材料科学及工程方法论—2材料科学及工程研究客观规课件.ppt

1、四四一一三三五五六六二二 二、材料科学与工程研究的客观规律1. 科研程序科研程序 1. 科研程序科研程序 提出问题是科研选题的始动环节，萌芽阶段，具有重要的战略意义和指导作用。提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅是一个数学上或实验的技能而已，而提出问题却需要有创造性地想象力，而且标志着科学的真正进步。 爱因斯坦1. 科研程序科研程序v 一般说来，提出问题比解决问题更复杂，这是科研的起点或闪光点。v科研选题的对学生们的要求： 1. 扎实专业理论知识，勤奋好学，熟悉自己研究方向的研究进展。 2. 敏锐思维，勤于思考，敢于假设。 3. 广泛阅读文献资料，扩大自己知识面，借鉴其他学

2、科的新技术与新成果。 4. 实验中应仔细观察，不放过异常现象，分析现有课题深入研究可能性。1. 科研程序科研程序v 初始意念具有突发性、偶然性和瞬间性，一闪即逝，研究者要善于捕捉、善于联想、善于比较，培养观察力和注意力，及时捕捉思维活动中刹那间暴发出来的思想火花，把握机遇。 Fleming发现青霉素（1928年），1945年获诺贝尔医学奖。 “我宁愿告诉你们真实的情况，即青霉素的发现始于对一个现象的意外观察，而我唯一的功劳仅仅是没有忽略观察。” 1988年，彼得阿格雷在研究孕妇体内的Rh排斥性时意外发现细胞膜水通道。（2003年获诺贝尔化学奖）1. 科研程序科研程序v 科研的初始想法往往是研究

3、者的一个粗浅和局限的认识。它是否具有创新性？在这个方向上其他人是否曾作过研究？如何把初始意念深化并建立假说？这些问题必须通过文献检索（consulting of literature）来解决。 v查阅文献、搜集信息是选题的重要环节，而且贯穿于课题研究的全过程。v根据观察、分析、实践中发现的问题，进行文献检索，了解问题的研究现状，产生课题研究思路。1. 科研程序科研程序v 科研在阅读文献时要注意： 是否有类似研究可供参考？ 研究对象 别人的研究如何选择对象 选择什么样研究对象 需要多少 研究措施 别人研究的措施是否与你设想的一致 有无不同、相同之处：例如剂量、用法、疗程 研究效应 效应如何被测量

4、出来：客观、可靠、公认 何时测量、如何测量v 查阅文献的意义： 通过查阅文献，可对自己选题中的理论进行深入的理解和分析，搞清楚本专题的历史、现状、水平、动向，以预测本课题的前景，并可以避免低水平重复，使本专题的研究达到预期的目标，从而为科研选题提供理论依据。1. 科研程序科研程序v 定义：围绕初始意念，经过文献检索后， 在理论上对所研究的问题进行合理而充分的解释，这种确立有待证实的理论认识就叫做建立假说。v假设是科学性和推测性的统一，常由理论推测而得，所以假设能提供研究方向、指导研究设计。 v建立科学假说是选题的核心与灵魂：假说的正确与否从根本上决定科研工作的成败，假说水平的高低决定着科研成果

5、水平的高低。v 科学假说的建立一般要 符合如下原则：自然科学的基本原理；给予以往的科学资料；具有个人的初步实践经验体会；可被重复验证。v力求科学假说符合“思路新、起点高、意义大”的基本原则。1. 科研程序科研程序v 假设内容的整理 问题是什么？ 研究对象 材料：一般需有研究基础 工艺 其他 措施或研究因素 产生什么结局或效应1. 科研程序科研程序v 确定方案即选择试验方案，包括选择原材料、工艺因素、研究对象和性能指标，以便证实假说的正确与否。v重要内容：研究对象（构件、宏观组织、微观结构、原子）；处理因素（变形、化学反应）；仪器试剂（型号、生产商、制剂）；研究方法；性能指标等。 1. 科研程序

6、科研程序v 确定方案要注意两个问题：紧紧围绕假说内容，不要盲目追求“高、精、尖”，力求用简便的手段证实较高的科学假说的内容。构思合理、巧妙，选择试验手段要从科学逻辑上考虑和推敲，使观察的试验内容真正反映假说内容，性能指标与处理因素之间有实际性联系，有充分理由说明指标能真正反映效应。 1. 科研程序科研程序v 有了以上的思路及工作基础，就要给拟研究的内容进行立题。 v 课题题目是整个课题研究内容的全部概括，是指导课题研究的主题，贯穿全部科研工作的主线。它是作者在对所研究问题的理论、内容及方法，经过全面的细致思考，反复酝酿后拟定的。字数虽然不多，但却是反映研究内容的画龙点睛之笔。题目的内容应该直接

7、或间接反映出研究因素、研究对象及试验性能这三个主要环节及它们之间的联系。 1. 科研程序科研程序v 选题名称的确定应充分考虑以下几点： 简明简明 一个好的题目，应当简单明了，不繁赘冗长，一般题目控制在 20-25 个字数之内。在初步确定题目后，要反复推敲，试着删掉多余的词，如“关于”、“探索”、“分析”等常可删除。 具体具体 即明确清晰，不抽象笼统，题目能具体反应出研究的内容、方法、目的、水平、创新点及独特之处。用较少文字却要反映出丰富的涵意，这要下一番功夫。例如“稀土元素镧对钼合金强韧化的机制”这个题目就很具体、清楚。 新颖新颖 即创新性，所研究的新理论、新技术及新方法等创新之处及特点，应尽

8、可能在题目上体现出来，读后使人留下深刻印象。醒目醒目 文字精湛传神，引人入胜，使人读后产生要立刻读下去的欲望。 一般应确定几个题目，反复比较后选取一个比较贴切的，再进行修订。在实验完成后还要进行一番思考，题目是否确切合适，还可以进一步修改完善。1. 科研程序科研程序v 在完成文献综述、建立工作假说后，应当围绕着一假说进行科学构思和试验设计，提出初步研究计划，完成开题报告并进行开题论证。v开题报告的材料要系统、逻辑，逐一说明问题，力求简明扼要，但必须有理有据。v开题报告的目的是进行公开论证，听取更多人的意见和建议，以便发现存在的问题，使设计更加合理，避免损失。v 开题报告内容：课题的意义立题依据

9、国内外有关进展完成课题的技术路线与关键方法及指标选择预试验情况预期成果安排与进度存在的问题与解决方法。2. 科学实验科学实验2. 科学实验科学实验u纯化和简化纯化和简化自然现象（自然现象（伽利略自落伽利略自落）。）。u强化或弱化强化或弱化自然现象（自然现象（超固体、超固体、Hg、超真空、高能加速器、超真空、高能加速器）。）。u加速或延缓加速或延缓自然过程。自然过程。u再现再现自然现象（自然现象（米勒实验米勒实验）。）。米勒模拟实验（米勒模拟实验（Millers simulated experiment）：一种模）：一种模拟在原始地球还原性大气中进行雷鸣闪电能产生有机拟在原始地球还原性大气中进行

10、雷鸣闪电能产生有机物物（特别是氨基酸特别是氨基酸），），以论证生命起源的化学进化过程的以论证生命起源的化学进化过程的实验。实验。1953年由美国芝加哥大学研究生米勒（年由美国芝加哥大学研究生米勒（S.L.Miller）在其导师尤利（在其导师尤利（H.C.Urey）指导下完成，故名。）指导下完成，故名。此实验共生成20种有机物，其中11种氨基酸中有4种（即甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸）是生物的蛋白质所含有的。表明，原始大气由无机物生成生物小分子不但是可能的，而且这种过程宇宙间仍在发生。2. 科学实验科学实验u科学实验在科学认识活动中的作用具体表现在以下几个方科学实验在科学认识活动中的作用具体

11、表现在以下几个方面：面： 科学实验可以科学实验可以简化和纯化简化和纯化研究对象研究对象，即根据研究的目，即根据研究的目的的选出和突出主要因素，舍弃和排除次要、偶然因素，选出和突出主要因素，舍弃和排除次要、偶然因素，使使需要的属性或关系在简化、纯粹的形态下暴露出来，以形需要的属性或关系在简化、纯粹的形态下暴露出来，以形成准确认识。成准确认识。 科学实验可以科学实验可以强化和激化强化和激化研究对象研究对象，即根据研究的需，即根据研究的需要可以要可以人为地创造特殊条件，改变事物存在的状态，甚至人为地创造特殊条件，改变事物存在的状态，甚至将其推向极端状态，以便显示其规律。将其推向极端状态，以便显示其规

12、律。2. 科学实验科学实验 路易斯路易斯巴斯德巴斯德（公元1822-1895年） 法国微生物学家、化学家。法国微生物学家、化学家。他研究了微生物的类型、习性、营养、繁殖、作用等，奠定了他研究了微生物的类型、习性、营养、繁殖、作用等，奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础，工业微生物学和医学微生物学的基础，并开创了微生物生理学。并开创了微生物生理学。循此前进，在战胜狂犬病、循此前进，在战胜狂犬病、鸡霍乱、炭疽病、蚕病等方面都取得了成果。英国医生李斯特并据此解决了创口感染问题。鸡霍乱、炭疽病、蚕病等方面都取得了成果。英国医生李斯特并据此解决了创口感染问题。从此，从此，整个医学迈进了细菌学时代整个医

13、学迈进了细菌学时代，得到了空前的发展，得到了空前的发展，人们的寿命因此而在一个世纪里人们的寿命因此而在一个世纪里延长了三十年之久。延长了三十年之久。2. 科学实验科学实验u实验方法的定义：实验方法的定义：根据根据课题确定的目的和需要，课题确定的目的和需要，通过仪器和设备，通过仪器和设备，人为地变革、控制或模拟研究对象，在有利的条件下，获取科学事实，人为地变革、控制或模拟研究对象，在有利的条件下，获取科学事实，探索研究对象的本质和规律的研究方法。探索研究对象的本质和规律的研究方法。 实验与观察实验与观察都是科学认识的基本方法，但都是科学认识的基本方法，但实验方法比单纯观察方法实验方法比单纯观察方

14、法有明显的优点，有明显的优点，它克服了单纯观察的局限性。它克服了单纯观察的局限性。u 实验方法的特点：实验方法的特点： 实验方法源于观察，又高于观察。实验方法源于观察，又高于观察。 实验方法源于生产，但高于生产。实验方法源于生产，但高于生产。 目的不同：物资财富、探索认识；目的不同：物资财富、探索认识； 内容不同：重复体劳、创造脑劳。内容不同：重复体劳、创造脑劳。2. 科学实验科学实验u实验方法的类型：实验方法的类型： （1）定性实验）定性实验。这是确定研究对象是否具有某种属性；事物之间是否。这是确定研究对象是否具有某种属性；事物之间是否具有某种联系以及物质的定性组成的实验。具有某种联系以及物

15、质的定性组成的实验。 （2）定量实验。）定量实验。这是测定事物某些属性、某些因素的量的规定性或这是测定事物某些属性、某些因素的量的规定性或某些属性或因素之间的数量关系的实验。某些属性或因素之间的数量关系的实验。 （3）结构分析实验。结构分析实验。即主要研究事物内部空间构成的实验。即主要研究事物内部空间构成的实验。 （4）析因实验析因实验。即已知结果而去寻找产生这一结果的原因的实验。即已知结果而去寻找产生这一结果的原因的实验（詹纳接种牛痘预防天花的实验）（詹纳接种牛痘预防天花的实验） （5）探索性实验。）探索性实验。即富有冒险精神，勇于揭示自然界的奥秘的实验。即富有冒险精神，勇于揭示自然界的奥秘

16、的实验。例如：海洋探索、月球、火星等太空探索。例如：海洋探索、月球、火星等太空探索。 2. 科学实验科学实验u实验方法的类型：实验方法的类型： （6）对照实验也称比较实验）对照实验也称比较实验。这是通过设立对照组和试验组，确定这是通过设立对照组和试验组，确定两组事物之间的异同，以揭示研究对象具有某种属性或产生于某种原两组事物之间的异同，以揭示研究对象具有某种属性或产生于某种原因的实验。因的实验。 其中其中对照组是作为比较的标准，对照组是作为比较的标准，试验组是作为研究的对象。试验组是作为研究的对象。 对照实验最基本的要求是：对照实验最基本的要求是：对照组和实验组仅在需比较的单个因素对照组和实验

17、组仅在需比较的单个因素方面有差异外，其余比较项目则应基本相同或相似，方面有差异外，其余比较项目则应基本相同或相似，否则，就会失去否则，就会失去意义。意义。 （7）验证性实验。）验证性实验。这是为检验某个假说或某种新理论是否成立而设这是为检验某个假说或某种新理论是否成立而设计的实验。计的实验。 （8）模拟实验。）模拟实验。即通过设计与原型相似的模型，利用模型来间接研即通过设计与原型相似的模型，利用模型来间接研究原型，然后再将结果类推推到原型上去的实验。究原型，然后再将结果类推推到原型上去的实验。2. 科学实验科学实验u实验方法的类型：实验方法的类型： 模拟实验模拟实验主要适用于那些主要适用于那些

18、规模庞大无法操作规模庞大无法操作（飞机、船舶、三峡工程）（飞机、船舶、三峡工程）或或过程复杂、难以追踪过程复杂、难以追踪（生命起源、天体的演化、生物遗传等）（生命起源、天体的演化、生物遗传等）、或、或不便于直接不便于直接作用于研究对象作用于研究对象（医学上的人体实验等）（医学上的人体实验等）的事物。的事物。 模拟实验与上述模拟实验与上述7种实验相比是一种间接实验。种实验相比是一种间接实验。 特点：特点：模型要与原型在模型要与原型在结构功能上或数学形式结构功能上或数学形式上具有相似性。上具有相似性。 根据根据原型与模型相似的关系，可将模拟实验分为原型与模型相似的关系，可将模拟实验分为物理模拟和数

19、学模拟。物理模拟和数学模拟。物理模拟，物理模拟，是指模型与原型的物理过程相似，即是指模型与原型的物理过程相似，即结构或功能相似。结构或功能相似。米米勒实验、飞机、船舶、设备模型实验。勒实验、飞机、船舶、设备模型实验。数学模拟，数学模拟，是指原型与模型在是指原型与模型在数学形式上相似。数学形式上相似。例如：电流在电路中例如：电流在电路中的传导与热传导规律在数学形式上具有相似性。的传导与热传导规律在数学形式上具有相似性。2. 科学实验科学实验u有一句名言是这样说的有一句名言是这样说的：“除了观察实验者本人，观察实验者本人，人人都会倾向于无条件地相信观察实验所得到的数据；无条件地相信观察实验所得到的

20、数据；除了假说除了假说的提出者以外，的提出者以外，人人都会倾向于否定甚至反对新出现的假人人都会倾向于否定甚至反对新出现的假说。说。”u然而，科学史却提醒我们：万万不可无条件轻信实验数据！然而，科学史却提醒我们：万万不可无条件轻信实验数据！只有对这个实验及其结果和解释进行周密的分析并使之重只有对这个实验及其结果和解释进行周密的分析并使之重复显现后，实验数据才能够被采纳。复显现后，实验数据才能够被采纳。2. 科学实验科学实验密立根的弥天大谎密立根的弥天大谎 1910年，美国物理学家年，美国物理学家罗伯特罗伯特密立根密立根进行了一项世界知名的进行了一项世界知名的“滴油实验滴油实验”，第一次测出了氢比

21、一个电子重第一次测出了氢比一个电子重1836倍。与此同时，比他更有名望的物理学家倍。与此同时，比他更有名望的物理学家埃伦菲尔德埃伦菲尔德也在进行相同的实验，也在进行相同的实验，但没有得到相应的结果。但没有得到相应的结果。 密立根实验所得出的数据实在太漂亮了，任何一个从事过物理学实验的人都密立根实验所得出的数据实在太漂亮了，任何一个从事过物理学实验的人都有体会，理论上计算出的数据和实验中测量出的数据，一般不会那样近似。有体会，理论上计算出的数据和实验中测量出的数据，一般不会那样近似。为此，埃伦菲尔德曾提出疑议，并由此而引发了物理学的一场论战。为此，埃伦菲尔德曾提出疑议，并由此而引发了物理学的一场

22、论战。 密立根在论战中获胜了，还获得了科学界的最高奖赏密立根在论战中获胜了，还获得了科学界的最高奖赏1923年的诺贝尔物年的诺贝尔物理学奖。理学奖。 事隔60年后，一个偶然的发现揭穿了密立根所谓的实验结果，这个结果来自密立根的笔记和手稿，是一位史学家发现后公之于众的。密立根发表的密立根发表的5858次观测结果，并非如他信次观测结果，并非如他信誓旦旦所说的那样是誓旦旦所说的那样是“没有经过选择的没有经过选择的”，而是从，而是从140140次观测中选出来的！次观测中选出来的！他将实验的数据大动干戈，只采集那些对他有利的漂亮数据为“我”所用，对于不利的数据则一概删去。 这一发现震动了物理学界，密立根

23、的小动作和他给出的实验结果一样漂亮！这一发现震动了物理学界，密立根的小动作和他给出的实验结果一样漂亮！ 2. 科学实验科学实验实验构思实验构思实验设计实验设计实验实施实验实施数据处理数据处理结果解释结果解释2. 科学实验科学实验u实验构思：实验构思：是实验前分析对象分析对象 构思理性方法构思理性方法的问题；u实验设计：实验设计：是根据构思方案是根据构思方案 实现实验要素的最佳结合问题；实现实验要素的最佳结合问题；u实验实施：实验实施：是将理性方法是将理性方法 物化为感性形态进行操作加以实现物化为感性形态进行操作加以实现 的问题；的问题；u数据处理：数据处理：是对实验获取的材料是对实验获取的材料

24、 进行去伪存真的整理问题；进行去伪存真的整理问题；u结果解释：结果解释：是根据已有理论或提出新假说是根据已有理论或提出新假说 对实验结果进行合对实验结果进行合 理说明的问题。理说明的问题。2. 科学实验科学实验u实验构思与设计：实验构思与设计： （1）实验实验目的目的确定。确定。 （2）确立实验确立实验原理原理（汤姆逊葡萄干蛋糕模型、瑟福检验）（汤姆逊葡萄干蛋糕模型、瑟福检验） （3）选择实验选择实验材料材料。 （4）选择或研制适用的选择或研制适用的仪器仪器设备。设备。 要求仪器设备性能好、精确度高、分辨能力强、便于操作、最少干扰。要求仪器设备性能好、精确度高、分辨能力强、便于操作、最少干扰。

25、 （5）选择实验类型：选择实验类型： 实验方法有多种类型（实验方法有多种类型（8种），而每种类型的实验都有与之相适应的逻辑思维方法。种），而每种类型的实验都有与之相适应的逻辑思维方法。 对照实验对照实验比较方法比较方法 模拟实验模拟实验类比方法类比方法 析因实验析因实验分析方法分析方法 定量实验定量实验数学方法数学方法 定性实验定性实验分析、归纳、演绎方法等。分析、归纳、演绎方法等。 （6）确定对有关实验条件的控制确定对有关实验条件的控制 在这一阶段，主要取决于在这一阶段，主要取决于 实验者对实验仪器原理的实验者对实验仪器原理的了解程度了解程度； 对仪器操作的技能，操作的对仪器操作的技能，操作

26、的熟练程度；熟练程度； 还取决于实验者的还取决于实验者的观察能力、思维能力；观察能力、思维能力； 取决于实验者对观察到的多种现象、过程、事实和数据的记录和描述的取决于实验者对观察到的多种现象、过程、事实和数据的记录和描述的准确程度。准确程度。2. 科学实验科学实验u数据处理与实验结果：数据处理与实验结果： （1）对实验数据的处理。对实验数据的处理。 主要运用主要运用数理统计或建立数学模型的方法，数理统计或建立数学模型的方法，根据实验的需要可把数据描绘成坐根据实验的需要可把数据描绘成坐标曲线、表格、图形等形式，或者用数学式表达出来，以寻找研究对象发展、变化、标曲线、表格、图形等形式，或者用数学式

27、表达出来，以寻找研究对象发展、变化、运动的规律。运动的规律。 （2）对于一些系统误差和随机误差，）对于一些系统误差和随机误差，可运用理论思维和数学工具加以分析处理，可运用理论思维和数学工具加以分析处理，以作出准确的判断。以作出准确的判断。 （3）对于实验结果的处理（现象、过程、事实等），）对于实验结果的处理（现象、过程、事实等），可采用文字综合描述的方可采用文字综合描述的方法。法。 文字描述一定要实事求是、恰当分析、不要把判断推理的成份带进去。文字描述一定要实事求是、恰当分析、不要把判断推理的成份带进去。2. 科学实验科学实验u结果分析：结果分析： （1）如果实验得出来的结果与原有理论没有矛盾

28、，如果实验得出来的结果与原有理论没有矛盾，而且与本实验开始时，所提而且与本实验开始时，所提出的任务、目的（同标值）相吻合，相一致，出的任务、目的（同标值）相吻合，相一致，则这一实验就基本完成，则这一实验就基本完成，对实验的结对实验的结果就可以进行思维加工，提出假说并再次验证，最终升为理论。果就可以进行思维加工，提出假说并再次验证，最终升为理论。 （2） 如果实验的结果与原有理论如果实验的结果与原有理论相矛盾，相矛盾，或者与目标值不一致，就要寻或者与目标值不一致，就要寻找矛盾找矛盾的原因：的原因： 一般来说：一般来说： a. 要么是原有理论是错误的；要么是原有理论是错误的； b. 要么是实验原理

29、的错误；要么是实验原理的错误； c.要么是仪器的误差所造成；要么是仪器的误差所造成； d.要么是数据结果记录的错误；要么是数据结果记录的错误； e.要么就是方法不当或者选择的实验对象有问题。要么就是方法不当或者选择的实验对象有问题。 总之，是什么原因引起的矛盾，应具体实验具体分析，直至发现问题，另行总之，是什么原因引起的矛盾，应具体实验具体分析，直至发现问题，另行确定课题，设计实验，得到验证为止。确定课题，设计实验，得到验证为止。2. 科学实验科学实验u机遇：机遇：人们在进行人们在进行观察与实验的过程中观察与实验的过程中，由于，由于偶然的事件或机会偶然的事件或机会，意外，意外地发地发现了新的现

30、象现了新的现象，并由此导致，并由此导致科学技术上的新发现和新突破。科学技术上的新发现和新突破。这种意外的这种意外的发现，通常称之为机遇。发现，通常称之为机遇。它的最大特点就是它的最大特点就是意外性。意外性。u机遇与直觉的区别：机遇与直觉的区别：机遇多指属于机遇多指属于观察实验领域中的意外发观察实验领域中的意外发现，而直觉则属于思维领域的偶然顿悟。现，而直觉则属于思维领域的偶然顿悟。不是所有的人都能抓不是所有的人都能抓住机遇，住机遇，“在观察实验中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。在观察实验中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”u机遇的特点：机遇的特点：最显著的特点就是它的意外性、偶然性：最显著的特点就

31、是它的意外性、偶然性： 意外性是指事物出现在人们事先不曾预料到、不在计划之中；意外性是指事物出现在人们事先不曾预料到、不在计划之中； 偶然性是指事物由于受某一偶然的、随机因素的激发，而导致新发现。偶然性是指事物由于受某一偶然的、随机因素的激发，而导致新发现。 2. 科学实验科学实验u机遇的类型：机遇的类型： 根据机遇的根据机遇的意外程度，意外程度，我们可将机遇划分为我们可将机遇划分为完全意外的机遇完全意外的机遇和和部分意部分意外的机遇。外的机遇。 完全意外的机遇完全意外的机遇是指观察实验的目的是为了发现是指观察实验的目的是为了发现A，但却发现了，但却发现了B； 部分意外的机遇部分意外的机遇是指

32、观察实验的目的是为了发现是指观察实验的目的是为了发现A，结果也现发，结果也现发A，但发现但发现A的方式和场合却是意外之外，的方式和场合却是意外之外，并非按原来的研究方案达到目的；并非按原来的研究方案达到目的； 根据机遇所发现的根据机遇所发现的内容不同内容不同，我们还可以看出：我们还可以看出： 有的机遇是有的机遇是发现新物质；发现新物质； 有的机遇是发现了物质的有的机遇是发现了物质的新特性新特性； 还有的机遇则是发现了事物或现象之间的还有的机遇则是发现了事物或现象之间的新联系新联系等；等； 有的机遇发现了物质的有的机遇发现了物质的新结构新结构； 有的机遇发现了事物运动变化的有的机遇发现了事物运动

33、变化的新规律。新规律。 2. 科学实验科学实验u捕捉机遇的条件：捕捉机遇的条件： 勤于观察实验，勤于观察实验，勇于探索新问题，碰上机遇的机会就更多。勇于探索新问题，碰上机遇的机会就更多。 留心意外之事留心意外之事，是发现机遇的重要条件。，是发现机遇的重要条件。 要有要有必要的知识储备必要的知识储备。知识包括：理论知识和经验知识。知识包括：理论知识和经验知识。 要有要有较强的思维能力。较强的思维能力。思维能力包括丰富的想象能力和敏锐的判断能力。思维能力包括丰富的想象能力和敏锐的判断能力。u机遇在科学研究中的作用：机遇在科学研究中的作用： 机遇能够机遇能够为新知识的增长提供重要线索为新知识的增长提

34、供重要线索，由此开辟新的研究领域，从，由此开辟新的研究领域，从而成为新理论的先导。而成为新理论的先导。 例如：例如： 弗莱明偶然发现青霉素，导致药物化学理论的产生和发展；弗莱明偶然发现青霉素，导致药物化学理论的产生和发展； 巴斯德偶然发明了免疫法，导致医学免疫学理论的产生和发展；巴斯德偶然发明了免疫法，导致医学免疫学理论的产生和发展； 伦琴和伯克勒尔偶然发现放射现象，导致原子核物理学理论的产生和发展。伦琴和伯克勒尔偶然发现放射现象，导致原子核物理学理论的产生和发展。 2. 科学实验科学实验青霉素的发现青霉素的发现 英国圣玛利学院的细菌学家亚历山大英国圣玛利学院的细菌学家亚历山大弗莱明弗莱明19

35、28年开始研究葡萄球菌，观察在不同条件年开始研究葡萄球菌，观察在不同条件下各种葡萄球菌的生长状况。有一次，他发现在一只培养球菌的碟子色原来生长得很好的葡萄下各种葡萄球菌的生长状况。有一次，他发现在一只培养球菌的碟子色原来生长得很好的葡萄球菌忽然消失了。这一偶然现象引起了弗莱明的深思。这是什么原因呢？他经过仔细观察后发球菌忽然消失了。这一偶然现象引起了弗莱明的深思。这是什么原因呢？他经过仔细观察后发现，原来是一些偶然落到培养基上的青霉菌在葡萄球菌的培养碟内生长起来了。碟内葡萄球菌现，原来是一些偶然落到培养基上的青霉菌在葡萄球菌的培养碟内生长起来了。碟内葡萄球菌的消失，说明青霉菌具有杀死葡萄球菌的

36、能力。这正是弗莱明所期待已久的。的消失，说明青霉菌具有杀死葡萄球菌的能力。这正是弗莱明所期待已久的。 他从青霉菌中提炼出了一小瓶透明的液体，并将这种液体滴到长满葡萄球菌的培养碟内。他从青霉菌中提炼出了一小瓶透明的液体，并将这种液体滴到长满葡萄球菌的培养碟内。几小时后，培养碟内的葡萄球菌全部溶化了。他又将这种液体注射到兔子身上，兔子照样生活几小时后，培养碟内的葡萄球菌全部溶化了。他又将这种液体注射到兔子身上，兔子照样生活得很好，证明这种液体对动物和人没有毒性。这种能够杀菌的物质被命名为得很好，证明这种液体对动物和人没有毒性。这种能够杀菌的物质被命名为“青霉素青霉素”。 弗莱明及其助手把这些极有价

37、值的发现写成科学论文，发表在弗莱明及其助手把这些极有价值的发现写成科学论文，发表在1929年英国的一本医学杂年英国的一本医学杂志上。弗莱明指出，青霉素在治疗一些由细菌引起的疾病方面是很有作用的。志上。弗莱明指出，青霉素在治疗一些由细菌引起的疾病方面是很有作用的。 弗莱明的偶然发现导致了青霉素的诞生，但是要把它实际应用于医疗上却还有一段艰难的弗莱明的偶然发现导致了青霉素的诞生，但是要把它实际应用于医疗上却还有一段艰难的路程。路程。因为这种绿色霉菌所分泌的青霉素毕竟太少，而且提纯的手续又非常麻烦，大量生产时因为这种绿色霉菌所分泌的青霉素毕竟太少，而且提纯的手续又非常麻烦，大量生产时有许多困难都难以

38、克服。所以在当时弗莱明还没有办法来解决这些实际问题。尽管这是一项十有许多困难都难以克服。所以在当时弗莱明还没有办法来解决这些实际问题。尽管这是一项十分有意义的工作，他也不得不停顿下来。分有意义的工作，他也不得不停顿下来。青霉素在弗莱明实验室的试管里沉睡了十年之久。青霉素在弗莱明实验室的试管里沉睡了十年之久。2. 科学实验科学实验青霉素的发现青霉素的发现 1111年过去了，牛津大学的病理学家年过去了，牛津大学的病理学家霍华施霍华施弗洛弗洛里教授从书堆里找到了弗莱明里教授从书堆里找到了弗莱明1111年前写成年前写成的论文，对这种能够杀死多种病菌的青霉素产生了浓厚兴趣。的论文，对这种能够杀死多种病菌

39、的青霉素产生了浓厚兴趣。 他认为当时青霉素未能投入生产的原因是没有依靠集体的力量。他认为当时青霉素未能投入生产的原因是没有依靠集体的力量。于是，在一次科学家的集于是，在一次科学家的集会上，他将自己的想法告诉了大家，会上除了生物学家外，还有化学家恩斯特会上，他将自己的想法告诉了大家，会上除了生物学家外，还有化学家恩斯特钱。钱。科学家们怀科学家们怀着对病人深切的同情开始了对青霉素的联合实验研究工作。着对病人深切的同情开始了对青霉素的联合实验研究工作。化学家恩斯特化学家恩斯特钱用化学方法从培养钱用化学方法从培养浓的滤液里提炼青霍素。浓的滤液里提炼青霍素。 经过几十个昼夜的奋战，一种纯度很高的青霉素终

40、于诞生了。经过实验效果很好。但是为经过几十个昼夜的奋战，一种纯度很高的青霉素终于诞生了。经过实验效果很好。但是为了提高青霉素的产量，还必须找到更好的菌种。他们分离出了几百种霉菌，最后终于从垃圾堆了提高青霉素的产量，还必须找到更好的菌种。他们分离出了几百种霉菌，最后终于从垃圾堆里的一块西瓜皮上分离出了第里的一块西瓜皮上分离出了第832832号留菌苗株，这种霉菌不仅能在培养液的表面上繁殖，而且号留菌苗株，这种霉菌不仅能在培养液的表面上繁殖，而且还能深入到培养液里生长。所以它的产量提高了两倍。他们还动员了许多义务劳动者，搜集了还能深入到培养液里生长。所以它的产量提高了两倍。他们还动员了许多义务劳动者

41、，搜集了一切可以利用的材料，采用了营养丰富的培养液，开始了大规模生产，使产量提高到十倍以上。一切可以利用的材料，采用了营养丰富的培养液，开始了大规模生产，使产量提高到十倍以上。短短的两年时间，青霉素就已经能普遍用于医疗上了。短短的两年时间，青霉素就已经能普遍用于医疗上了。 1945 1945年，瑞典卡罗琳研究所决定将年，瑞典卡罗琳研究所决定将诺贝尔医学奖联合授予弗莱明、恩斯特诺贝尔医学奖联合授予弗莱明、恩斯特钱和弗钱和弗格里格里三人。理由是他们发现了青霉素及其在治疗各种感染性疾病中的效果。三人。理由是他们发现了青霉素及其在治疗各种感染性疾病中的效果。 2. 科学实验科学实验u机遇在科学研究中的

42、作用：机遇在科学研究中的作用： 机遇能够机遇能够为科学技术发明提供线索。为科学技术发明提供线索。 奥斯特在偶然中发现电和磁之间的联系之后，奥斯特在偶然中发现电和磁之间的联系之后，法拉第进行了磁转化为电法拉第进行了磁转化为电的研究，终于导致的研究，终于导致18311831年以后电子技术的迅速发展，电动机代替了蒸汽机。年以后电子技术的迅速发展，电动机代替了蒸汽机。 1919世纪末，人们研究成功有实用价值的发电机和电动机，相继建立了庞大的输电世纪末，人们研究成功有实用价值的发电机和电动机，相继建立了庞大的输电网和照明网，开创了人类生产生活的电气化时代。随着无线电技术的迅速发展，人网和照明网，开创了人

43、类生产生活的电气化时代。随着无线电技术的迅速发展，人类进入了自动化时代。从电磁的发现到电力的发现，生动地表明：科学上的机遇导类进入了自动化时代。从电磁的发现到电力的发现，生动地表明：科学上的机遇导致新的科学发现，形成新的科学理论，导致新技术发明，引起生产的巨大发展。致新的科学发现，形成新的科学理论，导致新技术发明，引起生产的巨大发展。 机遇能够机遇能够加快研究进程达到预期目的加快研究进程达到预期目的 袁隆平杂交水稻研究中野生雄性不育系原种的发现使杂交水稻研究成为现实。袁隆平杂交水稻研究中野生雄性不育系原种的发现使杂交水稻研究成为现实。 机遇能够机遇能够离开原来的方向和目的作出更有价值的发现离开

44、原来的方向和目的作出更有价值的发现 伦琴发现伦琴发现X X射线，贝克勒尔发现放射性。射线，贝克勒尔发现放射性。2. 科学实验科学实验u感悟机遇科学家们的经验之谈是富于启发的： “在观察的领域里，机遇只偏爱那种有准备的头脑。在观察的领域里，机遇只偏爱那种有准备的头脑。” “ “有时需要离开常走的大道，潜入森林，你就肯定会发现前所未见的有时需要离开常走的大道，潜入森林，你就肯定会发现前所未见的东西。东西。” 概言之，熟知理论，留心意外，勤于观察，勇于探索，概言之，熟知理论，留心意外，勤于观察，勇于探索， 乃为准确捕捉乃为准确捕捉机遇的真谛。机遇的真谛。 一旦抓住机遇，则理当穷追不舍，以期得到一旦抓

45、住机遇，则理当穷追不舍，以期得到“节外生枝节外生枝”的突破性发的突破性发现。现。3. 科学研究论文科学研究论文3. 科学研究论文科学研究论文 钱学森之问钱学森之问 20052005年年温家宝温家宝在看望著名物理学家钱学森时，在看望著名物理学家钱学森时，钱老曾发出这样的感慨：钱老曾发出这样的感慨：回过头来看，这么多年培养回过头来看，这么多年培养的学生，还没有哪一个的学术成就，能跟民国时期的学生，还没有哪一个的学术成就，能跟民国时期培养的大师相比！培养的大师相比！ 钱学森认为：钱学森认为：“现在中国没有完全发展起来，一个现在中国没有完全发展起来，一个重原因是没有一所大学能够按照培养科学技术发明创造

46、的模式去办学，没有重原因是没有一所大学能够按照培养科学技术发明创造的模式去办学，没有自己独特的创新的东西，老是自己独特的创新的东西，老是冒冒不出杰出人才。不出杰出人才。” 常见的解释原因：常见的解释原因： 应试教育、学术腐败、论文抄袭、应试教育、学术腐败、论文抄袭、儒教环境儒教环境、学校行政化趋势加剧，、学校行政化趋势加剧，教师功利化趋势加剧。教师功利化趋势加剧。 最根本的原因：学生的培养模式最根本的原因：学生的培养模式 我们呢，连为什么做这个题目都不知道，总觉得研究的东西和自己不相关。长期这样搞下去，我们呢，连为什么做这个题目都不知道，总觉得研究的东西和自己不相关。长期这样搞下去，一切都变得

47、索然无味。一切都变得索然无味。” 薛涌薛涌 “看看身边的中国同学，奥数金奖银奖、少年班的一大堆。但这些人成功率非常低，真能达到看看身边的中国同学，奥数金奖银奖、少年班的一大堆。但这些人成功率非常低，真能达到杰出杰出程度的几乎是闻所未闻。为什么？大家从小都是做题做出来的。这和文科的死记硬背几乎程度的几乎是闻所未闻。为什么？大家从小都是做题做出来的。这和文科的死记硬背几乎没有什么不同。没有什么不同。” 薛涌薛涌3. 科学研究论文科学研究论文3. 科学研究论文科学研究论文3. 科学研究论文科学研究论文期刊论文： Articles 论文: 报道原始的研究成果； Letters 通讯或快报: 对当前研究

48、成果的快速简要的通报； Reviews 回顾、评论: 对一类研究热点的综述性文章。学位论文：博士论文；硕士论文会议论文：全长度论文；短论文；Poster一级(核心)期刊 ：中国科学、 金属学报普通核心期刊其他省地级期刊增刊会议论文3. 科学研究论文科学研究论文最高境界存在什么不足有什么发现有什么方法、资料采用什么方法资料做到什么程度精读 图书馆图书馆 电子数据库电子数据库 网络资源网络资源 SCI（Science Citation Index)科学引文索引科学引文索引 EI（Engineering Index）工程索引）工程索引 ISTP（Index to Scientific Technic

49、al Proceedings）科学技术会议录索引）科学技术会议录索引3. 科学研究论文科学研究论文3. 科学研究论文科学研究论文构思设计、撰写初稿、完稿及修改、定稿。构思设计、撰写初稿、完稿及修改、定稿。 谋篇布局上要求思路清晰，条理清楚，层次分明，论述严谨；谋篇布局上要求思路清晰，条理清楚，层次分明，论述严谨；名词术语、数字、符号、计量单位的使用，图表设计，参考文名词术语、数字、符号、计量单位的使用，图表设计，参考文献的引录，编排格式等方面要符合规范；献的引录，编排格式等方面要符合规范；运用科学语体运用科学语体 。 3. 科学研究论文科学研究论文1）论文题目）论文题目2）署名）署名3）摘要）

50、摘要4）关键词（）关键词（key words）5）正文）正文 引言引言 材料与方法材料与方法 a实验方法实验方法 b主要仪器设备主要仪器设备 结果结果 讨论讨论 结论结论6）致谢）致谢7）参考文献）参考文献8）英文摘要）英文摘要9）其他部分）其他部分3. 科学研究论文科学研究论文1 1）论文论文题目题目 科科研研论文的题目是所做工作的最直接表达，即告诉读者，你论文的题目是所做工作的最直接表达，即告诉读者，你做了什么事。故题目应直入主题，要确切、恰当、简明。用词应做了什么事。故题目应直入主题，要确切、恰当、简明。用词应简练、醒目、切题，忌空、长，不宜文学化、广告式或诗句用语简练、醒目、切题，忌空