类比法在科学研究中应用

1,第八課,科學中的類比法,2,活動1,每人獲發一張A4紙和兩個萬子夾。試摺疊紙張，以承載最多的書本（即在已摺疊的紙上放上書本）。,為何你會用這個方法摺紙（和任何科學概念或原理有關嗎）？,3,4,把紙卷成環狀,5,紙環就像柱一般（類比法例子）支撐重物 。,6,把紙卷成圓柱狀,7,圓柱狀紙卷就像柱一樣（類比法例子）支撐重物 。,8,活動2,很久以前，一名病人因病無法小便，其腹部越趨脹痛，使他極爲痛苦。醫師孫思邈（公元581至682年）為他診斷過後，認為是因為泌尿道堵塞。然而孫醫師未能即時想出治療之法，眼見病人危在旦夕，感到十分沮喪。,9,後來孫思邈見一名小男孩用烤熟的蔥管吹出音樂，便靈機一觸，想出拯救病人的方法！ 孫醫生的療法是甚麼？,活動2,10,蔥管的用途？,11,尿道和蔥管有何相似之處？,形狀？,特性功能？,12,一根蔥管有何用途？,筆,繩子,髮圈,飲管,鞋帶,藤籃,擴散性思考,類比法,13,後來孫思邈見一名小男孩用烤熟的蔥管吹出音樂。 他靈機一觸，想到可把一條管道插入病人的尿道（把管道的一端削成細而尖的形狀），然後用嘴把病人的尿液吸出來。 最後他用此法救回病人一命。,14,討論問題：,尿道和蔥管有何相似之處，孫醫生怎樣利用類比法找出療法？,15,類比法,若A和B具備若干相似的屬性，而A具備另一種特性W，我們則可以推斷B也具備W特性。類比法是從一項特定的事物推斷另一項特定事物的推論方法。,16,物件A和物件B均擁有屬性X1，X2，X3 而A具備W屬性； 因此B很可能亦具備W屬性。,類比法,17,A: X1，X2，X3，; W B: X1，X2，X3， 因此，B可能亦具備W屬性。,類比法,18,類比法、歸納法和演繹法在科學研究中的關係,一般,特性A （個別事實或意念）,特性B （個別事實或意念）,演繹法,歸納法,類比法,（參考文獻： 類比王溢然，張耀久(2001)）,19,活動3,以下為太陽系兩個星體 地球與火星的數據：,20,21,22,23,討論問題：,地球與火星有何相似的特徵？ 有生物存在是地球的獨有特徵。你有信心運用類比法證明火星上同樣有生物存在嗎？試解釋你的答案。,24,活動4 我們可將電力看成一種液體，例如水。水流模型協助我們了解電路及相關科學概念。 以下為一個類比法圖表及兩個電路圖：,類比法圖表,參考網頁（類比法模型）： /vawter/PhysicsNet/Topics/DC-Current/WaterFlowAnalog.html,25,任務 4,填充： 電線 ( ) 電勢( ) 電壓 （電勢差） ( ) 電流 ( ) 電阻 ( ),參考網頁（類比法模型）： /vawter/PhysicsNet/Topics/DCCurrent/WaterFlowAnalog.html,26,以水流模型解釋電路,27,2. 上述的水流模型有什麼問題？,我們可思考下列兩點：,若模型中的水管出現破洞，便會導致滲漏。然而，即使電線出現破洞，亦不會漏電。 模型中的水泵並不需要能量運作。,28,活動5,1. 試指出類比法對科學的貢獻。 2. 類比法有何局限性？,29,1. 指出類比法對科學的貢獻。,(a) 類比法促進科學新概念的發展。 由類比法推斷的結論正確與否，縱然要視乎或然率，但它仍然是建構新概念(尤其在概念或理論的發展初期)的重要方法。科學上許多重要的理論都是由類比法得出的假設開始，其後再獲實驗證據所支持。,30,然而，要取得較有力的類比論點，便要將透過類比法產生的新知識，跟已有的知識比較。利用類比法為兩項事物推論出來的屬性關係不一定正確，全取決於或然率。一般來說，兩者相似性的相關程度十分重要。 相似點數量亦有一定的影響。兩項事物擁有的相關及基本屬性越多，它們的類比關係便越強。 此外，若兩項事物的推斷屬性和類比屬性出現不一致的情況，則類比法推理的可信性較低。,31,(b) 類比法推動新發明的出現,類比在邏輯中的重要性在於它有助分散思維，提高創造力。不少發明便是由類比思維而生。例如人們發現蝙蝠能在黑暗中飛行自如，不會與障礙物發生碰撞。後來，雷達的發明便是從蝙蝠的聲波偵測系統類比而來。,32,33,34,(c)類比法為模型實驗奠定邏輯基礎,類比法被廣泛應用於模擬實驗中，而模擬實驗是科學研究中一個重要過程。例如科學家和工程師經常利用風洞來研究飛機。,35,風洞,鳴謝：美國太空總署,36,2. 類比法有何局限性？,類比法有助解釋科學概念，但亦會產生誤解。類比法有時可協助我們理解部份科學過程，卻難以應用在整個過程上。 類比法所得結論的可靠性，需按實驗證據而定。,37,補充活動：,試找出由類比法而生的科學發現或發明例子。,38,貝爾（Alexander Graham Bell）運用類比法發明電話，靈感來自人類的耳朵結構。. 科學家嘗試利用線來代表圍繞著條形磁鐵的磁力線。 傳說阿基米德（Archimedes，公元前287至212年）應用類比法及其浮力理論，成功揭發一宗詐騙赫農王(Hieron II)西拉庫斯（Syracuse）的案件。,試找出由類比法而生的科學發現或發明例子。,39,2. 挑戰問題,根據在2008年6月4日發表的一篇新聞稿，一位頂尖的香港大學微生物家袁國勇教授發現一個方法有助提高老鼠感染H5N1病毒後的存活率。 在研究中，老鼠先被注入比足以致命的劑量超出1000倍的H5N1病毒。48個小時後，研究人員為其中一組老鼠注入抗病毒藥物，zanamivir；並為另一組注入抗病毒藥物zanamivir和兩種不含類固醇的抗炎藥物celecoxib 和mesalazine。研究發現，感染足以致命的H5N1禽流感病毒的老鼠，其存活率由13.3%（單是使用zanamivir）上升至53.3%（上升四倍）。 醫學界日後將臨床試驗三種藥物，以研究它們對感染H5N1的人類是否有效。,40,討論問題：,臨床試驗的類比推論是甚麼？ 試評論臨床試驗的成功率。,41,老鼠與人類有不少相似之處。 受H5N1感染的老鼠在接受新療法（雞尾酒療法）後的存活率提高。 受H5N1感染的人類在接受新療法（雞尾酒療