科研的试验与要求

科研的试验与要求第一页，共四十四页，2022年，8月28日例4-1宇称不守恒定律的实验验证

李政道和杨振宁提出:1957,31

微观粒子弱相互作用宇称不守恒定律

吴健雄设计实验验证：把钴冷至0.01K→排除原子热运动干扰→目的简化试验第二页，共四十四页，2022年，8月28日（2）科学试验具有强化和深化的作用

自然界事物在常态下一般不易暴露其特殊性质及其变化规律

研究特殊条件下的事物规律。如：超高温、超低温、超高压、超高速等。以便得到通常条件下不易得到的许多自然现象。

在试验中，人们借助某种手段对自然现象过程人为地控制。可使变化快的过程变慢，使变化慢的变快，进行研究。（3）科学试验具有再现、延缓和加速的作用第三页，共四十四页，2022年，8月28日

例4-2睡眠因子的发现强化实验设计

1901年，法国的佩伦设计了一个动物试验。连续剥夺了狗7天7夜睡眠，然后抽取了该狗的脑脊液，注射到另一只狗脑中。发现这条狗睡意大增，很快酣睡。睡眠因子假设提出

一直到1967年，有人经过三年的同类试验，终于从剥夺睡眠的山羊脑脊液中提取了“睡眠因子”。这是一种由氨基酸组成的肽类物质。这一发现震动了世界。第四页，共四十四页，2022年，8月28日

例4-3生命起源学说的验证生命起源推测

原始大气是还原性的。由于没有臭氧层，太阳紫外线强烈照射地球表面，形成了许多不同的有机化合物生物分子模拟实验

1953年，美国米勒设计并进行了模拟实验。用甲烷、氮、氢和水汽混合成与原始大气相似的气体，以电火花放电模拟原始大气层闪电。经一周反应，形成了几十亿年前出现的氨基酸，还发现了脱氧核糖核酸等生物大分子。这实验使生命起源的学说得到支持。实验是在极大地加速自然进化过程中进行的。第五页，共四十四页，2022年，8月28日

（4）科学试验是一种经济可靠的研究方法自然科学研究一般都要进行试验，而试验都是有成本的。相对于生产试验来说，在实验室进行试验研究，规模小、周期短、成本低。只要设计正确，试验结果可靠性也是大的。一般地说，连试验都通不过的则没有必要再进行生产试验。

第六页，共四十四页，2022年，8月28日（5）科学试验具有典型性和灵活性

从复杂事物中选择典型事物进行研究，是科学研究中最常用和基本的思路。

实例

美国遗传学家摩尔根经过分析，选择果蝇来研究遗传问题。因为果蝇的染色体简单，且容易观察。试验方案可根据研究需要来设计，有较大的灵活性。第七页，共四十四页，2022年，8月28日现代的科学试验也具有了新的特点：

（1）试验规模扩大化

个体式研究国际间合作集体合作研究国家规模同学科合作不同学科合作

如美国为了研究试验原子弹，试验研究人员多达15万人，经费22亿美元。为了进行阿波罗登月飞行试验，共有42万人参加了研究和制造，设计和发射费用共300亿美元。投入物力和经费也比较大规模交叉第八页，共四十四页，2022年，8月28日欧洲原子能研究机构(CERN)成立于1954年，是世界最大的粒子物理研究中心。CERN是欧洲第一个联合研究机构，由20个成员国提供资金，其卓越成绩已经成为国际合作的典范。CERN位于法国和瑞士的交界处，就在日内瓦的郊区.CERN建有世界上最大的正负电子对撞机和超级质子同步加速器,该加速器周长达到27公里，粒子能够加速到每秒运动11000周，接近光速。来自全世界80多个国家、500多所大学及研究机构的6500多名科学家（占全球粒子物理学家的一半）在CERN完成的实验也是前所未有的，通常需要数百名科学家在巨大的设备上共同完成，一个实验昼夜不停，持续数月乃至数年。有三位物理学家因为在此地所作的工作而获得诺贝尔奖。

第九页，共四十四页，2022年，8月28日2012年到期的《京都议定书》，是最重要的、也是唯一一份为工业化国家减少温室气体排放量设定具有约束性目标的国际法律文件。所有联合国气候变化框架公约（UNFCCC）成员国将于2009年12月齐聚丹麦哥本哈根，就2012年之后温室气体减排目标进行协商。

要想解决气候变化、能源、环境等决定人类可持续发展未来的全球性问题，也需各国协同研究和合作。

减少全球温室气体排放的《京都议定书》2005年２月正式生效。探讨控制全球变暖的长期战略展开对话

第十页，共四十四页，2022年，8月28日

2005年，在日内瓦举行的禽流感问题国际会议，成功通过预算达１０亿美元的全球行动计划。

由多国科学家合作完成的人类基因组计划，是一个成功范例,中国也是参加完成的国家。

2005年，欧盟、美、俄、日、韩和中国等参与国际热核实验反应堆计划的六方达成一致.温室气体由于人类活动或者自然形成的温室气体，如：水汽(H2O)、氟利昂、二氧化碳(CO2)、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)、臭氧(O3)、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物、六氟化硫等的排放。温室气体排放来源多为世界重工业发展产生，温室气体一旦超出大气标准，便会造成温室效应，使全球气温上升，威胁人类生存。因此，控制温室气体排放已成为全人类面临的一个主要问题。

2009年年末在哥本哈根展开的全球气候会议，就是全球达成控制温室气体排放限制的一个世界性大会。

第十一页，共四十四页，2022年，8月28日

例4-4光线可以弯曲的试验证明爱因斯坦广义相对论重力可改变时空状态宇宙变形

英国罗伯特和美国重力透镜化专家托尼等人进行了坚持不懈的研究，证明了爱因斯坦的预测是正确的，光线是可以弯曲的。第十二页，共四十四页，2022年，8月28日（2）实验条件复杂化宏观物体微观物体学科例子

物理研究是在原子、原子核、基本粒子等层次上进行深入的探索

化学研究也从分子进入到量子水平

现代生物学也从生物细胞进入到分子水平，→分子生物学等新学科领域

现代科学实验研究，需要有严格的实验条件，如高真空、高能量、超低温、超高温等，其要求和复杂性远超过了以前任何时代的实验。

研究对象第十三页，共四十四页，2022年，8月28日

（3）实验仪器设备更加精密和完善仪器设备简单、单个系统、复杂

新兴技术如电子技术、半导体技术、自动化技术、计算机技术、超导技术等不断地产生。新技术发展设计与制造技术发展

各种各样先进的科学仪器和设备，完成各种功能的实验，得到以前所难以获得的试验结果和数据第十四页，共四十四页，2022年，8月28日

（4）实验操作自动化

实验操作手动、半自动自动化现代仪器特点

实验数据的采集、记录、整理、存储和分析等方面达到了自动化，减少了人工操作和人为误差。

现代实验不仅可以对单个事物进行研究，而且可以连续跟踪自然现象或事物演变的动态发展过程；不仅可以做分解式实验，也可以进行综合模拟实验。第十五页，共四十四页，2022年，8月28日二、科学试验基本类型

根据不同特征和性质，有不同的试验分类方法。（1）定性试验判断有哪些性质、鉴定某种因素是否存在，是否具有某种关系。如化学常用。（2）定量试验定量是测定某研究对象的性质、组成及其他影响因素的数量值的试验方法。（3）对比试验通过两组试验，对结果进行比较，从而判定试验组是否具有某种性质或影响或优劣好坏。

第十六页，共四十四页，2022年，8月28日

（4）模拟试验模拟试验是人为地建立或选择一种与原型相似的模型进行试验，以揭示原型的本质和规律。模拟试验的关键是相似准则。模拟试验与原型应具有相似的物质模型和相似的外界条件。如水坝模型，飞机模型。一切模拟试验都是以相似关系为基础的。（5）破坏性试验许多产品在正式大批量生产销售之前要做破坏性试验。以取得有关数据，确保产品的安全性和性能的可靠性。第十七页，共四十四页，2022年，8月28日

例4-5模拟仿真试验实例

美国的“爱国者”导弹的研究过程，就采用了模拟仿真技术。通过仿真试验，减少了导弹的真实试验次数43%，节省了研究开发经费数亿美元。物理仿真数字仿真物理模拟实验数学模型基础现代仿真技术应用航空、军事、制造、生物等领域应用广泛第十八页，共四十四页，2022年，8月28日

流体力学中的水头方程，

电学中的电势方程，

用一套相应的电路装置来模拟地下水的试验结果转换到机械系统。原理是相通的，但试验比较容易，参数也容易控制，结果比较准确，并且试验的成本比较低。其它还有析因试验、中间试验、生产试验、工艺试验、验证性试验等名称。

例4-6利用电路原理模拟地下水流动第十九页，共四十四页，2022年，8月28日上左：汽车碰撞破坏试验上右：面包机安全性破坏试验下左：防弹衣也要做刀刺试验

例4-7破坏性试验第二十页，共四十四页，2022年，8月28日

例4-8世界上最著名的科学试验伽利略两个铁球同时着地法拉第第一次认识到电磁现象与光现象间的关系第二十一页，共四十四页，2022年，8月28日焦耳热不是一种物质，它是由运动产生的巴甫洛夫研究动物的条件反射第二十二页，共四十四页，2022年，8月28日威廉·哈维发现血液循环拉瓦锡燃烧原理

称拉瓦锡为近代化学之父牛顿发现了白光是由各种不同颜色的光组成第二十三页，共四十四页，2022年，8月28日三、设计科学试验的基本要求

对试验的基本要求

清楚试验的目的、过程，思路要清晰

一般性试验应按照统计学原理安排，以防止片面性，试验立论要正确

仪器精度应满足试验要求

试验操作要准确、细致

试验数据可靠、真实

正确地分析试验结果，整理试验数据第二十四页，共四十四页，2022年，8月28日

例4-8试验立论不正确，导致试验失败狗对颜色无条件反射。？！

例4-9试验数据不可靠、不真实

法国科学院院士发现N射线。？！

例4-10思维能力的差别

两人同时到老板那里干活。一段时间后，一人工资比另一人高。→不服。老板叫他们到市场上去了解有什么卖的。不服的人回来说，有土豆在卖。有多少，却不清楚。价格多少，不知道。来回跑了三次。而另一人去了一趟就全了解清楚了，而且还带回来一个土豆，还知道，马上有西红柿到。且认为价格便宜，想老板肯定会买的，还把卖的人也带来了。第二十五页，共四十四页，2022年，8月28日

例4-11对试验结果分析要全面鸡和甲鱼抗癌作用试验

1962年，日本教授将癌细胞分别注入鸡和甲鱼体内，5h后检查。→鸡内癌细胞仍活着，甲鱼体内癌细胞已被抑制

一周后，活检，都未找到癌细胞

将癌细胞分别注入鸡和甲鱼体内，5h后宰杀，放入锅内煮2‘后取出，都未发现

有人就将前一段试验结果宣扬，而不讲全部试验过程。→在社会上盛行“吃鸡会生癌，吃甲鱼能杀癌”的流言。事实上，吃鸡不致癌，吃甲鱼也不抗癌。第二十六页，共四十四页，2022年，8月28日四、试验与数据处理1、试验数据测试测试工作是科学研究和技术开发过程的关键。试验测量应该遵循的原则：（1）必须选择合格的计量仪器。（2）熟悉试验仪器的使用说明。（3）选择有经验的操作者进行操作。（4）计量仪器必须放置得当。在研究测试设计中有三个最重要的概念，即匹配问题、补偿问题和重复性问题。

第二十七页，共四十四页，2022年，8月28日2、试验数据处理

试验数据计量数据计数数据

用度量衡手段而获得的定量值，如5mm，16.3kg，37.5℃，等。

定性数据，数据间是质的差别。如：药物治疗可有治愈、好转、无变化、恶化等第二十八页，共四十四页，2022年，8月28日（1）有效位数的判定准则有效数字

有效数字是一个数，除最后一位是不确切数字外，皆为可靠值，则组成该数的所有数字称为有效数字1）不需标注误差的数据，其有效位数取到最末一位数字为可疑值2）需标注误差的数据，其有效位数取到与误差的同一数量级3）测量误差的有效位数，一般只取一位有效数字4）算术平均值有效位数应取与误差的同一数量级

第二十九页，共四十四页，2022年，8月28日（2）有效位数的运算规则

多项数值相加、减：应以数据中有效数字末位数最大者为准，其余各数向后多取一位，再运算。如：7.3+6.331+8.15=21.78=21.8

乘、除运算：应取有效数字个数最少者为准，其余各数和所得积或商皆多取一位有效数字。如：7.3×6.331×8.15，应该7.3×6.33×8.15=376.60335，最后取377

乘方、开方：所得结果比原数多取一位有效数字。对数运算，取对数的位数与真数有效数字的位数相符第三十页，共四十四页，2022年，8月28日（3）有效位数的化整原则如果确定了有效位数后，化整原则为：

2）若应舍弃数字的第一位数字大于5，则进1（六入）

3）若应舍弃数字的第一位数字小于5，则舍去（四舍）1）整数后面经判定有多余数字，则舍弃多余的数字，用0代替。若是带小数的数或小数，则只舍弃多余的数字。例如：

8765432，有效数字为三位，则可化为8770000；

0.16843，有效数字为二位，则可化为0.17第三十一页，共四十四页，2022年，8月28日4）如舍去数字的第一位数字正好是“5”，则要看情况。5后面的数字不是0，则舍去5进1；如5后面没有数字或是0，则采用凑偶原则处理。凑偶原则

若保留的有效数字是奇数则舍5进1，使末位数成为偶数。若末位数本来就是偶数，则舍5而不进1例：46.415→46.42（奇数进1）；46.425→46.42（偶数舍5）179.85→179.8（偶数舍5）；179.75→179.8（奇数进1）135.736→135.7（四舍）；10.0370→10.04（六入）第三十二页，共四十四页，2022年，8月28日第5章科技论文的特点与构成

5.1科技论文的分类定义

科技论文是对创造性的科学技术研究成果进行理论分析和总结的科技写作文体

科技研究的问题

科研新成果

论说文体裁第三十三页，共四十四页，2022年，8月28日

按其发挥的作用分：（1）学术性论文学术论文是科学研究成果或创新见解的科学记录、科学总结。主要特点

具有新观点、新方法或新结果，具有科学性。推动了科技发展。在学术期刊上发表，或在学术会议交流。第三十四页，共四十四页，2022年，8月28日

（2）技术性论文特点

解决工程技术问题；具有技术的先进性、实用性和科学性；在学术期刊上发表，也可在学术会议上交流；往往有一定保密性，公开成果时要考虑保密性问题。第三十五页，共四十四页，2022年，8月28日

（3）学位论文

学位论文是为申请学位而提交的学术论文。要经过考核和答辩。特点是内容比较详尽。推动科技进步。学士论文

大学本科生为申请学士学位所必须提交的毕业论文。应能反映作者确已比较好地掌握了本门学科的基础理论、一定的专业知识和基本技能；具有从事科技工作的初步能力。其研究成果或水平一般达不到发表的要求。第三十六页，共四十四页，2022年，8月28日硕士论文

硕士论文应能表明作者确已在本门学科上掌握了坚实的基础理论和系统的专门知识；具有独立从事科研或技术工作的能力，重于掌握科学研究的方法。其论文应具有一定程度的创新性，一般情况可以达到发表的水平。第三十七页，共四十四页，2022年，8月28日

博士论文

在本门学科上掌握了坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识；具有独立从事科研工作和创新技术的能力，在科学或专门技术上做出了创造性的成果。其特点是：内容多，可分解成若干篇，但相互关联；论文应当反映学科前沿的创新性成果，是重要的科技文献。第三十八页，共四十四页，2022年，8月28日

按其研究方式和论述的内容来分类：（1）试验研究报告试验研究论证型论文，工科类各学科专业中占有很大的比重。（2）理论研究理论推导和理论分析两类。（3）设计计算包括计算机程序设计、辅助设计、产品设计或材料的设计等。（4）文献综述第三十九页，共四十四页，2022年，8月28日5.2科技论文发表的意义与特点一、科技论文写作与发表的意义

1、论文写作是科学技术研究的重要环节和手段

论文写作是科研的重要组成部分，是研究与开发的延续或过程，是科研成果的必然总结。法拉第

科学研究有三个阶段：首先是开拓，其次是完成，第三是发表

有人做过调查，许多理工科毕业生认为：对他们最有用且需加强的课程，一是数学，二是物理，三是写作。

——日本某研究生院院长第四十页，共四十四页，2022年，8月28日写作作用

科学研究的规范和起步；