科学实验的实验程序

科学实验过 程的第一个阶段，可以叫做实验的准备阶段。

一项科学实验的价值，它的成功或失败，很大程度上取决于科学实验的准备阶段。在这一阶段，人们需要进行四项工作。其中的每项工作，都不能离开理论的运用，不能离开逻辑思维活动。 这是为了明确我们为什么而进行实验。

例如，迈克尔逊和莫雷关于光的干涉实验，其目的就在于检验当时流行的以太理论是否正确。这个目的的

实现，对于推动物理学的发展有着十分重要的作用。确定实验目的是一个理论的逻辑演绎的过程。明确指导实验设计的理论。

在确立实验目的之后，并不能马上着手设计实验，而是要先明确以什么理论来指导实验的设计。这种指导性理论，就是启发实验者应采用什么方法并从什么方向上去实现已确立的目的。没有这一步骤，就不能从实验目的过渡到具体的实际设计上去。

例如，恩格斯早就提出生命是通过化学进化的途径产生的。在恩格斯之后，很多科学家都想用实验来检验恩格斯的论断。但在很长一段时间里，人们始终不能进入具体的实验设计。其原因就在于实验设计所依据的指导性理论还不具备，人们还不知从何处着手去设计这种实验。也就是说，在实验目的和具体实验设计之间还缺少一个把两者联系起来的中间环节。

进入20世纪后，人们才提出了一个理论：在原始的不同于今天的大气条件下，在漫长的岁月里，非生命物质可以转化为生命。以后，海登又提出了原始大气和原始汤液的概念。这些理论相继提出之后，实验设计就有了依据，有了方向。人们就可以根据这些理论进一步作出逻辑推理：假定我们模拟了原始地球的大气成分，并创造相应的条件，那么就可以进行模拟原始地球时期使无机物转化为生命所必需的有机物的实验。1953 年米勒的实验就是依据这种指导性理论而进行设计并取得成功的。指导性理论不仅关系到一个实验目的应从何处着手实现的问题，而且还直接影响到实验设计的成效。 马克思说：“蜜蜂建筑蜂房的本领使人间的许多建筑师感到渐愧。但是，最蹩脚的建筑师从一开始就比最灵巧的蜜蜂高明的地方，是他在用蜂蜡建筑蜂房以前，已经在自己的头脑中把它建成了。劳动过程结束时得到的结果，在这个过程开始时就已经在劳动者的表象中存在着，即已经观念地存在着。”（《马克思恩格斯全集》第23 卷，人民出版社1972年版，第202 页）这就是说，人们在实际行动之前，要先考虑到自己在未来应如何行动，采取哪些步骤，每步行动可能带来什么结果，假如某些条件突然改变了，将发生什么影响等等问题。科学实验是人们为了认识自然界而进行的一种变革自然界对象的社会实践活动。人们当然更要在采取具体实验行动之前，先在思维中以观念形态大致完成这个变革的行动过程。哪些干扰因素应设法排除，哪些次要因素要暂时撇开，这一切都应在实验设计中给以考虑。实验设计的任务，就是为了在实施实验之前，先把这个实验在自己的观念中完成。实验设计是运用一定理论进行逻辑推论的过程。实验设计的优劣很大程度上取决于设计过程中的逻辑思维是否严密。比如，在实验设计中，要细致思考到，在实验的实施中可能会有哪些偶然性因素发生，这些偶然性因素会对实验效应带来什么影响。拿某种药物效应的实验来说，在实验设计时就要考虑到，如果病人知道了是在做药物效应的实验，那么他的心理反映就可能影响到生理上，从而使实验发生偏差，如果某医生知道了哪些病人属实验组，哪些病人属对照组，那么他的心理反应也可能会影响到诊断上，从而使实验发生偏差。因此，在实验设计中就要采取相应的严格措施，以消除这种偶然因素对实验效应的影响。这些思考过程，都是运用一定理论而进行的逻辑分析和逻辑推理的过程。

当然，在实验设计中还有许多具体的工艺和技术方面的问题。但是贯穿实验设计的一根主线，则是运用一定理论而进行的逻辑推论。相应的工艺和技术问题也只有在一定逻辑思维基础上，才能联结成为一个完整的设计。 人们往住把实验仪器、设备、材料的准备，当作是一种纯物质的活动。其实，每一种仪器都是以某种或某些理论为依据而进行设计和制造的。例如，伽利略、托里拆利等人使用的温度计，就是根据液体和气体与“受热程度”按比例膨胀的假定而制作的。1878 年国际度量衡委员会关于标准温度计的决议则作如下规定：“温度应当用化学上纯的氢在定容情况下的压力来测量，它在冰的熔解点时的压力为1000 毫米水银柱高”。所以，每采取一种仪器，实际上就意味着引进了一些理论。材料的选用也是根据一定的理论进行的。

例如，孟德尔选择豌豆作为实验材料，就是因为豌豆有严格的自花授粉，易于栽培，生长期短，有明显的可区分性状等特点。离开了一定的理论和逻辑思维，实验仪器、设备、材料的准备工作就无法进行。 科学实验的第二个阶段，可以叫做实验的实施阶段。

这个阶段就是实验者 *** 作一定的仪器设备使其作用于实验对象，以取得某种实验效应和数据。仪器设备与实验对象的相互作用是不依人的意志为转移的合乎规律的表现。因此，这个阶段的活动是—种客观的物质活动。作为客观的感性物质活动的实验实施过程正是对人们已有认识的检验，也是提供了给人们认识的新事实。 科学实验的第三个阶段，可以叫做实验结果的处理阶段。

在这—阶段上，人们对实验结果进行分析。因为尽管人们在实验设计中作了周密考虑，但在实验的实施过程，仍会有一些事前没估计到的主客观因素影响到实验结果。所谓客观因素主要是指实验仪器设备的偶然变化，实验初始条件、环境条件的偶然变化、实验材料在品种规格上的某些差异等等。所谓主观因素主要是指，在实验设计时，遗漏了对一些可能产生的系统误差的考虑，在读取数据时，感官上造成的偏差，等等。这些因素造成的影响是混合在一起的。因此，人们就必须对实验最初所呈现出来的结果作出分析，以区分什么是应该消除的误差，什么是实验应有的结果。

在科学实验中，人们变革着客观的物质对象，这就使它和人们的生产活动有相同的方面。因为生产活动作为人们能动地改造客观世界的活动，也是一种变革物质对象的活动。正是由于这一点，科学实验也和生产活动一样，属于改造客观世界的实践活动的范畴，成为实践的一种基本形式。但是科学实验和生产活动又有区别。

首先，它们的直接目的不同。科学实验的直接目的在于解决一定的科学研究任务。生产活动的直接目的在于提供人们生活和再生产所需要的物质财富。

其次，它们产生的结果不同。科学实验产生的结果是人们获得了对事实的认识，是检验一定的理论。而生产活动产生的结果，则是使人们获得了所需要的产品。当然，这种区别不是绝对的。尤其是在现代，科学实验和生产活动已经明显地互相渗透。生产的发展为科学实验提供了前提和条件，科学实验则为发展生产指明方向、开辟道路。不仅如此，很多科学实验直接解决生产中的问题，成为生产活动的一部分，而很多生产活动又带有科学实验的性质，它在生产物质产品的同时矛也解答了某些科学研究的课题。关于科学实验与生产活动的互相关系问题，这是科学社会学研究的一个重要课题。

实验法是指经过特别安排，在人为控制下确定事物相互关系的研究方法。实验法是自然科学研究领域最早被人们普遍使用的研究方法之一，是近代自然科学建立的基础，以致国外有的学者竟认为，研究(research)就是实验、实验、再实验，反复(re)寻找(search)的过程。达·芬奇、伽利略、牛顿等人都充分利用实验方法做出了巨大的科学成就。

工程力学实验的基本程序是：掌握基本的力学理论和应用力学知识解决实际问题力学理论（从基础的到各个领域的）解决问题能力。

工程力学实验静力学部分主要研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件，同时也研究物体受力的分析方法以及力系的简化的方法等。

工程力学研究的是速度远小于光速的宏观物体的机械运动，它以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，属于古典力学的范畴。理论力学所研究的是这种运动中最一般、最普通的规律，是各门力学分支的基础。静力学不仅是材料力学的基础，也是结构力学、d性力学等许多课程的基础。

工程力学实验研究方法：

任何正确的研究方法，一定要符合辩证唯物主义的认识论。工程力学也必须遵循这个正确的认识规律进行研究和发展。传统的力学研究方法有两种，即理论方法和试验方法。

在对事物观察和实验的基础上，经过抽象化建立力学模型，形成概念。客观事物都是具体的、复杂的。为找出其共同规律性，必须抓住主要因素，舍弃次要因素，建立抽象化的力学模型。例如：在研究物体受外力作用而平衡时，可以忽略物体形状的改变，采用刚体模型。

但要分析物体内部的受力状态，必须考虑到物体的变形，建立d性体的模型。这种抽象化、理想化的方法，不仅简化了所研究的问题，而且能够达到足够的计算精度，满足工程的需要。