第五章科學(xué)發(fā)現(xiàn)方法

第五章科學(xué)發(fā)現(xiàn)方法科學(xué)問題科學(xué)事實科學(xué)事實發(fā)現(xiàn)的方法科學(xué)認(rèn)識作為人類探索自然界性質(zhì)和規(guī)律的活動，是從提出科學(xué)問題開始的?？茖W(xué)問題為搜集科學(xué)事實活動提供指向，觀察和實驗是獲取科學(xué)事實的基本方法和手段。第一節(jié)科學(xué)問題科學(xué)始于問題科學(xué)問題的結(jié)構(gòu)與特征科研選題科學(xué)研究是不斷提出問題和解決問題的過程。科學(xué)問題中既包含理論背景，也包含事實因素。發(fā)現(xiàn)、選擇和分析科學(xué)問題是展開科學(xué)研究的前提，也是衡量科研人員能力和水平的重要標(biāo)志。一、科學(xué)始于問題科學(xué)始于觀察，來自觀察，來自于對經(jīng)驗事實的概括和歸納。這種見解一直到20世紀(jì)30年代才遭到波普爾的否定。波普爾：觀察不是科學(xué)的起點，因為沒有純粹的觀察，想把理論陳述都還原為觀察陳述是不可能的?？茖W(xué)始于問題，只有提出問題，才能激發(fā)人的好奇心和探索的興趣?？茖W(xué)只垂青那些有準(zhǔn)備的頭腦，即帶著問題進(jìn)行觀察的頭腦。以問題為起點，波普爾構(gòu)想出科學(xué)發(fā)展模式為“Pl→TT→EE→P2”

科學(xué)就是“從問題到問題”不斷進(jìn)步的過程Pl代表問題TT代表試探性理論EE代表(嘗試)排除錯誤P2代表新的問題啟迪:問題是科學(xué)的血液，是科學(xué)的生命。即使是已經(jīng)證明某問題為不可能，對科學(xué)的發(fā)展仍然是有益的，如永動機(jī)的否定導(dǎo)致了能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)。有時，人們對舊問題有了更好理解時，新的問題往往隨之而生。只有提出問題才能分析問題與解決問題，從這個意義上說，提出問題比解決問題更重要。愛因斯坦：“解決一個問題也許僅僅是一個數(shù)學(xué)上或?qū)嶒炆系募寄芏?，而提出新的問題，新的可能，從新的角度去看舊的問題，卻需要創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步”。史實例證——光速測定：17世紀(jì)伽利略提出測定光速問題，對科學(xué)實驗和自然科學(xué)發(fā)展起了重大的推動作用，它導(dǎo)致了后來羅愛、斐索、邁克爾遜等人對光速越來越精確的測定，而光速的測定，為天文學(xué)提供了方便的計量單位——光年。此外，它也推動了光學(xué)理論、電磁理論以及狹義相對論的發(fā)展。二、科學(xué)問題的結(jié)構(gòu)與特征科學(xué)問題，是指一定時代科學(xué)認(rèn)識主體在當(dāng)時知識背景下提出的關(guān)于科學(xué)認(rèn)識和科學(xué)實踐需要解決而又未解決的矛盾，它包含著一定的求解目標(biāo)和解答域，但尚無確定的答案?？茖W(xué)問題的結(jié)構(gòu)：問題的指向、研究的目標(biāo)、求解的應(yīng)答域以及疑問項等要素及其相互間關(guān)系。疑問項和解答域是基本組成部分。疑問項：科學(xué)問題的主體，指出了科學(xué)研究的對象?！叭妓氐谋戎厥嵌嗌佟薄癉NA分子是怎樣由四鏈構(gòu)成的”

這兩個問題所指示的認(rèn)識對象分別是“燃素的比重”和“DNA分子的結(jié)構(gòu)”。解答域：問題論述中所確定的域限，并假定所提出的問題的解必定在這個域限之中。盡管這種預(yù)設(shè)仍是一種猜測，是可錯的，但在科學(xué)探索過程中卻能起定向和指導(dǎo)作用。如“愛滋病是由什么病毒引起的？”該問題的解答域為“愛滋病的病因在病毒范圍之內(nèi)”。科學(xué)問題的特征歷史性歷史性可解性可變異性歷史性只有依據(jù)當(dāng)時的科學(xué)認(rèn)識和科學(xué)實踐水平，才能提出真正有價值的科學(xué)問題脫離當(dāng)時的科學(xué)認(rèn)識和科學(xué)實踐水平，提出的問題則可能是無意義的，不能成為科學(xué)問題希爾伯特：之所以能夠于1900年提出作為數(shù)學(xué)研究重大目標(biāo)的23個問題，就是因為他的研究領(lǐng)域幾乎遍及當(dāng)時數(shù)學(xué)的各個重要分支且造詣很深，能夠總攬全局，把握數(shù)學(xué)發(fā)展的動向。發(fā)展性同一問題在不同理論背景下，內(nèi)涵深度是不同的，是發(fā)展的。如生物遺傳，19世紀(jì)末魏斯曼提出的是“種質(zhì)”，20世紀(jì)初摩爾根提出的則是“基因”，到了20世紀(jì)50年代，漢森和克里克則提出了生物大分子DNA的結(jié)構(gòu)問題?？山庑蕴岢鰡栴}時，求解范圍和基本方法就被預(yù)設(shè)了。雖然解答域在求解過程中可以調(diào)整，但調(diào)整后的解答域依然應(yīng)當(dāng)是確定而有限的范圍。沒有一定解答域的問題，其求解范圍是一個無限定的全域，很難成為科學(xué)問題。可變異性科學(xué)問題是可變的，可以引出另一個科學(xué)問題。困惑數(shù)學(xué)史兩千年的歐氏幾何第五公設(shè)證明就是典型例子。19世紀(jì)俄國數(shù)學(xué)家羅切夫斯基改變了問題，創(chuàng)立了非歐幾何。三、科研選題科研選題就是形成、選擇和確定所要研究和解決的課題。課題是為了實現(xiàn)某個特定目標(biāo)所需要研究的一個或一組科學(xué)問題?？蒲羞x題有其步驟和原則?？蒲羞x題的步驟文獻(xiàn)調(diào)研和科學(xué)分析提出選題、初步論證選擇和確定課題文獻(xiàn)調(diào)研和科學(xué)分析文獻(xiàn)調(diào)研應(yīng)查明有關(guān)專著和論文，并盡可能追溯其發(fā)展歷史，以便繼承前人已有的科研成果，在新的起點上選擇研究課題。在選題調(diào)研中要保持批判頭腦，過分依賴和盲目相信文獻(xiàn)資料會使人墨守陳規(guī)，而擺脫固有觀念的束縛和解決問題本身同樣困難。提出選題，初步論證調(diào)研后經(jīng)過分析、篩選，提出研究課題，然后還要對課題進(jìn)行可行性分析，如建立模型進(jìn)行初步計算，或設(shè)計一些必要的實驗。若有幾個備選課題，則需要對計算和實驗結(jié)果進(jìn)行分析比較和篩選。

評議和確定課題在評議和確定課題時，可以提出“三問”問專家：在您的研究領(lǐng)域中，最有意義的尚待解決的問題或難題是什么？問同伴：向他們說明自己正準(zhǔn)備研究什么問題？問自己：我對解決這些問題最可能做出貢獻(xiàn)的獨(dú)特背景知識和經(jīng)驗到底是什么？整理出以上三問，并將之交集，就能夠較好地抓住研究方向和重點。選題過程是一個不斷反饋調(diào)整的過程，常常需要反復(fù)調(diào)研和多次論證。選題的基本原則需要性原則創(chuàng)造性原則科學(xué)性原則可行性原則需要性原則應(yīng)面向社會需要和學(xué)科發(fā)展需要。社會需要包含經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國防建設(shè)、醫(yī)療衛(wèi)生和文化教育事業(yè)等需要。學(xué)科發(fā)展需要包含開拓科學(xué)領(lǐng)域、更新科學(xué)理論、改進(jìn)科學(xué)方法等。需要性原則還體現(xiàn)在科學(xué)研究的三個層次。開發(fā)研究應(yīng)用研究基礎(chǔ)研究開發(fā)研究擔(dān)負(fù)著把科學(xué)技術(shù)直接轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力的任務(wù)，其選題應(yīng)將當(dāng)前社會需要置于首要位置。即便是跟蹤世界高技術(shù)研究，也要充分重視在當(dāng)前有應(yīng)有價值的項目。應(yīng)用研究致力于解決國民經(jīng)濟(jì)和社會生活中所提出的實際科學(xué)技術(shù)問題，是基礎(chǔ)研究成果向現(xiàn)實社會生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。選題方向一方面應(yīng)指向加強(qiáng)生產(chǎn)活動的技術(shù)基礎(chǔ)，弄清技術(shù)機(jī)理一方面應(yīng)在充分了解國內(nèi)外重大基礎(chǔ)研究成果的基礎(chǔ)上，選擇有市場潛力和能衍生新技術(shù)群體的成熟理論作為應(yīng)用價值發(fā)現(xiàn)的攻關(guān)課題?；A(chǔ)研究要從學(xué)科發(fā)展的需要出發(fā)，去研究和發(fā)現(xiàn)自然界的新現(xiàn)象和新規(guī)律，為認(rèn)識和改造世界提供理論依據(jù)。當(dāng)代科學(xué)技術(shù)一體化趨勢日益縮短了基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究再到開發(fā)研究的周期，某些基礎(chǔ)研究已成為當(dāng)代高技術(shù)的直接生長點，因此基礎(chǔ)研究的選題方向應(yīng)面向現(xiàn)代大科學(xué)觀。創(chuàng)造性原則是指選出的課題應(yīng)是前人沒有解決或沒有完全解決的疑難問題，并預(yù)期從中能產(chǎn)生創(chuàng)造性的科學(xué)技術(shù)成果。那些有可能導(dǎo)致新概念、新理論、新方法、新應(yīng)用出現(xiàn)的課題，研究者應(yīng)作為優(yōu)先選擇對象。創(chuàng)造性原則的實質(zhì)要求在選題階段，對課題結(jié)果的創(chuàng)造性是難準(zhǔn)確估計的。因此，創(chuàng)造性原則實質(zhì)上是要求做到：恰當(dāng)?shù)毓烙嬚n題的意義和其中可能包含的創(chuàng)造性成分。在現(xiàn)實條件下難以取得創(chuàng)造性進(jìn)展的題目，不應(yīng)作為選擇對象。具體做法一要加強(qiáng)情報工作，掌握科技動態(tài)二要到最有希望出創(chuàng)造性科技成果、最需要創(chuàng)造性而且最能激發(fā)和砥礪創(chuàng)造力的地方去選題三要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提高科學(xué)鑒識能力?？茖W(xué)性原則選出的課題要有一定的科學(xué)理論和科學(xué)事實作為根據(jù)，把課題置于當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)背景下，并使之成為在科學(xué)上可以成立和可以探討的問題。原則要點明顯與已有科學(xué)理論相違背的題目不應(yīng)是選題的對象，除非確已發(fā)現(xiàn)了與該理論相矛盾的事實并把這種矛盾作為科研課題毫無事實根據(jù)的題目也不應(yīng)作為選擇對象，除非確有把握在研究過程中可以獲得有關(guān)事實，如對永動機(jī)的研制、對愛因斯坦相對論的批判等。可行性原則選擇的課題應(yīng)與研究者自己的主、客觀條件相適應(yīng)，即根據(jù)已經(jīng)具備的或經(jīng)過努力可以具備的條件進(jìn)行選題。主觀條件要分析科研隊伍的結(jié)構(gòu)各種人才的配置研究者的素質(zhì)能力以及對課題的認(rèn)識研究的興趣等因素客觀條件要考慮科研經(jīng)費(fèi)實驗設(shè)備原材料供應(yīng)圖書情報資料對研究時間期限的要求等因素。

還要考慮科研的外部環(huán)境、國家政策、學(xué)術(shù)交流等條件。選題原則既相互聯(lián)系又彼此有別需要性原則規(guī)定著科研的根本方向科學(xué)性原則體現(xiàn)了科研的內(nèi)在根據(jù)創(chuàng)造性原則反映了科研的本質(zhì)特征可行性原則是解決選題能否成功的關(guān)鍵第二節(jié)科學(xué)事實科學(xué)事實的概念科學(xué)事實的特點科學(xué)事實發(fā)現(xiàn)的理論一、科學(xué)事實的概念在科學(xué)認(rèn)識中，科學(xué)事實是指通過觀察和實驗所獲得的經(jīng)驗事實，是經(jīng)過科學(xué)整理和鑒定的確定事實?？茖W(xué)事實一般可分為事實Ⅰ和事實Ⅱ。事實Ⅰ：指客體與儀器相互作用的表征，如觀測儀器上所記錄和顯示的數(shù)字、圖象等。事實Ⅱ：指對觀察實驗所得結(jié)果的陳述和判斷，科學(xué)文獻(xiàn)上的科學(xué)事實多是這種含義。如1888年1月5日居里關(guān)于X射線對鈾狀態(tài)的影響寫道：“X射線不改變鈾的狀態(tài)”。這是一個科學(xué)事實的陳述，它描述被認(rèn)識的事件和現(xiàn)象，并已經(jīng)對其做了一定的判斷。區(qū)分事實Ⅰ和事實Ⅱ的意義科學(xué)事實雖是客觀事實的反映，但由于反映過程的復(fù)雜性（如微觀領(lǐng)域?qū)嶒瀮x器對微觀客體的“干擾”等），兩者往往并不能直接一致。事實Ⅰ進(jìn)行的是本體論的考察事實Ⅱ著眼于認(rèn)識論，也就是著眼于它們與認(rèn)識主體的關(guān)系上、與在事實基礎(chǔ)上創(chuàng)立的假說和理論的關(guān)系上加以考察。

客觀事件和現(xiàn)象會隨著觀察和實驗過程的結(jié)束而消失，能夠保存事實并使之納入科學(xué)構(gòu)成的手段是語言然而以某種語言形式記錄下來的事實，已經(jīng)被納入了某個概念系統(tǒng)，同一事件在不同概念系統(tǒng)中所作出的描述可以是不同的這種被語言所表述的事實只能是事實Ⅱ，而不能是事實Ⅰ

科學(xué)事實屬于認(rèn)識論范疇，它體現(xiàn)的是客觀事件在科學(xué)認(rèn)識主體中的記述和判斷。沒有客觀事件或現(xiàn)象的發(fā)生，自然不會有科學(xué)事實；沒有主體所設(shè)置的認(rèn)識條件（如測量儀器、概念系統(tǒng)等），也無法獲得和記載科學(xué)事實。二、科學(xué)事實的特點客觀事實不存在正確或錯誤的問題，而經(jīng)驗事實則存在著可錯性。在發(fā)現(xiàn)和鑒定經(jīng)驗事實過程中，應(yīng)把握科學(xué)事實的特點。

個別性：即科學(xué)事實應(yīng)該是個別存在的陳述。如“鈾具有放射性”、“氬具有化學(xué)隋性”、“水分子由二個氫原子和一個氧原子構(gòu)成”等均是科學(xué)事實“所有微觀客體都具有波粒二象性”、“整個宇宙都在膨脹著”等等之類的普遍陳述，則不被看成是科學(xué)事實?？陀^性科學(xué)事實應(yīng)該可復(fù)核、可重現(xiàn)。如J/φ粒子的存在是在布洛克海紋加速器和斯坦福對撞機(jī)上首先發(fā)現(xiàn)的，后又經(jīng)其它加速器如西歐核子研究中心的復(fù)核重現(xiàn)才成為公認(rèn)的科學(xué)事實。能動反映性科學(xué)事實應(yīng)該比較精確、系統(tǒng)。如邁克爾遜——莫雷實驗，其直接目的是判定以太是否存在，但是考慮到諸如地勢、地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)等因素對測量的影響，要得出客觀的結(jié)果就要在高山、低谷、白天、黑夜、夏季、冬季分別進(jìn)行，從系統(tǒng)化的經(jīng)驗材料中確定一個精確的科學(xué)事實。三、科學(xué)事實發(fā)現(xiàn)的理論在科學(xué)問題引導(dǎo)下，如何運(yùn)用實驗和觀察手段發(fā)現(xiàn)和描述科學(xué)事實是科學(xué)研究的重要環(huán)節(jié)，歷來受到西方學(xué)術(shù)界的重視，他們提出了許多有價值的觀點。

其中頗具代表性的有古典經(jīng)驗主義的“純觀察說”邏輯實證主義的“中性觀察說”歷史主義的“理論負(fù)荷論”古典經(jīng)驗主義的“純觀察說”科學(xué)觀察是一種純粹的感官反應(yīng)活動，它不受任何理論因素的影響，在觀察中也應(yīng)該排除任何理論的影響，純粹客觀地進(jìn)行觀察。他們認(rèn)為觀察和感覺是等同的，觀察過程就是人們對客體的感覺過程。洛克：把通過觀察獲得的經(jīng)驗事實稱為“簡單觀念”，認(rèn)為這些簡單觀念是原始的，可靠的，“最不含糊和最少疑義的”，只要觀察者的相應(yīng)感官是健全的，就不會對它的意義產(chǎn)生疑問。古典經(jīng)驗主義的“純觀察說”曾在20世紀(jì)前的科學(xué)界產(chǎn)生了極大的影響。“純觀察說”實質(zhì)上是把觀察過程等同于純粹的生理反應(yīng)過程，看不到科學(xué)觀察的復(fù)雜認(rèn)識論機(jī)制。這一點并沒有引起近代科學(xué)家和哲學(xué)家的重視，相反它的基本觀點在現(xiàn)代邏輯實證主義那里得到了進(jìn)一步的發(fā)展。邏輯實證主義的“中性觀察說”科學(xué)語言中的觀察語言（觀察陳述）是單稱經(jīng)驗命題，所反映的是個別對象的性質(zhì)、狀態(tài)，所表達(dá)的知識是經(jīng)驗知識或經(jīng)驗事實，不受觀察者理論框架、既往經(jīng)驗、文化環(huán)境的影響，觀察語言對不同理論是保持中立的。邏輯實證主義關(guān)于觀察過程和觀察語言是純粹客觀的、對任何理論保持中立的觀點它完全忽視了觀察主體的理論結(jié)構(gòu)對觀察活動的深刻影響歷史主義的“理論負(fù)荷論”亦稱“觀察滲透理論”，是由美國科學(xué)哲學(xué)家漢森于1958年在其出版的《發(fā)現(xiàn)的模式》一書中系統(tǒng)闡述。漢森：科學(xué)觀察并非像邏輯實證主義所說的只是對物象“刺激”消極的機(jī)械反應(yīng)，而是受到觀察者理論的影響和支配，不同理論觀點的人可能對同一對象形成不同的觀察結(jié)果，因而不存在“純粹的中性”觀察。為進(jìn)一步探討科學(xué)事實發(fā)現(xiàn)的規(guī)律性，漢森對其“理論負(fù)荷論”作了幾點解釋。觀察的物理過程和心理過程眼睛從觀察對象得到光刺激而形成視網(wǎng)膜印象，這是物理過程“看到”則是一種觀察經(jīng)驗，屬于心理過程，它已把外來刺激與過去認(rèn)識（包括理論和經(jīng)驗）融為一體理論如何作用于觀察人們對感覺材料首先的反應(yīng)，是有意無意地以一種概念模式去套，使它適應(yīng)于自己過去熟悉的材料，從而各人對同一對象的反應(yīng)有各種程度的差異。理論對觀察的影響并非后加的：而是與觀察者接受光刺激而發(fā)生物理反應(yīng)同時進(jìn)行，物理反應(yīng)與理論影響是同時融成一體的。

小結(jié)觀察作為一種主體反映客體的認(rèn)識活動，觀察陳述的經(jīng)驗事實取決于觀察對象本身的客觀性質(zhì)和觀察主體中的理論結(jié)構(gòu)。每一觀察主體都會因其理論結(jié)構(gòu)的不同而導(dǎo)致觀察同一客體時得出不同的觀察結(jié)論。第三節(jié)科學(xué)事實發(fā)現(xiàn)的方法科學(xué)觀察方法科學(xué)實驗方法科學(xué)儀器在觀察與實驗中的作用觀察與實驗中的機(jī)遇一、科學(xué)觀察方法觀察是人們有目的、有計劃地感知和描述客觀事物，獲取感性材料的方法。在日常生活中，觀察僅僅被理解為看、觸、嘗、嗅等。但在科學(xué)研究中，觀察的含義還包括理解或從理性上領(lǐng)會的意思。從獲取信息的角度看觀察可定義為：外部環(huán)境信息通過感官傳遞到大腦皮層，經(jīng)過加工處理感知外部世界的過程。觀察是與主體思維相聯(lián)系的，是人獲得感性認(rèn)識的一種主動形式?？茖W(xué)觀察可分為直接觀察與間接觀察。直接觀察：直接通過感官考察客體的方法，它直觀、生動，但有很大局限性。間接觀察：人們借助于一定儀器觀察客體的方法，它擴(kuò)大了感官觀察的范圍，能提供更準(zhǔn)確的觀察結(jié)果。如人的視覺借助現(xiàn)代射電望遠(yuǎn)鏡可以接收到距地球200億光年的星系的電磁輻射借助電子顯微鏡可以看到直徑為2×10-8毫米的微觀客體隨著大氣層外空間觀察站的建立，間接觀察能更加精確和多樣地反映自然界的本來面貌?？茖W(xué)觀察的作用直接獲取科學(xué)事實的重要手段建立科學(xué)理論的基礎(chǔ)開拓新的研究領(lǐng)域獲取科學(xué)事實之例證我國現(xiàn)代著名氣象學(xué)家竺可禎在70年代初發(fā)表的《中國近五千年氣侯變遷的初步研究》之所以引起國際氣象學(xué)界的極大興趣，與他長期觀察記錄氣候、物候的變化，特別是詳細(xì)研究了我國古籍中關(guān)于氣候異常、自然災(zāi)害的豐富歷史資料有關(guān)系。建立科學(xué)理論之例證從1831到1836年，達(dá)爾文以博物學(xué)家身份乘“貝格爾號”軍艦進(jìn)行為期5年的環(huán)球航行，從歐洲到南美洲、澳洲、亞洲，對各地區(qū)的動物、植物和地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了研究，搜集了大量觀察資料，借以充分論證了生物進(jìn)化理論。開拓研究領(lǐng)域之例證射電望遠(yuǎn)鏡使人們“看”到了中子星γ射線望遠(yuǎn)鏡使人們發(fā)現(xiàn)了3K宇宙背景輻射空間觀測儀器(如哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、阿爾法磁譜儀)與觀察者(如軌道空間站中的宇航員)發(fā)現(xiàn)了太陽耀斑，宇宙X射線源和γ射線源，以及類星體、白矮星、黑洞等借助星際飛行器，人類可直接到達(dá)其它天體進(jìn)行實地考察，使昔日的間接觀察變?yōu)橹苯佑^察和實驗科學(xué)觀察方法對一些觀測性強(qiáng)的學(xué)科領(lǐng)域，如天文、氣象、水文、地質(zhì)等，具有更重要的作用。二、科學(xué)實驗方法實驗方法是自然科學(xué)研究中獲取經(jīng)驗材料的常用方法。在一定程度上講，近代自然科學(xué)的實證性源于它是以科學(xué)實驗為基礎(chǔ)，是實驗的科學(xué)。

科學(xué)實驗方法人們根據(jù)一定的科學(xué)研究目的，運(yùn)用一定的物質(zhì)手段（科學(xué)儀器和設(shè)備），在人為控制或變革客觀事物的條件下獲得科學(xué)事實的方法。由于實驗方法是在人為控制條件下去觀察客體，因此它比觀察方法能獲得更精確可靠的科學(xué)事實，是現(xiàn)代科學(xué)事實發(fā)現(xiàn)的主要方法?？茖W(xué)實驗方法的特點簡化、純化和強(qiáng)化研究對象再現(xiàn)研究對象的屬性及其變化過程一種經(jīng)濟(jì)可靠的認(rèn)識和變革自然的方法簡化、純化和強(qiáng)化研究對象科學(xué)實驗?zāi)軐ο笾糜趪?yán)格控制條件下，把自然過程加以簡化和純化，排除多種偶然、次要因素和外界干擾，使對象的某種屬性或聯(lián)系以純粹的形式顯現(xiàn)出來，便于揭示出支配自然過程的客觀規(guī)律性。孟德爾：在進(jìn)行植物雜交實驗時，選擇具有易觀察、明顯而穩(wěn)定性的豌豆作為研究對象，通過對種子的形狀（圓滑、皺折）、葉子的顏色（黃、綠）和莖的高度（高、矮）等遺傳特征的觀察，歸納概括出遺傳的分離定律。特殊條件強(qiáng)化例如在超高溫、超低溫、超高壓、高真空等條件下，可以發(fā)現(xiàn)在常溫常壓下事物所沒有的性質(zhì)。1911年荷蘭物理學(xué)家卡曼林——昂尼斯首先發(fā)現(xiàn)汞在超低溫4.173K以下時失去電阻，并把這種初次發(fā)現(xiàn)的新性質(zhì)稱為“超導(dǎo)性”，從而開創(chuàng)了超導(dǎo)這一重要研究領(lǐng)域。再現(xiàn)研究對象的屬性及其變化過程由于受時間或其它因素的限制，在自然條件下發(fā)生的現(xiàn)象往往無法進(jìn)行反復(fù)觀察。而在科學(xué)實驗中，人們可以通過一定的實驗手段，使被觀察對象及其結(jié)果重復(fù)出現(xiàn)。更進(jìn)一步，對那些時過境遷的自然現(xiàn)象或無法進(jìn)行直接實驗的研究對象，人們通過實驗還可以模擬研究對象的運(yùn)動過程，運(yùn)用模擬方法間接進(jìn)行觀察研究，從而認(rèn)識對象的性質(zhì)。大氣模擬實驗可將距地面幾萬米的整個大氣層的運(yùn)動在實驗室模擬出來。大氣環(huán)流模擬的轉(zhuǎn)臺，每半分鐘左右轉(zhuǎn)一圈就能模擬一天氣候的變化，三個小時可以模擬一年氣候的變化。一種經(jīng)濟(jì)可靠的認(rèn)識和變革自然的方法人類對自然界的認(rèn)識是一種不斷探索、反復(fù)實踐的過程，往往要經(jīng)歷許多失敗以后才能獲得成功。實驗方法相對于生產(chǎn)實踐來說，規(guī)模較小、周期較短、費(fèi)用較少，即使發(fā)生多次失敗，一般損失也較少，加之實驗時環(huán)境和人身安全的影響比生產(chǎn)時易于控制?？茖W(xué)實驗方法的分類依據(jù)測量手段的不同，可分為定性實驗與定量實驗根據(jù)實驗手段是否直接作用于被研究對象，可分為直接實驗與模擬實驗根據(jù)實驗?zāi)康牡牟煌?，可分為探索性實驗和驗證性實驗定性實驗：用來判定實驗對象是不是具有某種屬性，如赫茲證明電磁波存在的實驗。定量實驗：可以精確測定屬性的量值，如測定光速、熱功當(dāng)量等。直接實驗：是在實驗儀器直接干預(yù)對象的條件下觀測對象所輸出的信息。模擬實驗（間接實驗）：先設(shè)計出能反映對象屬性的模型，然后用實驗手段作用于模型，通過模型實驗了解原型（對象）的性質(zhì)及其運(yùn)動規(guī)律。模擬實驗又可分為物理模擬、數(shù)學(xué)模擬和功能模擬。

探索性實驗：根據(jù)已知外加因素去干擾研究對象，看他會產(chǎn)生什么結(jié)果而安排的實驗。驗證性實驗：為了檢驗?zāi)骋豢茖W(xué)假說是否與觀察到的科學(xué)事實相符，即是否具有真理性而安排的實驗。三、科學(xué)儀器在觀察與實驗中的作用所謂儀器是指對待測對象進(jìn)行感受、轉(zhuǎn)換、處理、顯示的一種裝置，它是科學(xué)實驗的重要支柱，在實驗中居于核心地位。彌補(bǔ)了感官的不足人類只能對大于0.02秒時間間隔進(jìn)行分辨，而先進(jìn)測時儀器能分辨的時間間隔可達(dá)10-23秒人類眼睛能分辨的最小距離為0.01毫米，而射天望遠(yuǎn)鏡的分辨能力足以能分清幾百千米以外的細(xì)頭發(fā)絲，且使人類的視野擴(kuò)展到150億光年憑借手感，人類能區(qū)分的最小質(zhì)量充其量不過幾克，比較先進(jìn)的秤量工具的精度可達(dá)10-10克，而1999年問世的納米秤的精度可達(dá)10-15克。改善了認(rèn)識質(zhì)量人的感覺往往易受主觀因索的影響，科學(xué)儀器在一定程度上可以排除感官的錯覺和主觀因素的干擾，幫助人們改善認(rèn)識的質(zhì)量，使獲得的感性材料更加客觀化、準(zhǔn)確化。特別是因為儀器能夠提供比較可靠的計量標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)確的記錄手段，這就使人們的觀察不至限于定性的結(jié)果，而將得到更精細(xì)、更準(zhǔn)確的定量知識。丁肇中：發(fā)現(xiàn)J粒子離不開他用兩年多時間特制的高分辨率的雙臂質(zhì)譜儀，依靠這臺儀器，丁肇中才得以在1974年發(fā)現(xiàn)J粒子，打開一個新的基本粒子家族的大門。高能加速器與新粒子發(fā)現(xiàn)1932年的回旋加速器能量僅為100萬電子伏特1959年能量為280億1971年更建成了5000億電子伏特的加速器伴隨著基本粒子的發(fā)現(xiàn)數(shù)量已達(dá)300多種。從1932年到1982年，半數(shù)的諾貝爾物理獎獲得者都先后使用過不同能量的加速器。

四、觀察與實驗中的機(jī)遇觀察和實驗是一種探索未知世界的實踐活動，又是人們有目的、有計劃的研究活動。在科學(xué)實踐過程中，人們可能由于某種偶然的機(jī)會發(fā)現(xiàn)了出乎預(yù)料的未曾見過的自然現(xiàn)象，并由此導(dǎo)致了科學(xué)技術(shù)的新突破?！@種意外的發(fā)現(xiàn)稱為機(jī)遇機(jī)遇的類型按意外程度的不同，可把機(jī)遇分為完全意外的機(jī)遇部分意外的機(jī)遇完全意外的機(jī)遇在觀察實驗中發(fā)現(xiàn)了與預(yù)定目的完全不同的新現(xiàn)象如