《科技创新与论文写作 第3版 教学课件 ppt 作者 戴起勋 第4章 科技研究的试验与要求》由会员分享，可在线阅读，更多相关《科技创新与论文写作 第3版 教学课件 ppt 作者 戴起勋 第4章 科技研究的试验与要求（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 科学研究的试验与要求,一、 科学试验基本特点 （1）科学试验具有纯化和简化的作用,研究对象往往 是较复杂的，事 物间的各种因素 相互联系、相互 影响和作用,从复杂的现象及 影响因素中找出主 要的关键因素，排 除偶然或次要因素 的干扰,试验,例4-1 宇称不守恒定律的实验验证,李政道和杨振 宁提出: 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,（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
2、 到通常条件下不易得到的许 多自然现象。如磨损研究,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,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。,例4-3 生命起源学说的验证,生命起源
3、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。,（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
4、地说，连试验都通不过的则没有必要再进 行生产试验。,（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。,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。
5、,投入物力 和经费也 比较大,规模,交叉,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年月 正式生效。探讨控制全球变暖的长期战略展开对话,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.,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
6、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。,（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,（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
7、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,（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。,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
8、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。,（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。,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
9、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,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,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,
10、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,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,威廉哈维发现血液循环,拉瓦锡 燃烧原理,牛顿 发现了白光是由各种不同颜色的光组成,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,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
11、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。,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
12、,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。,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。,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
13、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,（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,（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 +
14、 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：7.36.3318.15 ，应该7.36.338.15 = 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,（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0.17,4）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： 46.41546.42（奇数进1）；46.42546.42（偶数舍5） 179.85179.8（偶数舍5）；179.75179.8（奇数进1） 135.736135.7（四舍）；10.037010.04（六入）,谢谢！,
