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)生時代;,,,2,一、科學(xué)研究的目的是什么? 知其然—— 學(xué)生時代; 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.社會科學(xué),,5,自然科學(xué)家的優(yōu)勢在于,他們所面對的是獨立于人的意識的自然現(xiàn)象。自然現(xiàn)象屬于一個世界,科學(xué)家的陳述屬于另一個世界。因此,自然現(xiàn)象可以充當(dāng)獨立的客觀標(biāo)準(zhǔn),科學(xué)則依賴此判斷所陳述的真理性或有效性。與事實一致的陳述就是真的,否則就是假的。只有確立了與事實的這種一致性,科學(xué)家的理解才能成為知識。也即科學(xué)家擁有一個可供人們使用的客觀標(biāo)準(zhǔn)。,,2.1 自然科學(xué),6,與此形成鮮明對照的是,參與者的思維對象不是能夠獨立地給定(如在社會科學(xué)和經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域),它依賴參與者的決策而定。作為確定參與者觀點的真實性或有效性的標(biāo)準(zhǔn),它還不夠格,但是它又確實提供了某種標(biāo)準(zhǔn)。一些期望為后來的事件所確認,另一些則沒有??墒谴_認過程也留有遺憾,因為人們永遠也無法肯定,究竟是預(yù)言與后來的實踐相一致,還是后來的事件順應(yīng)了預(yù)期?在此,自然科學(xué)所強調(diào)的思想與事件之間的完全分離蕩然無存了!,,,2.2 社會科學(xué),7,例1:2015年春夏季新潮時裝發(fā)布會 參與者的思維對象不是能夠獨立地給定,它依賴參與者的決策而定。被人們崇拜的服裝設(shè)計師在發(fā)布會上推銷它們的理念和產(chǎn)品,利用人們追求未來時髦的心里,冠以半年后的時髦趨勢發(fā)布。結(jié)果是,至少有 ?70% 的把握,證明發(fā)布會的預(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”左右著市場中單個基金股的升降。這是因為多數(shù)人們“順應(yīng)了”隱含的號召,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),有時會出現(xiàn)真假逆轉(zhuǎn)的情況。比如沒有任何副作用的安慰劑,在雙盲實驗中對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年代時曾經(jīng) 有病人接受針灸麻醉,實現(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。如果我們堅持留在理智的范圍內(nèi),就無法應(yīng)對自己生活的這個世界(自然科學(xué)+社會科學(xué)+醫(yī)學(xué)+宗教+…)。相形之下,相信自己會犯錯誤,任何結(jié)論都需要充分樣本的驗證和分析,可以讓我們走的更遠,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可了某個原理,但只要有一次觀察和它相左或不符合,它就不得不被迫進行修訂。 原則之所以能站得住腳,那是因為它經(jīng)受住了一次次新而更新的實驗的檢驗,而且還要經(jīng)受進一步歸納的不斷檢驗。,,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, 即價值觀 — 不可急功近利、個人收入導(dǎo)向! 97%以上的研究結(jié)果,最后成為過眼煙云! 如何對待那最有價值的、低于3%的有用的成果? 必須堅決改進科研評價制度!,,,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, 因為那時的科學(xué)技術(shù)相對落后,機會無窮; 人們向前看時,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,人們最容易犯的錯誤,就是忽視了因果關(guān)系中的時序。 后人看前人總是覺得前人的機會多多! 你的現(xiàn)在對于后人來說,就是前人,你就是“機會多多”。,,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)系時序錯誤的時候。當(dāng)我們想驗證一件事的時候,往往把已知的樣本拿來,驗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 個可調(diào)參數(shù)(有時竟然有3個!)。這是研究工作總也不能解決實際問題的根結(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,從科學(xué)的角度講,用多參數(shù)擬合方法只能算是經(jīng)驗公式,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”這樣的錯誤推導(dǎo)以理論研究的報告刊登出來!,,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、經(jīng)驗或看法,沿用到這些東西涵蓋不到的領(lǐng)域中,這點在視覺上確實是如此。我們可以毫無困難的把視覺沿用到我們的盲點上,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驗范圍之內(nèi)的規(guī)律。延展推論是危險的或可笑的。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)致錯誤的證明。,,21,4.2 關(guān)于推論和延展 所以,在我們用實驗數(shù)據(jù)勾畫關(guān)系曲線時,單調(diào)曲線應(yīng)該至少有5個實驗點,有拐點的曲線在拐點周圍應(yīng)該至少有4-5個實驗點。曲線的端點不應(yīng)超過實驗點而延伸!,,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?!J識問題的本質(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,Talanta 82 (2010) 1022–1026 授權(quán)發(fā)明專利:ZL200810229985.X,27,27,?-FID內(nèi)部氣體流動情況,助燃氣從上部側(cè)面進入,沿圓柱形通道向下流動,到達底部后氣流反向,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任務(wù): KJZBXX900中2個子模塊的研制任務(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,包括沸點達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),加之對耐受宇宙射線輻射和瞬時真空的要求,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,要達到檢測下限指標(biāo),主要靠樣品富集,其次是進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)計并且工程實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,是對國家儀器儀表領(lǐng)域創(chuàng)新能力的挑戰(zhàn)!,氣路設(shè)計原理圖,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)針對不同結(jié)構(gòu)的抗振抗沖擊設(shè)計 等多項關(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、對二甲苯;17、壬烷;18、癸烷,20 W,1000 W,,30長毛細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-20~270 ?C組分。整機平均功耗25 W。,美國的空間站色譜儀在發(fā)射時放在減震墊上,在軌后由宇航員取出,安裝在機柜里。而我國的色譜儀是事先安裝在靠壁機柜里,發(fā)射過程中沒有緩沖!因此抗振動性能要比美國儀器高3倍。,2013年3月,工程樣機分析性能通過驗收; 同年6月,工程樣機一次性通過鑒定級力學(xué)試驗! 三維正玄震動 20?300 Hz,36 G 沖擊震動 1200 G,35,,,36,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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