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第五讲科学发现与辩护科学发现的方法—观察科学的辩护和确证科学观察和实验中的机遇一、科学发现的方法—观察一、科学发现的方法—观察（一）对观察的理解1.观察的含义科学观察是人们通过感觉器官或借助科学仪器有目的、有计划地考察研究客体从而获取科学事实的方法。科学事实与客观事实、经验事实的区分2.观察的特点它是一种感性认识活动它具有计划性、目的性其研究对象处于自然状态一、科学发现的方法—观察3.观察（眼睛）的生理特性人类眼睛最重要的组成部分：晶体和视网膜来自被观察物的光线，通过居间媒介从客体到达晶体晶体通过折射这些光线，从而在视网膜上的一个焦点成像，视网膜就像一个屏幕。视网膜上的视神经把光信息通过中枢神经传给大脑皮层大脑对这些信息的记录，形成了人类的观看过程。（二）科学观察的原则1.客观性原则：这一原则要求我们要如实反映研究对象，既不能夸大，也不能缩小，更不能臆造一些不存在的事实。一、科学发现的方法—观察信息信息信息坚持客观性原则应注意：事物的非本质现象混淆了事物的本质现象环境对观察的影响观察的角度不同错觉对观察的影响观察渗透理论（观察者原有经验知识、观察仪器、观察结果的理论解释等）案例：MichaelPolanyi描述医学生观察X光的变化过程医学生参与X光照片对肺病的诊断过程一开始，只看到X光照片上心脏和肋骨以及它们之间少许蛛状斑，并听到放射科医师用专业术语的讲解，但迷惑不解；几星期后，再观察一些全新的不同病例照片，萌生一种尚不确定的理解；渐渐地，他忘记肋骨而看到肺；最终，一幅内容丰富、饱含了重要细节的全景图就会展现在他面前：生理变异、病理变化、疤痕、慢性传染病以及急性病的症候等等。虽然，他仍然可能只是看到专家们看到的一部分，但那些照片和对它们的评论确实变得有意义了。注意：科学只是从单纯的事实中推导出来的吗？看不仅仅是与眼球的相遇，看伴随着知识。人必须通过学习才能成为一个合格的科学观察者。2.全面性原则：此原则要求在时空两个角度全面地观察把握对象的各种属性、规定以及它们之间的联系，以获得广泛而有联系的、完整而又系统的可靠材料，如实地反映客观事物的全貌。比德尔3.典型性原则：此原则要求选择典型的、有代表性的观察对象和条件，避免次要因素的干扰，从而使获得的观察资料更可靠。具体指典型对象和典型环境。自花授粉、杂种可育、性状明显繁殖周期短、性状明显、四对染色体结构简单—只有一个细胞、每个性状由单个基因控制、可进行有性无性繁殖、实物简单摩尔根孟德尔4.细心性原则：此原则要求在观察时应认真、细心，观察别人所没有注意的细节，以做出新发现。案例：闵可夫斯基与糖尿病的发现在于注重细节伽伐尼成为电生理学之父也在于注重细节二、科学的辩护和确证案例在1844年—1848年间，匈牙利医生塞美尔怀斯（IgnazSemmelweis）发现在他工作的医院里第一妇产区的很多产妇患上产褥热，其中在1844年3157个母亲中的260人或8.2%死于这种疾病；而1845年死亡率6.8%；1846年死亡率11.4%。但在同一医院的第二妇产区，同样年份里死亡率是2.3%、2.0%、2.7%。针对此种情况，塞美尔怀斯对当时关于此种病因的假说一一进行试验，其过程如下：死亡率对比年份产区184418451846第一产区8.2%6.8%11.4%第二产区2.3%2.0%2.7%二、科学的辩护和确证第一种假说：假说:瘟疫感染引起产褥热试验：一种真正的瘟疫对地区无选择性，而产褥热只发生在第一病区，第二病区能幸免吗？结论：产褥热不是瘟疫引起的二、科学的辩护和确证第二种假说假说：过分拥挤导致产褥热试验：事实上第二病区也拥挤，第二病区产褥热很低结论：拥挤不是导致产褥热的原因二、科学的辩护和确证第三种假说假说：医科学生对产妇的粗暴检查伤害导致产褥热试验：①自然分娩造成的伤害大于粗暴检查造成的伤害；②第二妇产区助产士以同样方式检查但无同样的病情效果；③当医科学生数目减少后，对妇女检查减到最小量，死亡率短期下降后，上升到比以前更高的程度。结论：医科学生对产妇的粗暴检查伤害不是导致产褥热的原因二、科学的辩护和确证第四种假说假说：教士对临终产妇的关怀因长时间的摇铃声引起心理恐惧导致死亡率很高试验：说服教士绕道走而不摇铃，死亡率并没有下降结论：教士对临终产妇的关怀因长时间的摇铃声不是导致死亡率很高的原因二、科学的辩护和确证第五种假说假说:仰卧分娩是导致死亡率较高的原因试验：在第一妇产区采用像第二妇产区一样的侧卧分娩结论：死亡率仍然较高二、科学的辩护和确证意外事故给塞美尔怀斯提供了解决这个问题的决定性线索塞美尔怀斯的一个同事在进行尸体解剖时被手术刀刺伤，在经历痛苦病痛之后死亡；而其症状与产褥热症状相同，实践中他的同事和医科学生都是从尸体解剖房直接进入病房，洗手很简单，常保留尸体腐败气味二、科学的辩护和确证假说：塞美尔怀斯此时认为手术刀上的“尸体物质”是导致死亡的原因试验：让所有对产妇检查的医生和医科学生于检查前在漂白粉溶液中洗手结论：产褥热死亡率迅速下降进一步确证其结论：第二病区助产士没有进行解剖尸体的工作；街上生孩子的产妇死亡率也低。但后来又有新发现：来自活机体的腐败物质也能导致产褥热二、科学的辩护和确证（一）检验假说的步骤如果假说H为真，则在特定环境下，就有一定的可观察事件发生（I），即如果H,则II被H所蕴涵，I是假说H的检验蕴涵图式：①若H为真，则I为真。但（证据表明）I不真H不真二、科学的辩护和确证图式②若H为真，则I为真。(证据表明)I为真。H是真的分析：第①个图式是一个演绎推理，否定后件，必然否定前件，此推理有效第②个图式也是一个演绎推理，但肯后件并不能肯定前件，此推理无效因此：由假说推出的检验蕴涵为真这个事实并不能证明这个假说真，即使许多蕴涵被证明为真，这个可以仍然为假。二、科学的辩护和确证总结：无论有多少检验有利的结果，都不能为一个假说提供结论性的证明但就检验蕴涵所及的范围而言，这个假说已经得到证明，虽然没有提供一个完全的证明，但至少提供了某种特别的确证另外，一个否定后件就必然否定前件的演绎推理也应考虑验证中的复杂情况二、科学的辩护和确证（二）判决性实验案例：光本性认识历程光的微粒学说代表人物—牛顿；内容—微粒从光源飞出来，在真空或均匀物质内由于惯性而作匀速直线运动，可以说明光的直线传播和光的反射现象；困难：①认为光在水中的速度要大于空气中的速度与事实不符；②不能解释光的干涉、衍射现象。光的波动学说代表人物—惠更斯内容—认为光是在介质中传播的一种波动。利用波动说能说明折射、干涉现象困难：但由于当时对光的波长不太了解，很难解释衍射现象案例：光本性认识历程案例：光本性认识历程1801年,英国物理学家托马斯杨进行了著名的杨氏双缝干涉实验,在实验中观察到了光的干涉现象,并第一次测量了光的波长。1804年,菲涅耳用一束光照射到开有小孔的不透光的遮光板上,在遮光板之后的毛玻璃屏上,看见了除中央为亮的亮斑,周围是明、暗相间的圆环,成功地实现了光的衍射。1850年,傅科又从实验中证明光在水中的速度小于空气中的速度，仅仅是空气中速度的3/4。波动说最后以无可辩驳的事实彻底否定了微粒说,在十九世纪中叶形成了波动光学的体系。杨氏双缝实验光的单缝衍射实验托马斯•杨：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是百无一失的．我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威也许有时阻碍了科学的进步．”爱因斯坦：“光——同时又是波，又是粒子，是连续的，又是不连续的．自然界喜欢矛盾……”光电效应对波动说的冲击爱因斯坦提出光的波粒二象性学说：对于时间的平均值，光表现为波动；对于时间的瞬间值，光表现为粒子性结论：判决性实验对科学的确证并非具有一劳永逸的判决作用案例：光本性认识历程（三）实验的一般程序1.实验的构思与设计确定实验原理选择实验材料选择或研制适用的实验仪器选择实验类型确定对有关实验条件的控制2.实验的实施①实验者对实验仪器原理的了解程度；②对仪器操作的技能，操作的熟练程度；③还取决于实验者的观察能力、思维能力；④同时也取决于实验者对观察到的多种现象、过程、事实和数据的记录和描述的准确程度3.实验结果的分析处理首先对误差范围作出判断，避免把不属于误差的差异遗漏对结果、数据的处理还包括对大量偶然性因素的统计、分析，以便揭示出规律性对实验结果描述应具客观性方法：运用数理统计或建立数学模型的方法，根据实验的需要可把数据描绘成坐标曲线、表格、图形等形式，或者用数学式表达出来，以寻找研究对象发展、变化、运动的规律。也可以以文字形式描述。4.对实验结果的理论分析：①如果实验得出来的结果与原有理论没有矛盾，而且与本实验开始时，所提出的任务、目的（同标值）相吻合，相一致，则这一实验就基本完成，对实验的结果就可以进行思维加工，提出假说并再次验证，最终升为理论。②如果实验的结果与原有理论相矛盾，或者与目标值不一致，就要寻找矛盾的原因：一般来说，a.要么是原有理论是错误的；b.要么是实验原理的错误；c.要么是仪器的误差所造成；d.要么是数据结果记录的错误；e.要么就是方法不当或者选择的实验对象有问题。总之是什么原因引起的矛盾，应具体实验具体分析，直至发现问题，另行确定课题，设计实验，得到验证为止。注意：实验是一个整体，结果未预期产生应慎重对待。三、观察、实验中的机遇（一）机遇的概念、特点和作用1.概念：是指人们在观察、实验过程中，由于某一偶然的事件或机会，意外的发现了新现象，并由此导致科学上的新发现或新突破。2.特点：意外性、偶然性、导致新的发现。3.作用：对科技的发展会产生特殊的意义，往往会由此开拓出新的科技领域，甚至引起一场科技革命。（二）机遇产生的根源1.客观原因：客观世界中的一切事物的变化发展过程都是必然性与偶然性的统一。机遇的产生从形式上来说是偶然性的表现，从根源上来说又是以必然性为基础的，具体来说就是事物客观存在的内在本质。2.认识论原因：主观和客观的矛盾。（三）捕捉机遇的条件1.有准备的头脑2.敏锐的观察力（留心意外之事）3.科学的判断力4.有意识的利用机遇（增加机遇的出现率、注意线索、解释线索、胆识等）弗莱明：“千万、千万不要忽视非同寻常的现象或事件。也许它只是一桩虚假警报，一无用处。但是，从另一方面说，它也可能是命运向你提供的导致重大进展的线索”。他还说，“头脑的准备不足，就看不见伸向您的机会之手”贝尔纳：机遇只偏爱有准备的头脑。第一场辩论正方：第14组辩题：人类将毁于科技组员：组长：白飞龙粘权鑫王欢欢耿文倩郑晓磊连晓燕反方：第1组辩题：人类将不会毁于科技组员：组长：李飞皓张丝铭王施珂周湘连王亚吕江彦第二场辩论正方：第11组辩题：人类将毁于科技组员：组长：郭帅张伟麟王峰李超刘天源徐孟健反方：第4组辩题：人类将不会毁于科技组员：组长：王丰东席雷张锋王恒帅李庆宝高斌第一场辩论正方：第1组辩题：实现生态文明应坚持人类中心主义组员：组长：马文兵魏苗王锦张玮张丽琴闫岩赵亚南郑小维张璐谢允东反方：第4组辩题：实现生态文明应坚持生态中心主义组员：组长：南逸平赵丽丽薛润青马玥马雪雪李玥璐田甜聂小荣曹情雯第二场辩论正方：第10组辩题：实现生态文明应坚持人类中心主义组员：组长：谢颖颖常露元白晓芳王华杜江新闫航王哲赵真真赵钰孔晶反方：第13组辩题：实现生态文明应坚持生态中心主义组员：组长：李渊博苗润晨李鹏王辉周延岩李青赵君杰陈伟卢腾唐亚楠