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1、第十一讲观察方法与实验方法,教师科学素养课程组,2,本章目录,一、观察方法,（一）什么是观察方法（二）科学观察的类型和特点（三）科学观察的原则（四）科学观察的地位和作用,4,科学观察，是人们在科学认识中有目的、有意识地对事物和现象进行感知、描述和记载的方法。所以它是获取感性材料的一种活动。观察大都是在自然发生的条件下进行的。所谓自然发生的条件，就是说人们在观察时不干预自然现象，即使运用仪器，也可保证仪器不改变自然现象的基本形态和运动的原有进程。,（一）什么是观察方法,5,（二）科学观察的类型和特点,直接观察：感官直接作用于观察对象，有直观、生动的特点，但存在很大局限性。间接观察：借助仪器或技术
2、手段延长人的感官对事物进行感知和描述。但可能出现仪器的干扰。观察的特点：一切科学观察都有组织性、计划性和目的性。科学观察力求全面、系统，因而观察具有长期性、连续性。与实验相比，观察一般是在自然发生的条件下进行的，因此对研究对象一般不具有直接变革的作用,6,每个健全的人都可以观察事物，但不一定能进行科学观察活动。科学观察是一种专门的才能，需经系统训练才能获得。,7,（三）科学观察的基本原则,客观性原则辩证性原则全面性原则系统性原则,8,科学观察的客观性原则,感官的错觉，尤其是已有的偏见是造成观察谬误的根源。离开了客观事物本身，是主观的反映。所谓观察的客观性，列宁指出，不是实例，不是枝节之论，而是
3、自在之物本身。由此可见坚持观察的客观性是进行科学观察的一个重要原则。,9,主体在观察中的能动作用,尽管人们只能在大自然给他提供的那种形式下进行研究，但是，若否认主体在观察中的能动作用，是十分错误的。科学观察要求提出任务、作出假设并导出能与观察结果相比较的各种推论；还要组织观察的实施，选择和充实仪器装置，记录观察结果等等。不能认为观察者在自然现象面前纯粹是被动的。,10,排除生理原因造成的错觉,为了避免主观臆想代替科学事实，首先必须尽力排除可能来自两个方面的观察错误：首先，要排除由生理方面原因造成的错误。人们的感觉器官，不论是“眼、耳、鼻、舌身”中哪一个，都在一定的情况下有很大的局限性，因而产生
4、错误。为了避免各种生理上造成的观察错误，一方面是加强训练，可以避免一定的错觉。更重要的是靠科学仪器来延伸和完善自己的感官。,11,排除心理方面造成的错觉,在心理学史上有这样一个例子：在德国哥廷根的一次心理学会议上，突然从门外冲进一个人，后面还有另一个人紧跟着，手里拿着枪。两个人在会场中混战一场，最后响了一枪，又一起冲了出去。从进门到出去共20秒钟。大会主席立即发下调查表，请所有到会者填写他们目击的经过。这件事是预先安排、经过排演并全都录了像。当然，与会者并不知道这是一次测验。在交上来的40篇观察报告中，只有一篇在主要事实上错误少于20%，有14篇观察报告中的错误在20一40之间，在25篇中错误
5、超过了40。特别值得提的是，在半数以上的报中，10或更多的细节纯属臆造。所以科学观察要借助仪器坚持观察的客观性。,12,科学观察的辩证性原则,一切事物都因矛盾的推动处于流变之中。坚持观察的辩证性原则，就是要使认识符合客观事物本身的辩证法，不仅要看到事物的存在，同时也要看到事物的流变，力戒孤立、静止、凝固不变的形而上学观点。观察的辩证性还要求注意观察的时间、地点、条件和范围，不能把在特定条件下观察的结果随意延伸，应妥善处理典型性与随机性、特殊性与普遍性的辩证关系。,13,科学观察的全面性原则,自然事物都有自己的多种规定性，质的规定性往往隐藏在现象背后，有时更为假象所歪曲。科学观察既要对事物进行全
6、面系统的考察，为科学研究提供可靠材料，又要选择有代表性和典型性的现象进行观察，才能获得有用的材料。应该说，仅坚持观察的客观性原则，对于搞好观察是不够的，还必须坚持观察的全面性原则。,14,全面观察这一原则当然不排斥观察的典型性。为要准确地把握事物需要全面观察事物的现象，为要使研究成为可能，则需考虑观察对象的典型性。如果说坚持科学观察的客观性原则为我们区别真假现象提供了可能，那么坚持全面性原则为我们准确把握事物本质提供了可能。,15,科学观察的系统性原则,任何事物的发展，都是一个连续的过程，只有持之以恒不间断的观察，才能把握整个研究对象的变化过程，从而找出事物发展的规律性。观察的系统性是指对事物
7、的观察过程要求连续、完整，力戒随意间断。否则便不能对事物进行有效跟踪，不知转化的来龙去脉，更不能对昙花一现的重要现象及时捕捉。漏掉某个环节和现象，会给认识事物本质造成困难，甚至使观察资料失去应有的价值。,16,“知识汗水灵感机遇=成功”,这是袁隆平告诉别人他成功的秘诀，并且还讲了一个故事：“从1953年到1966年，我在农校一边教课，一边做育种研究，每年都去农田选种。从野外选出表现优异的植株，找回种子播种，看它第二年的表现，这样来筛选具有稳定遗传优异性状的品种，这称为系统选育法，是常用的一种方法。1962年，我在一块田里发现一株稻鹤立鸡群，穗特别大，而且结实饱满、整齐一致，我是有心人，没有放过
8、它。,17,“第二年我把它种下去，辛苦培育，满怀希望有好的收获，不料大失所望，再长出来的稻子高的高，矮的矮，穗子大小不一。这时候一般人感到失败就放弃了，我坐在田埂上想为什么失败了呢，我想到第一年选出的是一棵天然杂交种，不是纯种，因此第二年遗传性状出现分离，而如果按照那棵原始株杂交种的产量来计算，亩产能达到斤，这在年代是非常了不起的我突发灵感，既然水稻有杂交优势，我为什么非要选育纯种呢？从此我致力于杂交水稻育种。”,18,袁隆平擅长于观察,在上面这个故事中，可以看出袁隆平很擅长于观察：首先观察到鹤立鸡群的特殊植株，然后又观察到它的后代出现了性状分离，再经过思考，才恍然大悟，明确了选题的方向。另外
9、，野败和光敏不育材料的发现，虽然是机遇，但也是通过观察方法，“众里寻他千百度”才“得来全不费功夫”的。,19,（四）科学观察在科学认识中的地位和作用,科学观察是科学认识发展的基础、源泉和动力，也是检验科学知识真理性的标准。科学观察可以扩充科学认识的领域。宇宙之大，奥秘无穷，纷繁复杂的自然事物和现象必须首先进入人们的视野，才能被人所认识。古人观察所及仅限于地球，故有地球中心说，近代伽利略通过望远镜把视野引向月球，方确知太阳系的存在；此后随着观察手段的进步，才产生星系、星系团、总星系等概念。科学研究的领域随着人类视野的扩大而拓展，视野拓展所至的新现象往往成为揭开世界奥秘的向导。,20,科学观察可以
10、直接引导科学发现和技术发明。从不知到知便是认识，天文学关于类星体、脉冲星、星际有机分子、宇宙背景微波辐射等，都是长期系统观测取得的科学成果。科学观察也是检验科学知识真理性的标准。观察活动是主、客体彼此沟通、相互作用的关系形式，是特殊的实践活动。爱因斯坦指出：“理论之所以能够成立，其根据就在于它同大量的单个观察关联着，而理论的真理性也正在此。”,21,在科学史中，如海王星的发现、“时空弯曲”、“行星运动”等，都是通过观察验证科学理论正确的光辉例证。,二、实验方法,23,（一）实验方法及其类型,实验方法：根据一定的科学研究目的，运用一定的物质手段，人为地变革、控制或模拟客观对象以获取科学事实的方法
11、。实验与观察都是科学认识的基本方法，但实验方法比单纯观察方法有明显的优点，它克服了单纯观察的局限性。实验方法的类型：定性实验：用来判定事物的性质、属性及属性间相互关系的实验定量实验：测定事物的数值，揭示各因素之间的数量关系的实验测量实验：定量实验的深化和发展。析因实验：由已知结果分析寻找未知原因的实验。模拟实验：通过模型(数学、物理)间接地研究原型规律性的实验,24,万万不可无条件轻信实验数据！,有一句名言是这样说的：“除了观察实验者本人，人人都会倾向于无条件地相信观察实验所得到的数据；除了假说的提出者以外，人人都会倾向于否定甚至反对新出现的假说。”然而，科学史却提醒我们：万万不可无条件轻信实
12、验数据！只有对这个实验及其结果和解释进行周密的分析并使之重复显现后，实验数据才能够被采纳。,25,密立根的弥天大谎,1910年，美国物理学家罗伯特密立根进行了一项世界知名的“滴油实验”，第一次测出了氢比一个电子重1836倍。与此同时，比他更有名望的物理学家埃伦菲尔德也在进行相同的实验，但没有得到相应的结果。密立根实验所得出的数据实在太漂亮了，任何一个从事过物理学实验的人都有体会，理论上计算出的数据和实验中测量出的数据，一般不会那样近似。为此，埃伦菲尔德曾提出疑议，并由此而引发了物理学的一场论战。,26,密立根在论战中获胜了，还获得了科学界的最高奖赏-1923年的诺贝尔物理学奖。事隔60年后，一
13、个偶然的发现揭穿了密立根所谓的实验结果，这个结果来自密立根的笔记和手稿，是一位史学家发现后公之于众的。密立根发表的58次观测结果，并非如他信誓旦旦所说的那样是“没有经过选择的”，而是从140次观测中选出来的！他将实验的数据大动干戈，只采集那些对他有利的漂亮数据为“我”所用，对于不利的数据则一概删去。,27,这一发现震动了物理学界，密立根的小动作和他给出的实验结果一样漂亮！,28,（二）实验的一般程序,实验构思实验设计实验实施数据处理结果解释,29,实验构思是实验前分析对象构思理性方法的问题；实验设计是根据构思方案实现实验要素的最佳结合问题；实验实施是将理性方法物化为感性形态进行操作加以实现的问
14、题；数据处理是对实验获取的材料进行去伪存真的整理问题；结果解释是根据已有理论或提出新假说对实验结果进行合理说明的问题。,30,错误假说导致的失误,普利斯特列是十八世纪英国的伟大化学家，他的一生中对化学作出过许多重大发现，更是氧气的首先获得者。可是由于他是一个忠实的燃素说信奉者，实验中始终没有摆脱燃素说思想的束缚，所以从本质上看，他最终并没有真正发现氧气。,31,1774年，他用玻璃器皿装有水银烧渣，放在玻璃罩内并连着水银集气槽，后用别人送给他的一个直径12时、焦距为20英寸的凸透镜来加热发现水银渣很快分解，放出气体。他认为这是普通空气，但是发现蜡烛会在这种气体中燃烧，光焰非常强，就象氧化氮与铁
15、粉或硫肝接触时燃烧的情景，又发现老鼠在这种气体中活的时间为相同容积的普通空气的两倍，并且取出后还能活；,32,他还自己亲自吸入这种气体，觉得呼吸轻快了许多，使人格外舒畅。因此他推荐医学方面运用它，他说这种空气或许在将来还会变成一种时髦的奢侈品呢。显然普利斯持列所发现的这种气体是氧气。由于他始终信奉燃素学说，用燃素含量的多少来解释各种气体。,33,他把他发现的气体积之为“脱燃素空气”，具体表示为：脱燃素空气(氧)空气-燃素，而把我们今天所说的氮气称为“燃素化空气”，具体表示为：燃素化空气=空气+燃素；此外还把其它的都看作是含有不同量燃素的空气。可见空气只有一种，只不过由于其中燃素含量不一样而有所
16、差别。所以，他并没有真正认识到氧气。,34,真理碰到鼻尖上时还是没有得到真理,实验本身是一种探索新事物、新规律的方法或手段。实验的这种功能要求人们不要受旧有思想的束缚。任何企图削新事实之足适旧思想之履的作法是肯定会失败的。正象恩格斯评价此事时说的，普利斯特列由于按传统思想束缚，“从歪曲的、片面的、错误的前提出发，沿着错误的、弯曲的、不可靠的途径进行，往往当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理”，结果这种本来可以推翻全部燃素说观点并使化学发生革命的元素，在他的手中没有结出果实。这是可贵的教训。,35,拉瓦锡的燃烧实验,这时拉瓦锡也做了燃烧实验。和普利斯特列等人的实验装置相比，拉瓦锡并没有做多大改
17、变。然而可贵的是他没有把实验新现象拉入燃素说轨道的企图，而是立足于实验事实。因此他不仅在实验中制得了氧气而且在思想上认识了氧气。在此基础上他提出了氧化燃烧学说，从根本上否定了燃素论，成为近代化学的伟大开创者，从而和普利斯特列形成了鲜明的对比。,36,“水变土”的实验,范.赫尔蒙是水和气元素说的提出者和宣传者，特别坚信水能构成世界万物之源。于是他做了如下实验：用清洁的容器装上干净的水在火上长时间的煮，在水中出现了泥状的沉淀物。经分析这和泥土一样。于是他自信地宣布这是水变土的有力证据。再经过一系列实验，得出了“水是形成世界万物的基本元素”的结论。,37,拉瓦锡的重复实验,大约二百年后，拉瓦锡再次做
18、了这个实验。不过他不是简单重复。他用一个特制的称过重量的蒸馏瓶，装上定量的蒸过八次的蒸馏水，然后加热，使其保持在不致沸腾的高温中达一百零一天。加热过程中水底逐渐析出一种白色固体，其量与时俱增。在此情况下，他将整个容器冷却并称重，发现总重量并没改变。,38,将水倒出后，烘干并称量蒸馏瓶得知其重量减少了许多，再将白色沉淀物干燥称重，只有少许，远不及蒸馏瓶失去的重量多。因此他又将原来瓶中的水蒸发，复得许多沉淀物，原有的白色粉末和蒸发后的遗留物的总重与蒸馏瓶的失重差不多相等。所以拉瓦锡得出结论：所谓“土”是从玻璃容器上溶解下来的，而不是由水中来的。后来舍勒又作了这种“土”的定性分析实也进一步证实了“土
19、”来自玻璃器皿。,39,在实验中赫尔蒙和拉瓦锡采取了很不一样的态度，前者采取的是单因素分析，仅从可能造成实验结果的一方面考虑；而后者却从多方面分析，既考虑到水的作用，又注重了容器的影响，甚至还考虑到其中可能有的化学反应。由于他们分析的范围不同，所以也导致了实验的方式有所不同。前者基本是定性实验，没有严格的定量考虑。而拉瓦锡却采取了较为严格的定量方式。由于他采取了全面分析实验的态度所以得到了科学的结论。,40,实验设计至为重要,实验前，较为周密的设计是必需的，这是关系到实验成败或是否少走弯路的重要步骤。周密的实验设计应包括确立进行实验的理论基础，以便在实验中不断得到正确指导；也包括对实验仪器效用
20、的了解，以便在实验后能正确地考虑其结果，还包括对各种可能出现的偶然情况的估计，以便在随机情况出现时能及时加以排除。这些都是与实验结果密切相关的。赫尔蒙的这一教训值得吸取。,41,尼科尔的实验风格,其实许多伟大的科学家都是十分注重这一重要步骤的。美国细菌学家律泽在谈到细菌学家尼科尔时就说过：“尼科尔属于那种在判定实验方案之前周密考虑，精心构思，从而获得成功的人。”因为实验设计在整个实验中有着重要的作用，所以生物学家贝费歇尔于一九三五年写了实验的设计，在这一专著中详尽地讨论了这些问题。,42,杂交水稻的成功依赖于实验,无论是杂交水稻三系法还是两系法，都是通过大量的实验才能获得成功的。特别是两系法控
21、制温度的实验，设计之妙，办法之土，效果之好，都令人叫绝。,43,两系法的提出,袁隆平对杂交水稻育种的战略设想，分为三个战略发展阶段：即三系法品种单间杂和优势利用；二系法亚种间杂种优势利用；水稻育种更高层次的发展是通过生物技术利用远缘杂种优势。,44,两系法的成功,二系法因发现了光敏核不育特性，在夏季长日光和秋季短日光下分别表现为雄性不育和雄性可育，可用来制种和自身繁殖，养活了工作量，降低了生产成本，而且优质、高产、高抗，是一大进步。而一系法不再需要年年制种，种子优势没有变异，更是一个由繁而简，由低级向高级进步的过程。,45,科学实验在科学研究中的作用,科学实验在科学认识活动中占有极其重要的地位
22、，其认识功能主要表现在可以提供丰富可靠的科学事实，从而成为科学理论发展的重要源泉、动力和检验科学知识的真理性标准。这是因为，从实验的结构看，它把主体和客体、实践和理论辩证沟通，熔于一炉；从特点看，它是人为地控制和变革实验对象的实践活动，使人的主观能动性得以充分发挥；从发展进程看，系统的实验方法是科学认识活动发展到一定阶段即近代形成的，它一经从物质生产实践中分化出来，便以专门从事创造精神财富的特殊实践活动推动了科学的繁荣。,46,科学实验在科学认识活动中的作用具体表现在以下几个方面：科学实验可以简化和纯化研究对象，即根据研究的目的选出和突出主要因素，舍弃和排除次要、偶然因素，使需要的属性或关系在
23、简化、纯粹的形态下暴露出来，以形成准确认识。科学实验可以强化和激化研究对象，即根据研究的需要可以人为地创造特殊条件，改变事物存在的状态，甚至将其推向极端状态，以便显示其规律。,47,科学实验可以再现和重演自然过程，即通过人为的控制，对于昙花一现、时过境迁、规模大、周期长的事物和现象，使其再现、重演，缩小其规模，减短其周期，以达省时省力、经济快速地认识的目的。实验方法不仅在科学研究认识自然中有巨大的作用，在技术发明和技术创新中更是大显身手。但是，它们常常被称为“试验方法”，更强调其实用性。,三、观察和实验中的认识论问题,49,1、关于“科学事实”,科学事实是指对观察和实验获得的客观存在的事件、现
24、象和过程的真实反映和描述。现实生活中通常使用着两种“事实”的概念：一是“客观事实”，系指被观察到和记录的客观的事件、现象和过程。它是仪器与观察对象相互作用的结果的表征，既与客体的本性有关，也与认识条件(如仪器的性能)有关。“客观事实”虽然就存在形式而言不同于本体论意义上的客体，但就内容说源于客观，是客观事件的反映，因而具有“第一性”的意义。,50,二是“经验事实”，系指对观察到的客观事件、现象和过程，用语言加以描述，并作出经验陈述或观察报告的真实判断。因其多了一层描述、陈述和判断，将人的知识背景、概念系统带入其中，因而不可避免地渗进主观因素，甚至虚假事实的描述。所谓“科学事实”，正是指经验陈述
25、的事实。因此，为保证作为科学研究基础的事实的真实性，必须对“事实”反复验证，这正是强调重复观察、多次实验必要性之所在。,51,一般说来，科学事实应满足如下条件：科学事实应该是个别存在的陈述。这是因为认识事物总是始于个别，作为主体延长的仪器只能与具体事件发生相互作用。强调科学事实的个别性，不仅为认识秩序所要求，更突出科学事实应主要来自感性物质活动，而非来自理性抽象活动。,52,科学事实应该可复核、可重现。这是因为客观事物在绝对运动中具有质的相对稳定性，它是事物可被重复认识的根据，强调科学事实的可重复性，为排除错觉和假象，消除对事实描述和判断中可能出现的谬误所必需。科学事实应该准确、真实和系统。科
26、学事实不等于客观事件本身，但应尽量符合、贴近客观事物的“本来面目”。同时，客观事物存在于过程中，过程的连续性要求事实材料的系统性和全面性。,53,2、关于观察与理论的关系,观察与理论的关系问题历史悠远，与唯理论和经验论的思维传统及其长久争论息息相关。目前学界公认，唯理论传统始于柏拉图(公元前427年一公元前347年)，后演变为理性主义，在方法论上视科学为公理演绎系统，以笛卡儿、康德、黑格尔为代表；,54,经验论传统始于亚里士多德(公元前384年公元前322年)，后演变为实证主义，在方法论上视科学为观察归纳系统，以培根、洛克、孔德等(第一代)和马赫、罗素、卡尔纳普等(第二代)为代表。,55,而当
27、现代西方科学哲学家们试图将观察述语和理论述语区分开，试图驱逐形而上学，为哲学和科学划界时却碰到了障碍，于是以“观察渗透着理论”(汉森)和“数学是拟经验的”(拉卡托斯)两个命题为代表，击碎了归纳万能和演绎万能的神话。前者强调了理性，揭示了经验论的局限性；后者强调了数学的经验基础，揭示了唯理论的局限性。二者一起，推动了唯理论和经验论统一的趋势，也为科学认识论从追求知识的绝对性、纯客观性、精确性向追求知识的相对性、概率统计性、有主体因素介入的客观性认识取向的转变产生了深刻影响。,56,“观察渗透着理论”含义为：在观察的感性活动中有理性的东西渗入其中。例如，观察什么、怎样观察、为什么观察，就是理性问题
28、，至于观察的目的性、计划性、组织性及对观察结果的分析处理等更是理性思维的问题。观察不仅是接收信息的过程，同时也是加工信息的过程，对信息的挑选和加工，与人的知识背景密切相关，它为“格式塔转换”理论所证明。,57,“观察渗透着理论”还因为观察陈述是用科学语言表述的，而科学语言总与特定的科学理论联系着，当使用语言时，理论的框架和概念系统是必不可少的。观察与理论密不可分，理论在观察中起着“定向”作用，对外界信息起着“加工改造”作用，“是理论决定我们能够观察到的东西”，“只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象”。,58,观察与理论的密切联系说明，观察虽属感性活动，但却为理
29、性所支配，这就是科学观察为什么是一种才能和艺术的道理之所在。深层次地说，观察本身就是主客体关系问题，在间接观察中，更有仪器与客体的相互作用带来观察结果的客观性问题，这都是认识论需要回答的问题。,四、观察实验中的机遇,60,机遇与直觉是有区别的，机遇多指属于观察实验领域中的意外发现，而直觉则属于思维领域的偶然顿悟。不是所有的人都能抓住机遇，“在观察实验中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”,61,我们把各种各样形式的机遇，可以归纳为两大类：(1)研究目标明确，但发现的场合和方式是意外的。（如硫化橡胶的发明）(2)研究目标是寻找这种现象，结果却意外地发现了另一种现象。（如X射线的发现）,62,机遇在科
30、学研究中的作用,(1)机遇能够为新知识的增长提供重要线索，由此开辟新的研究领域，从而成为新理论的先导。例如，弗莱明偶然发现青霉素，导致药物化学理论的产生和发展；巴斯德偶然发明了免疫法，导致医学免疫学理论的产生和发展；伦琴和伯克勒尔偶然发现放射现象，导致原子核物理学理论的产生和发展。,63,青霉素的发现,英国圣玛利学院的细菌学家亚历山大弗莱明一九二八年开始研究葡萄球菌，观察在不同条件下各种葡萄球菌的生长状况。有一次，他发现在一只培养球菌的碟子色原来生长得很好的葡萄球菌忽然消失了。这一偶然现象引起了弗莱明的深思。这是什么原因呢？他经过仔细观察后发现，原来是一些偶然落到培养基上的青霉菌在葡萄球菌的培
31、养碟内生长起来了。碟内葡萄球菌的消失，说明青霉菌具有杀死葡萄球菌的能力。这正是弗莱明所期待已久的。,64,青霉素的发现,他从青霉菌中提炼出了一小瓶透明的液体，并将这种液体滴到长满葡萄球菌的培养碟内。几小时后，培养碟内的葡萄球菌全部溶化了。他又将这种液体注射到兔子身上，兔子照样生活得很好，证明这种液体对动物和人没有毒性。这种能够杀菌的物质被命名为“青霉素”。弗莱明和他的助手把这些极有价值的发现写成科学论文，发表在一九二九年英国的一本医学杂志上。弗莱明指出，青霉素在治疗一些由细菌引起的疾病方面是很有作用的。,65,弗莱明的偶然发现导致了青霉素的诞生，但是要把它实际应用于医疗上却还有一段艰难的路程。
32、因为这种绿色霉菌所分泌的青霉素毕竟太少，而且提纯的手续又非常麻烦，大量生产时有许多困难都难以克服。所以在当时弗莱明还没有办法来解决这些实际问题。尽管这是一项十分有意义的工作，他也不得不停顿下来。青霉素在弗莱明实验室的试管里沉睡了十年之久。,66,11年后的重新发现,11年过去了，牛津大学的病理学家霍华施弗洛里教授从书堆里找到了弗莱明11年前写成的论文，对这种能够杀死多种病菌的青霉素产生了浓厚兴趣。他认为当时青霉素未能投入生产的原因是没有依靠集体的力量。于是，在一次科学家的集会上，他将自己的想法告诉了大家，会上除了生物学家外，还有化学家恩斯特钱。科学家们怀着对病人深切的同情开始了对青霉素的联合实
33、验研究工作。化学家恩斯特钱用化学方法从培养浓的滤液里提炼青霍素。,67,经过几十个昼夜的奋战，一种纯度很高的青霉素终于诞生了。经过实验效果很好。但是为了提高青霉素的产量，还必须找到更好的菌种。他们分离出了几百种霉菌，最后终于从垃圾堆里的一块西瓜皮上分离出了第832号留菌苗株，这种霉菌不仅能在培养液的表面上繁殖，而且还能深入到培养液里生长。所以它的产量提高了两倍。他们还动员了许多义务劳动者，搜集了一切可以利用的材料，采用了营养丰富的培养液，开始了大规模生产，使产量提高到十倍以上。短短的两年时间，青霉素就已经能普遍用于医疗上了。,68,1945年诺贝尔医学奖,一九四五年，瑞典卡罗琳研究所决定将诺贝
34、尔医学奖联合授予弗莱明、钱和弗格里三人。理由是他们发现了青霉素及其在治疗各种感染性疾病中的效果。,69,2、机遇能够为科学技术发明提供线索,例如，从奥斯特在偶然中发现电和磁之间的联系之后，法拉第进行了磁转化为电的研究，终于导致1831年以后电子技术的迅速发展，电动机代替了蒸汽机。19世纪末，人们研究成功有实用价值的发电机和电动机，相继建立了庞大的输电网和照明网，开创了人类生产生活的电气化时代。随着无线电技术的迅速发展，人类进入了自动化时代。从电磁的发现到电力的发现，生动地表明：科学上的机遇导致新的科学发现，形成新的科学理论，导致新技术发明，引起生产的巨大发展。,70,3、机遇能够加快研究进程达
35、到预期目的,如袁隆平杂交水稻研究中野生雄性不育系原种的发现史的杂交水稻研究成为现实；,71,4、机遇能够离开原来的方向和目的而作出更有价值的发现,如伦琴发现X射线，贝克勒尔发现放射性。伦琴发现X射线,72,捕捉机遇的主观条件,机遇不是主观有意制造的，有意制造不是机遇。在科学研究中，机遇只提供机会，而不是现实。只有具备主客观条件才能捕捉到机会。客观条件是指，机遇的发现要受同时期科学发展水平与社会需要的制约。主观条件是指科学研究人员自身的素质和条件，需要具备：,73,1、渊博的知识、丰富的想象力和独立思考能力,荷兰眼镜师傅偶尔发现两个镜片分开重叠，能望见远物，由于他缺乏光学知识，对天文地理一窍不通
36、，不能认识这一意外“发现”的道理及背后的科学价值，他就只能凭有限的经验做成玩具望远镜。而物理学家伽利略则认识到这个发现在天文学上的重大意义，很快就研制了放大32倍的望远镜，把人类的视野扩大到宇宙中许多未知领域，发现了许多新现象和新事实。,74,2、要有敏锐的观察力和洞察力,有敏锐的观察力，就能在注意预期事物的同时，保持对意外事物的警觉性和敏感性，能洞察出别人不注意的地方，发现新问题。例如，生物学家达尔文在探索生物变异的原因与规律时，凭着他敏锐的观察力和洞察力，发现了生物进化论，这不能不说是一个重要原因之一。,75,实验中仅有一般的逻辑分析往往是不够的，因为这只能对待实验中出现的一般情况，保证实
37、验按既定的方案进行。而科学的鉴赏力则有可能对实验中出现的偶然观象予以引导，改变原有的框框，以至完全脱离原有的目的和方案而跃入另一领域，从而导致伟大的科学发现。,76,从偶然得到苯胺紫到合成染料的出现，再到一个新型化学工业的崛起这样一整个过程中，科学的鉴赏力起了重要作用。十九世纪中叶，欧洲流行着一种较为严重的疾病疟疾。这时受聘到英国教授化学的著名德国化学家霍夫曼，注意到煤焦油是一种复杂的有机化合物的混合体，从中可以提取出许多新的化合物，并自然地想到其医用化学性质。于是提出了用煤焦油中化学物质制取奎宁的大胆设想。,77,一八五六年作为霍夫曼实验助手的柏金欣然接受其倡议马上着手工作。当时，他们是从简
38、单的“原子数目结合”的想法来合成奎宁的。具体说他们想用丙烯甲苯胺作基本原料来氧化合成奎宁。按那时的化学水平，这样来进行化学合成可能是徒劳的，但他们的工作终归还是开始了。,78,有一次，柏金将煤熊油中的苯胺和氯酸钾在一个容器中混合之后，他想把这种混合液倒入玻璃量杯，突然发现容器底部放射出了紫色的光，这是什么物质?首先引起了他的好奇。随之他在这混合液中加入酒精，结果底部物质溶解了，整个酒精溶液呈现深亮的紫色。在人们穿着色泽单调的当时，柏金敏锐地看到了这种新化学物质的工业价值，将它应用作为染料。这样，第一种人工合成的染料问世了。,79,“有心栽花花不开，无意插柳柳成荫”，奎宁合成不着，而导致了这样一
39、种意外的发现。柏金对这种紫色染料价值的鉴赏力并不止于此。他认为应由自己的手使之从实验室走向社会，于是他不惜立即辞去了大学的工作，而成为一名实业家。起初他将这种染料起名为苯胺紫，申请了专利权。接着筹集了有限的资金，开始了原材料的艰苦难备。,80,一八六二年在伦敦举行的国际展览会上，色泽鲜艳的苯胺紫与污脏不堪的煤焦油作丁鲜明的对比展览。霍夫曼肯定地指出“毫无疑问，不久英国将成为过界上最大的染料生产国。”,81,霍夫曼的预见虽然没有如实兑现，但从一定角度也证明了他的科学鉴赏能力。他清楚地意识到了合成染料的实用工业价值，其实早有这种敏锐的意识在驱使他进行研究了。柏金意外发现的第三年一八五八年，他就用四
40、氯化碳处理苯胺，得到了他称之为“碱性品红”的红色染料；一八六O年，他又用碱性品红的盐与苯胺加热，得到了一种叫苯胺兰的蓝色染料；此后他还继续合成了一些其它的苯胺类染料。,82,霍大曼的科学鉴赏力不仅导致了他本人的一系列重大发现，而且不同程度地激起了别人对合成染料的兴趣。由此所致，到了七十年代；德国首先成为世界最大的染料生产国，继而成为世界最大的化学工业基地，最后取代英国成了世界科学技术中心。,83,实验作为一种探索新事物，新规律的方法在其过程中无疑会出现许多意外情况，这些意外现象往往是污金相混。在区分或衡量何污何金时，科学鉴赏力是一架不可多得的好天平。它虽然不一定能将预定的实验步骤化曲为直，但却
41、能使原有实验或者化废为宝，变不可能为可能；或者扩大战果，锦上添花。这在化学史上是屡见不鲜的。出于科学的鉴赏力，柏金等人将实验化废为宝，已十分清楚；法国药剂师库尔特瓦斯在制取硝酸钾时，得到了碘，可说是锦上添花，诺贝尔奖金的奠基者诺贝尔意外地发现了硝化纤维也可说是锦上添花。,84,科学鉴赏力当然不是天生具有的，它产生于勤思苦想的人脑，它存在于学识广博的人的心际。只有学识广博才会在实验中发现和区别正常和异常，只有勤思苦想才会区别和衡量污泥与黄金，也才能认识异常规象的科学价值。因此可说，实验中的异常人人都会碰到，但自觉地处理这些异常而导致新的发现并不是人人都能。机遇它只垂青那些善于勤思苦想，具有广博学
42、识因而富于科学鉴赏力的人们。,85,科学家如何抓住机遇？,1、要有良好的工作方法以发现偶然性；2、要有捕捉机遇的思想准备；3、要有识别机遇的科学头脑和敏锐而深刻的洞察力；4、要有及时改换研究方向的勇气和决心。,86,总之，对机遇的认识、利用和捕捉，既不能完全否认，也不能盲目崇拜。完全否认机遇，容易错失良机，盲目崇拜机遇，会助长侥幸心理，放松艰幸道路上的探索。只有具备以上条件，大自然的信息才会给每个科学工作者提供科学发现的线索和机会。,87,观察实验是对未知的探索，不可能全在计划之内、预料之中，目的、计划、思想都是主观的东西。在认识过程中，主观完全符合客观是少有的，不符合的情况则是大量的，意外事件发生全然是正常现象。问题只在于以什么样的态度对待意外，怎样正确捕捉机遇。,88,科学家们的经验之谈是富于启发的：“在观察的领域里，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”“有时需要离开常走的大道，潜入森林，你就肯定会发现前所未见的东西。”概言之，熟知理论，留心意外，勤于观察，勇于探索，乃为准确捕捉机遇的真谛。一旦抓住机遇，则理当穷追不舍，以期得到“节外生枝”的突破性发现。,
