科学观察与科学实验汇总PPT教学课件

2020/10/16
10
三、实验方法
• 历史上若干著名的实验： Michelson-Morley 实验 关于以太漂移的实验 Millikan油滴实验 测定电子的电荷 Hertz验证电磁波的实验 Miller模拟实验：原始大气—生物小分子 Recombinant DNA（H.Boyer and S. Cohen,
如果能给出某种新的实验检验，对于这一检验，
假说Ｈ１和Ｈ２分别作出相反的预言Ｅ和非Ｅ， 如果这一实验检验结果肯定了预测Ｅ（同时否
定了非Ｅ），那么就可以对两个相互竞争的实
验加以裁决：认为第一个假说Ｈ１得到了决定 性的支持或确认，而第二个假说Ｈ２也就被否 决了。
2020/10/16
15
• 例如1850年傅科实验肯定了光的波动说而否定 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 的预言一致，被认为是对广义相对论的验证。
• 模拟实验
实验手段
实验对象
实验者
实验工具
实验模型
2020/10/16
客观原型
13
2、分类
• 根据实验结果性质：定性实验，定量实 验，结构分析实验；
• 根据实验功能：析因实验，对照（双盲） 实验，判决实验。
2020/10/16
14
（3）判决性实验
• 假定关于同一个科学实验存在着两个（或更多） 相互竞争的科学理论或假说Ｈ1和Ｈ２，它们几 乎同样地经受住了以往的实验检验。这时候，
2020/10/16
7
1、定义
• 人们通过感官或借助科学仪器，有目的 的、有计划的感知处于自然状态下的对 象，以获取科学事实的一种研究方法。
2020/10/16
8
2、观察分类
直接观察：凭借感官直接进行的观察
• 感知范围极有限（可见光390~750纳米波，可闻 声20~20000赫兹频率）
• 精度低 • 观察速度受限：高速或低速变化人无法感知 • 感官错觉：温水实验
18
(1)简化和纯化研究对象
实验可以利用各种手段，把所研究的对象从复杂的联 系中分离出来，排除次要的、偶然的和附属的因素， 使事物现象的发展变化以简化的、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，建造了一个能灌 入1万吨纯水的大洞，以寻找质子衰变的闪光，从而验证了 三个相互作用的统一性假说。之所以如此，是为了排除宇宙 射线和水中其他杂质的干扰，使整个研究工作在纯粹状态下 进行。
1973） 克隆羊（1997年）
2020/10/16
11
1、定义
• 实验是人们根据一定的科研目的，利用 科学仪器设备，人为地控制或模拟自然 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 件下进行观察、研究的一种方法。
2020/10/16
12
2、实验的分类 • 直接实验
实验者
• 事实 ，对观察结果的陈述和判断
–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。
2020/10/16
4
• 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”。
• 从根本上讲，理论和假说的检验是一个历史过程， 并不是一次实验或观察就可以完成的。
2020/10/16
17
3、实验方法的作用
简化和纯化研究对象； 强化和激化研究对象； 再现、加速、延缓或模拟变化过程
– 居维叶：“观察者听命于自然界，而实验者则质 问自然界，并迫使自然界坦露她的奥秘”。
2020/10/16
• 但由于现代物理学的发展，特别是光电效应和 光子的发现，使人们对判决性实验的作用发生 怀疑。有人据此否认判决性实验的存在，如奎 因（更早有杜恒的预言）发现，科学一旦碰到 反例，就会通过调整理论系统的某一部分而保 留另外的部分。另外的学者坚持判决性实验的 存在，如吴健雄实验对宇宙守恒与不守恒的判 决性作用。
科学观察与科学实验
2020/10/16
1
内容提要
• 科学事实 • 科学观察 • 科学实验
2020/10/16
2来自百度文库
一、科学事实
• 科学事实是指通过观察与实验所获得的 经验事实，是经过科学整理和鉴定的确 实事实。
2020/10/16
3
１、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，这类经 验事实既与客体的本性有关，也与人所设置的认识 条件有关。同一客体在不同仪器上的显示是不同的。
• 黑体幅射、固体比热、光电效应——量子理论 • 贝纳德花样、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行评价 的基本手段。
• 假说和理论的有效性必须通过与科学事实相比较
2020/10/16
6
二、 观察方法
• 观察是一种获取科学事实的方法。
天文观察：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； 地理观察：如徐霞客（游记），极地探险； 生物观察：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 候变迁的初步研究》
间接观察：引入仪器
2020/10/16
9
3、观察方法的作用
1 为科学研究打下坚实的基础。通过观察“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、发展理论的重要手段。 如相 对论中的“光线弯曲”（1919年日食观察时 得到证实）；大爆炸理论中的哈勃红移（哈 勃已观察到）、3K背景辐射（BELL实验室的 科学家已观察到）、反物质（丁肇中阿尔法 粒子磁谱仪，在搜寻中）
– 可复核性
• 重复实验的压力可以排除错觉和假象，消除谬误
– 精确性
• 迈克尔逊—莫雷实验
– 可靠性
• 科学理论具有变动性，但科学事实尽可能精确、 稳定，如第谷的观测资料、加热氧化汞。
2020/10/16
5
• 3、科学事实在科学认识中的作用
– 科学事实是形成科学概念、科学定律和科学 原理，建立科学理论的基础。
2020/10/16
16
• 判决性实验的争论，表明观察和实验对理 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察和实验总是具 体的和确定的，它在支持一个假说的同时，又能 为证伪一个假说提供支持条件。
• 由于实验技术和相关的科学理论都在发展，已有 的实验结果可能被否定或作出新的解释，又由于 理论本身是有结构和相互联系的，因此很难判定 假说的哪一部分有错误。