自然科学基础实验结果整理与总结

2023-08-11 理论教育版权反馈

【摘要】：逻辑思维又称为理论思维或抽象思维。其结果是形成科学概念，做出判断，进行推理，进一步得出科学规律，形成科学理论体系。横比是不同的具体事物在同一标准下的比较。兰斯坦纳由于此项研究成果而获得了诺贝尔医学与生理学奖。因而，作为研究现实世界中的空间形式和数量关系的数学，在科学研究中也就具有极其重要的地位和作用。无论是表述观察、实验的情况，还是形成简明精密的理论，以及进行确切的理论预见，都需要数学方法的

通过自然观察和实验观察得到的是感性认识，而人们要认识世界、改造世界就不能停留在感性认识上，必须深入地掌握客观事物的本质及其运动规律。科学认识的任务就是要在大量感性材料的基础上进行加工整理，通过人们的思维去把握客观世界的本质，也就是经过一系列的科学抽象活动，例如通过逻辑思维、直觉和灵感等方法，使感性的与经验的材料，上升为理性的认识。研究科学思维的规律，改进和完善科学工作者的思维方法，发挥科学工作者的创造和创新在当前具有重要的战略意义。

（一）逻辑思维

逻辑思维是科学抽象的重要途径之一。逻辑思维又称为理论思维或抽象思维。它是在感性认识的基础上，运用概念、判断、推理等思维形式对客观世界间接的、概括的反映过程。其结果是形成科学概念，做出判断，进行推理，进一步得出科学规律，形成科学理论体系。

（二）逻辑思维的基本方法

1.比较与对比

当你想要寻找两件事物的相同和不同之处时，就需要用到比较与对比的技能。比较是指找出相似性，即共同特征。对比是指找出不同点。用这种方法来分析事物能帮助你发现一些平时容易忽略的细节。

比较是确定对象之间差异点和共同点的逻辑方法。比较有纵比和横比。纵比是历史的比较，即比较同一事物在不同时间内的具体形态。横比是不同的具体事物在同一标准下的比较。

科学研究中的比较，能够推进对事物的认识。冥王星的发现，可以说是比较与对比方法的胜利。1930年3月，美国著名天文学家汤博（C.W.Tombaugh，1906—1997年）把相隔几天拍摄的两张星空照片进行详细比较，发现照片上有一个光点的位置有了较明显的改变，进而确定了这个光点正是人们早就推论到，而又找寻了几十年的冥王星。

2.分类

分类就是对已经发现的大量的研究对象进行分析和整理，或是根据其共同点将事物归合为较大的类，或是根据其差异点划分为较小的类，从而将事物区分为具有一定从属关系的系统。

在科学研究中，分类主要起着整理资料的作用，使繁杂的材料条理化、系统化。这样，就可以为进一步的研究提供条件。由于分类是按照研究对象的本质属性或重要特性，将它们分门别类、编组排队，因而，可以从中推测或找出研究对象的一般的、规律性的联系。在过去漫长的岁月中，医学上存在着一个极为困难的问题，即许多失血的病人，如果不及时输给血液，就很可能丧生，但若输血，又会经常发生血液混合后凝集起来阻塞血管的更糟糕后果。直到19世纪末20世纪初，奥地利病理学家兰斯坦纳（K.Landsteiner，1868—1943年），通过分类发现人体血液有四种类型，人类才掌握了给病人输血的规律性——每个类型的血液都可以输给血型相同的人；而不同的血型之间，有些是不能相容的，有些是可以相容的；O型血可以安全地输给其他血型的人，A型血和B型血也可以安全地输给AB型血的人。兰斯坦纳由于此项研究成果而获得了诺贝尔医学与生理学奖。

3.因果推断

如果一个事件能导致另一个事件发生，那么就说这两者之间存在因果关系。因果推断就是要判断两个事件之间是否存在因果关系。例如，当听到你家的狗在不停地“汪汪”叫时，你可能会推断有人正在你家门外。要做出这个推论，你需要把现象——狗叫声——以往的知识经验，即有陌生人接近时，狗往往会叫结合起来。只有这样，才能得出符合逻辑的结论。

4.归纳

归纳是指根据局部信息来推断总体信息的技能。

在16—19世纪的400年中，自然科学研究中应用的逻辑方法基本上都是归纳方法。作为这个时期的自然科学最有代表性的成就——牛顿力学，即是运用归纳方法提出和建立的科学理论。牛顿的研究发现，在天上，地球和月球之间，太阳和地球、行星之间，是互相吸引的；在地上，地球与地面上的物体（如苹果）之间也是互相吸引的，这种引力与质量、距离有一定的关系。根据这些具体事例，牛顿得出了“任何两个物体之间都互相吸引”的结论。后来，经过多年的深入研究，他科学地论述了引力与质量、距离的关系，提出了万有引力定律。

要做出正确的归纳，从总体中选择的样本就必须足够大而且具有代表性。你在买葡萄时就可以试着使用归纳技能。先拿几颗葡萄来尝一尝，如果都很甜，就能归纳出所有的葡萄都是甜的——这时就可以放心地买上一大串了。

在科学研究中采用的归纳法，一般是不完全的归纳法，我们不可能把某类自然现象全部列举出来，也只能进行不完全归纳。如果根据我们已经把握的一部分事物，以偏概全，得出的结论往往不是完全可靠的。例如，在常温下，金、银、铜、铁、锡这些金属都具有固体的特征，于是就由此归纳出“一切金属都是固体”的一般结论，这种逻辑结论是不正确的，汞可不是固体。

5.假说

假说既是一种科学方法，也是科学研究的成果。科学发展的一般过程是：观察或实验（经过科学思维）—提出假说（经过实验、观察的检验与修正）—形成科学理论，如此循环往复而不断深入。可以说，假说是科学发展的必由之路。

地球上的七大洲、四大洋是怎样形成的？人类一直在苦苦思索着这个问题。在长长的思索者行列里，德国物理学家魏格纳（A.L.Wegener，1880—1930年）提出了他的真知灼见。魏格纳一次观察世界地图时，发现非洲西部的海岸线和南美洲的海岸线之间，居然如此地吻合，就像是一块月饼裂开的一样。这个具有丰富想象力的科学家产生了一个想法：各个大洲是由原来一整块的大陆经过断裂、分离而形成的。魏格纳分析了当时的地球物理学、地质学、古生物学、古气候学、大地测量学的材料，于1910年提出了大陆漂移假说。该假说认为：在远古时，大陆只是一整块土地，周围则是广阔的海洋。由于天体的引力和地球自转所产生的离心力，这块完整的古代大陆分崩离析了。漂浮于硅镁层之上的硅铝层地壳，在大海中漂移，形成了现在的陆海状况。这个假说，尽管被冷落了二十多年，但终于被承认是一种比较合理的科学假说。

6.数学方法

科学研究的对象是客观的具体事物，这些事物无不通过一定的形式与数量表现出来，任何事物的特殊本质也都具有一定量的关系。因而，作为研究现实世界中的空间形式和数量关系的数学，在科学研究中也就具有极其重要的地位和作用。无论是表述观察、实验的情况，还是形成简明精密的理论，以及进行确切的理论预见，都需要数学方法的帮助。再说，数学思维本身就是一种精巧的科学思维方法。

近代科学开始时，当时的一些军事家根据经验知道当炮筒与地面成45°夹角时，炮弹的射程最远，可这些人都不知道为什么是如此。伽利略通过数学计算竟推出了这一结果。

7.直觉和灵感

直觉，在一些场合又称为灵感，这是在任何高度脑力劳动中都会碰到的一种突然爆发的创造性想象活动，是另一类思维途径。直觉是人们一种突发性的对出现在人们面前的新事物或现象的极为敏锐的、准确的判断和对其内在本质的理解。灵感是一种有意识或下意识的思考，忽然间得到领悟。灵感与直觉的出现都带有突发性，这是它们的共同点，思维者本人一般说不清它们的来源，却给科学家和工程技术专家带来极大的创造性。

在科学研究中，由于直觉灵感而引起的科学发现是数不胜数的。据说，古希腊科学家阿基米德是在澡盆里顿悟如何在不损坏王冠的前提下而辨别其是否用纯黄金做的。与此同时，他还发现了物理学中的浮力定律，即著名的阿基米德定律。后人认为，是阿基米德的突如其来的灵感导致了这一定律的发现。

剑桥大学对在各种科学中有创造性的学者的工作和习惯做过一次调查，结果其中有70%的科学家从梦中得到过启示。难怪在梦中发现苯环结构的凯库勒说：“先生们，让我们大家都学会做梦，这样也许我们会发现真理。”凯库勒的希望正成为今天受到重视的课题。

自然科学基础实验结果整理与总结

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