《中國研究生》第8期刊發摩臣2平台黨委書記劉斌署名文章《科學實驗的基本原則和方法》🙄，全文如下🔘：

愛因斯坦曾說過：“即使是最明晰的邏輯數學理論，它本身也不能使真理得到保證，要不是用自然科學中的最準確的觀察來檢驗，它也是毫無意義的。”縱觀近現代科技發展史，不難發現重大的科學發現和技術突破無不產生於科學實驗觀察或依賴科學實驗驗證。科學實驗已成為發現科學經驗和事實的最重要途徑，是科學理論得以建立和發展的最重要基礎，直接推動了現代基礎科學發展和應用技術進步🏓。

作為科學研究的重要力量，研究生在科學實驗設計中應該遵從什麽原則？在科學實驗實踐中應該采用什麽方法？筆者以巖土工程科學中的巖石力學實驗為例，談一談科學實驗的基本原則和方法🤵🏼‍♀️。

遵循基本原則🫅，訓練科學思維

現代科學技術研究日趨復雜，其研究過程往往涉及物體的存在狀態◻️、物質結構變化🧑🏼‍🤝‍🧑🏼、相互作用關系等。研究生在科學實驗時需要學習化繁為簡🚣🏽‍♀️，找到主要因素和規律方法🖖🏻🧝‍♂️，在科學實驗設計中需要遵循科學可行性原則、對比和均衡性原則👴🏼、重復性原則等基本原則，訓練科學的思維，這對於研究生科學素養和能力的培養至關重要。

科學可行性原則🧑🏿‍🚀，是指實驗目的明確👨🏿‍🏫🚿，實驗原理正確，實驗材料和實驗手段恰當，實驗設計思路和方法遵循基本的科學原理和原則🤍。為了研究巖石在地下的力學性質🏇🏻，在巖石力學實驗方案設計中，要考慮巖樣在地層中的真實狀態👩‍🦯‍➡️，例如上覆巖層壓力🧞‍♂️、側向圍巖壓力、孔隙流體、埋藏溫度等因素。同時💁🏿‍♂️，還需要充分地考慮實驗方案的可行性與實驗操作的可操作性，保證實驗方案切實可行🤷🏻‍♀️。

對比和均衡性原則，是指在實驗中設置實驗組和對照組，並控製和平衡非關鍵因素對實驗結果的影響。高壓水射流作用下花崗巖的破裂規律實驗中，通過設立對照組研究水射流橫移速度、靶距、泵壓等多個射流參數和巖石破裂效果間關系🤽🏿。根據對比和均衡性原則，對照組和實驗組選用同一區域的花崗巖樣品🪵，在實驗中保持其他參數不變⚓️，確保每組實驗保持相同的實驗環境，如此得到的實驗結論☛，才能反映水射流參數和巖石破裂間的作用規律，用於指導工程實踐。

重復性原則，是經過重復實驗得出相同結果或結論，有效地排除“不觀察”和“虛假觀察”的錯誤，消除單次實驗的誤差，保證實驗結論的客觀可靠。工程難題研究中，巖石力學實驗是提供重要基礎數據和基礎模型的手段🦕，可重復性是檢驗實驗結論準確性的有效方法📩🚵🏽，實踐中既要確保結果在實驗室環境的可重復性，也要考慮在工程實際條件下可復現。磨料水射流高效破巖實驗通過多次重復性實驗得到了較為準確的經驗關系🕕👷🏿‍♀️，在典型工程中進一步驗證其可重復性才能保證研究的應用價值。

掌握科學方法，提升科研創新能力

科學實驗方法主要探討用什麽方法與設備去開展科學實驗，怎樣描述科學實驗現象，如何探討並總結歸納實驗規律等。由於研究對象日趨復雜♟，科學實驗也向著系統化發展，往往需要利用多種儀器、采用多種方法開展綜合性實驗。在實驗課題選擇、實驗設備及方案的設計優化、實驗的實施🔘、實驗結果的批判性分析等過程中都蘊涵著豐富的方法論要素🔺。

合理選擇科學實驗儀器。隨著科技進步，現代科學實驗儀器的精度和可觀測範圍已得到了極大的提高和擴展🧑🏽‍🏫，不過科研對儀器的依賴也空前提高🧔‍♂️，先進可靠的儀器是實驗成功的助力和保障。合理選擇科學實驗儀器是科學實驗開展的基礎🎤👅，然而面對復雜的工程和技術研究需求，未見得都存在成熟的解決方案🫵，往往需要研究人員不囿於成見，敢於沖破束縛🖤，親自設計、研發科學實驗儀器。在隧道掘進機滾刀破巖研究中，傳統的線性滾刀實驗臺已不適用甚至落後於目前的工程實際需求🟠，為開展更接近真實隧道掘進環境的實驗研究，我國自主設計研發了巖石加壓真姿態水射流-機械聯合破巖大科學裝置，為掘進機滾刀破巖研究提供了模擬真實環境的實驗平臺✋🏻，為解決重大科學與工程問題奠定了實驗儀器基礎🔕。高端科研設備與儀器隨著科研需求的提高不斷地被創新和更新迭代⚓️，並推動促進科學技術的發展。

科研實驗的選題要充分調研。選題是科學實驗的起點，更是科學實驗全局具有決定意義的一步，決定著整個科學實驗的成敗以及成果的大小。選題還反映出一個科學實驗者的工作態度🛤、方法和價值取向↘️，也反映其科研水平和能力⚠。諾貝爾獎獲得者倭鏗說♟：“偉大的課題要求冒險與犧牲🧧，要解決這課題👷🏼‍♀️，通常必須經由嚴格的懷疑與否定。”面向工程科學的實驗選題要充分調研，了解工程中的難點、卡點，勇於冒險、勇於挑戰，這種冒險即便最終結果是失敗，對科學和技術的發展也是有重要價值的🧓。

批判辯證地分析實驗結果。科學實驗探索未知世界就像哥倫布環球航行一樣，準備出海時不知道會發現什麽📲，科學實驗亦是如此。科學理論對科學實驗的作用是一種參考作用、建設性作用，最終還是要以實驗事實說話，尊重實驗事實是運用理論的前提，科學理論（假說）的基礎是已知的科學事實，雖然也具有一定預見性，但這種預見帶有極大的猜測性🐉👨‍👩‍👧，還有待進一步實驗檢驗🐥。正因如此🏃🏻‍♂️‍➡️🧑🏻‍⚕️，在科學實驗中研究生不能絕對地以自己所掌握的理論，去框定實驗現象🧑🏿‍🏫，尤其是“反常”的現象，否則就可能得出錯誤結論⚽️，與科學發現失之交臂。研究生在科學實驗中保持開放的心態🏇🏽🏋🏼‍♀️，批判性、辯證性地對理論和實驗結果進行思考，認真對待實驗中的反常現象，不但能夠引起好奇心並產生強烈的求知欲🫳🏽，還是實現科研突破的基礎👨🏼‍🎨。

研究生在科學實驗中學習基本的科學思想，掌握實驗設計的基本原則🫔，訓練科學實驗的方法，是對其科學素養的良好鍛煉💆🏽。從重大科學和工程中凝練科學問題💠，創新性地設計科學實驗設備🦴，發揮批判性思維分析實驗結果，是取得實質性科研創新的基礎，也是研究生科研能力培養的有效途徑。