第二节 实 验
一、实验的含义
实验是人们根据研究目的，有计划地利用一定的物质手段控制或创造客观对象的存在条件，改变客观对象的存在状态，从而获得关于对象的各种经验事实的方法。人们之所以需要进行实验，这是因为，对自然现象的观察仍有很大的局限性，自然发生的现象不可避免地会受到许多偶然因素的影响，某些奇异的自然现象，很难重复出现，因此需要用人为的方法控制某些现象的发生或变化，创造一些在自然条件下得不到或不易得到的条件，使被研究现象在没有偶然因素的影响下多次重复出现。
同观察相比，实验具有在变革对象的过程中认识对象的特点。就是说，观察主要是在自然条件下认识客体，受到客观条件的种种限制；实验主要是在人为设置的条件下认识对象，它更能发挥人的能动性。在实验中，或者控制对象存在的条件，排除外界干扰，以便在“纯粹”的形态中考察对象；或者创造出自然条件下不存在的条件，研究它的变化，较深入地考察对象。
实验是以观察为基础的，如对研究对象一无所知，就不可能设计实验。同时，实验也离不开观察，但它是在人工控制的条件下进行的观察。实验虽然是更为精确的观察方法，但并不是任何现象都可以进行实验。如火山爆发现象无法用人工条件进行实验，许多社会现象和人类精神现象也难于人工控制，无法进行实验。因此，观察和实验在实际应用中常常是密切结合，相互补充的。
二、实验的特征
（一）简化和纯化的特征
客观现象是复杂的，而在实验中人们可以借助于精密的仪器和设备，根据研究的需要，在严格控制的实验条件下，选择一些因素，改变一些因素，增添一些因素，减少一些因素，把要研究的因素分离出来；排除各种偶然因素、次要因素和外界的干扰；把研究对象的某些属性或联系，以纯化的形态表现出来，使复杂现象处于单纯的状态。通过多次重复的观察和试验，就能揭示出支配自然过程和生产过程的客观规律性。例如，要测定轻重不同的物体是否同时落地，可以在1.5米高的玻璃管内放入铁片、纸片甚至羽毛等物体，将试管抽成真空后，铁片、纸片、羽毛等重量不同的物体，就会同时落到玻璃管的底部。而在自然状态下，由于空气阻力的影响，人们无论如何也观察不到这样的结果。
（二）强化和再现的特征
在实验中，可以凭借各种物质手段，创造出在自然状态下或自然过程中难以出现、难以利用的特殊条件和特定环境，如超高压、超高温、超低温、超强磁场、强放电、强辐射等，使物质变化过程向指定方面发展，或使自然过程人为地引发出来。如：在常温下地球表面的大气压只为1个大气压，在实验中，可使静态高压达到200万—300万个大气压，动态高压可达1000万个大气压，通过高压能把黄磷（非导体）转化为黑磷（导体），使冰在100℃的温度下仍呈固体。人造金刚石，就是在超高压和超高温作用下，使石墨的物质结构发生变化，原来是六方晶体、硬度为1的石墨，变成了八面晶体、硬度为10的人造金刚石。
另外，在自然状态下，有些现象人们不能随意使之反复出现，反复对它进行观察，但在实验中就容易做到。如雷鸣电闪这些瞬息即逝的现象，可在实验室里通过人工放电，使之重复出现。这样便于反复观察，可以缩短研究时间。再如，某次爆炸事件，对侦查员来说已是过去的事。要想重新观察这次事件，只有进行模拟实验。
（三）延缓或加速的特征
在实验中，可以借助于一定的物质手段，既能延缓转瞬即逝的自然过程，也能加速姗姗来迟的自然现象的发生。如1953年美国科学家米勒用甲烷、氩、氢和水汽混合成一种与原始大气基本相似的气体，把它放进真空的玻璃仪器中，连续进行火花放电，以模拟原始大气层的闪电。经过一周的化学反应，在实验中形成了5种地球上几十亿年前出现的构成蛋白质的氨基酸，还合成了蛋白质、脱氧核糖核酸等生物大分子，使生命起源的学说不断得到证实。
三、实验的作用(www.xing528.com)
实验在认识过程中的作用体现为：
（一）实验方法是科学发现和科学发明的工具
实验方法在科学研究中具有重要作用。实验可以用人为的方法来控制某些现象的发生，人为创造一些自然状态下不易发生的条件使被研究现象多次重复出现。通过实验得到的经验材料比单纯观察所获得的经验材料更为精确可靠。
纵观人类的科学史和技术史的发展，离不开理论思维的指导，实验方法是科学发现和科学发明的重要思维工具，实验方法可以凭借科学仪器设备所创造的有利条件，排除自然过程中各种偶然的、非本质因素的干扰，使人们能在理想化状态或“纯粹状态”下认识某种现象的属性或联系，比较容易和精确地发现支配自然现象的本质和规律。
比如，伦琴运用实验思维方法进行物理实验，在真空管高压放电条件下发现了X射线，成为20世纪第一个获得诺贝尔物理学奖的科学家。巴甫洛夫运用实验思维方法进行生理实验，创立了高级神经活动学说。同时，爱因斯坦运用实验思维方法进行思想实验——“追光”思想实验和“升降机思想实验”，通向创立相对论科学奇迹之路。
我国杂交水稻种植的成功也说明，实验方法也是农业技术发明的理论思维工具。1949年我国水稻平均亩产只有252斤。20世纪60年代经过“高杆变矮杆”实验，培育出优质的矮杆品种，我国水稻生产有了长足进步，平均亩产达到600—700斤。70年代，被称为“杂交水稻之父”的袁隆平运用实验思维方法进行“杂交”水稻实验，率先在全世界成功地创新出两系法和三系法杂交水稻，亩产一千多斤，最高达一千九百多斤，累计种植杂交水稻达三十多亿亩，增产粮食3亿吨。目前美国、日本、巴西等二十多个国家已引种推广。由于“籼型杂交水稻的育成和推广”的重大农业技术发明，袁隆平获国家“特等发明奖”和8个国际大奖。
无形资产“袁隆平”品牌评估价值千亿元。
（二）实验方法是检验认识真理性的思维工具
质能关系式E=MC2，是狭义相对论的重要推导。质能关系式的发现，当初引起了许多人的非议，认为爱因斯坦是一位“疯子”，是喜欢“空想”的人。人们依据质能相当原理研制原子弹，1945年第一颗原子弹爆炸成功，核裂变反应证明了质能关系式的科学性。
亚里士多德有一个被推崇了一千多年的理论：物体的降落速率与该物体的重量成正比。1590年伽利略在比萨斜塔做了一个天才的实验：他手里拿着两个球，一个重10磅，一个重1磅，只见他手一松，两个球从塔顶几乎同时落到地面上。伽利略的比萨斜塔实验否定了亚里士多德这位圣人的“圣人定律”。由此可见，实验方法是检验认识真理性的理论思维工具。
在现代，实验方法和实验技术的进步，极大地促进了自然科学和生产的发展。自然科学和生产的发展，又反过来促使实验方法和实验技术的进一步完善。科学和生产越发展，提出的新问题越多、越广泛，实验的必要性和作用就越大。现在社会科学各部门，也越来越多地引进了实验方法，成为摸索经验和进行决策的有力工具。
实验是一种有目的有计划的探索活动，在整个实验过程中，都受着理论的指引。在进行实验前，实验者总要先提出某种设想，也就是依据一定的科学原理，对实验中可能发生的因果联系作出某种推断，然后再确定将这一设想物化的手段、方式。要做好实验设计，还必须对同实验内容相关的内部条件和外部条件，作出尽可能精确的分析和估量，并设置有助于认识深化和精确化的条件。对实验结果的分析，则更需要正确的理论指导和思维方法。
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