1、第五章 观察发现法,一切推理必须从观察与实践得来。, 伽利略,创造往往始于观察,“在研究工作中养成良好的观察习惯比拥有大 量学术知识更重要这种说法并不过分”费佛里奇,5.1 观察发现概述,一、观察的基本要素,观察是一种有目的、有计划、有步骤的感知活 动。从创造出发的观察，要求人们善于用敏锐的 眼光去看（观），用科学的思维去想（察）.,观察的基本要素有,1、观察者,2、观察对象,3、观察工具,1、观察者,观察者即进行观察的人，是观察活动的主体。一个人要成为观察者，从主观条件上来说，必须掌握一定的科学知识，具备必要的实践经验和观察技法。,观察对象，即被观察的客观世界的某个事物、某个片断，是观察活动
2、的客体。客观世界的所有事物、所有方面都有可能成为观察对象。,2、观察对象,观察工具，即观察活动赖以进行的物质手段，包括观察仪器及其他具有辅助作用的工具。,3、观察工具,观察者、观察对象和观察工具这三个要素之间存在着相互依存、相互作用的辩证关系。从原理上说，作为创造技法的“观察法”，可以说是充分发挥观察三要素创造性潜能的一种艺术。,二、观察创造的基本模式运用观察法从事创造，可以按下图的基本模式进行。,问题,观察,实验,新发展,创造成果,5.2 观察发现技巧,一、剖析奇效,事物奇异现象总是某种效应的外显。所谓效应，是指自然界的某种作用产生的效果或反应，如电磁效应、光电效应、磁场效应、温室效应、臭氧
3、层效应等。一事物潜在的、未被发现的重要事实和发展趋势，总是要通过其现象凸显出来。如果说形态奇异是事物的外在特征的话。那么，效应奇异的现象便涉及到事物内部作用机制了。,当我们在观察中发现某种形态奇异的现象后，应进而去分析其与常规效应不同的奇异效应，力求从中剖析出鲜为人知的科学知识，悟出启动创新的 思路，这就是“剖析奇特效应”的创造技巧,例不锈钢的发明19世纪后半叶，钢在世界上的应用已经十分广泛了，但是，钢的应用有一个症难应付的问题，就是抗腐蚀性差。当时，许多科学家都在为寻找抗腐蚀的合金而苦苦探索。一天，英国冶金学家布里尔利想要找一种制造枪管的合金钢，当他在一个不合格的废品堆中翻腾时，猛然眼睛一亮
4、，发现有一块合金钢与众不同，因为别的钢块都已锈迹斑斑，惟独这块几个月被弃置不用的合金钢却形态完好，闪闪发亮。布里尔怀疑这种奇异现象中可能蕴藏有某种“抗锈蚀物理效应”。于是，他在实验室仔细化验了这块合金钢的成分，从而揭示出钢材不锈的理化原理，并据此发明了镍铬不锈钢的冶炼方法,例番茄V型栽培法的发明山西有个叫赵跃荣的农民，有一次发现一枝被篱笆弄弯头的番茄果实结得特别好，一层一层，红到顶部，而地面的其他番茄株，尽管株株挺直，但在采摘第三果后，余下的果子很难成熟。赵跃荣心有所动，对弯头番茄细加观察，并进行试验研究。结果发现，经过弯头处理栽培出来的番茄的确出类拔萃。这是什么原因呢?原来，经弯头处理的植株
5、能消除顶端优势，促进营养供给和刺激生长。在观察的启迪下，赵跃荣尝试一种“V型栽培法”，结果发现这种方法能提高番茄产量。不久，这项新技术很快在全国不少地区推广，被国家科委列为投资少、效益好的科技兴农星火计划项目，并被拍成科教片番茄V型栽培法，发行到世界一百多个国家,二、考察重复,就是要研究每一个有限的时间或空间里所发生的一切相似或重复出现的现象。,例竺可桢的发现我国著名科学家竺可桢以研究气候变化规律而蜚声中外。他在知识创新中能够做出卓越的贡献，与些长期考察重复现象的努力是分不开的。竺可桢从青年时代起，就养成了观察的习惯。他每天早晨起床后的第一件事，就是观测并记录气温、气压、风向、温度等气象要素，
6、几十年如一日，直到逝世的前一天，从未间断。他由杭州迁居北京，不仅仍坚持气候观测，而且开始进行物候观察。他每天都以日记的形式记录着大自然的乐章：阴睛冷暖，风霜雨雪，杏花初绽，候鸟回归，布谷啼鸣，江河解冻。他在进行观察的同时，还阅读了大量的古籍，从中寻觅有关气候和物候的记载，并一页一页地摘抄下来。在掌握了大量观察资料的基础上，他对这些资料进行整理和精心研究，终于发现了世界气候存在波动的重演现象，并写成历史时代世界气候的波动一文。文中，他批驳了那种认为“气候一成不变”的形而上学观点，有理有据地指出，世界各国史前时期和历史时期气候变化是普遍性的，而且是有一定规律的波动，既不是一成不变，也不是直线下降或
7、上升。后来，他又发表了中国近五千年来气候变迁的初步研究，对中国气候变化作了定量分析。这篇论文，震动了国内外气象学界，为祖国赢得了荣誉。,例计量红学红楼梦是一部百科全书式的古典名著。但是， 红楼梦的作者究竟是一个人还是两个人的问题，红学家们历来争论不休。后来，有人企图利用考察重复这一观察发现技巧来解此难题。因为每个人书写都习惯用一些词句， 自然而然有些字、词或句子就会在长篇著作中重复出现。如果利用这一规律和电脑工具分析红楼梦的前八十回和后四十回，看看这种字句重复现象有无差异，或许能作出某种新结论。分析红楼梦的作者虽然只是一项研究课题，但它却推动了“计量红学”的诞生，这是人们更感兴趣的收获。,三、
8、动态观察,动态观察是相对静态观察而言的，它的特点是创造条件使被研究的对象处在激发、扰动状态下再进行观察。在创造活动中，人们为了多方面地把握研究对象的特征、属性，不仅要对其进行静态观察，而且要创造条件进行动态观察，以获取人们在静态观察中无法知道的情况。,创造动态条件是运用技法的关键。常用的创造动态条件的方式主要有以几种：,1.改变时序,2.改变空间,3.条件极端化,1.改变时序将事物放在变化着的时间中进行观察和实验，就是改变时序。比如，人们研究人体在一天不同时间内的生理心理状况，发现了“人体钟”的现象。,2.改变空间同一事物在不同的空间可以表现出不同的功能与属性。因此，有意识地将研究对象置于几种
9、不同的空间进行观察，也是进行动态发现的一种手段。比如，将各种植物种子放在太空飞行器中进行太空旅行，然后观察它在地球上的发芽生长及结果会有什么变化，从而发现改良品种的途径。,3.条件极端化件下有所不同，这种想法常常使动态观察大有收获。在超高速状态下行驶的车辆，其动力学特性是不同于常速状态的。因此，掌握高速条件下的车辆动力学性能，是设计车辆结构 及外形的重要理论依据。在超高温、超高压、超负荷等极端条件下，事物属性将会发生什么变化呢?发现某种前所未知、前所未见的现象或属性，便意味着抓住了创造的契机。,例超导现象金属是常用的材料类型，研究金属性能对发展材料工业和应用材料都具有重要的意义。对一种金属而言
10、，在静态下观察，除了看见它的形体、光泽等属性外，不可能有新的发现。，如果将它逐步冷却，进行降温状态下的动态观察，又会产生什么结果呢？有人按此思路对多种金属进行实验。当把某些金属放在接近绝对零度 (273c)的温度下时，发现其电阻为零。时如向金属线圈中通电流时，由于电阻为零，这个电流将不断地在线圈中运动下去，这种现象被称为超导 现象。超导现象的发现，激发世界各国对超导材料的开发与应用研究，发明创造也出现了新的舞台。人们应用超导技制造产生磁流体发电需要的巨大磁场的线圈，因其电阻为零，线圈上便能通过很强的电流。由于超导材料具有全不容纳磁力线的特殊性质，因此可以用它制成悬浮在场中的磁悬浮旋旋轴承，磁悬
11、浮列车。如果能应用超导材料制成高压输电线，输电损失将从现在的20以上降至接近零的水平，其产生的经济效益是十分可观的。,四、变换视角,观察，总要选择一个观察基点，即确定一个观察视角。在不同的视角下，我们看到的可能是不同的事物形象。比如，正视一个圆锥体时，看到的是一个三角形投影，俯视时看到的则是一个圆形投影。,l.改变观察位置比如站在地球上和坐在飞机上观察同一地面物，会得到不同印象。,2迂回观察在观察活动中，常常发生正面观察受阻，或直接观察有障碍的情况，这时不妨采用迂回包抄的观察方式。,五、转移目标从事观察，通常都有预期目的或目标。能按照既定的观察目的或目标前进，直到获得成果，是常规性创造之路。如
12、果在观察中发现了不曾预见的异常现象，并考虑“见异思迁”，即离开既定观察目标而另选观察目标，也有 可能产生种豆得瓜式的创造。,例柏琴的发明英国化学家柏琴，青年时就读英国皇家理工学院，曾与老师一道从事科学研究。他们从市场上治疗疟疾特效药奎宁奇缺的现象出发，决定另辟蹊径，思考从煤焦油中提取奎宁。立题后他们进行了大量的调查研究、观察和实验，但一直没有进展。有一次，柏琴按老师的要求再做有关煤焦油的实验，实验中他意外地观察到出现一种黏着力很强的黏液，老师说这与提取奎宁的目的无关，但柏琴决定不再沿着提取奎宁的目的“一条路走到黑”，改为对新发现的黏液进行深入的观察研究。他试探性地加入苯胺和重铬酸钾，结果化合成
13、一种黑色黏液。后来又加入少量酒精，顷刻紫光闪闪，柏琴顿生灵感，能否用这种东西来制成染料呢?这时，柏琴早把“奎宁”的事抛到脑外，全神贯注地对“染料”进行实验研究，终于，他发明出“苯胺紫”这种人工合成染料，对纺织印染业的发展产生巨大影响。,53观察与实验,一、观察与实验的关系,在创造过程中人们往往借助于观察。自然观察就超越了自己目的界限，转化成了另一种形式的实践活动实验。自然观察对象也就转化为实验对象了。,实验与观察既有联系，又有区别。观察是实验的前提，实验是观察的发展。,实验和观察又有着显著的区别。这些区别表现在以下三个方面：,其一，实验能更大地发挥研究人员的主观能动性。在某种意义上来说，观察是
14、一种被动行为，而实验则是一种主动行为。,其二，实验能够达到科学研究的目的。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。,其三，实验能够证明客观必然性。单凭观察所得的经验，是决不能充分证明必然性的。必然性的证明是在人类活动中，在实验中，在劳动中。,例巴甫洛夫与条件反射,二、实验的基本类型,1定性与定量实验,2.析因实验析因实验，即是一种由已知结果去寻找未知原因的实验方法。,3.对照实验,对照实验，即通过比较来研究、揭示研究对象某种特征的实验方法,三、实验过程,1实验选题,例巴斯德的发现著名的法国微生物学家巴斯德曾致力于鸡瘟发生原因和防治办法的研究。当时，他用鸡肉汤来
15、繁殖鸡瘟细菌，然后把生满细菌的肉汤拌在饲料里给鸡吃。这些鸡在几小时之后便停止叫唤，拒不吃食，羽毛蓬松，像只绒毛球，脚步不稳，眼睛闭拢，很快都死掉了。有一天，巴斯德对他的助手说：“瓶里的鸡霍乱细菌还是活的，它们是几星期前培养的，不妨拿几滴给鸡注射一下”助手们遵命从事，鸡很快就发病了，昏昏欲睡的，失去了它 们那种惯常的活动。第二天，巴斯德在来到实验室之前想，这些鸡一定都死了。可是，出乎意料的事情竟然发生了，这些鸡非但没有死，而且活得很好。这是为什么呢?巴斯德抓住这个奇怪的现象不放，并把它作为一个课题，做了许多实验，最后发现几周前培养的鸡霍乱细菌已经老了，因而也比较温和了，把它注射到鸡身可以产生抗菌
16、体，能起免疫作用。这是巴斯德的一个伟大发现。后来人们运用这个原理，发明了疫苗，去防治牛瘟、羊瘟，医治人类的疾病从而挽救了无数的生命。,实验选题是一种艺术，为此，我们应当注意以下几点：,第一，实验选题要进行调查研究。,第二，实验选题必须联系实际。,第三，实验选题考虑实验的继承性。,第四，实验选题必须考虑实验者本人的具体情况。,2.实验设计,实验设计，是指正式进行科学实验之前，根据一定的目的和要求，用有数学理论，对研究方法和步骤的预先制定。,第一.对照的原则,为了正确的鉴别，实验中通常设置对照组。实验设计中通常采用的对照方法很多，大致有以下几种： 空白对照：不给对照组以任何处理因素。实验对照：虽然
17、给对照组以部分实验因素，但不是所研究的处理因素。标准对照：不设置对照组，而是用标准值或正常值做对照。标准对照因实验条件不尽一致，常常影响对比效果，这一点在使用标准对照时要特别注意。自身对照：对照和实验均在同一个对象上进行。相互对照：不设置对照组，而是几个实验组相互对照。,第二，随机原则,指被研究的样本是从总体中任意抽取的。也就是说，每个单位都有同等被抽到的机会，被抽中的单位完全是偶然的，而不是人为的、有意识的。,随机化的方法很多，最常用的是抽签、抓阄和摸有颜色的球等。,第三，重复原则。,提高观察力的技巧和方法,1、用手观察 2、运用想象力观察 3、转变观察角度 4、重新分类 5、科学观察1）坚持观察的客观性和系统性2）利用工具观察,感知敏感性训练发现问题,1、保持新鲜感受训练 2、回到童稚状态 3、寻找不习惯的感觉,思考与训练1举例说明创造性观察与一般性观察的区别。2观察与实验有何区别与联系?,1观察摆在桌上的鸡蛋，你会发现什么?怎样才能化静为动地观察鸡蛋?,2举例说明改变视角进行观察可能获得新的发现。3在什么情况下可以考虑转移观察目标?,6实验设计应当满足哪些基本要求?,
