復(fù)件科學(xué)事實(shí)及其獲取.ppt

科學(xué)事實(shí)及其獲取方法,劉典恩,2,科學(xué)事實(shí) 科學(xué)觀察 科學(xué)實(shí)驗(yàn) 觀察和實(shí)驗(yàn)中的幾個認(rèn)識論問題,3,第一節(jié) 科學(xué)事實(shí),概念 科學(xué)事實(shí)的規(guī)定 科學(xué)事實(shí)的作用,4,一、概念,事情的真相；事情的確實(shí)存在。 在科學(xué)認(rèn)識活動中，常常在下述兩種意義上使用事實(shí)概念。 首先，把客觀實(shí)在的現(xiàn)象、事件、事物本身稱作事實(shí)。 其次，人們還在認(rèn)識論的意義上來使用事實(shí)概念。科學(xué)文獻(xiàn)上的事實(shí)多具有這種含義。 事實(shí)概念主要含義 客觀事實(shí) ；經(jīng)驗(yàn)事實(shí)；科學(xué)事實(shí),5,客觀事實(shí)：時空中客觀存在的事件、現(xiàn)象和過程，是尚未進(jìn)入科學(xué)研究領(lǐng)域，與科學(xué)勞動者的認(rèn)識活動沒有發(fā)生聯(lián)系的客觀事物、事件和現(xiàn)象，因此，它是純客觀的，它不包含人的主觀認(rèn)識因素。例如月球上的山谷、木星等。它是本體意義上的科學(xué)事實(shí)，與哲學(xué)上的“客觀實(shí)在”同義。,6,經(jīng)驗(yàn)事實(shí)：對觀察到的客觀事件、現(xiàn)象和過程所做出的陳述或判斷。它是認(rèn)識論意義上的科學(xué)事實(shí)，是客觀實(shí)在在經(jīng)驗(yàn)層次上的反映。 科學(xué)事實(shí)是指進(jìn)入科學(xué)研究的領(lǐng)域之內(nèi)，與科學(xué)勞動者的認(rèn)識活動發(fā)生關(guān)聯(lián)的事實(shí)。,7,科學(xué)事實(shí)是科學(xué)認(rèn)識的最初成果，它同客觀事實(shí)既有密切聯(lián)系，又有重大區(qū)別。從客觀事實(shí)到科學(xué)事實(shí)必須經(jīng)過一個轉(zhuǎn)化過程。這個轉(zhuǎn)化過程，對科學(xué)認(rèn)識的主體科學(xué)勞動者來說，就是獲取科學(xué)事實(shí)的過程。 科學(xué)事實(shí)是科學(xué)認(rèn)識形成的基礎(chǔ)，但它本身還不是科學(xué)，科學(xué)是由科學(xué)概念、科學(xué)定律、科學(xué)理論等構(gòu)造起來的大廈，科學(xué)事實(shí)只是建構(gòu)科學(xué)大廈的地基和原料。,8,首先，科學(xué)事實(shí)作為客觀事實(shí)的反映，雖然具有不依賴主觀意識的客觀實(shí)在性，但是，對于科學(xué)事實(shí)的客觀性，要作認(rèn)真的分析。 其次，在科學(xué)認(rèn)識活動中，同一事件是從不同的關(guān)系上被考察的，因而科學(xué)事實(shí)也是認(rèn)識的一種形式。 第三，收集事實(shí)的最終目是建立能解釋事實(shí)并預(yù)見新事實(shí)的理論,因而事實(shí)必須可靠。,為什么在客觀事實(shí)的概念之外，還要引進(jìn)科學(xué)事實(shí)的概念呢?,9,科學(xué)事實(shí)是否符合客觀事實(shí)，一個事實(shí)判斷在理論上是否正確，這兩種情況下的真理性，都意味著陳述應(yīng)與實(shí)際情況一致。作為理論或理論思維的產(chǎn)物，科學(xué)事實(shí)最終還需要科學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)。,10,科學(xué)事實(shí)是指通過觀察和實(shí)驗(yàn)所獲得的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，是經(jīng)過科學(xué)整理和鑒定的確定事實(shí)。 經(jīng)驗(yàn)事實(shí)一般可分為兩類： 1、指客體與儀器相互作用結(jié)果的表征，如觀測儀器上所記錄和顯示的數(shù)字、圖像等； 2、指對觀察實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果的陳述和判斷。,二、科學(xué)事實(shí)的規(guī)定,11,科學(xué)事實(shí)的特征和條件,它描述的對象是獨(dú)立于人的意識之外，并被觀察到的客觀存在的事件、現(xiàn)象和過程。 它具有可重復(fù)性、精確性。 科學(xué)事實(shí)是個別存在的陳述。 科學(xué)事實(shí)可復(fù)核、重現(xiàn)。 科學(xué)事實(shí)應(yīng)該比較精確和系統(tǒng)。,12,科學(xué)事實(shí)是個別存在陳述,“鈾具有放射性”、“水分子由二個氫原子和一個氧原子構(gòu)成”等等均是科學(xué)事實(shí)，而“所有微觀客體都具有波粒二象性”、“整個宇宙都在膨脹著”等等之類的普遍陳述，則不看成科學(xué)事實(shí)，而看成對科學(xué)事實(shí)加工提煉之后的理論論斷。強(qiáng)調(diào)科學(xué)事實(shí)的個別性，是為了突出它主要來自感性物質(zhì)活動，而不是主要來自理性抽象活動（雖然對科學(xué)事實(shí)的記述也免不了抽象）。,13,水分子模型,14,科學(xué)事實(shí)可復(fù)核、重現(xiàn),/粒子的存在是在布洛克海文加速器和斯坦福的對撞機(jī)上首先發(fā)現(xiàn)的，后又經(jīng)其它加速器如西歐核子研究中心的復(fù)核重現(xiàn)才成為公認(rèn)的科學(xué)事實(shí)。如果一個事實(shí)根本無法復(fù)核并重現(xiàn)，那就無法成為科學(xué)事實(shí)。 強(qiáng)調(diào)科學(xué)事實(shí)的重復(fù)性，是為了盡可能排除錯覺和假象，消除對事實(shí)描述和判斷中可能存在的謬誤。,15,斯坦福直線加速器中心,16,科學(xué)事實(shí)應(yīng)該比較精確和系統(tǒng),麥克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)，其直接目的是判定電以太是否存在，但是考慮到諸如地勢、地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)等因素對測量的影響，要得出精確的結(jié)果就需要在高山、低谷、白天、黑夜、夏季、冬季分別進(jìn)行，從系統(tǒng)化的經(jīng)驗(yàn)材料中確立起一個精確的科學(xué)事實(shí)。,17,麥克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn),邁克耳遜-莫雷實(shí)驗(yàn)， 動搖了經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。,18,在實(shí)驗(yàn)裝置中。由光源S發(fā)出的光線，遇到半透鏡A以后，一部分光線透射，另一部分反射。透射的光線經(jīng)過C鏡的反射后又回到A，其中一部分到達(dá)D。由A反射的光線經(jīng)過B鏡的反射后也回到A，其中一部分也到達(dá)D。如果地球沿著SC方向以速度v相對于以太運(yùn)動，則沿ACAD傳播的光與沿ABAD傳播的光所用的時間是不一樣的。,19,三、科學(xué)事實(shí)在科研中的作用,1. 科學(xué)事實(shí)是形成新概念、新理論的基礎(chǔ)。不論概念或理論是通過何種方式形成的，一定的事實(shí)基礎(chǔ)總不可少。即使是很抽象和很深奧的概念和理念，也是在一定事實(shí)基礎(chǔ)上提出的。 2 .科學(xué)事實(shí)是檢驗(yàn)科學(xué)假說和科學(xué)理論的基本手段。假說和理論的正確性和有效性主要是通過與科學(xué)事實(shí)相比照而進(jìn)行評價的。,20,第二節(jié) 科學(xué)觀察方法,科學(xué)觀察方法及其特點(diǎn) 科學(xué)觀察方法的類型 科學(xué)觀察方法的地位和作用 觀察方法有一定的局限性 科學(xué)觀察常用的方法 觀察方法的基本原則,21,觀察是指通過感覺器官在感受外部的各種刺激時，形成的對周圍事物的印象。 人們通過感覺器官感受外部的各種刺激，形成對周圍事物的印象，或者說，把外界的自然信息通過感官輸入到大腦，經(jīng)過大腦的處理，形成對外界的感知，就是觀察。 科學(xué)觀察是通過感覺器官或借助于科學(xué)儀器，有目的、有計(jì)劃地感知和描述客觀對象，以獲取科學(xué)事實(shí)的一種科學(xué)認(rèn)識方法。,一、科學(xué)觀察方法及其特點(diǎn),22,科學(xué)觀察雖然來源于日常觀察，但二者有本質(zhì)的區(qū)別。 日常觀察是人們在日常生活中對事物的觀察，目的是為了滿足生活的需要。人只要睜著眼睛，只要有光源，總是在看。日常觀察是有一定目的、注意力比較集中的“看”。 科學(xué)觀察的目的是為了求知，為了解題。日常觀察只用眼睛進(jìn)行，科學(xué)觀察則可能借用工具。,23,因?yàn)橛^察活動是一個主客體相互作用的過程，其中，觀察活動的主體性難免造成觀察結(jié)果的主觀性和片面性，所以，觀察的事實(shí)是易謬的。 觀察中的可錯性，主要表現(xiàn)在： 誤觀察與未觀察。均由科學(xué)觀察的局限性所致。,科學(xué)觀察的特點(diǎn) 具有可錯性,24,首先，科學(xué)觀察很少是直接通過感官就可進(jìn)行的，一般需憑借一定的輔助工具與手段，有時科學(xué)的觀察實(shí)驗(yàn)還只能限于在思想頭腦中的建構(gòu)（理想實(shí)驗(yàn)），即工具和觀察背景知識的差異所帶來的觀察結(jié)果的差異性。 其次，表現(xiàn)在科學(xué)觀察在微觀領(lǐng)域具有不完備的特點(diǎn)。 最后，還表現(xiàn)在人的認(rèn)識能力具有極限。,25,具有不確定性,不確定性表現(xiàn)在同一個人對同一物體進(jìn)行兩次“重復(fù)”的觀察，以及兩個人同時對同一物體進(jìn)行觀察，均會得到不完全一致甚至是截然相反的結(jié)果。觀察所獲得的結(jié)果要被“翻譯”和表達(dá)出來，這更是一個受到主觀因素“污染”的過程，這也造成了觀察結(jié)果的不確定性。 可見，個別事實(shí)和為單個主體所擁有的事實(shí)通常對科學(xué)的檢驗(yàn)沒有什么益處。,26,二、科學(xué)觀察的類型,直接觀察是直接通過感官考察客體的方法，它直觀、生動，但有很大局限性。 間接觀察是人們借助于一定的儀器，觀察客體的方法，它擴(kuò)大了感官觀察的范圍，能提供更準(zhǔn)確的觀察結(jié)果。 間接觀察分為兩種,27,1. 借助于工具觀察對象本身，如用顯微鏡觀察微生物，用望遠(yuǎn)鏡觀察天體。 2. 借助于工具觀察對象在一定的工具中所引起的變化，通過對這種變化的觀察來獲得關(guān)于觀察對象的感覺經(jīng)驗(yàn)，如粒子的運(yùn)動眼睛不可能直接觀察，我們就應(yīng)用云霧室，觀察粒子通過云霧室時所留下的痕跡，達(dá)到觀察粒子運(yùn)動的目的。,28,云霧室,29,實(shí)驗(yàn)觀察：科學(xué)認(rèn)識主體在做實(shí)驗(yàn)時，也要通過肉眼或借助儀器對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行觀察，這種觀察是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個環(huán)節(jié)。 純粹觀察：指不做實(shí)驗(yàn)的情況下的觀察。 這兩種觀察的區(qū)別在于，純粹觀察是不改變對象的情況下所進(jìn)行的觀察，實(shí)驗(yàn)觀察是對對象進(jìn)行操作干預(yù)情況下的觀察。 另外，按其性質(zhì)和內(nèi)容的不同，還可分為定性觀察和定量觀察；按其目的和要求的不同，它可分為實(shí)驗(yàn)室觀察和臨床觀察等。,30,三、科學(xué)觀察的地位和作用,地位 首先，科學(xué)觀察有助于研究課題的形成。 其次，探索性的觀察有助于科學(xué)假說的建立。 第三，觀察可以為檢驗(yàn)科學(xué)假說和科學(xué)理論提供事實(shí)根據(jù)。 作用 （1）科學(xué)觀察是科學(xué)認(rèn)識的源泉和基礎(chǔ)。 （2）科學(xué)觀察是檢驗(yàn)科學(xué)認(rèn)識的重要手段。 （3）科學(xué)觀察往往直接導(dǎo)致科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)，為科學(xué)開辟新的研究領(lǐng)域。,31,四、觀察方法有一定的局限性,首先，觀察只能使我們看到事物的現(xiàn)象，卻看不到事物的本質(zhì)。 其次，觀察有時無法區(qū)分真相與假象。 原因：,32,觀察的不全面 客觀事物都具有多方面的屬性，是一個“多面體”。在一定狀態(tài)下，事物的屬性只有幾個方面直接進(jìn)入我們的視野，所以要達(dá)到觀察的全面性，就必須進(jìn)行多方位、多視角的反復(fù)觀察。事物是個多層次的系統(tǒng)，有的層次在表面，而大多數(shù)層次則在表層的內(nèi)部，還有的則隱藏在事物結(jié)構(gòu)的深處，它們都不可能直接展現(xiàn)在我們的眼前。所以，恩格斯說：“單憑觀察所得到的經(jīng)驗(yàn)，是決不能充分證明必然性的。”,33,觀察者能力的限制,（1）頻度限制：可見光的波長為390750毫微米；觀察的最遠(yuǎn)距離為360億光年，最小為210-8厘米；人耳只能接受1620000赫茲的聲波。 （2）精度限制： （3）錯覺：原因有假象、感知錯覺、顛倒混亂的感受、主觀錯覺等。,34,謝潑德桌面,這兩個桌面的大小、形狀完全一樣。,35,瘋狂的螺帽,你知道直鋼棒是怎樣神奇地穿過這兩個看似乎成直角的螺帽孔的嗎？,36,（4）觀察者知識與經(jīng)驗(yàn)的滲透 同樣的外部刺激，在不同觀察者的大腦中，從不同的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)、知識背景上做信息加工，形成了不同的信息組合和聯(lián)系，就映現(xiàn)為不同的圖象，從而做出了不同的觀察陳述。如著名的視幻圖。 （5）感知渠道的限制 人的五種感知渠道（人眼的觀察以及耳、鼻、舌、身的感知）和感官數(shù)量，對于認(rèn)識客觀世界來說是否足夠。,37,視幻圖,長度與透視：線AB和線CD長度完全相等，雖然它們看起來相差很大。,38,五、科學(xué)觀察中常用的方法,有意觀察法：有意觀察就是針對所要了解的問題，進(jìn)行有的放矢的觀察，以便從中發(fā)現(xiàn)物證、找出規(guī)律。所以在進(jìn)行有意觀察時，我們必須注意重點(diǎn)。 長期觀察法：自然事物或現(xiàn)象的發(fā)展變化微妙曲折、周期長短不一。所以，只有堅(jiān)持長期觀察，才能得出有價值的資料。,39,細(xì)微觀察法：事物的變化有時是細(xì)微的和偶然的，而細(xì)微的變化中往往蘊(yùn)藏著質(zhì)的飛躍，偶然的變化中包含著必然性。所以，對偶然觀察到的奇怪現(xiàn)象也不能輕易放過。許多重要發(fā)現(xiàn)雖然常常在特定的條件下帶有偶然性，但在偶然性觀察中也會發(fā)現(xiàn)必然的規(guī)律。 精確觀察法：觀察貴在精確，既要注意事物狀態(tài)的變化，又要注意事物量的變化，這樣才能更有效地揭示物質(zhì)的變化規(guī)律。,40,歸納觀察法：反映物理現(xiàn)象、物理過程的本質(zhì)屬性，總結(jié)物理現(xiàn)象和物理過程的一般規(guī)律或研究變化因素較多的問題時，通常采用的是歸納觀察法，即通過對個別現(xiàn)象的分別觀察，得到一些個別的結(jié)論后，再歸納概括得出一般的規(guī)律。 對比觀察法：將兩個事物、現(xiàn)象進(jìn)行對比，或?qū)δ骋滑F(xiàn)象發(fā)生變化的前后情況進(jìn)行比較是人們認(rèn)識物理世界的重要方法。,41,六、科學(xué)觀察的基本原則,1、客觀性原則。（1）必須排除假象和錯覺造成的干擾；（2）必須排除先入之見的干擾；（3）必須要有詳細(xì)而確實(shí)的觀察記錄。 2、全面性原則。 3、辯證性原則。注意觀察的（1）條件性；（2）典型性；（3）機(jī)遇性。,42,第三節(jié) 科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法,科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法及其類型 實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)和作用 科學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn) 科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般程序 科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本要求,43,一、科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法及其類型,科學(xué)實(shí)驗(yàn)是根據(jù)研究目的，利用科學(xué)儀器等手段，人為地控制、模擬或變革研究對象，以獲取科學(xué)事實(shí)的一種研究方法。 科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本要素有實(shí)驗(yàn)者、實(shí)驗(yàn)手段和實(shí)驗(yàn)對象。 常見的科學(xué)實(shí)驗(yàn)有：定性實(shí)驗(yàn)、定量實(shí)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)、析因?qū)嶒?yàn)、對照實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)（理想實(shí)驗(yàn)）、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、中間實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、動物實(shí)驗(yàn)、人體實(shí)驗(yàn)等。,44,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的要點(diǎn),1.要根據(jù)對象的屬性確定對象的控制變量。 2.確定參量的測定方法。 3.要選擇適當(dāng)?shù)脑嚇?。這在各種實(shí)驗(yàn)中都十分重要。 4.盡可能進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。,45,二、實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)和作用,優(yōu)點(diǎn) 1、可以在理想狀態(tài)下研究自然。 2、可以人為地控制實(shí)驗(yàn)對象的變化。 3、可以制造一些特殊狀態(tài)，把對象放在這種狀態(tài)下來認(rèn)識。 作用 是檢驗(yàn)在科學(xué)認(rèn)識中得到的理論原理的手段。是發(fā)展科學(xué)知識的手段。,46,三、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn),（1）科學(xué)實(shí)驗(yàn)有純化和簡化自然現(xiàn)象的作用。 （2）科學(xué)實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)假說和理論的最重要手段。 （3）科學(xué)實(shí)驗(yàn)可通過模擬實(shí)驗(yàn)對自然過程進(jìn)行間接研究，有加速或延緩自然過程的作用。 （4）科學(xué)實(shí)驗(yàn)有強(qiáng)化和再現(xiàn)研究對象的作用。,47,四、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般程序,（1）實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思和設(shè)計(jì)。確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理，選擇實(shí)驗(yàn)材料，選擇或研制適用的儀器設(shè)備，選擇實(shí)驗(yàn)的類型等。 （2）實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。完成實(shí)驗(yàn)操作的各個環(huán)節(jié)，記錄所有的反應(yīng)、表現(xiàn)和數(shù)據(jù)。 （3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析整理。確定所獲得的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。 （4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理論解釋。,48,五、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本要求,（1）確定誤差范圍，區(qū)分系統(tǒng)誤差和偶然誤差，并加以適當(dāng)處理。 （2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果可重復(fù)。 （3）有理論思維作指導(dǎo)。 （4）遵循客觀性、全面性、辯證性、目的性等原則。,49,科學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)觀察一樣，都是科學(xué)認(rèn)識的基本活動。它們相互依存，觀察是實(shí)驗(yàn)的前提，實(shí)驗(yàn)是觀察的發(fā)展。 一般說來，實(shí)驗(yàn)方法比單純的觀察方法有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它能克服單純觀察的局限性。只有到了對自然的研究開始廣泛地運(yùn)用科學(xué)的觀察和實(shí)驗(yàn)手段的時候，自然科學(xué)才最終與神學(xué)、與自然哲學(xué)分道揚(yáng)鑣，成為真正的科學(xué)。,50,第四節(jié) 科學(xué)觀察和實(shí)驗(yàn)中的幾個認(rèn)識論問題,關(guān)于觀察與理論的關(guān)系 關(guān)于測量問題 關(guān)于觀察的客觀性 關(guān)于觀察與實(shí)驗(yàn)中的機(jī)遇,51,一、關(guān)于觀察與理論的關(guān)系,在觀察與理論的關(guān)系上，有兩種不同觀點(diǎn) 培根以來的歸納主義者倡導(dǎo)獨(dú)立于理論之外的純粹的觀察，并認(rèn)為只有經(jīng)過這種純粹的觀察才能進(jìn)入形成理論的階段；,52,而波普爾、漢森、庫恩等人則否認(rèn)有純粹的中性觀察存在，明確提出“觀察滲透理論”。從科學(xué)研究的實(shí)際進(jìn)程看，后一種觀點(diǎn)顯然是合理的。 愛因斯坦認(rèn)為，“是理論決定我們能夠觀察到的東西”，“只有理論，即只有關(guān)于自然規(guī)律的知識，才能使我們從感覺印象推論出基本現(xiàn)象?！泵恳淮斡^察總是離不開理論，即使是非常粗淺的理論。,53,這是因?yàn)?1、觀察不僅接收信息，同時也是加工信息的過程。理論在觀察中既起到“定向”作用，引導(dǎo)觀察者有選擇地接收外界信息，又起著“加工改造”作用，幫助觀察者理解觀察到的究竟是什么。 2、觀察陳述是用科學(xué)語言表述出來的（通過語言，來自客體的信息被編碼記載下來），而科學(xué)語言總與特定的科學(xué)理論聯(lián)系著。,54,科學(xué)實(shí)驗(yàn)通常由三個要素組成：實(shí)驗(yàn)者（主體），實(shí)驗(yàn)對象（客體）和測量系統(tǒng)，亦即根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)而選擇的儀器、測量手段等組成的系統(tǒng)（主體的延長）。 測量系統(tǒng)是主體的延伸，是主體與客體之間的中介，也有人認(rèn)為這是主體的一部分。,二、關(guān)于測量問題,55,測量的實(shí)質(zhì)是對事物即認(rèn)識對象的某些性質(zhì)做定量的比較性的研究。為了便于比較，常常采用一定的計(jì)量的基準(zhǔn)，如長度、時間、電荷單位的基準(zhǔn)等。 測量總是在主客體相互作用中進(jìn)行的。測量系統(tǒng)在與客體的相互作用中，對來自客體的信息進(jìn)行“編碼”，然后又將經(jīng)“編碼”后的信息傳遞給實(shí)驗(yàn)者。這就出現(xiàn)了一個重要的認(rèn)識論問題，即客觀事物的可知