05第五章-获取科学事实的基本方法

第五章获取科学事实的基本方法

授课教师政法学院刘国建第一节科学事实及其性质

科学认识的目的是揭示事物的本质和规律，而科学认识首先是获取科学事实，并在此基础上整理加工成科学理论。恩格斯指出：“不论在自然科学或历史科学的领域中，都必须从既有的事实出发”。获取科学事实是科学研究出发点，正如巴甫洛夫指出的：“不管鸟翼是多么完美，但如果不凭借空气，它是永远不会飞翔高空的，事实就是科学家的空气，你们如果不凭借事实，就永远也不能飞腾起来。”一、科学事实的含义

我们在日常生活中所接触到的客观事物及其现象，通常叫做事实，但不都是科学事实。所谓科学事实，一般是指人们对所观察到的事件、现象和过程所作的真实描述。

科学事实一般分为两类：事实Ⅰ：指客体与仪器相互作用结果的表征，如观测仪器上所记录和显示的数字、图像等。它既与客体有关，也与人所设置的认识条件有关。事实Ⅱ：指对观察实验所得结果的陈述和判断。它既与客体的本性、仪器的性能有关，也与人用以描述事实的概念系统有关。（一）科学事实与其它事实1．客观事实与科学事实客观事实是指尚未进入科学研究领域，独立于科学认识主体之处的，实际存在着的事件、现象和过程。它没有正确和错误之分，是纯客观的，不包含任何主观因素的。但它可以被人们所感知，可以成为观察、实验的对象，它本身不是知识。如：2000年11月由中国、美国、英国等几个国家参加的对人类基因谱草图的绘制完成，这里的基因及其遗传密码在还未进入科学研究主体的视野时，是客观存在的自然现象，是客观事实。科学事实作为科学研究主体的初步成果，是已进入科学研究领域，被科学劳动者掌握和确证的事实。如哈雷慧星76年回地球上空一次，就是科学事实。2．经验事实与科学事实

所谓经验事实是指人们用专业语言或文字对通过观察、实验而被感知的客观事实所作的描述和判断。由于科学认识的复杂性，人们在观察过程中难免产生偏差，所得到的经验事实常会掺杂着虚假的描述。因此经验事实与科学事实的显著的不同点是：经验事实具有可错性和不确定性的特点。因为，经验事实的获取与人所没置的认识条件（比如仪器设备的性能）有关，与人用来描述观察结果的概念系统有关，还与认识主体的认识能力有关，只有那些经过价值尺度的选择，有关手段鉴定的经验事实才能称得上科学事实。并非所有的经验事实都属科学事实。3．理论事实与科学事实

理论事实是指按照某种理论的设想或根据某一科学理论断定其存在，但尚未观察到的某种实体和过程。例如，爱因斯坦依据广义相对论预言光线在强引力场中会发生弯曲就是理论事实。为了证实该理论事实是科学事实，爱因斯坦建议利用日蚀时观测，从太阳边缘通过的星光将沿着非直线的短程线传播。1919年5月恰好要发生一次日蚀，英国皇家科学院派出以大科学家爱丁顿为首的两支观测队赴西非和巴西，这次观测成功地证实了爱因斯坦关于光线经过强引力场要发生偏转的预言。从而该理论事实就转化为科学事实。理论事实能否被后来的观察实验所证实而转变为科学事实，关键在于理论本身的科学性、可靠性。（二）科学事实的特点

第一，具有个别性，即关于某一单独对象有或没有某种属性的描述。而如果是反映某一类中每个对象有或没有某种属性的陈述，叫全称描述。如“哈雷慧星76年回地球上空一次”、“水分子由氢原子和氧原子组成”，是个别性的描述。而“所有的行星都绕着自己的轴旋转”和“分子都是由原子组成”则是全称描述，这是关于某类事物全体的认识。我们强调科学事实的个别性，是为了突出它主要是来自于感性活动，而不是主要来自于理性的抽象活动。

第二，具有可重复性。是指对于同一种科学事实，不同的人在同样的环境和条件下，可获取同样的结果。如果别人根本做不到，那么它的真实性就值得怀疑。1959年美国物理学家韦伯曾宣布，他的实验装置已直接收到了从银河系一天体发出的引力辐射，但他的观察事实在世界上许多国家实验室都未能被重复，因而他公布的观察结果就未被科学界承认为科学事实。科学事实的可重复性特征又是判断某个观察事实是否是科学事实的重要标准。第三，具有理论影响性。即指科学事实是受理论影响的。

第四，具有客观的独立性。科学事实的内容是客观的，尽管它的确定与科学理论的指导相关，然而科学事实一旦被发现和承认，就具有相对独立性和确定性。该特征还突出表现在某一假说未能经得起实践的检验而被否决，但支持这一假说的科学事实仍然存在，其科学价值仍得到人们的承认，具有独立性。关于这一特点恩格斯特别指出：“在任何一门科学中，不正确的观念，如果抛开观察的错误不讲，归根到底都是对于正确事实的不正确的观念。事实终归是事实尽管关于它的现有的观念是错误的。如果说我们已经抛弃了陈旧的接触说，那么，这种理论企图加以解释的那些确定的事实仍然存在”。（三）科学事实的作用

科学事实的上述特点，决定了它在科学研究中具有重要的地位和作用，表现在这样几个方面：其一是形成新概念、建立新理论的基础。科学概念的产生和科学理论的建立都是人们对科学事实加工抽象的结果，即使是深奥的理论，也都源于一定的科学事实。正如爱因斯坦指出的：“一个希望受到应有的信任的理论，必须建立在有普遍意义的事实之上”。其二是检验科学假说和评价科学理论的依据。科学假说和科学理论正确与否，是通过科学事实的验证作出评价的。科学事实还能纯化、修正和补充科学假说和科学理论。（四）获取科学事实的基本途径

科学研究的首要任务就是充分获取科学事实，占有第一手材料。获取科学事实的渠道或方式有哪些呢？一般有直接和间接两种途径。获取科学事实的直接途径是生产实践、科学观察和科学实验。被马克思称之为“英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖”。的弗朗西斯·培根认为，人的认识不仅是对外部自然界直接观察的结果，还可以通过人的实践活动（实验）来获得，而通过后一种方式得到的认识会更加深刻，更加接近事物本质。培根大体上正确地解决了人的认识以及科学事实的直接来源和认识过程问题。当然，培根的认识也有局限，并没有完全解决认识论的基本问题。

科学发展史表明，要深入探索自然奥秘，获得新的、大量的和准确可靠的科学事实，归根到底还有赖于观察、实验等手段从自然界中直接获取。要正确地获取科学事实，需要求实的科学态度。自然界是诚实的，它不偏爱任何人，但科学事实却只有那些具有科学意识、科学精神的人才能获取。否则，即使面对重要的客观事实，也可能失之交臂。获取科学事实的间接途径是文献调研。初期科学研究工作的重要障碍之一常常是资料不足，也就是说缺乏研究所需要的起码的科学事实。解决的办法，一是靠观察、实验、实地调查考察等直接渠道去搜集归纳；另一种办法便是做大量艰苦细致的文献调研工作，从已有的科学文献中找出我们所需要的科学事实。第二节观察方法

获取科学事实的方法很多，其中最常见的，也是最基本的方法，就是观察方法。

一、观察方法的含义及其分类所谓观察方法，又称科学观察，是指人们在一定的理论指导下，通过感官或借助于科学仪器，有目的、有计划、有选择地感知和描述研究对象，获得科学事实或感性材料的一种研究方法。观察方法是最早运到科学研究中的方法，所以观察方法随着科学技术的不断发展而得到多方面、多层次的发展。从不同的角度、不同的方面可将观察方法区分为不同的类型。

1．从观察的方式和手段分，有直接观察和间接观察。

2．从观察的性质和内容分，有定性观察和定量观察。二、观察方法的特点尽管有各种各样的观察方法，但都有共同的特点：一是观察的目的性，科学劳动者在运用观察方法进行观察时，总是围绕着为什么要观察，即观察总是和解决一定的科学问题联系在一起的。科学观察不同于日常生活中的观察。日常生活中的观察是一种消极的，被动的观察，具有很大的随意性和偶然性，而科学观察是有计划、有步骤、有目的的科学实践。二是观察的自然性。科学观察是将观察对象置于自然状态下，整个观察过程不进行人为干扰，在保持事物本来的状态和面貌情况下进行的。这也是观察方法与实验方法重要区别之一。在动物学、物侯学、地质学、天文学、心理学、矿物学、古生物学等领域运用观察方法充分体现出观察的自然性。

三是观察的可重复性。科学观察的过程和结果，在相同的条件下，可以为不同观察者所重现。这也是该观察是否具有科学价值的重要标准之一，否则即使积累了许多经验材料而无法验证其可靠性，仍然是没有科学价值的。例如，1969年美国科学家韦伯声称，在1968年12月30日到1969年2月21日这段时间中，他用自制的引力波天线两次接收到了银河系一星系的引力波信号。这一观察结果立即引起物理学界的关注。但因后来人们使用他的观察技术没有观察到类似现象，这一结果的可靠性受到怀疑。所以观察的可重复性也是检验观察的可靠性的标准。三、观察方法的作用

科学认识离不开观察，通过观察可以导致发现科学研究的问题。法拉弟曾经说过：没有观察，就没有科学，科学发现诞生于仔细的观察中。这是强调科学观察在科学认识中的重要作用。观察方法在科学认识中的重要作用，有以下几个方面：第一，科学观察是获取第一手科学事实的重要手段。观察是科学实践活动中的重要形式。前苏联的病理学家明柯夫斯基在研究胰脏的消化功能时切除了狗的胰脏，观察到它的尿引来成群的苍蝇，为什么呢？经分析是由于尿水中含有糖，并在此基础上揭示了糖尿病与胰岛素的关系。

第二，科学观察可以扩大研究领域。英国物理学家斯科特·罗素（1808~1882）发现“孤立波”就是典型的一例。人们从孤立波的发现而得到启示，不但引起科学工作者对它进行了定性和定量的研究，而且还引起人们对“孤立子”（又说孤粒子）的研究，进而扩大到对“孤立子通信”的研究。

第三，观察方法可以为科学研究开辟新道路，比如，以前人们研究人类起源的传统方法，是在古人类化石和古人类遗址上下功夫。这种研究方法是需要的，但有一定局限性，就是难以较具体了解远古人类社会的生活状况，对类人猿的群体生活情况以及怎样一步一步地由古猿转变成人的，没有感性上的了解。现代人类学家古道尔，在非洲原始密林里建立观察哨，用十年时间坚持观察黑猩猩群体内部的生活状况，作出详细观察记录。对这些观察资料进行分析与综合，最后写出了《人类的近亲》、《我在黑猩猩中的生活》等极为重要的科学著作，从而为古人类学的研究工作开辟了新的道路。

第四，科学观察可以锻炼思维和增强记忆力。通过科学观察，能够发现问题和提出问题，可以抓住事物或现象的外部特征，可以对事物或现象作出一定的科学判断，开动脑筋发挥思维能力的作用。另外，一个人的记忆力强与弱，如果他的脑素质正常，无先天不足，那么，主要是与后天的学习和锻炼有关，要增强记忆力，有多种途径，其中之一就是要善于运用观察。据统计资料显示：“人的记忆力百分之八十五靠眼睛，百分之十靠耳朵，百分之三或百分之四靠触觉和嗅觉。”第五，科学观察是检验假说和理论的标准。在科学研究中，有些结论的对与错，只有通过观察才能得到验证。四、科学观察的基本原则

科学观察不同于日常生活中的观察，是因为观察者要具备良好的观察素质以及遵循和坚持起码的基本原则。

1．科学观察的客观性原则

2．科学观察的全面性和系统性原则

3．科学观察的典型性原则

4．科学观察的持久性和反复性原则

5．科学观察的计划性原则五、关于观察的有关问题讨论

1．观察与理论的关系问题

对观察是否需要理论的指导，存在两种不同的观点。一种是“纯观察说”，认为观察和理论必须严格区别开来，观察要绝对客观，不允许有任何主观想法的干扰。其代表人物是英国的弗兰斯·培根和洛克,认为观察应不受任何理论因素的影响,应该是纯粹客观的,法国生理学家伯纳德更是认为,进入实验室之前,要把所有想法象帽子和大衣一样脱下来,换上洁白的大褂。到达20世纪30年代,现代逻辑经验主义在“纯”观察说的基础上提出了“中性观察说”，认为观察者的理论框架，以往的经验和文化环境等对观察过程都没有影响，观察过程和观察语言是纯粹客观的，对任何理论都保持中立。

另一种是“理论负荷说”，即“观察渗透理论”。这种观点是在20世纪50年代首先由美国哲学家汉森提出来的。汉森认为，观察是受观察者的理论影响和支配的，观察并非只是感官对观察对象“刺激”的消极的机械反应。他认为不同理论观点的人对同一对象可能会形成不同的观察结果。他在《发现的模式》一书中指出：如果设想开普勒和弟谷一起在山上看日出，“弟谷看见的是太阳从固定的地平线上冉冉升起，而开普勒看见的却是静止的太阳底下滚动着的地平线”。开普勒和弟谷所获得的视觉图像应该是相同的，观察的结论不同，是由于两人的观察渗透着不同的理论，一个是日心说，一个是地心说。爱因斯坦也赞同“观察渗透理论”，他认为“是理论决定我们能够观察的东西……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中推论出基本现象来”。实际上，观察与理论很难截然分开，没有理论指导的观察容易使观察陷入盲目性，我们之所以认为观察与理论有密切关系，这是因为在科学观察的各个环节都渗透着理论。首先，观察主体渗透着理论。其次，观察操作渗透着理论。再次，“观察语言”渗透着理论。总之一方面，理论指导观察，使观察逐步深入。观察什么怎样观察？观察结果如何分析？都有赖于一定理论的指导。对同一观察对象，观察者由于各自背景知识与经验的差异而作出不同的观察陈述的情况是常有的。这里还必须注意到，我们肯定“观察渗透着理论”这个命题，并不可以随意夸大理论对观察的影响。要特别强调的是被观察对象是客观存在的，是第一性的。

2．观察的客观性问题

我们提出观察的客观性问题，那是因为眼见为实，不一定就能据实。我们在进行观察时，由于主客观的种种原因，往往会出现错误或偏差，影响了观察的客观性。为了说明观察容易产生谬误，在《科学研究的艺术》一书中，英国剑桥大学教授贝弗里奇讲述了这样一个例子：在德国戈廷根的一次心理学会议上，大会正在热烈的进行，会议室的门突然被打开，冲进两个人，后面的人拿着枪追逐前面的一个。两人在会场里混战了一阵，突然一声枪响，两人又一起冲出去。事情发生后，会议主席请与会者马上写下现场目击情况，共收到40份观察报告。事后拿报告与现场拍下的照片进行比较，发现在主要的事实上，只有1篇的错误少于20%，错误占20%~40%的有14篇，其余的25篇的错误在40%以上，特别值得一提的是，超过半数的报告都有10%以上的情节是无中生有，纯属臆造的。这个事例说明，观察很容易产生错觉，出现误差的。第三节实验方法

观察作为古老的方法，在科学研究中至今仍发挥着重要的作用。但由于此方法在很大程度上依赖于人的感官，因此容易造成错觉。还由于观察对象，有的过于复杂，观察者难以把握；有的转瞬即逝，观察者难以捕捉；有的过程演化太慢，需要经历上百年甚至上千年，在观察者有限的生命中难以完成观察过程；这些都会影响科学研究的进程。因此，在科学研究中，还需借助实验方法。恩格斯指出：“单凭观察所得的经验，是决不能充分证明必然性的……但是必然性的证明在人类活动中，在实验中，在劳动中。”

一、实验方法的含义

所谓实验方法，是指人们根据一定的研究任务和目的，利用一定的仪器、设备及其它物质手段，在典型的环境中或特定的条件下，主动控制或干涉研究对象，舍弃或排除次要因素和无关因素的影响，选取或突出主要因素，去探索事物或现象的性质和规律的一种特殊的研究手段，称为实验方法。或者说，实验方法是指人们根据研究课题的需要，利用科学仪器和设备，人为干预、控制或模拟研究对象，获取科学事实的一种研究方法。实验方法和观察方法一样，都属于感性认识活动，不过与单纯的自然观察相比，科学实验是一种更充分体现人的主观能动性、积极性和主动性的实践活动。

著名科学家巴甫洛夫所说：“观察是搜集自然现象所提供的东西，而实验则是从自然现象中提取它所愿望的东西”。

例：巴甫洛夫关于条件作用研究的实验

科学实验与科学观察相比，能获得更丰富更深层的经验事实。近代以来，对实验方法进行系统概括和总结的是英国的弗.培根。在他的名著《新工具》（以此区别于亚里士多得德的《工具篇》）里，他指出：获取知识的方法主要靠实验；整理经验材料发展知识靠归纳。他把只知搜集材料不会作加工的经验主义者比作蚂蚁，把只靠空洞思辨来罗织神秘哲学之网的唯理主义者比作只从肚子里吐丝织网的蜘蛛，两者都不可取，主张要像蜜蜂一样先采花后酿蜜，对搜集到经验材料加以消化制作，导出一般规律性的知识来。这无疑是对的。马克思、恩格斯在评价培根的实验——归纳的方法论时指出：“英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖是培根……科学是实验科学，科学就在于用理性方法去整理感性材料”。不过培根不恰当地抬高了归纳法的地位，陷入了片面性。二、科学实验的基本类型

1．根据实验结果性质不同，有定性实验、定量实验和结构分析实验。定性实验是指为了确定事物的性质，测定其组成部分的实验。即判定事物“是不是”或“有没有”的实验。如著名物理学家吴健雄为了验证杨振宁和李政道1956年提出的弱相互作用下宇称不守恒的假说，设计了把钴—60冷却到0.01开后，消除了由于钴核的热运动带来的干扰，揭示了在弱相互作用下，宇称不守恒的现象，从而该实验验证了假说的正确性。李政道和杨振宁也因此荣获1957年诺贝尔物理学奖金。

定量实验是指在测定研究对象的组成元素的基础上，进一步寻找各元素之间数量关系的实验。即判定研究对象有怎样的量的规定性的实验。结构分析实验是指测定和分析研究对象的空间结构实验，即判定研究对象诸要素联结方式。比如，1953年美国科学家沃森和英国科学家克里克根椐查伽夫对DNA化学成分的测定结果和维尔金斯等对DNA结晶的X射线衍射分析结果，通过实验发现DNA分子空间双螺旋结构，标志着分子遗传学的诞生。

2．根据实验功能的不同，有析因实验、对照实验和判决实验

析因实验是指由已知的结果去寻找这一结果的原因的实验，即判明原因的实验。对照实验也称比较实验，是指把设立的两个或两个以上的相似组群进行比较，其中一个是对照组，作为比较的标准，另一个是试验组，即研究对象组。在实验中，以相同的施加因素分别作用于两组，产生不同效果，将收集到的数据作统计学处理后，进行判断、分析、最后得出结论，这种实验方法在医学科研中常见，如新药品的疗效试验。判决实验是指人们为了在关于同一问题的两个或多个竞争假说之间作出决择而设计的实验。科学史上的伦德福实验，就是一个著名的判决实验。三、实验方法的特点

实验方法尽管有着以上诸多类型，但它们有着共同特点。

第一，具有主观能动性。实验方法的展开，是在对实验对象的干预、变革、控制、模拟条件下，通过排除干扰、突出主要因素、强化重点因素、使研究对象以纯粹的、典型的形式暴露出来供人们研究。巴甫洛夫说得好：“实验好象是把各种现象拿在自己手中，并时而把这一现象纳入实验过程，时而把那一现象纳入实验过程，从而在人为的简化和组合中确定现象间的真正关系。”第二，具有可重复性。第三，具有理论的渗透性。四、实验方法的作用

实验方法上述的这些特点，同时也显示了该方法在科学认识过程中具有重要作用。正如达·芬奇概括地：“科学如果不是从实验中产生并以一种清晰实验结束，便是毫无用处的，因为实验乃确实性之母”。

1．实验方法可以简化和纯化自然现象。

2．实验方法可以强化和再现自然过程。

3．实验方法是确立新假说、形成新理论的重要手段。

4．实验方法是检验假说和理论真理性的标准。五、实验过程的基本步骤

科学实验的展开，一般地有三个阶段：实验设计阶段、实验方案实施阶段、实验结果分析阶段。六、科学实验中的机遇问题

在科学研究中，由于意外的、偶然的机会导致了原来研究目的以外的新发现。这种在实验中或实验观察中由于偶然事件而提供的有可能导致新发现的机会称为机遇。机遇在科学发展史和现实中都有重要的意义。

1．机遇的特点和类型机遇最显著的特点是意外性。它的发生是人们在事前不曾想到的。由于不同的机遇发生的条件，具体情况是不同的，按照意外程度不同，可将机遇分为：完全意外型机遇和部分意外型机遇。（1）完全意外型机遇。它是指在实验或观察中发现了与原有计划或预测目标完全不同的新现象。有这样两种情形：

一是异向机遇。它是指机遇的发生与原定的研究计划的进展毫不相干，但其本身的性质与原定的研究领域却是相关的。例如：1865年欧洲疟疾流行，当时医治此病的特效药奎宁来源短缺，价格昂贵。国学生柏琴在德国科学家霍夫曼的指导下，想从煤焦油中提取奎宁，但失败了。不过柏琴在实验中获得了一种棕色粘液，这使他产生了浓厚的兴趣。于是他往此粘液中加入不同的试剂作试验，最后获得了一种呈现美丽的紫色的液体。用这种液体来染布，颜色鲜艳且不褪色，这种物质就是日后用途广泛的人工合成染料“苯胺紫”。

二是背向机遇，是指意外现象出现之后，科学家一时难以置信，一旦加以重视，就能获得重大成果。例如，法国军医巴累，因治疗外伤所需要的洗伤口的煮沸的油用完了，一天晚上，他只好用身边仅有的鸡蛋黄、蔷薇油和松节油的混合物组成的软膏合剂来代替。事后因怕伤员会感染而十分不安，结果却大出意料，伤员不仅没感染迹象，伤口愈合得也较好，而且也没有以前用沸油烧灼那样的痛苦。正是这一背向机遇，使人类对外科创伤疗法产生了革命性的变革。（2）部分意外型机遇。这是指机遇发现的结果与实验或实验观察原定计划或方案的结果基本相同，但发现的场合或方式却是意外的。它有两种情形：

一是同向机遇。即指机遇的结果与科研方向基本上一致，在具体的进展过程中偶然出现突破。例如，橡胶加工业的硫化技术的诞生就说明了这一点。19世纪初，欧洲移民把天然橡胶夹在两层布中间制成雨衣。天然橡胶有个缺点：天气热时很粘，天气冷时变得很硬，使用起来很不方便。对此美国人古德依尔进行了长时间的研究，试图克服此