第一节 科学的含义
科学要发现人所未知的事实，并以此为依据，经过严密逻辑论证和实践检验，从中发现客观世界各种事物的本质及运动规律。
一、科学的内涵
“科学”一词最初由近代日本学界用于对译英文中的“Science”，该词来源于拉丁文“Scientia”，意为“知识”“学问”。在现代意义上，科学是一个建立在可检验的解释和对客观事物的形式、组织等进行预测的有序的知识的系统，是关于发现发明创造实践的学问。
1．科学的本质
《现代汉语词典》对科学的解释有两个方面：一是反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系；二是合乎科学的。第二种含义相当于“科学”是正确的代名词。
美国科学促进会对科学本质是这样描述的：
①自然界是可以被认知的，科学理念是会变化的，科学不能为所有问题提供完整答案；
②科学需要证据，科学是逻辑和想象的融合，科学家要努力鉴别、避免偏见，科学不仰仗权威；
③科学是一种复杂的社会活动，科学研究中有着普遍接受的道德规范。
2．科学的定义
科学是探索客观世界最可靠的实践活动，也是一种态度、观点和方法。科学的概念内涵包含以下几点：
①科学是系统化、理论化的知识体系；
②科学是一种认识过程和方法；
③科学是一种维持和发展生产的关键要素；
④科学是一种重要的观念来源，包括科学精神、科学道德、科学思想、科学方法以及由此建立的价值观念和行为准则；
⑤科学是一种社会建制，是由科学研究体系、科学后勤部门和科学管理机构等共同组成的社会化事业。
3．科学的要素
科学可分为广义科学、狭义科学两类。广义科学包含了科学技术及社会科学，还包括以人类思维存在为对象的思维科学。在中国，教科书上一般将科学分为自然科学（或称为理科）和社会科学（或称为文科）。从准确、可验证性并能达到普遍公认的角度讲，狭义科学仅指自然科学。科学的要素包括以下几点：
①其内容必须具有客观真理性、逻辑性、系统性；
②其方法主要采用观察、假设、实验、求证等；
③其结果构建并继续扩充博大精深的科学知识体系；
④其结论必须具有可检验性和可重复性；
⑤其价值是将人性中的好奇心和求知欲转化为一种卓有成效的认知模式。
4．科学的原则
科学的目标是试图发现普遍的真理，科学所追求的真理是建立在人们对世界所进行的严格实验和仔细观察之上。在这个基础上发现的真理，就由科研人员继续依据实验和观察来系统化为科学知识、理论和法则。
科学的原则主要有以下几个。
（1）必要重复原则
科学的一个关键特征是可复制性，即一个实验必须由不同的科研人员在不同的时间和地点进行复验，以确保实验的结果不是源于某一实验者在单一时间和地点操作的特殊情况。复制需要在可控制的条件下，需要设计能够消除外部因素影响的可控制条件。当一个人的观察证据在其他人的独立、合格的检验下重复出现时，我们可以说它是客观存在，可以接受它成为认识的经验基础的一部分。
必要重复原则保证了科学结论具有连续性，即在条件成立的前提下，科学结论不管是在过去还是在将来，不管是在甲地还是在乙地，其在时间和空间上是连续一致的。基于科学的这个特质，我们才能够基于科学成果发展技术、推进生产力和预测未来。
（2）随机实验原则
偏见和先入为主的观点会严重地影响我们对事物做出的判断，以及我们对世界方方面面的体验。而随机化实验的目的，正是为了减少实验设计者和参与者的主观意识而造成的结论谬误。近乎所有需要实验的学科都引入了随机化理念。
（3）可证伪原则
科学的标志在于理论的可证伪性，不能证伪的理论就是非科学的。证伪是指找出一个反例，从而否定理论使其不能证实。如果某个论断可证伪，它就是可以用科学的方法来研究的。科学理论与宗教、迷信的不同在于，前者是可证伪的，而后者却连证明它为错的可能性都没有。
所有实证科学（empirical science）的结论一定是可能被证伪的句子或言论。具体而言，可证伪性是指一定要有被事实推翻的可能性（refutable by facts），即对一个论断，一定可以假设出来一种可观测的条件，用来判断这个论断是否可以被证实。例如“神是否存在”这样的论断，在“神是全知全能的”这一前提下，不管观测到什么样的现象，都可以说这是神的意志，那么就不存在一种条件，可以使得“神是存在的”这一论断是假的。因此，这一论断不可证伪，就不是科学研究的范畴，而属于非科学领域。
不可证伪的常见论断有：同义反复、模糊不清、自相矛盾、不是事实（主观性的判断）、没有限制（指某个现象的发生会导致结果的不确定）等。不可能被证伪的理论，是没有解释能力的，因为这样的理论不可以被事实验证。凡是有解释力的科学理论，一定要有被证伪的可能性，但却没有被证伪。可能被事实推翻而没有被推翻，就算是被证实（confirmed）了。
可证伪主义对科学最大的贡献是它允许科学也包含错误，并承认科学要受到经验的局限性影响。科学实验，应是针对问题提出试探性的理论，并把理论交付经验检验，理论在检验中遭到证伪进而被淘汰，然后用一个新的、更好的理论来替代旧理论。
案例 牛顿的棱镜分解太阳光
对光学问题的研究是牛顿（1642—1727）工作的重要部分之一。1665年，牛顿毕业于剑桥大学的三一学院，当时大家都认为白光是一种纯的没有其他颜色的光；而有色光是一种不知何故发生变化的光（亚里士多德的理论）。1665—1667年间，年轻的牛顿独自做了一系列实验来研究各种光现象。他把一块三棱镜放在阳光下，透过三棱镜，光在墙上被分解为不同颜色，后来我们将其称作光谱。在他的手里首次使三棱镜变成了光谱仪，真正揭示了颜色起源的本质。1672年2月，牛顿怀着揭露大自然奥秘的兴奋和喜悦，在第一篇正式的科学论文《白光的结构》中，阐述了他的颜色起源学说，“颜色不像一般所认为的那样是从自然物体的折射或反射中所导出的光的性能，而是一种原始的、天生的性质”。“通常的白光确实是每一种不同颜色的光线的混合，光谱的伸长是由于玻璃对这些不同的光线折射本领不同”。
牛顿《光学》著作于1704年问世，其中第一节专门描述了关于颜色起源的棱镜分光实验和讨论，肯定了白光由七种颜色组成。他还给这七种颜色进行了命名，直到现在，全世界的人都在用牛顿命名的颜色。牛顿指出，“光带被染成这样的彩条：紫色、蓝色、青色、绿色、黄色、橙色、红色，还有所有的中间颜色，连续变化，顺序连接”。正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光，如果你深入地看看，会发现白光是非常美丽的。
点评：这一实验后人可以不断地重复进行，并得到与牛顿相同的实验结果。自此以后七种颜色的理论就被人们普遍接受了。通过这一实验，牛顿为光的色散理论奠定了基础，并使人们对颜色的解释摆脱了主观视觉印象，从而走上了与客观量度相联系的科学轨道。同时，这一实验开创了光谱学研究，不久，光谱分析就成为光学和物质结构研究的主要手段。
5．科学的特征
科学研究是探索创造符合主观认识的客观实际的实践活动过程，是发现、探索和解释自然现象，深化对自然的理解并寻求其规律，是为了增进知识以及利用知识去发明新的技术而进行的系统的创造性工作。
科学包含以下三个基本特征。
第一，科学是以严格的经验观察所得的事实为基础的。要了解科学，必须知道什么是事实，事实必须在严格周密的调查研究和实验基础上形成。
第二，如何从事实进行推导。科学不仅需要事实基础，还需要对事实进行合理的逻辑推导，可以说，科学是离不开逻辑推理的。事实只有经过合理的归纳，才能形成原理。
第三，一个理论满足什么条件才能成为科学。因为科学理论主要用扩展性推理的方式获得，那么归纳的支持是否可以构成科学理论？这就需要对形成的理论进行验证，并不断地接受实践的检验。
案例 罗伯特·密立根的油滴试验
很早以前，科学家就在研究电。人们知道这种无形的物质可以从天上的闪电中得到，也可以通过摩擦头发得到。1897年，英国物理学家托马斯已经得知如何获取负电荷电流。1909年美国科学家罗伯特·密立根（1868—1953）开始测量电流的电荷。
他用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别放有一个通正电的电极和一个通负电的电极。当小油滴通过空气时，就带了一些静电，它们下落的速度可以通过改变电极的电压来控制。当去掉电场时，测量油滴在重力作用下的速度可以得出油滴半径；加上电场后，可测出油滴在重力和电场力共同作用下的速度，并由此测出油滴得到或失去电荷后的速度变化。这样，他可以一次连续几个小时测量油滴的速度变化，即使工作因故被打断，被电场平衡住的油滴经过一个多小时也不会跑多远。
经过反复试验，密立根得出结论：电荷的值是某个固定的常量，最小单位就是单个电子的带电量。他认为电子本身既不是一个假想的，也不是不确定的，而是一个“我们这一代人第一次看到的事实”。他在诺贝尔奖获奖演讲中强调了他的工作的两条基本结论，即“电子电荷总是元电荷的确定的整数倍而不是分数倍”和“这一实验的观察者几乎可以认为是看到了电子”。
“科学是用理论和实验这两只脚前进的”，密立根在他的获奖演讲中说到，“有时这只脚先迈出一步，有时是另一只脚先迈出一步，但是前进要靠两只脚：先建立理论然后做实验，或者是先在实验中得出了新的关系，然后再迈出理论这只脚并推动实验前进，如此不断交替进行”。他用非常形象的比喻说明了理论和实验在科学发展中的作用。作为一名实验物理学家，他不但重视实验，也极为重视理论的指导作用。
（摘自《物理学十大著名经典实验》）
6．科学认知的三要素
科学认知有三个要素：事实、逻辑、批判性思维。
①事实。所有科学结论都要建立在可观测、可重复的事实依据之上。如果科学理论没有事实证据，那就不能够被相信。科学界若有了一个新的发现，世界各地的同行科学家们的第一反应是重复实验，确认事实。只有通过重复实验得到确认，科学理论才能被接受。
②逻辑。逻辑关系是连接事实依据与科学结论的桥梁。逻辑关乎事实和证据是否能支持结论，这是关键的思维品质。逻辑在科学研究中有很多应用，必要的逻辑素养是科学工作者的基本要求。
③批判性思维。批判性思维是独立、合理、公正的思考态度，在科学研究中不可或缺。在严格意义上，科学世界并无权威，科学工作者们各自分析和思考事实是否支持结论，逻辑是否合理，有了新的发现，会去验证之前的理论，或者之前的结论能不能推翻，看结论中有没有隐藏假设，才逐渐步建立起宏伟的科学大厦。
二、科学的特性
任何研究方法要被视为科学方法，首先必须是客观的，其次必须是可靠的，即证据必须真实且研究方法能重置，最后必须有完整的资料以供佐证。
1．客观性
客观性的重要基石是要有证据支持。科学的态度首先是做一个健康的怀疑论者，一件事是否科学取决于它是否被众多严密的证据支持。假说本身仅仅是猜测，在被相信以前，应该得到证据支持，这在科学上必须被严格遵守。
科学的假说是关于自然世界的，所以只有对自然世界的观察可以作为证据。例如，16世纪，哥白尼提出太阳是我们行星系的中心，而且地球围绕太阳转的假说，这与流行的托勒密假说地心说相反。接下来的几年里，发明了望远镜，由此，成千上万的观察都肯定了哥白尼的假说，否定了托勒密的假说。没有这些观察所构成的证据，哥白尼的假说永远都不会被接受。
2．可靠性
并不是所有的证据都是可靠的，比如某些权威证词、太孤立不能建立起任何因果联系的证据都不能成为科学的证据。科学证据的可靠性至少必须具备真实性和精确性。
（1）真实性
证据是否真实、可接受，是科学推理的基础。证据的虚假主要有两大来源：一是提供证据的人本身有意说谎了；二是人的本能和认识的局限。提供证据的人无意地提供了虚假信息。有时即使是自认为亲眼所见，也未必真实。
案例 空难目击者的证词
2001年11月12日，美国航空公司的587号飞机在起飞后不久便失去平衡，在众目睽睽下，一头栽进了纽约的居民区，造成265人死亡。美国国家交通安全委员会调查的最后结论是，飞行员在应对乱流时操作不当，使垂直尾翼承受庞大的压力，最后使它整个脱落，导致飞机失去控制而坠毁。委员会在调查中访问了394位当场的目击者，他们发现：
52%的人说他们看到飞机在空中时就起了火。22%的人说起火点是在油箱处，但多数人说是在别的地方，有的说是左边的发动机，有的说是右边的发动机，有的说是左翼，有的说是右翼，等等。近20%的人说看到飞机向左转，同样数量的人说看到飞机向右转；近60%的人说看到飞机上有部件掉下来，其中13%的人说是飞机的翅膀（其实是飞机垂直尾翼脱落）。
这些互相矛盾的观察报告，并不是因为目击者有意撒谎。但是，真实的情况是飞机并没有在空中起火，如何解释多半的目击者说他们看到飞机在空中时就起了火？
其实，这是个心理现象，因为观察往往是推理和拼凑过程，证人的记忆其实是在重新构造，“因为证人会本能地将事件和他们过去的经验拼接起来。你看过多少坠机事件？很可能从来没有。但在电影中呢？很多。在电影中，总是有烟，总是有火”（Wald，2002）。
（2）精确性
科学中常常使用测量来作出客观对比并减少分歧，例如不同的颜色可以通过光的波长来区分，而不使用具体的颜色这样的模糊概念。科学的假说经常被数学语言所限定，或者它们至少能被翻译成某种数学的表达方式。
迷信和伪科学往往有一个缺陷，其定论经常很含糊，以至于很难提供精确的证实。
案例 占星预测
由占星术得出的描述和预测是以一种含糊的方式来述说。占星“预测”某人本年度运势中有这样的叙述：“你的个性将得到张扬；你将用魅力和愉悦的方式吸引更多的注意。在工作上更加热情，特别是如果与年轻人相关，要高度使用纯真和技能，懂得慷慨资助；你会致力于有价值的事业；健康状况颇佳，外出旅游方面不错。将你认为有价值的计划加以实施。爱情有可能出现停滞，另一方的态度有不忠的表现”。这样的预测几乎适合所有人，分析其中“你将用魅力和愉悦的方式吸引更多的注意”这一陈述，其问题在于，是什么样的魅力？什么类型的“愉悦方式”？吸引谁的注意？吸引多少注意？由于其陈述的模糊性，使得这类预测毫无科学性。
（摘自《理解科学推理》，科学出版社，2010）
3．完整性
一个推断被认为是科学的，必须有完整的证据、资料文件以供佐证。若证据因各种原因流失于事实认定之外，就会影响到事实认定的准确性。在科学研究中，收集和呈现证据时必须是诚实的，并且对沿此途径所产生的那些理论问题进行了诚实的合逻辑的思考。缺乏完整性的情况包括伪造证据和因果联系的缺失。
案例 轮回转世
20世纪，人们经常运用在催眠术下所产生的证据。这种观念是，在催眠术作用下，灵魂记下了转世前发生的事情。1956年美国出版的一本名叫《寻找墨菲》的书中做了以下描述。
作者莫雷对一位叫露丝的女士在六个不同时段的催眠治疗进行了录音，并对这些录音加以重新复制形成副本。所有这些时段都有几个旁观者见证。
尽管露丝说从没去过爱尔兰，更没有在那居住过，但在催眠术下，她讲了许多她推测是在19世纪早期的爱尔兰科克郡的生活细节，这种生活是作为名为墨菲的一位女士的生活。
副本包括有关墨菲全部生活的种种问题的详细回答。她与哥哥邓肯把稻草置于家庭谷仓顶部的童年时光；在约翰神父的主持下，她嫁给了于17岁首次遇到的布莱恩，她死时66岁，膝下无子。甚至还提到了在地图没有标出但的确存在的小村庄。此外，她还用十分不同于平常说话声音的爱尔兰土腔来回答问题。一个片段之后，她还跳起了爱尔兰清晨快步舞作为催眠后示意的一部分。
显然那个叫露丝的女人实际上是被称作墨菲的爱尔兰妇女的转世。因此，轮回转世说是真实的。
而事实上，在《寻找墨菲》一书出版之后，芝加哥报的一名新闻记者对这一案例很感兴趣并发表了他的发现。他获知露丝实际上是来自科罗拉多州的一位家庭主妇，其真实姓名为泰伊。挖掘泰伊女士的过去，他得知她有一位爱尔兰姑妈，这位姑妈在她小的时候用爱尔兰故事与她玩耍。此外，在高中，泰伊曾经在一个剧目中扮演角色，在演出中她学会了用浓重的爱尔兰土腔来表达台词。最后，一位居住在泰伊家对面好多年的邻居女士，详细讲述了年轻时期的弗吉尼亚对她的爱尔兰生活故事多么着迷。邻居女士在少女时期的名字为墨菲。
（摘自《理解科学推理》，科学出版社，2010）
三、科学的方法
科学性就是符合客观实际的真实属性。科学的本质是求真，其基本任务就是探索、认识未知。
1．科学方法的特征
科学方法就是科学研究的方法，包含以下重要特征：严谨的观察、构建假说并验证之、对新信息的开放性并自愿接受他人的经过验证的成果。具体至少涵盖观察、假说、验证三个方面。
（1）科学研究的本质
科学研究（Scientific research），一般是指在发现问题后，经过分析找到可能解决问题的方案，并利用科研实验和分析，对相关问题的内在本质和规律进行调查研究、实验、分析等一系列的活动，为创造发明新产品和新技术提供理论依据，或获得新发明、新技术、新产品。科学研究的基本任务就是探索、认识未知和创新。
从逻辑的角度来看，科学研究的本质就是进行推理，用推理来形成假说，并验证假说。即从可观察的事实或证据出发，推导出假定性结论，并用经验来验证；再依据这个得到验证的结论推导出一个相对系统的理论。科研工作就是不断地寻求新的证据和结论，先从证据归纳出结论，再寻求新的证据来强化或者修改这个结论，然后应用这个结论，这样，不断地取得科学的进步。
（2）科学实验中主要涉及的三种变量
变量是指在实验中可以变化的因素。一般来说，科学实验中主要涉及三种变量：自变量、因变量和无关变量。
①自变量：是指由研究者主动操纵，而引起因变量发生变化的因素或条件。自变量是由实验者有意改变或操控的条件，又被称为独立变量。
也就是说，自变量要探究的变量，在实验中通常是人为去改变的。自变量的大小、范围或取值是由实验者决定的，被认为是引起行为差异的可能原因。
②因变量：实验中由于实验变量而引起实验对象的变化和结果。也就是说，因变量是随着自变量改变会发生变化的量，它的变化揭示了自变量对行为的作用。
需要注意的是，要分清楚观测指标和因变量的区别，观测指标是因变量的外在表现，是实验者能够看到的现象，而因变量才是本质发生变化的量。比如豆芽变成绿色的实质是产生了叶绿素，所以因变量是有无叶绿素产生，豆芽变成绿色是观测指标。
③无关变量：又称控制变量、参变量、额外变量，这是由于描述问题的角度不同引起的。除自变量之外，一切能够影响实验结果，而实验中需要加以控制的变量，或者说在实验中与所研究的条件和行为无关，但又是影响因变量（行为，又称实验结果）的因素，即为无关变量。
要特别注意的是，无关变量并不是指这个变量与因变量无关，实际上无关变量也会对因变量产生影响，但因为本次探究并不去研究它，所以控制它为无关变量。比如探究电压与电流的关系，该探究的自变量是电流大小，因变量是电压大小，无关变量就是电阻大小。电阻大小也会影响电压，但因为不是该探究的目的，所以是无关变量。假如换成探究电压与电阻的关系，那么电阻就变成了自变量，电压是因变量，而电流变成了无关变量。
（3）实验组和控制组
实验一般分成实验组和控制组，其实验变数被处理。
实验组（experimental group）是指随机选择的实验对象的子集。实验组中的个体要接受控制组所没有的某种特殊待遇。
控制组（control group），也叫对照组，是指实验对象中一个被随机选择的子集，其中的个体没有特殊待遇。对于试验来说，它们是没有被试验变量处理的对照组。需要控制组的原因是：没有控制组，就没有办法确定这样的操作或是某些其它变量（或几个联合变量）是否产生了作用。
在理论上，实验组和控制组之间存在着一定的相关性，这是因为不相关的因素对控制组的作用是相同的。这种试验结果可以被认为是由试验变量产生的。根据对照试验的内容和形式，可以分为空白对照、自我对照、相互对照和条件对照。
科学探究是以科学探索性的方式来探索物质知识的一种重要的实验方式。科学探究的六个步骤是：提出问题，猜想与假设，制订计划与设计实验，进行实验与收集证据，分析与论证、评估，交流与合作。
案例 光合作用的科学史
一、普利斯特利实验
在1733年英国的一个裁缝家诞生了一个小生命，他叫普利斯特利。长大后他寄宿在一个啤酒厂工人的家中，一次机缘巧合，他去参观啤酒厂时发现，燃烧的木条在接近发酵车间内装啤酒的大桶时，木条会立刻熄灭。
在日常生活中他发现了一些很有趣的事情，譬如在封闭容器中的小老鼠，几天后就会死去。其实容器里面也有空气呀，那为什么小老鼠有空气也会死？
然后他在想：会不会有不同种的空气？
随后他为寻找“空气是不是有不同的组成（总实验目的）”答案做了一系列实验。
★实验1
将蜡烛和小老鼠分别放入玻璃罩中。
过一会儿，蜡烛熄灭，老鼠死亡。
看到了这个过程，他提出了这样的假说：空气中大概存在着一种东西，当它燃烧时空气就会被污染，因而成为不能供动物呼吸，也不能使蜡烛继续燃烧的“受污染的空气”。
然后他就在想：污染的空气能不能被净化成能使蜡烛燃烧、老鼠存活的空气呢？
对于使空气净化的物质，首先他想到的是水，为了探究污染的空气是否能被水净化的问题（实验2的实验目的），他设计了以下实验。
★实验2
让空气在水中来回过，然后将过好的空气再放到有蜡烛的玻璃罩和有小鼠的玻璃罩中。
这个实验的假设是：水能净化空气，净化过的空气能使蜡烛燃烧、小鼠存活。若用水净化过的空气可以使蜡烛燃烧、小鼠存活，即可证明假设。
自变量：用水净化过的空气和没有用水净化过的空气（空白对照）；
控制无关变量：玻璃罩大小相同，气体相同，实验用蜡烛同一批次，老鼠用同一窝的（意思就是除了自变量之外其他的东西都应该是相同的）。
然而，结果并不如预期。
用水净化过的空气和没用水净化过的空气都不能使蜡烛燃烧、小鼠存活（观察记录），所以，普利斯特利得出以下实验结论：水不能净化空气。
然而，普利斯特利并不灰心，他想：既然动物在受污染的空气中会死去，那么植物又会怎样呢？尔后又设计了第3个实验。
★实验3
实验目的：探究植物和动物一样会在受污染的空气中死去。
实验原理：蜡烛燃烧能污染空气。
实验假设：植物和动物一样会在受污染的空气中死去。
自变量：植物和动物。
控制无关变量：玻璃罩大小相同，蜡烛批次相同，动物植物重量相似。
观察记录：动物死了；植物却活得好好的，放到阳光下养，还能开花。
实验结论：植物不会像动物一样在受污染的空气中死去。
真理的大门已经为他打开了一个小小的门缝了。
他推测：植物能净化空气？
然后他又做了第4个实验。
★实验4
实验目的：植物是否能净化空气。
实验原理：植物净化空气使小鼠存活。
实验假设：植物可净化空气使小鼠存活。
自变量：玻璃罩内是否有植物（空白对照，无植物的为甲组，有植物的为乙组）。
控制无关变量：玻璃罩大小相同，老鼠用同一窝。
这次，功夫不负有心人，结果符合预期，甲组老鼠像前面几次一样很快就死了，乙组老鼠活得好好的。
最后，普里斯特利给出了以下结论：植物能更新空气。
★英格豪斯实验
一个重要科学发现公开发表后必定会有很多人重复这些实验，然而有些人能够重复出来，有些人却得出了实验4中乙组的老鼠也是会死。
在普里斯特利发现以上结论的8年后（1779年），有一个荷兰人英格豪斯，他在家里重复了500次普里斯特利的实验发现了一个重要的变量：光照，只有在有光照的情况下普里斯特利的实验才能被重复。
这个故事再次告诉大家：控制无关变量是多么重要。
二、萨克斯实验
1771年英国的普利斯特利通过一系列实验发现植物能更新空气，1779年荷兰的英格豪斯通过重复前者的实验发现只有在阳光和绿叶植物的条件下植物才能更新空气，然后过了差不多一百年光合作用都没有什么进展。
主要是因为在18世纪时对于燃烧的主要解释是燃素说，燃素说认为燃烧是一个分解的过程，而不是氧化还原的过程，更没有能量转化这个概念。
第一个提出能量转化和守恒定律的是德国的迈尔。
他在1842年发表了一篇论文《论无机自然界的力》，这是一篇关于能量守恒和转化定律的论文。在1845年，他从普利斯特利和英格豪斯的结论得出了一个推论：植物可吸收阳光将能量转化为化学能储存起来。
1864年，德国的萨克斯做了一个很重要的实验证明了迈尔的结论，这个实验设计精巧，他对于对照的设置，无关变量的控制到了非常高的水平，体现了作为一个理科科学家严谨的科学思维。
实验目的：探究植物光照后生成的物质。
实验原理：植物在光照条件下，将光能转化成物质储存起来。碘蒸汽能将淀粉染成深蓝色。
实验假设：在光照条件下，植物可将光能转化为淀粉，用碘蒸汽可将淀粉染成深蓝色。
自变量：是否有光照（自身对照）
控制无关变量：用同一株植物同一个叶片；先暗处理消耗叶片中的淀粉。在做碘蒸汽染色前先对叶片行脱色处理，避免叶片本身的颜色干扰实验结果。
实验过程：将植物（实验对象）放在黑暗中12小时，然后用锡纸将其中一片叶子的一半遮住避光，再将整个植物放到阳光下若干小时，然后将处理的叶子剪下放入酒精脱色后进行碘蒸汽处理。
观察记录：被锡纸遮住的一半无着色，没有被锡纸遮住的一半显深蓝色。
实验结论：植物叶片在光照的情况下会产生淀粉。
三、恩格尔曼实验
19世纪德国人恩格尔曼（T.Engelmann）做了几个代表性的实验。
★第一个实验
实验目的：探究细胞的哪个部位是光合作用的场所。
实验原理：光合作用能产生氧气，氧气能使好氧菌聚集。
实验假设：在光照条件下植物可进行光合作用，进行光合作用的部位会放出氧气使好氧菌在此部位聚集。
自变量：光照向植物细胞的不同地方。
控制无关变量：光束大小亮度一致。光照向同一个细胞的不同点。
实验过程：把载有水绵和好氧细菌临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵。
实验现象：好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中，若将临时装片放在光下发现细菌分布在叶绿体所有受光部位中。
实验结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
他发现了这个结论后紧接着又思考了另一个问题：既然叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，那么不同波长（颜色）的光会不会影响光合作用？
★第二个实验
实验目的：探究不同波长（颜色）的光对光合作用效率的影响。
实验原理：三棱镜能将不同波长（颜色）的光分开。光合作用能产生氧气。氧气能使好氧菌聚集。
实验假设：在不同波长（颜色）的光下植物的光合作用效率不同。光合作用效率高的部位会放出氧气使好氧菌在此部位聚集。
自变量：不同波长（颜色）的光。
控制无关变量：光源一致，光束大小亮度一致。光照向同一个细胞的不同点。
实验过程：将光透过三棱镜照射水绵临时装片。
实验结果：好氧菌聚集在红光和蓝光区域中。
实验结论：叶绿体中色素吸收红光、蓝紫光，用于光合、放出氧气。
其实叶绿体在1832年已经被发现了，只是没有人将它叫作叶绿体，在此之前所有人认为只要是“绿色植物细胞”就可以进行光合作用。
恩格尔曼确实没有命名叶绿体，命名叶绿体的人还另有他人。
这个人是一个出生于法国的德国人，他叫席姆佩尔。他在1881年证明淀粉在植物细胞的特定部位形成，1883年他把这些实体命名为叶绿体，同年还证明新的叶绿体是仅从已存的叶绿体分裂产生的。
至于叶绿体的尊容是在过了差不多60年后的1940年，德国人G．A．Kausche和H．Ruska发表了世界第一张叶绿体的电镜照片，大家才知道叶绿体里面也有这么多结构。
四、卡尔文循环
恩格尔曼用水绵做了两个实验证明了叶绿体中色素吸收红光、蓝紫光，放出氧气，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
那么跟呼吸作用一样，人们对光合作用产生出的氧气和有机物是从哪来的科学问题也有非常大的兴趣。
直到20世纪初人们发现了同位素，这个当时的“黑科技”生物科学仿佛打开了新世纪大门，它像是一把钥匙打开了很多未解之谜。
★光合作用产生氧气的来源
美国科学家鲁宾和卡文以小球藻为实验对象，用同位素标记180的地方是水和碳酸氢盐，然后碳酸氢盐在水中本身就会处于分解成二氧化碳的动态平衡状，以此种方式来间接标记二氧化碳。
实验目的：探究光合作用氧气的来源。
他们认为用同位素标好的水和碳酸氢盐以不同的浓度混合，然后放入能光合作用的生物，若放出同位素氧气的浓度与同位素水的浓度相同，即认为氧气是通过水产生的，反之则认为是二氧化碳产生的（实验假设）。
所以，他们用同位素标好的水和碳酸氢盐以3种不同的浓度混合，然后放入小球藻，最后测出放出氧气的同位素氧气的浓度。
实验得出以下结果：发现氧气的180的百分比始终跟水的180百分比相似。
得出实验结论：光合作用释放的氧气来自水。
★光合作用如何产生有机物
解决了光合作用产生氧气的来源问题后，人们对于光合作用如何产生有机物更有兴趣了。
这时，美国人卡尔文看到了上文同位素标记如此的神通广大后，他也想用同位素标记来研究一下二氧化碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
他将标注好14C的碳酸氢盐放入藻类后让其进行光合作用，破碎细胞提取总裂解液后，利用了双向纸层析技术分开各种各样的组分。
通过实验，他画出了光合作用暗反应的过程，并起名为卡尔文循环，卡尔文凭借着这个发现在1961年获得了诺贝尔化学奖。
暗反应主要分为三部分：固定，还原，再生。
光合作用暗反应的过程主要重点有：
1．场所：叶绿体基质
2．碳的固定
化学式：CO2+C5→2C3
需要酶的参与
3．C3还原与再生的化学式：C3→（CH2O）+C5
4．C3的还原
需要酶，2个［H］，2个ATP的参与
5．再生过程需要酶，1个ATP的参与
6．暗反应的实质：将活跃的化学能转化为稳定的化学能。
2．常用的科学试验方法
科学实验，是指根据一定目的，运用一定的仪器、设备等物质手段，在人工控制的条件下，观察、研究自然现象及其规律性的社会实践形式，是获取经验事实和检验科学假说、理论真理性的重要途径。
案例 米歇尔·傅科钟摆试验
1851年，法国著名物理学家傅科（1819—1868）为验证地球自转，当众做了一个实验，用一根长达67m的钢丝吊着一个重28kg的摆锤（摆锤直径0.30m），摆锤的头上带有钢笔，可观测记录它的摆动轨迹。傅科的演示说明地球是在围绕地轴旋转。在巴黎的纬度上，钟摆的轨迹是顺时针方向，30小时一周期；在南半球，钟摆应是逆时针转动；而在赤道上将不会转动；在南极，转动周期是24小时。
这一实验装置被后人称为傅科摆，也是人类第一次用来验证地球自转的实验装置。该装置可以显示由于地球自转而产生科里奥利力的作用效应，也就是傅科摆振动平面绕铅垂线发生偏转的现象，即傅科效应。实际上这等同于观察者观察到地球在摆下的自转。
常用的科学实验方法有以下三种。
（1）受控实验法
当研究某一课题的时候，实际情况往往十分复杂，通常是很多因素共同作用的结果。所以，采用简化系统模型的方法，将众多因素设置为常量和无关变量，使得这些因素不会影响最终结果。
受控实验法也叫控制变量法，是研究不同的因素对于问题的影响，接着就要研究同一个因素、不同量对于问题的影响，这在物理中经常运用。假设要研究电流与电压之间的关系，可以先固定电阻不变，然后增大或者减小电压，观察电流的变化。发现电流与电压的变化成正比，如此就可以推断出电流与电压之间的关系。
（2）对照实验法
在研究某一课题时，可把实验分为实验组和对照组，实验组与对照组无关变量影响应该是相同的，实验组与对照组两者的差异，可认定为是来自实验变量的效果造成的。比如，有人认为鸡蛋黄的黄色跟鸡所吃的绿色植物性饲料有关，为了验证这个结论，最可靠的方法是做对比实验，即让实验对象的其他方面的条件相同的情况下，改变差异因素（植物性饲料）后，看结果（蛋黄的颜色）是否不同。因此，对比实验应该是这样的：选择品种等级完全相同的蛋鸡，一半喂食植物性饲料，一半喂食非植物性饲料。
案例 影响小树苗成长的因素
光照应该对小树苗成长有影响，那就进行两组对照实验，一组有光照，一组无光照，经过一段时间观察不同组小树苗的成长情况。
如果生长情况相同，就说明光照没有影响，如果不同就说明光照有影响。
影响小树苗成长的因素有可能不只光照，也许还有其它的因素，比如水分。
这时的对照实验，就要先保证两组有相同的光照，然后一组水分充足，一组水分不足。经过一段时间观察不同组小树苗的成长情况。
如果生长情况相同，就说明水分没有影响，如果不同就说明水分有影响。
需要注意的就是，如果有多个影响因素，要保证除研究的因素外，其它的条件都相同，否则无法确定不同结果是哪个因素导致的。
每个问题都会有多个已知条件，到底哪些才是真正能够影响问题的，就可以通过类似的方法进行思想实验。比如更改一些条件，看会不会引起问题的本质变化，这样可以帮助我们梳理出关键信息，屏蔽其它的干扰信息，从而减小分析的难度。
（3）双盲实验法
双盲实验始于20世纪50年代，目的是避免试验的对象或进行试验的人员的主观偏向影响实验的结果。所谓双盲，既是指对于受试验的对象及研究人员都不知道哪些对象属于对照组，哪些属于实验组。只有在所有资料都收集及分析过之后，研究人员才会知道实验对象所属组别。该方法是对如上对照实验方法的改进和补充。在医学、心理到社会科学等诸多领域，都会用到双盲方法进行实验。作为一种广义的双盲试验，盲测经常用于抽查新商品以检验其与老商品的可比性及竞争性。
阅读 大样本随机双盲对照试验
证明药物有效性的黄金定律：随机双盲试验。
自古以来，人们都习惯从先后发生的事件里总结出某种规律：秋天到了树叶就变黄，冬天来到水就要结冰，但是学过生物的我们都知道，树叶变黄和秋天到来是没有直接的因果关系的，海南的冬天也不结冰。这种习惯推理在大部分时间是起作用的。而人们也用它来确定药物的疗效，让患者吃下某种药物或者进行某种治疗，然后观察患者是否痊愈，如果痊愈，则认定该治疗是有效的，这是传统临床的医学阶段。
1789年，法国的巴黎学派，以Pierre Louis为代表的医生掀起一次医学革命。他们主张治疗不能依据传统古典理论和盲从权威，而是要观察事实做出推理和决策。Louis第一次引入“对照组”的概念，发现当时广为流行的放血疗法和吐酒石其实并无疗效，发出了循证医学的先声。
★单盲
人们发现，有些疾病无需治疗也能自动痊愈，例如口腔溃疡、感冒等，有些疾病病人吃安慰剂后，在心里暗示下能很好痊愈。而在以上两类情况下医生所进行的药物和治疗都是多此一举的，这些所使用的药物和疗法都是无效的“假治”。疾病自愈和安慰剂效应的发现，使得人们对药物和疗法的有效性的确定更为谨慎了。
首先我们得把一定数量的病人随机分为三组。
为什么要大样本呢？因为统计学的“大数原则”告诉我们，样本越大，统计结果越能稀释掉那些特例（例如某些人免疫系统特别强或特别弱），也就越能逼近真实情况。为什么要随机呢？因为这样可以有效避免病人由于病情轻重而导致的痊愈效果阶段性差异。
第一组是对照组，不做任何治疗，用来观察病人在没有治疗情况下的自愈效果。
第二组是安慰剂组，给病人吃没有治疗成分的“假药”，用来观察病人的心理作用对疾病的影响。
第三组是治疗组，给病人吃真药，观察这种药物或疗法的真实治疗效果。
当然，病人们并不知道自己属于哪一组。然后根据结果统计，只有第三组的治疗效果明显高于前两组，才能证明该药物或疗法的有效性是真实的。
★双盲
后来人们又发现了一个事实：假如参加治疗的医生知道自己属于哪一组，出于自己的主观目的，能自觉或不自觉地对病人产生暗示，例如说，我知道你是安慰剂组，而我希望该疗法能被盲测认定，我就会暗示你现在吃的是假药。又或者，我身处治疗组，我会更加认真细心，从而使三组病人并不是处于公平的位置。这些来自医生的主观偏见会对结果产生影响。
所以人们改进了盲测的方法，把医生的眼睛也“蒙起来”——所有数据加密，连医生都不知道自己身处哪一组，而统计工作由第三方来进行。这样一来，就能很好屏蔽来自医生的偏见影响，让实验更加客观公正了。
这种大样本随机双盲测试是现在医学界公认的确定药物疗效的机制，也是一把严格的利剑，无情地砍掉了那些虚假的疗法，不管这种疗法背后有多雄厚的文化支撑（顺势疗法），也不管这种疗法被实施了多少年（放血疗法），总之无效就是无效。
★双盲实验的比喻
买苹果，王婆打开了一箱。“又甜又脆的苹果喽！不甜不脆不要钱”，说的好听！当然了，卖苹果的说的都好听。如果你是个智力正常的消费者，不需要考虑就会挑几个看看。不错，确实没有烂的。但是只看“几个”是不够的，最好把整箱都翻看一遍才放心。只是你没有时间，或者王婆也不让这样做。那么，你检验得越多，“这一箱苹果都是好的”的可能性就越大。这就是“大样本”的意义。
但是，高明的消费者考虑更多，他要货比三家，没准儿李婆的苹果更甜更脆，“比”比“不比”更可靠。这就是“对照”的意义。
比就比，李婆拿出十个苹果，可她眼花；王婆也拿出十个苹果，可她眼毒着呢。这不用比，王婆的苹果好。消费者可不容易上当，两个婆婆都蒙住眼，随便从箱里摸出十个来比比。最后是李婆的苹果好。这个就是“随机”的意义。
经过这样的对比后，作为旁观的第三者，你要是真的以为是李婆的苹果好，你可能也上当了。因为这个消费者可能是李婆的托，也可能对李婆有好感。那么怎么办？将随机选出的二十个苹果让第三者来编号，然后打乱，再让消费者来判断，判断结果由第三者进行统计。现在不但消费者不知道，连王婆、李婆自己也不知道哪个苹果是自己的。所以最后得出的结果才是真正客观可靠的。这就是“双盲”的意义。
世界上的著名科学家公认双盲试验是人们最该了解的科学概念。
英国皇家科学院院士、牛津大学教授道金斯认为，最能提高每个人认知能力的科学概念就是“双盲对照试验”。他说：如果所有学校都教其学生如何去做“双盲对照试验”，我们的认知方法和能力将会在以下方面得到提高。
①我们会学会不从零星轶闻中去归纳普遍化结论；
②我们会学会怎样评估一个貌似很重要的结果其实可能只是偶然发生的可能性；
③我们会学会排除主观偏见是件多么极端困难的事，知道有主观偏见并不意味着不忠实或不公正。这个课程还有更深的意义，他对于打消人们对权威和个人观点的崇拜能起到积极的作用；
④我们会学会不再受骗于顺势疗法和其它假冒医生的江湖骗子，让他们失业；
⑤我们会学会更广泛地使用批判性和怀疑的思维习惯，这不仅会提高我们的认知能力，说不定能拯救世界。
案例 托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验
在20世纪初的一段时间中，人们逐渐发现了微观客体（光子、电子、质子、中子等）既有波动性，又有粒子性，即所谓的“波粒二象性”。“波动”和“粒子”都是经典物理学中从宏观世界里获得的概念，与我们的直观经验较为相符。然而，微观客体的行为与人们的日常经验毕竟相差很远。如何按照现代量子物理学的观点去准确认识、理解微观世界本身的规律，电子双缝干涉实验为一典型实例。
杨氏的双缝干涉实验是经典的波动光学实验，玻尔和爱因斯坦试图以电子束代替光束来做双缝干涉实验，以此来讨论量子物理学中的基本原理。可是，由于技术的原因，当时它只是一个思想实验。直到1961年，约恩·孙制作出长为50mm、宽为0.3mm、缝间距为1mm的双缝，并把一束电子加速到50keV，然后让它们通过双缝。当电子撞击荧光屏时显示了可见的图样，并可用照相机记录图样结果。电子双缝干涉实验的图样与光的双缝干涉实验结果的类似性给人们留下了深刻的印象，这是电子具有波动性的一个实证。更有甚者，实验中即使电子是一个个地发射，仍有相同的干涉图样。但是，当我们试图决定电子究竟是通过哪个缝的，不论用何手段，图样都立即消失，这实际告诉我们，在观察粒子波动性的过程中，任何试图研究粒子的努力都将破坏波动的特性，我们无法同时观察两个方面。要设计出一种仪器，它既能判断电子通过哪个缝，又不干扰图样的出现是绝对做不到的。这是微观世界的规律，并非实验手段的不足。
3．科学发展的根基
科学发展的根基有两个：一是，科学思维方法，即逻辑推理与论证；二是，科学实验。正如爱因斯坦所说：“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础：希腊哲学家发明形式逻辑体系（在欧几里得几何中）以及（在文艺复兴时期）发现通过系统的实验可能找出因果关系。”
案例 伽利略的科学逻辑与科学实验
伽利略·伽利雷（Galileo Galilei，1564-1642），意大利著名数学家、物理学家、天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱者。伽利略在人类思想解放和文明发展的过程中作出了划时代的贡献，被称为“科学方法之父”“现代科学之父”。
一、物体为什么会运动呢？
希腊大哲学家亚里士多德说，运动有两种，一种是天然运动，一种是受迫运动。
轻的东西有“轻性”，如气、火，天然地向上走；
重的东西有“重性”，如水、土，天然地向下跑。
这些都是天地运动，是由它们的本性决定的。俗话所说的“人往高处走，水往低处流”，表达的也是这个意思。世间万物都向往它们各自的天然位置，有各归其所的倾向，这个说法我们是容易理解的。
轻的东西天然处所在上面，重的东西天然处所在下面，在“各归其所”的倾向支配下，它们自动地、出自本性地向上或向下运动。如果轻的东西向下运动、重的东西向上运动，那就不是出自本性的天然运动，而是受迫运动。
物体到达自己的天然位置之后，就不再有运动的倾向了，如果它这时候还在运动，那也是受迫运动。受迫运动依赖于外力，一旦外力消失，受迫运动也就停止了。
亚里士多德关于运动的这些观念很符合常识。比如，从其天然运动理论可以得出重的东西下落得快，轻的东西下落得慢的结论，而这是得到经验证实的。玻璃弹子当然比羽毛下落得快。
又比如，由其受迫运动理论可以得出，一个静止的物体如果没有外力推动就不会运动，推力越大运动越快，如果外力撤销，物体就会重归静止状态。这个说法也有经验证据，比如地板上的一只装满东西的重箱子就是这样。
亚里士多德的运动理论受到了常识的支持，但近代物理学首先要挑战这个理论。“运动”观念上的变革首先是由伽利略挑起的。
伽利略从一个逻辑推理（而不是众所周知的比萨斜塔实验）开始批评亚里士多德的理论。
他设想一个重物（如铁球）与一个轻物（如纸团）同时下落。按亚里士多德的理论，当然是铁球落得快，纸团落得慢，因为较重物含有更多的重性。
现在，伽利略设想把重物与轻物绑在起下落会发生什么情况。一方面，绑在一起的两个物体构成了一个新的更重的物体，因此，它的速度应该比原来的铁球还快，因为它比铁球更重；但另一方面，两个不同下落速度的物体绑在一起，快的物体必然被慢的物体拖住，不再那么快，同时，慢的物体也被快的物体所带动，比之前更快些，这样，绑在一起的两个物体最终会达到一个平衡速度，这个速度比原来铁球的速度小，但比原来纸团的速度大。
从同一个理论前提出发，可以推出两个相互不一致的结论，伽利略据此推出理论前提有问题，也就是说，亚里士多德关于落体速度与其重量有关的说法值得怀疑。
从逻辑上讲，解决这个矛盾的唯一途径是下落速度与重量无关，所有物体的下落速度都相同。
当然，科学的进步并不完全是凭借逻辑推理取得的。
伽利略这位真正的近代科学之父，近代实验科学精神的缔造者，并未满足于逻辑推理，而是继续做了斜面实验。
他发现，落体的速度越来越快，是一种匀加速运动，而且加速度与重量无关。他还发现，斜面越陡，加速度越大，斜面越平，加速度越小。在极限情况下，斜面垂直，则相当于自由下落，所有物体的加速度都是一样的。当斜面完全水平时，加速度为零，这时一个运动物体就应该沿直线永远运动下去。
斜面实验表明，物体运动的保持并不需要力，需要力的是物体运动的改变。这是一个重大的观念更新！
伽利略没有办法直接对落体运动进行精确观测，因为自由落体加速度太大，当时准确的计时装置还未出现。只要想一想，伽利略发现摆的等时性时是用自己的脉搏计时的，就可以知道当时科学仪器何等缺乏。
斜面可以使物体下落的加速度减小，因而可以对其进行比较精确的观测。在此基础上，伽利略最终借助“思想实验”，由斜面的情形推导出自由落体和水平运动的情形。
在伽利略的手稿中谈到了从塔上释放重量不同的物体，以验证是否重物先着地。他并没有说明是在哪个塔上做的实验，但许多人猜想是在著名的比萨斜塔上。这种猜想不无道理，因为记载这些实验的手稿就是在比萨城写下的。
值得注意的是，伽利略的实验报告并没有说两个不同重量的物体完全同时落地，而是重物先于轻物“几乎同时落地”，其差别没有它们之间的重量差那么大。我们知道这是空气阻力造成的。
二、伽利略的加速度试验
为寻求自由落体运动规律，鉴于当时测量条件的限制，伽利略无法用直接测量运动速度的方法来寻找自由落体的运动规律。因此他设想用斜面来“冲淡”重力，“放慢”运动，而且把速度的测量转化为对路程和时间的测量，并把自由落体运动看成倾角为90°的斜面运动的特例。
在这一思想的指导下，他做了一个6米多长、3米多宽的光滑直木板槽，再把这个木板槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面滚下，然后测量铜球每次滚下的时间和距离的关系，并研究它们之间的数学关系。亚里士多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的：铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成比例：两倍的时间里，铜球滚动4倍的距离。他把实验过程和结果详细记载在1638年发表的著名的科学著作《关于两门新科学的对话》中。
伽利略在实验的基础上，经过数学的计算和推理，得出假设；然后再用实验加以检验，由此得出正确的自由落体运动规律。这种研究方法后来成了近代自然科学研究的基本程序和方法。
伽利略的斜面加速度实验还是把真实实验和理想实验相结合的典范。伽利略在斜面实验中发现，只要把摩擦减小到可以忽略的程度，小球从一斜面滚下之后，可以滚上另一斜面，而与斜面的倾角无关。也就是说，无论第二个斜面伸展多远，小球总能达到和出发点相同的高度。如果第二斜面水平放置，而且无限延长，则小球会一直运动下去。这实际上是我们现在所说的惯性运动。因此，力不再是亚里士多德所说的维持运动的原因，而是改变运动状态（加速或减速）的原因。
把真实实验和理想实验相结合，把经验和理性（包括数学论证）相结合的方法，是伽利略对近代科学的重大贡献。实验不是也不可能是自然现象的完全再现，而是在人类理性指导下对自然现象的一种简化和纯化，因而实验必须有理性的参与和指导。伽利略既重视实验，又重视理性思维，强调科学是用理性思维把自然过程加以纯化、简化，从而找出其数学关系。因此，是伽利略开创了近代自然科学中经验和理性相结合的传统。这一结合不仅对物理学，而且对整个近代自然科学都产生了深远的影响。
（摘自《科学的历程》与《物理学十大著名经典实验》）