《中国研究生》第8期刊发土建学院党委书记刘斌署名文章《科学实验的基本原则和方法》，全文如下：

爱因斯坦曾说过：“即使是最明晰的逻辑数学理论，它本身也不能使真理得到保证，要不是用自然科学中的最准确的观察来检验，它也是毫无意义的。”纵观近现代科技发展史，不难发现重大的科学发现和技术突破无不产生于科学实验观察或依赖科学实验验证。科学实验已成为发现科学经验和事实的最重要途径，是科学理论得以建立和发展的最重要基础，直接推动了现代基础科学发展和应用技术进步。

作为科学研究的重要力量，研究生在科学实验设计中应该遵从什么原则？在科学实验实践中应该采用什么方法？笔者以岩土工程科学中的岩石力学实验为例，谈一谈科学实验的基本原则和方法。

遵循基本原则，训练科学思维

现代科学技术研究日趋复杂，其研究过程往往涉及物体的存在状态、物质结构变化、相互作用关系等。研究生在科学实验时需要学习化繁为简，找到主要因素和规律方法，在科学实验设计中需要遵循科学可行性原则、对比和均衡性原则、重复性原则等基本原则，训练科学的思维，这对于研究生科学素养和能力的培养至关重要。

科学可行性原则，是指实验目的明确，实验原理正确，实验材料和实验手段恰当，实验设计思路和方法遵循基本的科学原理和原则。为了研究岩石在地下的力学性质，在岩石力学实验方案设计中，要考虑岩样在地层中的真实状态，例如上覆岩层压力、侧向围岩压力、孔隙流体、埋藏温度等因素。同时，还需要充分地考虑实验方案的可行性与实验操作的可操作性，保证实验方案切实可行。

对比和均衡性原则，是指在实验中设置实验组和对照组，并控制和平衡非关键因素对实验结果的影响。高压水射流作用下花岗岩的破裂规律实验中，通过设立对照组研究水射流横移速度、靶距、泵压等多个射流参数和岩石破裂效果间关系。根据对比和均衡性原则，对照组和实验组选用同一区域的花岗岩样品，在实验中保持其他参数不变，确保每组实验保持相同的实验环境，如此得到的实验结论，才能反映水射流参数和岩石破裂间的作用规律，用于指导工程实践。

重复性原则，是经过重复实验得出相同结果或结论，有效地排除“不观察”和“虚假观察”的错误，消除单次实验的误差，保证实验结论的客观可靠。工程难题研究中，岩石力学实验是提供重要基础数据和基础模型的手段，可重复性是检验实验结论准确性的有效方法，实践中既要确保结果在实验室环境的可重复性，也要考虑在工程实际条件下可复现。磨料水射流高效破岩实验通过多次重复性实验得到了较为准确的经验关系，在典型工程中进一步验证其可重复性才能保证研究的应用价值。

掌握科学方法，提升科研创新能力

科学实验方法主要探讨用什么方法与设备去开展科学实验，怎样描述科学实验现象，如何探讨并总结归纳实验规律等。由于研究对象日趋复杂，科学实验也向着系统化发展，往往需要利用多种仪器、采用多种方法开展综合性实验。在实验课题选择、实验设备及方案的设计优化、实验的实施、实验结果的批判性分析等过程中都蕴涵着丰富的方法论要素。

合理选择科学实验仪器。随着科技进步，现代科学实验仪器的精度和可观测范围已得到了极大的提高和扩展，不过科研对仪器的依赖也空前提高，先进可靠的仪器是实验成功的助力和保障。合理选择科学实验仪器是科学实验开展的基础，然而面对复杂的工程和技术研究需求，未见得都存在成熟的解决方案，往往需要研究人员不囿于成见，敢于冲破束缚，亲自设计、研发科学实验仪器。在隧道掘进机滚刀破岩研究中，传统的线性滚刀实验台已不适用甚至落后于目前的工程实际需求，为开展更接近真实隧道掘进环境的实验研究，我国自主设计研发了岩石加压真姿态水射流-机械联合破岩大科学装置，为掘进机滚刀破岩研究提供了模拟真实环境的实验平台，为解决重大科学与工程问题奠定了实验仪器基础。高端科研设备与仪器随着科研需求的提高不断地被创新和更新迭代，并推动促进科学技术的发展。

科研实验的选题要充分调研。选题是科学实验的起点，更是科学实验全局具有决定意义的一步，决定着整个科学实验的成败以及成果的大小。选题还反映出一个科学实验者的工作态度、方法和价值取向，也反映其科研水平和能力。诺贝尔奖获得者倭铿说：“伟大的课题要求冒险与牺牲，要解决这课题，通常必须经由严格的怀疑与否定。”面向工程科学的实验选题要充分调研，了解工程中的难点、卡点，勇于冒险、勇于挑战，这种冒险即便最终结果是失败，对科学和技术的发展也是有重要价值的。

批判辩证地分析实验结果。科学实验探索未知世界就像哥伦布环球航行一样，准备出海时不知道会发现什么，科学实验亦是如此。科学理论对科学实验的作用是一种参考作用、建设性作用，最终还是要以实验事实说话，尊重实验事实是运用理论的前提，科学理论（假说）的基础是已知的科学事实，虽然也具有一定预见性，但这种预见带有极大的猜测性，还有待进一步实验检验。正因如此，在科学实验中研究生不能绝对地以自己所掌握的理论，去框定实验现象，尤其是“反常”的现象，否则就可能得出错误结论，与科学发现失之交臂。研究生在科学实验中保持开放的心态，批判性、辩证性地对理论和实验结果进行思考，认真对待实验中的反常现象，不但能够引起好奇心并产生强烈的求知欲，还是实现科研突破的基础。

研究生在科学实验中学习基本的科学思想，掌握实验设计的基本原则，训练科学实验的方法，是对其科学素养的良好锻炼。从重大科学和工程中凝练科学问题，创新性地设计科学实验设备，发挥批判性思维分析实验结果，是取得实质性科研创新的基础，也是研究生科研能力培养的有效途径。