第四节 科学技术活动的方法
一、科学实践的方法
科学实践的基本方法有科学观察、科学实验和科学仪器的运用。其中涉及观察、实验与理论的辩证关系，涉及科学研究主体、科学工具与研究对象，以及与研究环境的复杂关系。 1、科学观察
A．科学观察是人们有目的、有计划地感知和描述处于自然状态下的客观事物、获取感性材料的基本手段。
B．科学观察的基本特点：它是一种有理性目标的感性活动；它是一种有目的、有计划的活动；它是对于自然状态下客体的感知过程，它不干预自然状态下的研究对象。 C．观察及其结构
a）按国际上权威的韦氏辞典的解释，观察一词作动词时其意义为“受引导地、仔细地、分析地专注于察看与感知” b）“观察”往往强调二点：
一是看的动作，即用人的感官特别是眼睛去感知；
二是看的动作带有目的性或者说这一动作是受到预先设定和控制的。 c）观察的结构：感觉、关注和知觉
d）观察的工具：望远镜、显微镜和千分仪等。其功能是延伸目力所及距离，拓展目力分辨能力。
D．观察方法的类型及其特点 a）观察方法：
人们在一定理论思维指导下，通过感或借助科学仪器，在自然发生的条件下有目的、有计划地感知研究对象，从而获得科学事实的一种研究方法。 b）观察方法的类型： 直接观察－－用感觉器官 间接观察－－借助科学仪器
注：应用领域和适用性：天文学、地理学、气象学、动植物分类、社会科学领域等。 E．观察的基本原则 a）客观性
要求观察者按研究对象的本来面目去观察它和反映它。
首先要避免把某种假定或预想凝固化、僵化；其次要注意排除假象和错觉的干扰。 b）全面性
要求在观察中，尽可能地观察研究对象的各个方面、各种因素、各种关系和各种规定，力求获得丰富而完整的科学事实，客观地反映事物的全貌。 c）典型性
注意选择具有代表性的对象和干扰比较小的观察环境时非常必要的。 F．观察方法的作用和局限性 a）形成科研选题的重要途径
青年船医迈尔，通过观察发现了船员的血液颜色在赤道附近比在北欧时更鲜红，确立了有关能量守恒和转化定律方面的科研选题；印度科学家拉曼通过对海水呈现深蓝色的观察与研究中，才确立了有关光的折射这一选题；现代仿生学众多科研课题，是通过运用观察方法来确定的。
b）是建立科学假说的先决条件
一般来说，天文学、地学、气象学、动植物学等学科不可能从事精确的实验研究，故这些学科的知识大都以假说的形式建立起来的，而这些科学家假说得以建立的先决条件就是观察。魏格尔大陆漂移学说；竺可祯《中国近五千年气候变迁的初步研究》一书；德国刻普勒没有第谷的观察，无法提出行星运动三定律。 c）是验证科学认识真理性的基本手段
英国物理学家爱丁顿的日食观测。1916年，爱因斯坦提出广义相对论学说，根据这一学说，他预言光线在引力场中将会发生弯曲效应。天文计算表明，1919年5月29日将发生全食，此时，金牛座中的毕宿星团刚好在太阳附近，若天气好，至少可拍摄13颗亮星。爱丁顿抓住了这个机会，就在该年5月，组织了一个探险队，奔赴非洲普林西比岛，利用日全食来测定星光的弯曲效应。结果，所测得的恒星偏离角度值（1.61 + 0.30s），恰好与爱因斯坦预言值（1.7s）相符，从而验证了广义相对论的正确性。一夜间爱因斯坦变成了举世周知的最著名的伟大科学家了。
局限性：观察范围、精确度、速度 2、科学实验 A. 科学实验
是科学研究者依据一定的科研目的，用一定的物质手段。（科学仪器和设备），在人为控制或变革客观事物的条件获得科学事实的基本方法。科学实验中既有观察的内容与任务，也有介入自然对象的可控实践任务。它不仅提供观察资料，它为理论的发展提供基础和导引。实验是科学介入世界的重要手段和工具。 B. 科学实验的特性
科学实验可以纯化和简化观察对象；强化对象及其条件；具有可重复性；可以模拟研究对象的属性及其变化过程；可以较为经济可靠的认识和变革被带入实验室的“自然对象”。 实验方法 C. 实验方法
是实验者根据科研选题规定的目的，运用一定的物质手段（科学仪器、设备等），在人为地变革、控制或模拟客观事实的条件下去获取科学事实（也包括验证科学假说、科学理论）的
一种研究方法。与观察方法比较：
a）更能发挥人的主观能动性。其最大特点是在变革自然中认识自然。
巴甫洛夫形象比喻；“实验好像把各种现象拿在自己的手中，并时而把这一现象，时而把那一现象纳入实验的进程，从而在认为简化的组合中确定现象间的真实联系。换句话说，观察是搜集自然现象所提供的东西，而实验则是从自然现象中提取他所愿望的东西。 b）更能获得大量、精确和可靠的科学事实，更能深刻地揭示事物的本质和规律。 D. 实验方法的特点和作用
a） 纯化和简化研究对象（减法实验）：与隔离有关
伽利略设计了精密的斜面实验，观察到了在自然状态条件下所观察不到的现象，从而发现了自由落体定律；美国在空间实验室中进行锑化铟圆柱体的融化凝固实验，获得成功，得到了几乎没有晶格却显得非常均匀的单晶体。 b）强化和激化研究对象（加法实验）
自然界的大多数事物往往处于某种稳定的常规状态。超高温、超低温、超高压、超强磁场、超纯度、超导电等极端条件，有助于研究对象的变化过程向指定的方向实现。如，人类在漫长的历史时期中只知道物质有固、液、气三态，但在创造了超高温极端条件下，发现还有一种“等离子体”状态；而当超高压达到一定程度时，又会出现“超密态”。1911年荷兰物理学家卡曼林昂尼斯首先发现汞在超低温4.173K以下时失去电阻，后来又发现许多物体也都具有这种超导性，从而开创了今天的“超导热”研究局面。 c）再现和重演自然过程（过程模拟实验，乘法实验）
1953年米勒所进行的关于地球上生命起源的实验，他把发生于数十亿年前生命起源的漫长历程，仅用几天时间在限于小小的剥离容器之中，供人们观察和研究；
为了研究地球气象变化，中国科学院大气物理研究所进行的大气环流模拟实验，可以将由地面垂直向上的几万米的整个大气层的运动，在实验室里再现出来，大气环流模拟的转台，每半分钟左右转一圈，就能模拟一天的气候变化，三个小时可以模拟一年的气候变化。 d）替代物理过程和数学关系（结构模拟实验，乘法实验2）
科学研究过程中，处于安全原因或因耗资巨大（如水库、电力系统），往往很难直接进行实验。通常通过建立模型（指与原型有相似的物理过程或数学关系的样品，包括物理模型和数学模型）来模拟和替代物理过程或来反映其数学关系。如制造飞机、火箭、导弹、飞船等，必须掌握气流和飞行器之间的相互作用的各种数据，如果我们对制造的各种飞行器发射到空中进行实地实验测定，既费时又费钱，实际上又难以把握，甚至有危险，所以人们采用模拟大气流的“风洞实验”的方法来进行，这是结构模拟实验。 实验方法的作用
注：实验是检验在科学认识中得到理论原理真实性的标准，是证明科学知识的手段；
实验是获得新假说、新理论的直接来源，是发展科学知识的手段。
3、机遇在科学发现中的意义
在科学观察和科学实验中要注意机遇的作用。科学研究有许多意外发现。在科学研究中能够通过意外事件把握机会而导致科学上的新发现，称为机遇。把握机遇是一种科学研究的创造性能力。观察和实验中的机遇 p119
A.机遇：在观察和实验中，人们往往由于某种偶然的机会发现了出乎预料的未曾见过的意外现象，并由此导致了科学技术的新突破，这种意外的发现，被称为机遇。 B. 机遇的特点
a）意外型：研究目的是为了发现现象A，但却意外发现一种完全不同于A的现象B，而且B比A更有价值。
如，瑞士化学家雄班在厨房里利用纤维素作原料合成其他巨分子实验时，弄洒了一瓶硫酸和硝酸地混合物，他抓起妻子的棉围裙去擦，然后把它放到炉子上烤，不料围裙“噗”地一声着起火来，烧得干干净净，但是没有发生浓烟。受这一意外地启示，发明了威力巨大而又无烟地烈性炸药。
b）期望型：指结果是意料之中的事情，但发现这一现象的方式、时间或场合确是意外的。“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”.
如古德意尔橡胶硫化技术的发明，就是在实验过程中不小心把橡胶和硫磺的混合物掉在火炉上，出乎意料地发现这种混合物地良好性能。 c）线索型，观察提供了新问题的线索 弗莱明发现青霉素：
1928年的一天，弗莱明在他的一间简陋的实验室里研究导致人体发热的葡萄球菌。由于盖子没有盖好，他发觉培养细菌用的琼脂上附了一层青霉菌。这是从楼上的一位研究青霉菌的学者的窗口飘落进来的。使弗莱明感到惊讶的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽然不见了。这个偶然的发现深深吸引了他，他设法培养这种霉菌进行多次试验，证明青霉素可以在几小时内将葡萄球菌全部杀死。弗莱明据此发明了葡萄球菌的克星—青霉素 C.机遇产生的客观依据和认识论根源
a）客观根源：自然界本身是偶然性与必然性的对立统一。机遇表现为偶然性，但他背后却隐藏着自然规律的必然性。
b）认识论根源：来源于主体的目的性与客体的复杂性之间的矛盾。主观的东西，并不一定符合客观实际。 D.如何捕捉机遇？
a）法国化学家和微生物学奠基人巴斯德在讲述奥斯特偶然发现电的磁效应现象的生动故事时说：“在观察的领域里，机遇只偏爱那种有准备的头脑。” b）“有准备的头脑”良好的哲学素养； 具有敏锐的观察能力和识别能力；
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