科學(xué)研究的基本問題ppt課件

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,科學(xué)研究的基本問題,1,一、科學(xué)研究的目的是什么？ 知其然—— 學(xué)生時(shí)代；,,,2,一、科學(xué)研究的目的是什么？ 知其然—— 學(xué)生時(shí)代； 知其所以然—— 科學(xué)研究；,,,3,一、科學(xué)研究的目的是什么？ 知其然—— 學(xué)生時(shí)代； 知其所以然—— 科學(xué)研究； 使其然—— 研究工作的最終目的和 最高境界！,,,,,4,二、什么是科學(xué)？ 1.自然科學(xué) 2.社會(huì)科學(xué),,5,自然科學(xué)家的優(yōu)勢(shì)在于，他們所面對(duì)的是獨(dú)立于人的意識(shí)的自然現(xiàn)象。自然現(xiàn)象屬于一個(gè)世界，科學(xué)家的陳述屬于另一個(gè)世界。因此，自然現(xiàn)象可以充當(dāng)獨(dú)立的客觀標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)則依賴此判斷所陳述的真理性或有效性。與事實(shí)一致的陳述就是真的，否則就是假的。只有確立了與事實(shí)的這種一致性，科學(xué)家的理解才能成為知識(shí)。也即科學(xué)家擁有一個(gè)可供人們使用的客觀標(biāo)準(zhǔn)。,,2.1 自然科學(xué),6,與此形成鮮明對(duì)照的是，參與者的思維對(duì)象不是能夠獨(dú)立地給定（如在社會(huì)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域），它依賴參與者的決策而定。作為確定參與者觀點(diǎn)的真實(shí)性或有效性的標(biāo)準(zhǔn)，它還不夠格，但是它又確實(shí)提供了某種標(biāo)準(zhǔn)。一些期望為后來的事件所確認(rèn)，另一些則沒有?？墒谴_認(rèn)過程也留有遺憾，因?yàn)槿藗冇肋h(yuǎn)也無法肯定，究竟是預(yù)言與后來的實(shí)踐相一致，還是后來的事件順應(yīng)了預(yù)期？在此，自然科學(xué)所強(qiáng)調(diào)的思想與事件之間的完全分離蕩然無存了！,,,2.2 社會(huì)科學(xué),7,例1：2015年春夏季新潮時(shí)裝發(fā)布會(huì) 參與者的思維對(duì)象不是能夠獨(dú)立地給定，它依賴參與者的決策而定。被人們崇拜的服裝設(shè)計(jì)師在發(fā)布會(huì)上推銷它們的理念和產(chǎn)品，利用人們追求未來時(shí)髦的心里，冠以半年后的時(shí)髦趨勢(shì)發(fā)布。結(jié)果是，至少有 ?70% 的把握，證明發(fā)布會(huì)的預(yù)期是正確的！ 為什么？……,,8,例2：證券市場 在2000年美國證券市場大幅下滑之前的二十多年時(shí)間里，以及我國證券市場在此之前的十年里，所謂的“消息”和“名人的預(yù)期”左右著市場中單個(gè)基金股的升降。這是因?yàn)槎鄶?shù)人們“順應(yīng)了”隱含的號(hào)召，導(dǎo)致了最終結(jié)果與“消息或預(yù)期”相符。,,,9,2.3 自然和社會(huì)科學(xué)的混合問題 臨床醫(yī)學(xué)證明：人的精神狀態(tài)與藥物的作用有相互關(guān)聯(lián)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)真假逆轉(zhuǎn)的情況。比如沒有任何副作用的安慰劑，在雙盲實(shí)驗(yàn)中對(duì)有的病人可以起到治療作用！那么是藥劑無效？還是…？,,10,2.3 自然和社會(huì)科學(xué)的混合問題 —— 針灸治療和針灸麻醉 相信針灸的人，針灸的治療效果奇佳； 不相信針灸治療的人，則毫無效果！ 針灸麻醉也是這樣。上世紀(jì)70年代時(shí)曾經(jīng) 有病人接受針灸麻醉，實(shí)現(xiàn)剖腹探查手術(shù)！,,11,我們不能只依賴嚴(yán)密的邏輯推理，理智有用處，但是也有限制。如果我們堅(jiān)持留在理智的范圍內(nèi)，就無法應(yīng)對(duì)自己生活的這個(gè)世界（自然科學(xué)+社會(huì)科學(xué)+醫(yī)學(xué)+宗教+…）。相形之下，相信自己會(huì)犯錯(cuò)誤，任何結(jié)論都需要充分樣本的驗(yàn)證和分析，可以讓我們走的更遠(yuǎn)，可以終身指導(dǎo)我們。,,12,三、自然科學(xué)中，什么是科學(xué) 即使億萬人的觀察都認(rèn)可了某個(gè)原理，但只要有一次觀察和它相左或不符合，它就不得不被迫進(jìn)行修訂。 原則之所以能站得住腳，那是因?yàn)樗?jīng)受住了一次次新而更新的實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，而且還要經(jīng)受進(jìn)一步歸納的不斷檢驗(yàn)。,,13,四、如何才能作好研究工作？ 心態(tài)十分重要，世界觀更重要， 即價(jià)值觀 — 不可急功近利、個(gè)人收入導(dǎo)向！ 97%以上的研究結(jié)果，最后成為過眼煙云！ 如何對(duì)待那最有價(jià)值的、低于3％的有用的成果？ 必須堅(jiān)決改進(jìn)科研評(píng)價(jià)制度！,,,14,4.1 思想方法中的邏輯思維 向后看 向前看 人們向后看，覺得那些發(fā)明創(chuàng)造者太幸運(yùn)， 因?yàn)槟菚r(shí)的科學(xué)技術(shù)相對(duì)落后，機(jī)會(huì)無窮； 人們向前看時(shí)，覺得該干的、能干的都已經(jīng) 被別人發(fā)明了、做完了，前途茫然。,,,15,人們最容易犯的錯(cuò)誤，就是忽視了因果關(guān)系中的時(shí)序。 后人看前人總是覺得前人的機(jī)會(huì)多多！ 你的現(xiàn)在對(duì)于后人來說，就是前人，你就是“機(jī)會(huì)多多”。,,4.1 思想方法中的邏輯思維,16,研究工作中也有犯因果關(guān)系時(shí)序錯(cuò)誤的時(shí)候。當(dāng)我們想驗(yàn)證一件事的時(shí)候，往往把已知的樣本拿來，驗(yàn)證為解決未知樣本問題所研究的方法，并且方法中暗含有至少 1 個(gè)可調(diào)參數(shù)(有時(shí)竟然有3個(gè)!)。這是研究工作總也不能解決實(shí)際問題的根結(jié)之一。,,4.1 思想方法中的邏輯思維,17,數(shù)學(xué)的常識(shí)告訴我們，二維平面上的任何關(guān)系曲線，都可以用 3 參數(shù)方程來近似描述，即 y = k + ax + bxc 人們還可以用其它形式的數(shù)學(xué)公式來描述關(guān)系曲線，效果都是類似的。其實(shí)，從科學(xué)的角度講，用多參數(shù)擬合方法只能算是經(jīng)驗(yàn)公式，不能用此證明任何理論。,,4.1 思想方法中的邏輯思維,18,遺憾的是，包括國內(nèi)外著名的化學(xué)類學(xué)術(shù)雜志，都存在偶爾把邏輯推理關(guān)系中出現(xiàn)“黑馬不是白馬”這樣的錯(cuò)誤推導(dǎo)以理論研究的報(bào)告刊登出來！,,4.1 思想方法中的邏輯思維,19,4.2 關(guān)于推論和延展 我們應(yīng)付不完全理解的方法之一，就是把我們所得到的任何知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)或看法，沿用到這些東西涵蓋不到的領(lǐng)域中，這點(diǎn)在視覺上確實(shí)是如此。我們可以毫無困難的把視覺沿用到我們的盲點(diǎn)上，在最復(fù)雜的構(gòu)思方面也是如此。 比爾.蓋茨1984年的預(yù)言…… “看來PC有640K的內(nèi)存，對(duì)今后10年的任何應(yīng)用都是足夠的了”。,,20,4.2 關(guān)于推論和延展 但是在自然科學(xué)中，我們只能正確描述實(shí)驗(yàn)范圍之內(nèi)的規(guī)律。延展推論是危險(xiǎn)的或可笑的。近些年發(fā)現(xiàn)的材料性質(zhì)的突變條件，微型化過程中發(fā)現(xiàn)器件尺度減小而性能出現(xiàn)嚴(yán)重偏離理論值的情況，都是原有理論過分延展所導(dǎo)致錯(cuò)誤的證明。,,21,4.2 關(guān)于推論和延展 所以，在我們用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)勾畫關(guān)系曲線時(shí)，單調(diào)曲線應(yīng)該至少有5個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，有拐點(diǎn)的曲線在拐點(diǎn)周圍應(yīng)該至少有4－5個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。曲線的端點(diǎn)不應(yīng)超過實(shí)驗(yàn)點(diǎn)而延伸！,,22,4.3 厚 積 薄 發(fā)—— 走向成功 十年科研或技術(shù)積累； 研究生階段：學(xué)會(huì)研究方法和培養(yǎng)解決問題的能力 學(xué)好物理和數(shù)理建模——認(rèn)識(shí)問題的本質(zhì) 是多數(shù)發(fā)現(xiàn)、發(fā)明的基礎(chǔ)和必要條件。,,,23,,,學(xué)以致用——解決真實(shí)條件下的科學(xué)與技術(shù)問題,研究方向之一：微型色譜儀,24,,,一、固態(tài)熱導(dǎo)檢測器（SSD）,25,,μ-FID（美國/德國）,常規(guī)：Air = 350-500 mL/min; N2 = 35 mL/min; H2 = 35 mL/min; 微型：Air = 100-150 mL/min; N2 = 5-7 mL/min; H2 = 7-10 mL/min;,收集極,,放大器,,Air,,,,Air,,,,,噴嘴,,,φ5-10 ?m,,,,15mm,,二、微型氫火焰離子化檢測器,26,?-FID 大連化學(xué)物理研究所,打火機(jī),Talanta 82 (2010) 1022–1026 授權(quán)發(fā)明專利：ZL200810229985.X,27,27,?-FID內(nèi)部氣體流動(dòng)情況,助燃?xì)鈴纳喜總?cè)面進(jìn)入，沿圓柱形通道向下流動(dòng)，到達(dá)底部后氣流反向，從收集極中間向上流出。因此，在底部氣流中心異常穩(wěn)定，猶如臺(tái)風(fēng)的中心眼。,,火焰穩(wěn)定性提高，可采用更高的極化電壓，進(jìn)而提高信噪比。,提高極化電壓，信噪比明顯增大,28,二、微型氫火焰離子化檢測器,28,?-FID的靈敏度： 0.5 pg/s,C10-C16 GC分離譜圖 （符合碳數(shù)規(guī)律）,?-FID與常規(guī)商品化FID比較 （1.0 mg/L 異辛烷）,Agilent 6890 GC,29,二、微型氫火焰離子化檢測器,29,?-FID的功耗和能耗,氣體總消耗降低70%，功耗降低90%，有效延長小鋼瓶供氣和電池供電條件下的儀器工作時(shí)間，適用于便攜式GC。,30,二、微型氫火焰離子化檢測器,30,3-1 空間站艙內(nèi)有害氣體分析儀,2012年我們承擔(dān)了中國人民解放軍總裝備部的型號(hào)任務(wù): KJZBXX900中2個(gè)子模塊的研制任務(wù)— 采樣/控制和色譜模塊，帶有標(biāo)樣校正，全參數(shù)地面遙測控制和分析數(shù)據(jù)傳輸。,我國2018年發(fā)射空間站。為保障航天員長期住留的健康安全，必須監(jiān)測艙內(nèi)空氣中30多種痕量有害氣體，包括沸點(diǎn)達(dá)270 ?C的半揮發(fā)組分，定性定量檢測。,31,三、特種小型氣相色譜儀,31,32,我國不允許在空間站載人艙內(nèi)有放射性材料，也不允許用氫火焰離子化檢測器，而光離子檢測器因壽命太短、且不能在有氦氣和氫氣環(huán)境中使用（都是色譜載氣），加之對(duì)耐受宇宙射線輻射和瞬時(shí)真空的要求，只能采用熱導(dǎo)檢測器。,但是，熱導(dǎo)檢測器靈敏度比離子化檢測器差100倍，要達(dá)到檢測下限指標(biāo)，主要靠樣品富集，其次是進(jìn)一步提高檢測器靈敏度。,我國規(guī)定空間站日常分析采樣量限定在50 mL，因此要解決少量樣品有效富集100倍以上的問題！,空間站艙內(nèi)有害氣體分析儀性能比較,32,設(shè)計(jì)并且工程實(shí)施出比美國空間站分析儀的功耗、重量和體積都小70%，而功能相同的色譜分析儀，是對(duì)國家儀器儀表領(lǐng)域創(chuàng)新能力的挑戰(zhàn)！,氣路設(shè)計(jì)原理圖,33,在20多年的研究積累基礎(chǔ)上，我們解決了： 1）極低功耗毛細(xì)管色譜柱均溫加熱程序升溫； 2）抗氧化型固態(tài)微池?zé)釋?dǎo)檢測器； 3）極低功耗樣品氣高倍富集-熱解析； 4）針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的抗振抗沖擊設(shè)計(jì) 等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。,空間站艙內(nèi)有害氣體分析儀,33,與安捷倫 6890 GC程序升溫分離對(duì)比色譜圖。30 m?0.25 mm i.d.?0.5 ?m SE-54。 35 ?C恒溫8min，10 ?C/min 升溫到180 ?C。1、甲醇、乙醛；2、乙醇；3、丙酮；4、二氯甲烷；5、正己烷；6、氯仿；7、呋喃；8、二氯乙烷；9、苯；10、正丁醇；11、乙二醇、三氯乙烯、庚烷12、甲苯；13、辛烷；14、乙苯、鄰二甲苯；15、間二甲苯；16、對(duì)二甲苯；17、壬烷；18、癸烷,20 W,1000 W,,30長毛細(xì)管極低熱容均溫加熱程序升溫技術(shù),34,空間站艙內(nèi)有害氣體分析儀,雙通道采樣、雙通道樣品富集-熱解析，雙爐溫控制，雙固態(tài)熱導(dǎo)檢測，其中一路程序升溫，分析沸點(diǎn)-20~270 ?C組分。整機(jī)平均功耗25 W。,美國的空間站色譜儀在發(fā)射時(shí)放在減震墊上，在軌后由宇航員取出，安裝在機(jī)柜里。而我國的色譜儀是事先安裝在靠壁機(jī)柜里，發(fā)射過程中沒有緩沖！因此抗振動(dòng)性能要比美國儀器高3倍。,2013年3月，工程樣機(jī)分析性能通過驗(yàn)收； 同年6月，工程樣機(jī)一次性通過鑒定級(jí)力學(xué)試驗(yàn)！ 三維正玄震動(dòng) 20?300 Hz，36 G 沖擊震動(dòng) 1200 G,35,,,36,