的人，还用了一个特别的名称来称呼它。可见，空气也是木的要素这一点，他在设计实验时因考虑不周而被忽略了。,43,自然辩证法绪论 张胜光制作,“水变土”的实验,范,.,赫尔蒙是水和气元素说的提出者和宣传者，特别坚信水能构成世界万物之源。于是他做了如下实验：用清洁的容器装上干净的水在火上长时间的煮，在水中出现了泥状的沉淀物。经分析这和泥土一样。于是他自信地宣布这是水变土的有力证据。再经过一系列实验，得出了“水是形成世界万物的基本元素”的结论。,44,自然辩证法绪论 张胜光制作,拉瓦锡的重复实验,大约二百年后，拉瓦锡再次做了这个实验。不过他不是简单重复。他用一个特制的称过重量的蒸馏瓶，装上定量的蒸过八次的蒸馏水，然后加热，使其保持在不致沸腾的高温中达一百零一天。加热过程中水底逐渐析出一种白色固体，其量与时俱增。在此情况下，他将整个容器冷却并称重，发现总重量并没改变。,45,自然辩证法绪论 张胜光制作,将水倒出后，烘干并称量蒸馏瓶得知其重量减少了许多，再将白色沉淀物干燥称重，只有少许，远不及蒸馏瓶失去的重量多。因此他又将原来瓶中的水蒸发，复得许多沉淀物，原有的白色粉末和蒸发后的遗留物的总重与蒸馏瓶的失重差不多相等。所以拉瓦锡得出结论：所谓“土”是从玻璃容器上溶解下来的，而不是由水中来的。后来舍勒又作了这种“土”的定性分析实也进一步证实了“土”来自玻璃器皿。,46,自然辩证法绪论 张胜光制作,在实验中赫尔蒙和拉瓦锡采取了很不一样的态度，前者采取的是单因素分析，仅从可能造成实验结果的一方面考虑；而后者却从多方面分析，既考虑到水的作用，又注重了容器的影响，甚至还考虑到其中可能有的化学反应。由于他们分析的范围不同，所以也导致了实验的方式有所不同。前者基本是定性实验，没有严格的定量考虑。而拉瓦锡却采取了较为严格的定量方式。由于他采取了全面分析实验的态度所以得到了科学的结论。,47,自然辩证法绪论 张胜光制作,实验设计至为重要,实验前，较为周密的设计是必需的，这是关系到实验成败或是否少走弯路的重要步骤。周密的实验设计应包括确立进行实验的理论基础，以便在实验中不断得到正确指导；也包括对实验仪器效用的了解，以便在实验后能正确地考虑其结果，还包括对各种可能出现的偶然情况的估计，以便在随机情况出现时能及时加以排除。这些都是与实验结果密切相关的。赫尔蒙的这一教训值得吸取。,48,自然辩证法绪论 张胜光制作,尼科尔的实验风格,其实许多伟大的科学家都是十分注重这一重要步骤的。美国细菌学家律泽在谈到细苗学家尼科尔时就说过：“尼科尔属于那种在判定实验方案之前周密考虑，精心构思，从而获得成功的人。”因为实验设计在整个实验中有着重要的作用，所以生物学家贝,费歇尔于一九三五年写了,实验的设计,，在这一专著中详尽地讨论了这些问题。,49,自然辩证法绪论 张胜光制作,17,杂交水稻的成功依赖于实验,无论是杂交水稻三系法还是两系法，都是通过大量的实验才能获得成功的。特别是两系法控制温度的实验，设计之妙，办法之土，效果之好，都令人叫绝。,50,自然辩证法绪论 张胜光制作,两系法的提出,袁隆平对杂交水稻育种的战略设想，分为三个战略发展阶段：即三系法品种单间杂和优势利用；二系法亚种间杂种优势利用；水稻育种更高层次的发展是通过生物技术利用远缘杂种优势。,51,自然辩证法绪论 张胜光制作,两系法的成功,二系法因发现了光敏核不育特性，在夏季长日光和秋季短日光下分别表现为雄性不育和雄性可育，可用来制种和自身繁殖，养活了工作量，降低了生产成本，而且优质、高产、高抗，是一大进步。而一系法不再需要年年制种，种子优势没有变异，更是一个由繁而简，由低级向高级进步的过程。,52,自然辩证法绪论 张胜光制作,18,、热之唯动说的提出,热质说支配着,18,世纪后期的热学。它能成功地解释热量守恒定律，还能解释与比热和潜热概念相关的实验事实。但它也有一个弱点，即人们不能肯定热质是否也像所有其他物质一样拥有质量。,53,自然辩证法绪论 张胜光制作,18,世纪快要结束的时候，一个美国出生的英国物理学家对热质说提出了挑战。他就是本杰明,汤姆逊，后人常称他为伦福德伯爵。,(17531814,）,54,自然辩证法绪论 张胜光制作,1798,年，伦福德在幕尼黑一家兵工厂监督大炮钻孔工作。一个偶然的机会，他发现，被加工的黄铜炮身在短时间内得到了相当多的热量，而被刀具刮削下来的金属屑的温度更高，超过了水的沸点。这个现象显然不是伦福德最先发现的，但他却是最先将之与热质说联系起来考察的人。,55,自然辩证法绪论 张胜光制作,按照热质说这些生发出来的热量来自物质内部包含的热质，可是，从青铜中跑出来的热质太多了，全部加起来甚至可以将它本身熔化。这就说明这么多的热量并不像热质说所设想的那样以热质的形式由它自身包含着。热质说是成问题的。,56,自然辩证法绪论 张胜光制作,伦福德进一步的观察还发现，如果刀具很钝，不能切削出屑末，按照热质说，它就不会有热量流出，可事实上它依然有大量的热量流出，而且看起来只要不停地钻，热量就可以源源不绝地流出来。这个现象是热质说无论如何也不能解释的。,57,自然辩证法绪论 张胜光制作,伦福德的看法引起了戴维,(1778,1829),的兴趣。这位未来的大化学家当时还只有,21,岁，但已表现出杰出的实验才能。他精心设计了一个更有说服力的实验来证实伦福德的观点。,58,自然辩证法绪论 张胜光制作,在一个绝热装置里，他让两块冰相互摩擦，结果两块冰都融化了。当时的人们认可了他的实验，并认为该实验是对伦福德实验的进一步深化。,59,自然辩证法绪论 张胜光制作,上述每一步骤都不可或缺，但实验的构思与设计是整个实验成败的关键。在科学史上巧夺天工的实验不可胜数。如俄国巴甫洛夫的条件反射实验，法国巴斯德的接种疫苗实验，美国迈克尔逊一莫雷的以太风实验，美国富兰克林的雷电实验等，都以奇特的构思，独到的设计带来了科学的伟大创新。,科学实验虽然是在经验层次上取得科学事实的重要方法，但理论活动在实验的全过程中始终占据了主导地位，因此有理由说，理论与实践的统一，是实验活动的基本特征。,60,自然辩证法绪论 张胜光制作,19,科学实验在科学研究中的作用,科学实验在科学认识活动中占有极其重要的地位，其认识功能主要表现在可以提供丰富可靠的科学事实，从而成为科学理论发展的重要源泉、动力和检验科学知识的真理性标准。这是因为，从实验的结构看，它把主体和客体、实践和理论辩证沟通，熔于一炉；从特点看，它是人为地控制和变革实验对象的实践活动，使人的主观能动性得以充分发挥；从发展进程看，系统的实验方法是科学认识活动发展到一定阶段即近代形成的，它一经从物质生产实践中分化出来，便以专门从事创造精神财富的特殊实践活动推动了科学的繁荣。,61,自然辩证法绪论 张胜光制作,科学实验在科学认识活动中的作用具体表现在以下几个方面：,科学实验,可以简化和纯化研究对象,，即根据研究的目的选出和突出主要因素，舍弃和排除次要、偶然因素，使需要的属性或关系在简化、纯粹的形态下暴露出来，以形成准确认识。,科学实验可以,强化和激化研究对象,，即根据研究的需要可以人为地创造特殊条件，改变事物存在的状态，甚至将其推向极端状态，以便显示其规律。,62,自然辩证法绪论 张胜光制作,科学实验可以,再现和重演自然过程,，即通过人为的控制，对于昙花一现、时过境迁、规模大、周期长的事物和现象，使其再现、重演，缩小其规模，减短其周期，以达省时省力、经济快速地认识的目的。,实验方法不仅在科学研究认识自然中有巨大的作用，在技术发明和技术创新中更是大显身手。但是，它们常常被称为“试验方法”，更强调其实用性。,63,自然辩证法绪论 张胜光制作,第三节 观察和实验中的认识论问题,1,、,关于“科学事实”,2,、,关于观察与理论的关系,3,、,关于观察的客观性问题,1,、关于“科学事实”,科学事实是指对观察和实验获得的客观存在的事件、现象和过程的真实反映和描述。,现实生活中通常使用着两种“事实”的概念：,一是,“客观事实”，,系指被观察到和记录的客观的事件、现象和过程。它是仪器与观察对象相互作用的结果的表征，既与客体的本性有关，也与认识条件,(,如仪器的性能,),有关。“客观事实”虽然就存在形式而言不同于本体论意义上的客体，但就内容说源于客观，是客观事件的反映，因而具有“第一性”的意义。,65,自然辩证法绪论 张胜光制作,二是,“经验事实”，,系指对观察到的客观事件、现象和过程，用语言加以描述，并作出经验陈述或观察报告的真实判断。因其多了一层描述、陈述和判断，将人的知识背景、概念系统带入其中，因而不可避免地渗进主观因素甚至虚假事实的描述。所谓“科学事实”，正是指经验陈述的事实。因此，为保证作为科学研究基础的事实的真实性，必须对“事实”反复验证，这正是强调重复观察、多次实验必要性之所在。,66,自然辩证法绪论 张胜光制作,一般说来，科学事实应满足如下条件：,科学事实应该是个别存在的陈述。这是因为认识事物总是始于个别，作为主体延长的仪器只能与具体事件发生相互作用。强调科学事实的个别性，不仅为认识秩序所要求，更突出科学事实应主要来自感性物质活动，而非来自理性抽象活动。,67,自然辩证法绪论 张胜光制作,科学事实应该可复核、可重现。这是因为客观事物在绝对运动中具有质的相对稳定性，它是事物可被重复认识的根据，强调科学事实的可重复性，为排除错觉和假象，消除对事实描述和判断中可能出现的谬误所必需。,科学事实应该准确、真实和系统。科学事实不等于客观事件本身，但应尽量符合、贴近客观事物的“本来面目”。同时，客观事物存在于过程中，过程的连续性要求事实材料的系统性和全面性。,68,自然辩证法绪论 张胜光制作,2,、关于观察与理论的关系,观察与理论的关系问题历史悠远，与唯理论和经验论的思维传统及其长久争论息息相关。,目前学界公认，唯理论传统始于柏拉图,(,公元前,427,年一公元前,347,年,),，后演变为理性主义，在方法论上视科学为公理演绎系统，以笛卡儿、康德、黑格尔为代表；,69,自然辩证法绪论 张胜光制作,经验论传统始于亚里士多德,(,公元前,384,年公元前,322,年,),，后演变为实证主义，在方法论上视科学为观察归纳系统，以培根、洛克、孔德等,(,第一代,),和马赫、罗素、卡尔纳普等,(,第二代,),为代表。,70,自然辩证法绪论 张胜光制作,而当现代西方科学哲学家们试图将观察述语和理论述语区分开，试图驱逐形而上学，为哲学和科学划界时却碰到了障碍，于是以“观察渗透着理论”,(,汉森,),和“数学是拟经验的”,(,拉卡托斯,),两个命题为代表，击碎了归纳万能和演绎万能的神话。前者强调了理性，揭示了经验论的局限性；后者强调了数学的经验基础，揭示了唯理论的局限性。二者一起，推动了唯理论和经验论统一的趋势，也为科学认识论从追求知识的绝对性、纯客观性、精确性向追求知识的相对性、概率统计性、有主体因素介入的客观性认识取向的转变产生了深刻影响。,71,自然辩证法绪论 张胜光制作,“观察渗透着理论”含义为：在观察的感性活动中有理性的东西渗入其中。例如，观察什么、怎样观察、为什么观察，就是理性问题，至于观察的目的性、计划性、组织性及对观察结果的分析处理等更是理性思维的问题。观察不仅是接收信息的过程，同时也是加工信息的过程，对信息的挑选和加工，与人的知识背景密切相关，它为“格式塔转换”理论所证明。,72,自然辩证法绪论 张胜光制作,“观察渗透着理论”还因为观察陈述是用科学语言表述的，而科学语言总与特定的科学理论联系着，当使用语言时，理论的框架和概念系统是必不可少的。观察与理论密不可分，理论在观察中起着“定向”作用，对外界信息起着“加工改造”作用，“是理论决定我们能够观察到的东西”，“只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象”。,73,自然辩证法绪论 张胜光制作,观察与理论的密切联系说明，观察虽属感性活动，但却为理性所支配，这就是科学观察为什么是一种才能和艺术的道理之所在。深层次地说，观察本身就是主客体关系问题，在间接观察中，更有仪器与客体的相互作用带来观察结果的客观性问题，这都是认识论需要回答的问题。,74,自然辩证法绪论 张胜光制作,思考题,“观察渗透着理论”还因为观察陈述是用科学语言表述的，而科学语言总与特定的科学理论联系着，当使用语言时，理论的框架和概念系统是必不可少的。观察与理论密不可分，理论在观察中起着“定向”作用，对外界信息起着“加工改造”作用，“是理论决定我们能够观察到的东西”，“只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象”。,75,自然辩证法绪论 张胜光制作,3,、关于观察的客观性问题,科学事实是对客观事物的真实反映，因而毋庸置疑地具有客观性。问题是究竟怎样理解科学事实的客观性。客观性与事物的“本来面目”是什么关系，事物有没有“本来面目”，存在不存在与主体活动无关的纯粹客观性。,如果说“有”和“存在”，那末如何解释在观察实验活动中主体因素的“介入”和仪器对客体的“干扰”；如果说“没有”和“不存在”，那么又如何理解认识的客观性和客观真理，这是深刻而尖锐的认识论问题。,76,自然辩证法绪论 张胜光制作,关于观察的客观性争论已久；争论主要围绕两个问题进行：,一是如何看待仪器的功能，,二是如何理解“观察渗透着理论”。,77,自然辩证法绪论 张胜光制作,关于仪器功能的争论始于量子力学的“测不准原理”。鉴于微观客体波粒二象性的本质，客体状态的变化是跃变性的，观察实验无法描绘准确定域的客体和运动轨迹，无法表述为由单值决定的过程，不能同时测定粒子的位置和速度；又因粒子之微，仪器与粒子因相互作用对粒子的“干扰和“变形”成为不可忽视的因素，因而使常规的观察和实验得不到预期结果。,78,自然辩证法绪论 张胜光制作,鉴于上述特点和原因，一些科学家和哲学家便作出如下推论：微观客体与主体是不可分的；客体是主体借助仪器制造出来的；离开主体的微观客体是不存在的，等等。这就重复了,19,世纪初，在所谓物理学危机中出现的“物质消失了”、“唯物主义被驳倒了”的混乱情景。,79,自然辩证法绪论 张胜光制作,在怎样看待借助仪器得到的观察结果的客观性问题上，丹麦物理学家玻尔,(1885,年,1962,年,),提出了著名的“互补性原理”，认为：一类现象原则上只能用与之对应的一类仪器去观测，不同的仪器观测的结果是互补的。对此日本基本粒子物理学家坂,田昌一,(1911,年一,1970,年,),认为是符合对立统一规律的。事实并非如此，互补原理只是面对“波粒二象性”微观现象的一种无可奈何的权宜之计。下面的解释可能符合科学的实际。,80,自然辩证法绪论 张胜光制作,在观察和实验结构中，仪器对客体的作用是客观存在的。在宏观领域，仪器对客体的作用为观测精度的范围所允许，因之可以忽略不计。但这种“忽略”是以向形而上学和唯心主义的让步为代价的。因为否认了仪器与客体间的相互作用，就等于默认了客体的孤立存在。在微观领域，仪器对客体的作用明显，不能忽略，于是带来这样的问题：如不使用仪器便不能对微观现象进行观察；若使用仪器，观察的结果则受到仪器的“干扰”、“污染”，因而是变了形的东西，不再是粒子的“本来面目”。因仪器本身是理论的物化物，兼具主、客体双重职能，或曰认识论客体，因此主体因素通过仪器介入并影响了观察的结果。,81,自然辩证法绪论 张胜光制作,观察所得的结果内容是客观的。仪器作为主体感官的延长，虽然对被观测客体具有不可控制的“干扰”，致使观测结果与“客体原貌”存在差异，但信息的本源毕竟是由被观测对象提供的，因而是客观的。那种视“客体是主体借助仪器制造出来的”，视“观测结果是纯主观的产物”的观点是站不住脚的。,82,自然辩证法绪论 张胜光制作,宏微观领域各有不同的运动规律。在宏观领域，客体的粒子性和波动性是相对分立的因而可用单值决定论刻画和描述；而在微观领域，客体的本质是波粒二象性统一，单值决定论失效于微观、沿袭单值决定观的“互补原理”，必然导致波粒二象性统,一本质的割裂。,83,自然辩证法绪论 张胜光制作,综上所述，正确观察获取的事实是客观的，但因仪器对观察对象的“变形”，人们认识的客体不再是“事物的原貌”，因而事实的客观性也不再是“纯粹的客观性”，而是与主体活动相关的或曰受到仪器“污染”的客观性。现代科学成果尤其是自组织理论成果证明，改变以往追求知识的纯客观性、精确性和单值决定性为有主体“介入”的客观性、概率统计性和多值统计决定性，已成为认识取向的大趋势。,84,自然辩证法绪论 张胜光制作,3,、观察实验中的机遇,在科学实践过程中，由于意外事件导致科学上的新发现，称为机遇。它的最大特点就是意外性。,辩证唯物主义告诉我们，任何事物的发展过程，都是必然与偶然的辩证统一过程，是必然性通过偶然性为自己开辟道路的过程。而机遇产生的客观根据在于自然界本身就是偶然性和必然性的辩证统一。当偶然性出现时，如果能捕捉住它，并进一步揭示出其背后的必然性，就能作出科学发现。,85,自然辩证法绪论 张胜光制作,第四节 观察实验中的机遇,1,、,观察实验中的机遇,2,、,捕捉机遇的主观条件,机遇与直觉是有区别的，机遇多指属于观察实验领域中的意外发现，而直觉则属于思维领域的偶然顿悟。不是所有的人都能抓住机遇，“在观察实验中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”,87,自然辩证法绪论 张胜光制作,我们把各种各样形式的机遇，可以归纳为两大类：,(1),研究目标明确，但发现的场合和方式是意外的。（如硫化橡胶的发明）,(2),研究目标是寻找这种现象，结果却意外地发现了另一种现象。（如,X,射线的发现）,88,自然辩证法绪论 张胜光制作,机遇在科学研究中的作用,(1),机遇能够为新知识的增长提供重要线索，由此开辟新的研究领域，从而成为新理论的先导。,例如，弗莱明偶然发现青霉素，导致药物化学理论的产生和发展；巴斯德偶然发明了免疫法，导致医学免疫学理论的产生和发展；伦琴和伯克勒尔偶然发现放射现象，导致原子核物理学理论的产生和发展。,89,自然辩证法绪论 张胜光制作,青霉素的发现,英国圣玛利学院的细菌学家亚历山大,弗莱明一九二八年开始研究葡萄球菌，观察在不同条件下各种葡萄球菌的生长状况。有一次，他发现在一只培养球菌的碟子色原来生长得很好的葡萄球菌忽然消失了。这一偶然现象引起了弗莱明的深思。这是什么原因呢？他经过仔细观察后发现，原来是一些偶然落到培养基上的青霉菌在葡萄球菌的培养碟内生长起来了。碟内葡萄球菌的消失，说明青霉菌具有杀死葡萄球菌的能力。这正是弗莱明所期待已久的。,90,自然辩证法绪论 张胜光制作,青霉素的发现,他从青霉菌中提炼出了一小瓶透明的液体，并将这种液体滴到长满葡萄球菌的培养碟内。几小时后，培养碟内的