就需要我们对观察对象进行适当的加工,使其适合被仪器进行观察。
例如,我们用光学显微镜观察动、植物的细胞时,就需要将观察对象加工成大小厚薄适度的切片以后,才能放到显微镜下进行观察。
(3)选择观察环境
进行间接观察还要选择适宜良好的观察环境。任何观察都要在一定的环境中进行,好的观察环境对观察有促进的作用。不良的观察环境对观察起到妨碍的作用。如果对观察对象的干扰太大、太强烈,即使观察对象很典型,也常常会导致不准确甚至错误的观察。
天文学家将天文台建在远离大城市的高山上,就是为了创造一个良好的观察环境。因为在高山上,没有城市灯光及烟尘的污染,也没有高层建筑的阻挡,天空的能见度比在城市中要好得多。中国的紫金山天文台就是因为所在地南京的灯光污染过于严重而不得不准备迁移到他处。近几十年来,天文工作者们为了获得高质量的太阳光学探测资料,发现在开阔的水面上大气宁静度最好,观察结果最佳。因此,一些观察太阳的光学仪器又纷纷在水面上安家。例如,北京天文台的太阳磁场望远镜就安装在北京怀柔水库岸边。
(4)选择观察工具
在许多观察过程中,观察仪器必不可少,仪器的好坏往往决定了观察的成功与否。仪器能够扩大人的视野,是人类感官的延伸。
在20世纪30年代至40年代,人们对海底世界基本上还是一无所知。为了能够观察神秘的水下世界,法国的海军军官古斯托花费了毕生的精力研制了各种水下观测仪器,为人们认识海底、研究海底创造了良好的基础。他设计了潜水员用的水肺;第一次将一架摄影机放在一只用衣扣来封口的防水箱里,拍摄了第一部水底记录片《在水下18米邀游》;他研制了现在普遍采用的捆绑式压缩空气潜水瓶;发明了能潜到水下350米的潜水器。这些观察仪器的发明,使人们能够突破海水的禁区,深入到水下,进行各种观察活动,极大地开拓了人们观察海底的视野。
三、实验观察的策略
1.什么是实验观察
随着人类观察水平的提高,人们开始根据自己的设想,对观察对象进行控制,"纯化"所观察的对象,排除偶然、次要、外在的种种干扰因素,使它在实验条件下再现它最本质的方面。
如果我们观察到自己骑的马摇摇晃晃走不动路,我们只是观察到这种现象,并不知道马为什么走不动。
于是我们会提出各种设想,马可能是饿了走不动,也可能是病了走不动。假设提出之后,需要我们来加以验证。于是,我们先给马喂一些饲料,如果马吃了饲料以后,精神抖擞起来,那么就说明我们的设想是正确的,我们通过尝试让马吃饲料,发现了马走不动的原因是由于饥饿;但如果吃了饲料以后,马还是老样子,那么,说明不是由于饥饿的原因,而是可能有其他的原因,如生病了。
实验观察具有以下优点:
(1)纯化观察对象
在自然状态下,观察对象受到各种外界环境因素的影响很大,各种因素相互交织相互作用,往往很难观察到我们真正想要的东西。
西方关于生命的起源有一种学说叫"生命自然发生论",其依据就是人们观察到,在放置时间过久的肉汤里会长出各种虫子来。这个现象的发生是一个事实,但是这个事实后面的原因是否这样简单呢?
科学家巴斯德认为空气中的各种微生物可能对肉汤产生了某种干扰。为了排除这种干扰,需要纯化观察条件,于是巴斯德设计了一个实验,他制作了一种长而细的曲颈瓶,将肉汤放在这种瓶子当中,经过长时间的观察,没发现肉汤内长出任何东西来。其原因,现在看来是因为又长又细的瓶颈将空气中的微生物挡住了,微生物不能进入肉汤内,自然也就不能发生各种繁殖活动。巴斯德通过一个小小的实验,纯化了观察条件,排除了不利的影响因素,有力地驳斥了自然发生论。
(2)强化观察条件
实验可以强化某些观察条件,观察实验对象的变化,寻找各种科学的规律,而这些特殊条件在自然状态下是很难产生或做到的。
人们可制造出超高温、超高压、超真空、超导电『性』和超磁场等实验条件,并观察在这些条件下,观察对象所发生的变化和反应,以发现在一般条件下不能发现的对象。
(3)具有可重复『性』
实践是检验真理的唯一标准。我们在观察中得到的信息,得出的结论正确与否,需要在实践中验证。在自然条件下进行的一些观察,往往较难进行重复。
哈雷慧星的出现周期为76年,科学家很难在一生中对它进行两次观察。然而实验方法能够使人们反复重复实验过程,再现实验结果,检验观察论断的可靠『性』。例如物理学上焦耳测定热功当量的实验,证明实验粒子具有波粒两向『性』的电子衍『射』等。
2.实验观察的策略分析
进行任何实验观察,都有一定的目的。
一般来说,实验观察都建立在自然观察的基础之上,是为了解决自然观察所不能解决的一些问题,这就是实验观察的目的。
在家里听收音机时,收音机突然不响了,我们通过自然观察往往不能发现问题所在,这时候我们会尝试寻找收音机不工作的原因,这就产生了实验观察的目的。
确定实验观察的目的后,通常并不立即着手设计实验,而是首先要明确须根据什么原理来达到实验目的,以提出实验所依据的假设。
这种理论假设不是凭空产生,它必然是建立在前人大量研究的基础之上的。而且,这种假设必须是在现有实验条件下切实可行,而不是脱离现有条件的空想。
因此,研究者应当明确采用什么方法、途径、沿什么方向去达到实验的预定目标。没有这个环节,就难以从实验目的过渡到具体的实验设计。
原则上自然界的任何事物都可以成为实验的对象,但由于每个实验的假设不同,通常选择能使实验条件尽量简化的实验对象。
孟德尔进行植物杂交遗传研究时,将豌豆的种子颜『色』、种子表面的形状、花『色』、蔓高、未成熟豆