科學技術是第一生產力,實驗室是科學技術創(chuàng)新的重要物質基礎和發(fā)源地,是符合性驗證的重要工具,我國科學技術的發(fā)展由原來的跟跑、并跑逐漸發(fā)展為領跑,自主創(chuàng)新成為實驗室建設的主要方式。實驗方法是實驗室賴以生存的靈魂,是實驗室的核心技術。
實驗方法特性及主要制約因素:
01)實驗室方法的特性
實驗方法是探索事物客觀規(guī)律和符合性驗證的方法,一個實驗方法必須具備可行性、正確性、安全性、公認性的特性。可行性就是指實驗方法從設備、人員、資金、政策等要素角度分析,滿足試驗要求。正確性就是指通過已證明的正確的方法或手段證明實驗方法必須是正確的,能夠通過這一方法反映或顯示所研究的事物的本質。安全性是指實驗方法安全可靠,或者危險性限定在可以接受的范圍。公認性就是指實驗方法應當?shù)玫缴鐣?、同行、利益相關方的認可。
02)制約試驗方法的因素
制約實驗方法的因素很多,主要有科技水平、人員認知能力、資金保障能力、國家政策以及國際政治、經(jīng)濟環(huán)境。科學技術水平包括理論發(fā)展狀況、技術實現(xiàn)狀況、儀器設備發(fā)展水平。人員認知能力主要是指實驗室建設人員的知識水平、理論水平、創(chuàng)新能力、事業(yè)心等等;資金保障主要是實驗室建設單位通過各種渠道獲得資金的情況,沒有資金的支持,實驗室方法的建設將無從談起。國家政策是實驗室方法形成的重要的約束條件,如果政策不允許將難以實現(xiàn),例如目前國家的環(huán)保政策、節(jié)能政策必須遵守。國家政治、經(jīng)濟環(huán)境是指世界各國、地區(qū)之間的各種約束政策,例如核試驗必須遵守國際公約。
實驗方法形成步驟及證明方法:
01)形成實驗方法的步驟
一是實驗方法設計與論證。根據(jù)研究對象的本質和規(guī)律,組織專家通過科學計算或理論假設,設計實驗需要的環(huán)境規(guī)范,明確研究對象具備的各項特性,選擇觀測或記錄研究對象特性或運動規(guī)律的儀器設備或手段,并充分論證。
二是構建實驗方法環(huán)境。建立相應的基礎設施、配備相應的儀器設備以及使用相應的材料,例如用高溫箱構建高溫環(huán)境,建立大型的基礎設施以及高速空氣生成設備構建風動試驗場,用反應釜和堿性物質構建堿性溶液環(huán)境。不論構建環(huán)境的儀器設備還是觀察用的儀器設備也需要一定的環(huán)境,如使用溫度等。
三是選擇適當觀測儀器設備。將研究對象置入構建好的實驗環(huán)境中,通過一定的儀器手段觀察并記錄物質的特性或運動規(guī)律,這里的運動規(guī)律是指各種變化特性,例如用光學顯微鏡觀察花粉的布朗運行規(guī)律。隨著科技的進步,目前很多儀器設備具備了提供試驗環(huán)境性能,又具有觀察記錄特性的功能。
四是實驗與證明。經(jīng)過多次試驗并完善改進,驗證試驗方法的穩(wěn)定性、重復性、有效性。將試驗結果進行分析,并通過一定的方法證明其正確性。
02)多舉措驗證試驗方法
專家評審法:又叫頭腦風暴法,是保證群體決策的創(chuàng)造性,提高決策質量,改善群體決策的一種方法。頭腦風暴法又可分為直接頭腦風暴法和質疑頭腦風暴法,前者是在專家群體決策盡可能激發(fā)創(chuàng)造性,產生盡可能多的設想的方法,后者則是對前者提出的設想、方案逐一質疑,分析其現(xiàn)實可行性的方法,實驗室建設論證宜采用質疑頭腦風暴法。
科學推理法:實驗室建設方組織人員,利用已知的正確的理論、方法、手段進行推理,推導出實驗方法正確,或者推導出的結論與實驗結果相吻合。如螺旋加速器就是理論推導出的實驗方法。
結果比較法:用一種已經(jīng)得到公認的方法和新方法進行比較,用同樣的樣件,同樣的環(huán)境進行試驗,比較試驗結果,證明新方法的正確性,如加速老化實驗就是用試驗結果類比的方法驗證其正確性。
綜合證明法:有些試驗方法是分階段、分步驟進行,可以用上述三種不同方法證明每一階段、每一步驟是正確的,以證明整個方法的正確性。
其他方法:與常數(shù)比對、與參考標準或參照物比對、與公認方法比對、室內復現(xiàn)性評價、比對或能力驗證、協(xié)同試驗、回收試驗、與數(shù)學模型或經(jīng)驗模型比對、不同實驗方案比對、與公認數(shù)據(jù)庫的信息比對、不確定性評估。
隨著我國科技水平的不斷提升,創(chuàng)新必將成為實驗室建設的重點和難點。明確創(chuàng)新領域,創(chuàng)新試驗方法,提高科技創(chuàng)新效益,促進科技進步。借助現(xiàn)代化創(chuàng)新管理方式——實驗室信息化管理平臺(LIMS)實現(xiàn)實驗室建設與管理飛躍。