什麼是科學實驗如何進行科學實驗

  科學實驗是通過干預和控制科研物件而觀察和探索科研物件有關規律和機制的一種研究方法,以下是由小編整理關於什麼是科學實驗的內容,希望大家喜歡!

  科學實驗的主要步驟

  科學的方法應該包括六個重要步驟:

  觀察

  觀察即對事實和事件的詳細記錄。

  定義

  對問題進行定義是有確切程式可操作的。

  假設

  提出假設是對一種事物或一種關係的暫時性解釋。

  檢驗

  收集證據和檢驗假設,一方面要能提供假設所需的客觀條件,一方面要找到方法來測量相關引數。

  發表

  發表研究結果:科學資訊必須公開透明,真正的科學關注的是解決問題。

  建構

  即建構理論。孤立的問題無法建立理論,科學的理論是可以被證偽的。

  科學實驗的作用

  簡化和純化

  實驗方法可以利用科學儀器和裝置所造成的條件,根據研究目的,突出研究物件的主要因素,排除次要因素、偶然因素以及外界的干擾,使要認識的事物的某些屬性在特定的狀態下顯示出來,從而能更準確地認識事物的本質和規律。如1799年英國物理學家亨利·戴維把實驗儀器保持在水的冰點,排除了實驗物品和周圍環境的熱交換,證明冰融化所需要的熱來自於磨擦,否定了當時佔統治地位的“熱素說”。

  強化或弱化

  許多事物在常態下並不能充分暴露其本質,利用實驗可以創造出自然界中不可能出現的環境,從而更好地認識研究物件。如1911年荷蘭科學家昂尼斯把汞的溫度降到O'C以下時,發現汞的電阻突然消失,變成了所謂的超導體,並由此打開了超導研究的大門。美籍科學家吳健雄讓鈷-60處於超低溫這一極端狀態,成功地驗證了弱相互作用下宇稱不守恆這一假設。

  自然過程

  自然界中許多事物有的轉瞬即逝,有的曠日持久,有的事過境遷,給人們認識某些事物帶來了困難。而實驗方法可以在人為的控制下,根據研究的需要來改變自然界中事物的狀態。1953年美國科學家米勒進行地球大氣及閃電的實驗,他仿照地球雷電交加的自然條件,對放入真空管中的各種氣體進行火花放電。經過八天的反覆作用,最後得到了五種構成蛋白質的重要氨基酸,而這個過程在自然狀態下要經過上億年。

  科學實驗的特點

  科學實驗之所以受到人們的重視,之所以能比自然觀察優越,這是和科學實驗本身的特點密切相關的。

  純化條件

  科學實驗具有純化觀察物件的條件的作用。

  自然界的物件和現象是處在錯綜複雜的普遍聯絡中的,其內部又包含著各種各樣的因素。因此,任何一個具體的物件,都是多祥性的統一。這種情況帶來了認識上的困難,因為物件的某些特性或者是被掩蓋了起來,或者受到其他因素的干擾,以致物件的某些特性,或者是人們不容易認識清楚,或者是通常情況下根本就不能察覺到。而在科學實驗中,人們則可以利用各種實驗手段,對研究物件進行各種的人工變革和控制,使其擺脫各種偶然因素的干擾,這樣被研究物件的特性就能以純粹的本來面目而暴露出來。人們就能獲得被研究物件在自然狀態下難以被觀察到的特性。

  例如,肉湯腐敗這個常見的現象究竟是什麼原因引起的?巴斯德認為煮沸的肉湯後來又變質,這是由於空氣中的微生物進入肉湯造成的結果。但是,在自然的條件下,肉湯總要接觸空氣,而空氣中又必然會有無數塵埃,塵埃上則攜著微生物。所以在自然條件下,要使空氣中的微生物不進入肉湯裡是不可能的。於是,巴斯德就求助於實驗的純化作用。他設計了一種曲頸瓶,把肉湯注入瓶內並加熱殺菌。由於瓶子是曲頸的,它使外界空氣中的塵埃很不容易進入瓶內。結果肉湯並不腐敗。這就是通過一定的實驗手段,排除了空氣中的微生物對肉湯的作用,觀察到了肉湯在比較純粹的狀態下是不會腐敗的。

  強化條件

  科學實驗具有強化觀察物件的條件的作用。

  在科學實驗中,人們可以利用各種實驗手段,創造出在地球表面的自然狀態下無法出現的或幾乎無法出現的特殊條件,如超高溫、超高壓、超低溫、超真空等等。在這種強化了的特殊條件下,人們遇到了許多前所未知的在自然狀態中不不能或不易遇到的新現象,使人們發現了許多具有重大意義的新事實。

  例如,人們能通過一定實驗手段,造成接近絕對零度的超低溫,從而使我們能把幾乎所有的氣體液化。在這種超低溫下,人們也能發現某些材料具有特殊優良的導電效能,即具有無電阻、抗磁等超導態特性。

  可重複性

  科學實驗具有可重複的性質。

  在自然條件下發生的現象,往往是一去不復返的,因此無法對其反覆地觀察。在科學實驗中,人們可以通過一定實驗手段使被觀察物件重複出現,這樣,既有利於人們長期進行觀察研究,又有利於人們進行反覆比較觀察,對以往的實驗結果加以核對。

  例如,英國化學家普利斯特列在1774 年用聚光鏡加熱汞的氧化物而分解出一種氣體,它比空氣的助燃性要強好多倍。普利斯特列把這種氣體稱之為失燃氣體。當普利斯特列把這個訊息告訴法國科學家 拉瓦錫後,拉瓦錫馬上動手重複了這個實驗,使他終於發現加熱氧化汞而分解出來的能助燃的氣體不是別的而是氧氣。

  正是由於科學實驗具有這些特點,因此科學實驗越來越廣泛地被應用,並且在現代科學中佔有越來越重要的地位。在現代科學中,人們需要解決的研究課題日益複雜,日益多樣,使得科學實驗的形式也不斷豐富和多樣。


如何進行科學實驗