观察和实验是科学的躯体。概括、学说、假说和理论是科学的灵魂。
——门捷列夫
1902年，俄国著名生理学家巴甫洛夫进行了一个生理和心理学实验。有一次，巴甫洛夫看工友喂狗。当工友给狗吃肉片时，狗的口水就流出并滴下来。由于肉片太少，狗没有吃饱。巴甫洛夫叫饲养员再去拿些肉片。饲养员走后，狗因没有东西，口水也就不再流出来。不一会，当走廊里传来饲养员的脚步声时，虽然这条狗还没有看到饲养员，也没有看到他拿着的肉片，但它竟兴奋起来，嘴里又流出了口水于是，有一个问题立即在巴甫洛夫的脑海里出现了：为什么狗只要听到饲养员走来的脚步声就会流口水呢？
这位生理学家陷入了沉思。他推想的结论是：狗已经习惯于随饲养员脚步声而来的是吃东西，狗的大脑已经把饲养员的脚步声和随之而来的食物联系起来，这是听觉神经给大脑的信号。狗是这样，人何尝不是如此？就餐前，饥饿的人只要听到刀、叉、碗、碟的声音，胃就感到难受，便有口水流出来。这个饲养员的脚步声对狗起同样的效果。如果饲养员的脚步声近了，而不是别人的脚步声，那么，狗的大脑就会明白这意味着什么，于是大脑发出命令，胃液和唾液便随之流出。巴甫洛夫觉得这一发现很重要。为了弄清狗流口水的原因，巴甫洛夫从狗的颊部开刀，发现狗的口腔里一共有六条唾腺：一对耳下腺，一对下颊腺，一对舌下腺，都是流口水的。他切断了位于耳朵下面的一条耳下腺，并把这条腺拉到外面来，使流出的口水不落在嘴中，而流入体外的一个玻璃瓶里；其余五条唾腺的口水仍旧涌向嘴里。这样对狗的健康并不妨碍，动过手术的狗也不会感到痛苦。
接着，巴甫洛夫叫人把实验室四周的墙都贴上橡皮，不让狗受到外面声音的扰乱，而只根据实验的需要让这只狗听某种声音或受某种刺激。
结果发现，无论是脚步声、流水声，或是灯光，或是剃狗的毛，甚至用火烧烫狗皮，只要同时喂东西给狗吃，双方配合几十回后，都能使狗流出口水。这就是大脑皮层神经细胞的功能，巴甫洛夫称之为条件反射。他发现，动物的一切习惯、一切技能，都是一种和大脑皮层神经细胞活动有关的条件反射，从而为人们揭开大脑的秘密迈出了崭新的一步。
在上述发现过程中，巴甫洛夫开始时是在自然状态下观察并发现了下列现象：工友用肉片喂狗时，狗的口水流出；待饲养员离开再去取肉片后狗停止流口水；而在听到饲养员回来的脚步声时，狗又兴奋得流出口水。这种在自然发生的条件下进行的观察就是科学观察。所谓自然发生的条件是指科学家在进行观察时不人为地干预、控制、影响自然现象被考察的方面，而让其保持“庐山真面目”。这也是科学观察活动与科学实验等其他科学实践活动形式相区分的特点之一。
科学观察是科学实践的一项重要内容，并且是科学实践的一种重要形式。它是指科学家在一定目的诱导下，在特定的知识背景中，对自然现象在自然发生的条件下进行的一种主动的考察活动。我们知道，巴甫洛夫是一位杰出的生理学家和心理学家，具有丰富的生理学知识，这是导致他作出上述发现的必要条件。如果巴甫洛夫是一位天文学家或力学家，即使观察到上述现象，他也很难提出“为什么狗只要听到饲养员的脚步声就会流口水”这个问题。科学观察的目的是为了获取自然现象提供的信息，搜集准确而可靠的感性材料，以便人们能从中作出某种猜想和推断，为以后的科学实验提供一定的方向和目的，以达到对自然现象和规律的正确认识。在上面的实例中，巴甫洛夫从开始时的科学观察作出了大胆的推想：狗的大脑已经把饲养员的脚步声和随之而来的食物联系起来而流出口水，这是听觉神经给大脑的信号。
巴甫洛夫为验证自己的推断运用了生理学上的一些物质手段，切断了狗的耳下腺，并且让狗的进食与某种外界刺激，如脚步声、流水声、灯光，甚至用火烧烫狗皮等相配合，而主动干预和控制了流口水这一现象，同时还创造了一个不受外界干扰的特定环境。这种在一系列人工控制、干预的条件下进行的观察活动和认识活动就是科学实验。
科学实验是科学实践的又一项重要内容，一种重要形式。这是科学家依据一定的理论或猜测的某种需要，提出实验设计，利用科学仪器和设备，在人工创造的特殊条件下，通过有步骤地控制或模拟自然现象去认识自然事物及规律的一种活动。它一般由三部分组成：实验者，一般是科学家；实验手段，其中包括科学方法、科学仪器和实验装置；实验研究的对象。
科学实验有以下明显的优点：第一，它能够把复杂的自然现象分解成单个部分，通过干预和控制而排除各种偶然的、次要的因素的干扰，使我们感兴趣的部分以较纯粹的形态呈现出来，便于我们准确地加以研究。第二，它能够对那些难以直接控制和研究的过程，如超高压、超高温、超高速、超强磁场等予以控制，加以研究。第三，它能够采取模拟等手法，把自然界中有些“转瞬即逝”、一去不复返的现象再现出来。第四，它还可以表现为一种特殊的形式和类型——思想实验。比如，伽利略关于速率概念的思想实验，爱因斯坦关于列车闪电般疾驰的思想实验，等等。思想实验虽然是在人的“内心中”，即思想中做的，但它同样给人以感性特征，与实际的实验室实验归属同一个家族，在科学史上也往往不加以区分。
总之，科学中的观察活动和实验活动作为重要的科学实践形式构成了科学发现和科学证明的主要部分，形成了科学家与自然的对话中极其精彩的一个篇章。
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