观察方法和实验方法.ppt

第三章 观察方法和实验方法,本章将重点介绍观察、实验方法的特点、基本类型、在科研中的作用，以及在运用观察、实验方法时应遵循的一些原则，实验方法的一般程序，观察和实验中的机遇等问题。 第一节 科学观察方法 所谓科学观察方法，是指人们通过感官或借助于仪器，有目的、有计划地感知和描述研究对象，从而获取科学事实的一种科研方法。,一、观察方法的特点 1. 它是一种感性认识活动 2. 它具有目的性、计划性。 3. 观察与实验不同，观察所考察的研究对象处于自然状态，不施加人工干预。 4. 观察是一种多种感官同时参与的活动。 二、观察方法的基本类型 1. 根据观察的手段和方法不同，可划分为直接观察和间接观察。 （1）直接观察。即凭借人的感官直接感知研究对象，而不借助于仪器。,其优点是：运用方便、最少干扰，比使用仪器更具有直接的现实性。 其缺点是：对于高难度的研究对象，在一定条件下要受到感官能力的限制。 （2）间接观察。也叫仪器观察。即人们借助于仪器或其它技术手段间接地从外部获取感性材料的一种方法。 其优点是：延长了人类的感官，扩大了感知的范围和种类，提高了观察的精确度和反应能力，使人们对于自然界的认识能力得到了很大的提高。,其缺点是：由于仪器本身的复杂性和干扰性，易带来一些认识上的错觉和误会。 2. 根据观察的性质和内容，又可分为质的观察和量的观察。 质的观察，亦称性质观察。即考察事物具有或不具有某种属性和特征以及它与其它事物是否具有何种性质联系的一种观察方法。 量的观察，即对研究对象的某些性质和特征进行数量描述和测定的一种观察方法。,三、观察方法在科研中的作用 1. 它是收集科学事实，形成科学认识的基础。 2. 它是检验假说和理论的重要标准。 四、运用观察方法必须遵循的原则 1. 客观性原则。 这一原则要求观察者必须客观的、实事求是地反映所观察到的事实，既不能随意增减观察到的事实，又不能臆造一些不存在的事实。,影响观察客观性的干扰因素大致有以下几个方面： （1）事物的非本质现象混淆了事物的本质现象。 （2）环境对观察的影响。不同的观察环境会对观察结果产生一定的影响。 （3）观察者的角度不同，会产生不同的观察结果。 （4）受观察者生理或心理因素的影响。 （5）观察渗透理论。所谓观察渗透理论是指在观察中掺杂着理性因素的影响。也就是说在观察研究对象过程中观察者会受到原有理论、知识、经验的影响以及对所使用的仪器原理的认识程度的影响。,受观察渗透理论的影响，一般可以从以下三方面去理解： （1）受先入之见的影响。 所谓“先入之见”是指人们在从事观察活动之前就已在头脑中形成了关于对观察对象的某种认识或期望。 （2）受观察者原有理论、知识、经验的影响。 （3）观察仪器中蕴含着理性知识。,2. 全面性原则。 所谓全面性原则是指：在观察研究对象时，从空间上讲，要观察事物的各个方面、各个部分、各个层次；从时间上讲，要观察事物发展变化的各个阶段以及它的全过程；同时，要观察事物内部各要素之间以及该事物与外界其它事物的联系。 3. 典型性原则 所谓典型性是指在选择观察对象时要注意选择那些能够集中反映一类事物的共性，其自然现象表现的过程较纯粹、最少干扰、最易于观察的事物作为观察对象。 4. 同时在观察中还要注意细心原则。,第二节 科学实验方法 所谓实验方法是指人们根据课题确定的目的和需要，通过仪器和设备，人为地变革、控制或模拟研究对象，在有利的条件下，获取科学事实，探索研究对象的本质和规律的研究方法。 一、实验方法的特点和基本类型 （一）实验方法的特点 1. 实验方法源于观察，又高于观察。 2. 实验方法源于生产，但高于生产。,（二）实验方法的基本类型 1. 定性实验。这是确定研究对象是否具有某种属性；事物之间是否具有某种联系以及物质的定性组成的实验。 2. 定量实验。这是测定事物某些属性、某些因素的量的规定性或某些属性或因素之间的数量关系的实验。 3. 结构分析实验。即主要研究事物内部空间构成的实验。 4. 析因实验。即已知结果而去寻找产生这一结果的原因的实验。 5. 探索性实验。即富有冒险精神，勇于揭示自然界的奥秘的实验。例如：海洋探索、月球、火星等太空探索。,6. 对照实验也称比较实验。这是通过设立对照组和试验组，确定两组事物之间的异同，以揭示研究对象具有某种属性或产生于某种原因的实验。 其中对照组是作为比较的标准，试验组是作为研究的对象。 对照实验最基本的要求是：对照组和实验组仅在需比较的单个因素方面有差异外，其余比较项目则应基本相同或相似，否则，就会失去意义。 7. 验证性实验。这是为检验某个假说或某种新理论是否成立而设计的实验。 8. 模拟实验。即通过设计与原型相似的模型，利用模型来间接研究原型，然后再将结果类推推到原型上去的实验。,模拟实验主要适用于那些规模庞大无法操作（飞机、船舶、三峡工程）或过程复杂、难以追踪（生命起源、天体的演化、生物遗传等）、或不便于直接作用于研究对象（医学上的人体实验等）的事物。 它与上述7种实验相比是一种间接实验。其最大的特点是：模型要与原型在结构功能上或数学形式上具有相似性。 根据原型与模型相似的关系，我们又可将模拟实验分为物理模拟和数学模拟。,（1）物理模拟，是指模型与原型的物理过程相似，即结构或功能相似。 （2）数学模拟，是指原型与模型在数学形式上相似。例如：电流在电路中的传导与热传导规律在数学形式上具有相似性。 电流传导关系式：I= V 热传导关系式：Q=Cm T 在这两个不同的物理变化过程中，公式中相对应的每一个参数或变量的物理意义是彼此相似的。,1 R,I 电流强度（电流量） Q热量（热流量） 1/R导电本领（电导） Cm表示某物质吸热 或放热的本领 V表示电压，即电位差 T表示温差 二、实验方法在科研中的作用 1. 纯化和简化自然现象。 2. 强化或弱化自然现象。 3. 加速或延缓自然过程。 4. 再现自然现象。,三、实验方法的一般程序 （一）实验的构思与设计 1. 实验目的确定。 2. 确立实验原理。 3. 选择实验材料。 4. 选择或研制适用的仪器设备。 要求仪器设备性能好、精确度高、 分辨能力强、便于操作、最少干扰。,5、选择实验类型： 实验方法有多种类型（8种），而每种类型的实验都有与之相适应的逻辑思维方法。 对照实验比较方法 模拟实验类比方法 析因实验分析方法 定量实验数学方法 定性实验分析、归纳、演绎方法等。 6、确定对有关实验条件的控制,（二）实验的实施。 在这一阶段，主要取决于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； （三）对实验结果、数据的处理 1、对实验数据的处理。主要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。,2、对于一些系统误差和随机误差，可运用理论思维和数学工具加以分析处理，以作出准确的判断。 3、对于实验结果的处理（现象、过程、事实等），可采用文字综合描述的方法。文字描述一定要实事求是、恰当分析、不要把判断推理的成份带进去。 （四）对结果的理论分析 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。,第三节 观察与实验中的机遇 一、机遇的特点和类型 1、什么叫机遇？ 所谓机遇是指人们在进行观察与实验的过程中，由于偶然的事件或机会，意外地发现了新的现象，并由此导致科学技术上的新发现和新突破。这种意外的发现，通常称之为机遇。,2、机遇的特点：（我们通过几个科学实例来看机遇的特点） 机遇最显著的特点就是他的意外性、偶然性：意外性是指事物出现在人们事先不曾预料到、不在计划之中； 偶然性是指事物由于受某一偶然的、随机因素的激发，而导致新发现。 3、机遇的类型： 根据机遇的意外程度，我们可将机遇划分为完全意外的机遇和部分意外的机遇。a. 完全意外的机遇是指观察实验的目的是为了发现A，但却发现了B；,b.部分意外的机遇是指观察实验的目的是为了发现A，结果也现发A，但发现A的方式和场合却是意外之外，并非按原来的研究方案达到目的；. 根据机遇所发现的内容不同，我们还可以看出：有的机遇是发现新物质；有