第五讲科学发现与辩护.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,为什么我眼睛看到的会有错呢？,一、科学发现的方法,观察,眼见为实又怎样理解呢？,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,案例：,Michael Polanyi,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（,Ignaz Semmelweis,）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,1844,1845,1846,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：自然分娩造成的伤害大于粗暴检查造成的伤,害；第二妇产区助产士以同样方式检查但无,同样的病情效果；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,I,I,被,H,所蕴涵，,I,是假说,H,的检验蕴涵,图式：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 若,H,为真，则,I,为真。,(,证据表明,)I,为真。,H,是真的,分析：第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：认为光在水中的速度要大于空气中的速度与事实不符；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,实验有哪些程序？,对你来说，你认为实验中应该注意什么？,（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,实验者对实验仪器原理的了解程度；,对仪器操作的技能，操作的熟练程度；,还取决于实验者的观察能力、思维能力；,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：,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。,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。,