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1、复 习 回 顾,科学认识形成的一般过程: 提出科学问题 获取科学事实 提出科学假说 形成科学理论,科学研究的基本环节,选题 获取科学事实整理科学事实 提出假说验证 建立理论体系,第六讲 获取科学事实,一、科学事实及其重要作用 二、观察方法 三、实验方法 四、观察和实验中的机遇,一、1 科学事实的概念(97页),科学事实是认识主体关于客观存在的、个别的事物(事件、现象、过程、关系等)的真实描述或判断,其逻辑形式是单称命题。,科学事实应满足如下条件,1、科学事实应是关于个别存在的陈述 2、科学事实应该可复核、可重现 3、科学事实应该比较精确、系统,科学事实与客观事实、感觉经验的关系,1.客观事实:
2、 特点:客观性 可观察性,即可以被人们的感观或借助仪器所观察、反映和认识。 2.感觉经验: 特点:可错性 3.科学事实: 特点:内容是客观的 形式是主观的,一、2 科学事实在科学认识过程中的作用,1、科学事实是形成科学概念和科学原理、建立科学理论的基础。 2、科学事实是确证和反驳假说和科学理论的基本手段。,获取科学事实的基本方法,观察与实验,二、观察方法,二、1 、观察的定义,人们在一定理论思维指导下,通过感官或借助科学仪器,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。,二、2、如何理解“观察”概念,1、理解“观察”概念时往往强调二点: 一是看的动作,即用人
3、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。 2、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。,二、3. 观察方法的类型及其特点,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 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。,二、4. 观察的基本原则,1) 客观性 按研究对象的本来面目去观察它和反映它。 避免把某种假定或预想凝固化、僵化;注意排除假象和错觉的干扰。 2) 全面性 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
4、映事物的全貌。 3 ) 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。,拉曼:观察海水颜色光的折射,凯利:观察鳟鱼流线型设计,二、5. 观察方法的作用,1) 是形成科研选题的重要途径 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。,竺可祯,坚持记日记38年不间断。记录当天的天气情况:阴晴、风向风力、花开花落、春去冬来等。 中国近五千年来气候变迁的初步研究,魏格纳与大陆漂移假说,二、5. 观察方法的作用,2 ) 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
5、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,而这些科学假说得以建立的先决条件就是观察。魏格纳大陆漂移学说;竺可祯中国近五千年气候变迁的初步研究一书。,二、6、观察渗透理论的主张,(1)理论决定我们能够观察到的东西 (2)纯粹的中性观察几乎不存在 (3)辩证唯物主义的立场: 观察是主观和客观的统一,三、实验方法,三、1、实验方法的定义,科学实验是根据一定的科学研究目的,运用一定的物质手段,包括科学仪器和设备,在人为控制或模拟自然事物或现象的条件下获得科学事实的方法。,三 、2、 实验方法较观察方法的优越性,1)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。 2)更能获得大量
6、、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。,三.3、 实验方法的特性,l 1) 纯化和简化研究对象(减法实验),伽利略的理想实验,2)可以强化研究对象(加法实验),荷兰物理学家昂尼斯首次发现在超低温条件下,汞失去电阻,并称其为“超导性”。,3) 可以使客体对象的属性及其变化过程 反复出现(过程模拟实验),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玻璃容器之中,供人们观察和研究。,4)可以模拟研究对象的运动过程,认识其性质(结构模拟实验),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
7、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。,三、3、实验方法的特性,1) 纯化和简化研究对象 2)强化和激化研究对象 3) 可以使客体对象的属性及其变化过程反复出现 4)可以模拟研究对象的运动过程,认识其性质,三、4、 实验方法的作用, 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。,四 、 观察和实验中的机遇,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。
8、,四、1. 机遇的特点-意外性、不可计划性。 雄班发明无烟烈性炸药的偶然性,1846年,雄班进行用硝酸和硫酸的混合液来处理纤维素的实验,目的是想用硝酸根取代葡萄糖中的氢氧根来改造纤维素。 意外发现硫酸和硝酸的混合液这种化合物的强大威力,从而发明了被称为“火药棉”的烈性炸药。,四、2、如何捕捉机遇,“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; 具有诚实的科学态度; 具有娴熟的理论分析能力和观察实验的实际经验。,德国化学家李比希,李比希概括出铁屑与柏林蓝的颜色的关系,改进了柏林蓝的制造工艺。,世界著名实验室介绍,卡文迪什(Henry Cavendish,17311810),
9、英国物理学家和化学家。英国皇家学会会员。法国科学院外国院士。毕生致力于科学研究,从事实验研究达50年之久,性格孤僻,很少与外界来往,终身未娶。 被称为“最富有的学者,最有学问的富翁”。,英国剑桥大学卡文迪什实验室,卡文迪什的后代亲属将财产捐赠剑桥大学于1871年建成实验室,该中心注重独立的、系统的、集团性的开拓性实验和理论探索,其中关键性设备都提倡自制。近百年来卡文迪什实验室培养出的诺贝尔奖金获得者已达26人。,卡文迪什实验室内景,荷兰莱顿大学的低温实验室,19世纪末20世纪初始,曾在低温实验的研究方面开展过一场世界性的角逐,在这场轰动的科坛竞赛中,处于领先地位的是位于荷兰一座小城的莱顿低温实
10、验室。其创始人卡麦林昂尼斯因制成液氦和发现超导现象于1913年获诺贝尔物理学奖。,美国贝尔实验室,原名贝尔电话实验室,成立于1925年。 其分部与研究院遍布世界个国家,拥有大约万名工程师和科学家。 年进入中国,在北京和上海设立了分支机构。 自成立以来,共获得了约万项专利,目前平均每个工作日产生项多专利。,欧洲核子研究中心,创立于1954年,是规模最大的一个国际性的实验组织。 位于日内瓦的西北部,在法国与瑞士边界的侏罗山脚下。 现已有26个成员国。经费由各成员国分摊。 来自包括中国在内的世界80多个国家的6000多名物理学家曾在此工作过。,强子对撞试验,当前盛行的宇宙学观点认为,宇宙起源于大约1
11、50亿年前一次大爆炸。 粒子高速对撞实验就是要实现让运行方向相反的两束高速质子束流在隧道内对撞,碰撞点释放相当于太阳中心10万倍的高温,还原出140亿年前宇宙大爆炸时的场景,从而揭示宇宙诞生的奥秘。,本 讲 重 点 问 题,1、现代科学研究获取科学事实的基本方法有哪些?,第七讲科学理论的创立 主要以进化论为例,一、科学假说科学理论的前身 二、科学假说向科学理论的转化 三、科学理论及其社会影响,一、科 学 假 说,1、形成科学假说的方法论原则 2、科学假说的构成要素 3、科学假说的意义,一、1、形成科学假说的方法论原则,(1)、系统性原则:一个动物各个器官之间有着密切的相互关系,由一个部分可以推
12、断另一个部分。 尖牙利齿 食肉动物 锋利的爪子 发达的咬肌 发达的颧骨弓,一、1、形成科学假说的方法论原则,(2)类比性原则:相似动物的各器官的结构和功能有类似之处。 居维叶识别“怪兽”,一、2、科学假说的构成要素,事实基础 背景理论 对现象本质的猜测 由猜测推演出的预言和预见,拉马克进化论的先驱,1、1801年,提出生物进化的思想。 2、进化机制:一是生物体内部固有的进化倾向,二是外部环境对进化的影响。,一、3、科学假说的意义,是通向科学理论的必要环节 是做出科学发现的重大法宝 提出并检验假说是科学活动的主旋律,居维叶生物学界的天才和独裁者,事实:不同地层中的生物化石显现出明显的不同。地层越
13、古老,化石越简单;地层越年轻,化石越复杂、越接近现存生物。 1825年,地球表面的革命:灾变说,赖尔的地质渐变思想,1828年,到意大利的西西里岛,考察了埃特纳火山。 1830年,地质学原理:地质形态在多种自然力作用下缓慢变化。,达尔文生物进化论的创立者,事实:物种变化 同一物种之间的差异也很大 疑问:上帝为了创造仅有微小差异的物种,要花去多少精力? 产生生物进化的思想,生物如何进化?,一、马尔萨斯的人口论:人类为争夺食物所导致的灾难性竞争 二、亲自饲养家鸽,观察其变异和选择过程 生物进化:自然选择、人工选择,华莱士进化论的另一位创立者,论变种无限地离开其原始模式的倾向 生物通过自然选择而进化
14、的思想,物种起源的发表,1859年,达尔文发表物种起源 人工培养下的进化现象 生物化石所呈现的生物进化现象 自然选择作用下的物种进化规律,二、科学假说向科学理论的转化,1、科学实践 2、判决性实验 3、科学争论,二、1、科学实践对科学假说的检验,如果有越来越多的事实与假说相符合,并且没有任何已知事实与之相矛盾,那就证明这个假说是客观规律的正确反映。,二、2、判决性实验,曾被视为科学假说是否转化为科学理论的重要判据。在对立的两个假说之间,设计一个或一组观测或实验来证实哪一个具备预见性或不具备预见性。,进化论招致的批评,一、来自宗教界 二、来自科学界 1、开尔文:地球年龄问题 2、詹金:新的小小变
15、异均会在与正常个体的交配中完全淹没,进化论引发的争论,1860年 牛津大学 赫胥黎 VS威尔伯福斯,达尔文主义的影响,1、赫胥黎人猿同祖 2、斯宾塞社会达尔文主义 3、马克思社会主义代替资本主义,赫胥黎最先提出人猿同祖论,1893年,进化论与伦理学 被严复译为天演论 “物竞天则,适者生存”,斯宾塞社会达尔文主义之父,人类社会也像自然界一样,存在着生存竞争。在竞争中,强者生存,弱者被淘汰。 只有这样,人类社会才能进步。,社会达尔文主义的危害,1、可能为灭绝种族的战争辩护 2、与人类的善良、同情、博爱等天性相悖 3、理论上不充分 人类社会中的“适者”反而有可能无暇生育或照顾后代,纳粹主义的基本理论主张,宣扬种族优秀论,认为“优等种族”有权奴役甚至消灭“劣等种族”; 强调一切领域的“领袖”原则,宣称“领袖”是国家整体意志的代表,国家权力应由其一人掌握; 鼓吹社会达尔文主义,力主以战争为手段夺取生存空间,建立世界霸权。,纳粹屠杀犹太人,20世纪美国的反进化论运动 斯科普斯案件,本 讲 重 点,1、试结合科学史的具体案例分析提出科学假说的方法论原则。,
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