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1、第二节 科学事实的获取,主讲人：张世鑫,科学观察的重要性,一、科学观察的特点与功能 科学观察是人们有目的、有计划地利用自己的感官认识和描 述各种自然现象，获取科学事实的方法。是依赖感官以及观测器直接认识外部世界，记录和报道事实。,主要通过观察和实验两种途径：,科学观察属于实践活动，是主体和客体相互作用的过程。观察并非消极的、被动的注视，而是积极的、能动的反映。科学的观察通常都要以理论为指导；观察目的的确定、手段的改进、对象和环境的选择，都有赖于理论；同时观察者还需要有相应的知识储备和理论修养。,二、科学观察的基本原则,为了保证所获得的经验事实是可靠的，在进行观察时必须遵循认识论的基本原则：,第
2、二，坚持观察对象的全面性。,第一，坚持观察的客观性。,1、观察结果的可重复性是客观性的最重要、最根本的体现。2、尽可能消除影响观察客观性的主观因素。3、尽量使用先进的仪器设备和观测技术。,三、科学实验的特点和功能,科学实验是人们根据研究的目的，利用科学仪器、设备，人为地控制或模拟自然现象，排除干扰，突出主要因素，在有利的条件下获得科学事实的方法。,第二，可以使实验对象处于强化 的条件。,第三，可靠且经济。,第一，可以简化复杂的现象。,科学实验与科学观察的比较,科学实验是人们变革、控制对象获取科学事实的方法。与观察相比，实验的特点：能更好地发挥人的主观能动性能更有效地认识对象:a、简化纯化对象。
3、b、强化对象。c、使对象属性及变化重复出现。d、模拟对象。,模拟实验中模型方法的应用,1、模拟方法的重要意义 模拟方法的哲学基础是辩证唯物主义关于物质世界统一性的原理。由于科学研究的对象受到各种客观条件的限制，所以往往不能直接运用实验手段作用于对象自身(原型)，这是由于下列的情况：,a、时过境迁，原型无法再现。,b、涉及的范围广大，变化过程漫长或变幻莫测。,c、耗费巨大，代价太高。例如，水库大坝的坍塌条件，飞机的速度界限等。,d、涉及人的性命，须要慎之又慎。比如，药物的疗效，器官移植反应等。,e、当代科学的发展不断向微观领域和宇观领域进军，在这些领域的研究对象 面前，现有的实验观测手段暂时还无
4、能为力。,2、模拟实验中的实物模型 实物模型是以自然界原有的，或人工制造的材料，应用模拟方法设计出与原型相似的模型。,ARJ21全尺寸实物模型,3模拟实验中的数学模型 思想模型是运用科学思维揭示出对象(原型)的内在本质或必然联系，发挥想象力在思想中构思出与对象相似的模型。,双轨制的数学模型,特点 高度的抽象性；严密的逻辑性；广泛的应用。,4、计算机仿真模型 数学模型多数依赖计算机来求解，因此，它常常被计算机仿真模型替代。将原型的数学模型转变为可以在计算机上运行的仿真模型，编出仿真程序，运行仿真模型进行实验观察，分析实验结果，对原型作出评价。,三维碰撞冲击仿真模拟系统 PAM-CRASH 是基于
5、显式有限元算法的计算机三维碰撞冲击仿真模拟系统，能够对大位移、大旋转、大应变、接触碰撞等问题进行十分精确的模拟。,波普尔、汉森、库恩等人则持不同观点，明确提出了“观察渗透理论”的观点。,1、观察与理论的关系,观察实验中重要的认识论问题,传统观点认为：理论依赖于观察，而观察却独立于理论，不 受理论的制约。,现代逻辑经验主义者认为：“观察层次处于科学知识结构的底层，理论层次处于科学知识结构的上层，理论层次寄生在观察层次上，观察层次则不受任何理论的影响。,观察渗透理论：,观察是属于认识领域的范畴，不单纯是生理活动的过程。这就决定了观察要受到观察者已有的经验和所掌握的理论的影响。,观察渗透理论是客观性
6、与主观能动性的统一,第一，在标准条件下，观察者所得到的感觉图像（或观察数据）是能够重演的，当然要排除观察者主观意愿的歪曲；第二，观察中渗透的理论要经受过实践的检验；第三，观察中使用的仪器设备和方法手段，是符合科学理论原理 的。,2、微观领域中仪器的干扰问题,观察者,观察仪器,观察对象,相互作用,宏观领域：忽略不计微观领域：不可忽略,由此引起的是：观测结果是对象本身，还是作用后的信息。,3、观察实验中的偶然性,观察和实验是一种有目的、有计划的探索自然界奥秘的实践活动，由于受研究者理论的指导，因此在通常情况下，观察实验结果是可以预料的，然而，有时在观察和实验过程中会出现一些意想不到的新现象，从而导
7、致科学上的重大发现和突破。这种由于偶然事件而导致科学上重大发现和突破的现象称之为机遇。在科学活动中机遇是经常出现的。它有极其深刻的客观原因和认识论原因。客观原因在于自然界中任何现象的出现既不是纯粹地由必然性主宰、也不是纯粹地由偶然性支配，而是必然性和偶然性相互作用的结果。认识论原因在于科学研究的目的性、探索性与自然现象的错综复杂性之间的矛盾。,科学史上，由于机遇导致重大科学发现有很多事例。但值得深思的是，机遇的出现对任何人都“一视同仁”，但有些人在机遇一出现就能紧紧抓住，而有些人却熟视无睹。科学家对机遇采取什么态度，在很大程度上取决于他对偶然性和必然性的理解。如果他认为观察实验中的意外现象仅仅是一种纯粹的偶然，那么他就会视而不见；如果他能意识到这种偶然现象背后可能隐藏着某种必然性，那么他就会紧抓不放。此外还与研究者的知识水平、知识结构、判断能力、开放思路、好奇善疑的探索精神等有关。,
