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第八課 科學中的類比法

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活動 1

每人獲發一張 A4 紙和兩個萬子夾。試摺疊紙張，以承載最多的書本（即在已摺疊的紙上放上書本）。

為何你會用這個方法摺紙（和任何科學概念或原理有關嗎）？

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把紙卷成環狀

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紙環就像柱一般（類比法例子）支撐重物 。

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把紙卷成圓柱狀

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圓柱狀紙卷就像柱一樣（類比法例子）支撐重物 。

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活動 2

很久以前，一名病人因病無法小便，其腹部越趨脹痛，使他極爲痛苦。醫師孫思邈（公元 581 至 682 年）為他診斷過後，認為是因為泌尿道堵塞。然而孫醫師未能即時想出治療之法，眼見病人危在旦夕，感到十分沮喪。

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後來孫思邈見一名小男孩用烤熟的蔥管吹出音樂，便靈機一觸，想出拯救病人的方法！

孫醫生的療法是甚麼？

活動 2

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蔥管的用途？

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尿道和蔥管有何相似之處？

形狀？

特性／功能？

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一根蔥管有何用途？

筆

繩子

髮圈飲管

鞋帶

藤籃

擴散性思考

類比法

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後來孫思邈見一名小男孩用烤熟的蔥管吹出音樂。

他靈機一觸，想到可把一條管道插入病人的尿道（把管道的一端削成細而尖的形狀），然後用嘴把病人的尿液吸出來。

最後他用此法救回病人一命。

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討論問題：

尿道和蔥管有何相似之處，孫醫生怎樣利用類比法找出療法？

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類比法

若 A 和 B 具備若干相似的屬性，而 A 具備另一種特性 W ，我們則可以推斷 B 也具備 W 特性。類比法是從一項特定的事物推斷另一項特定事物的推論方法。

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物件 A 和物件 B 均擁有屬性 X1 ， X2 ， X3…

而 A 具備 W 屬性；

因此 B 很可能亦具備 W 屬性。

類比法

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A: X1 ， X2 ， X3 ，…… ; WB: X1 ， X2 ， X3 ，……因此， B 可能亦具備 W 屬性。

類比法

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類比法、歸納法和演繹法在科學研究中的關係

一般

特性 A（個別事實或意念）

特性 B（個別事實或意念）

演繹法歸納法

類比法

（參考文獻： 《類比》王溢然，張耀久 (2001)）

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活動 3

以下為太陽系兩個星體 － 地球與火星的數據：

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特徵 地球 火星

形狀 球狀 球狀

衛星 1 個 2 個

軌道運行週期 1 年 1.9 年 （註：海王星－ 164 年；天王星－ 84 年）

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表面溫度 平均攝氏 17 度 攝氏 -93 至 -3 度

平均密度 5500 公斤／立方米 3900 公斤／立方米

表面引力 1.00

（地球 = 1.00 ） 0.38

大氣壓力 1.00

（地球 = 1.00 ） 0.007

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大氣成份 氮： 78%

氧： 21 %

氬、水蒸氣、二氧化碳及其他惰性氣體： 1 %

二氧化碳： 95.3 %

氮： 2.7 %

氬： 1.6%

微量氧、一氧化碳及水蒸氣

水份 水份充足 在 2007 年，

科學家發現火星的南極曾被乾冰和冷水覆蓋。

甲烷 以生物的新陳代謝物方式釋

出 在 2003 年

探測到甲烷的存在。

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討論問題：

1. 地球與火星有何相似的特徵？

2. 有生物存在是地球的獨有特徵。你有信心運用類比法證明火星上同樣有生物存在嗎？試解釋你的答案。

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活動 4我們可將電力看成一種液體，例如水。水流模型協助我們了解電路及相關科學概念。

以下為一個類比法圖表及兩個電路圖：

R電阻

– +

明輪翼

水泵

水管

水

類比法圖表

參考網頁（類比法模型）：http://www.ac.wwu.edu/~vawter/PhysicsNet/Topics/DC-Current/WaterFlowAnalog.html

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任務 4

填充：

電線 ( )

電勢 ( )

電壓 （電勢差） ( )

電流 ( )

電阻 ( )

參考網頁（類比法模型）：http://www.ac.www.edu/~vawter/PhysicsNet/Topics/DCCurrent/WaterFlowAnalog.html

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以水流模型解釋電路

電線

電勢

電壓

電流

電燈泡

泵

明輪翼

水壓

水管

兩點之間的壓力差距

水流

乾電池

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2. 上述的水流模型有什麼問題？

我們可思考下列兩點：

若模型中的水管出現破洞，便會導致滲漏。然而，即使電線出現破洞，亦不會漏電。

模型中的水泵並不需要能量運作。

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活動 5

1. 試指出類比法對科學的貢獻。

2. 類比法有何局限性？

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1. 指出類比法對科學的貢獻。 (a) 類比法促進科學新概念的發展。

由類比法推斷的結論正確與否，縱然要視乎或然率，但它仍然是建構新概念 (尤其在概念或理論的發展初期 ) 的重要方法。科學上許多重要的理論都是由類比法得出的假設開始，其後再獲實驗證據所支持。

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然而，要取得較有力的類比論點，便要將透過類比法產生的新知識，跟已有的知識比較。利用類比法為兩項事物推論出來的屬性／關係不一定正確，全取決於或然率。一般來說，兩者相似性的相關程度十分重要。

相似點數量亦有一定的影響。兩項事物擁有的相關及基本屬性越多，它們的類比關係便越強。

此外，若兩項事物的推斷屬性和類比屬性出現不一致的情況，則類比法推理的可信性較低。

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(b) 類比法推動新發明的出現

類比在邏輯中的重要性在於它有助分散思維，提高創造力。不少發明便是由類比思維而生。例如人們發現蝙蝠能在黑暗中飛行自如，不會與障礙物發生碰撞。後來，雷達的發明便是從蝙蝠的聲波偵測系統類比而來。

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(c) 類比法為模型實驗奠定邏輯基礎

類比法被廣泛應用於模擬實驗中，而模擬實驗是科學研究中一個重要過程。例如科學家和工程師經常利用風洞來研究飛機。

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風洞

鳴謝：美國太空總署

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2. 類比法有何局限性？

a) 類比法有助解釋科學概念，但亦會產生誤解。類比法有時可協助我們理解部份科學過程，卻難以應用在整個過程上。

b) 類比法所得結論的可靠性，需按實驗證據而定。

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補充活動：

1. 試找出由類比法而生的科學發現或發明例子。

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貝爾（ Alexander Graham Bell ）運用類比法發明電話，靈感來自人類的耳朵結構。 .

科學家嘗試利用線來代表圍繞著條形磁鐵的磁力線。

傳說阿基米德（ Archimedes ，公元前 287 至212 年）應用類比法及其浮力理論，成功揭發一宗詐騙赫農王 (Hieron II)西拉庫斯（ Syracuse ）的案件。

1. 試找出由類比法而生的科學發現或發明例子。

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2. 挑戰問題根據在 2008 年 6 月 4 日發表的一篇新聞稿，一位頂尖的香港大學微生物家－袁國勇教授發現一個方法有助提高老鼠感染 H5N1 病毒後的存活率。

在研究中，老鼠先被注入比足以致命的劑量超出 1000倍的 H5N1 病毒。 48 個小時後，研究人員為其中一組老鼠注入抗病毒藥物， zanamivir ；並為另一組注入抗病毒藥物 zanamivir 和兩種不含類固醇的抗炎藥物 celecoxib 和 mesalazine 。研究發現，感染足以致命的 H5N1禽流感病毒的老鼠，其存活率由 13.3%（單是使用 zanamivir ）上升至 53.3% （上升四倍）。

醫學界日後將臨床試驗三種藥物，以研究它們對感染 H5N1 的人類是否有效。

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討論問題：

a) 臨床試驗的類比推論是甚麼？ b) 試評論臨床試驗的成功率。

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老鼠與人類有不少相似之處。 受 H5N1 感染的老鼠在接受新療法（「雞尾酒

療法」）後的存活率提高。 受 H5N1 感染的人類在接受新療法（「雞尾酒

療法」）後的存活率有可能也會提高。

a) 臨床試驗的類比推論是甚麼 ？

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(b) 試評論臨床試驗的成功率。 雖然實驗數據顯示雞尾酒療法對老鼠有效，但對人類卻不一定奏效。老鼠與人類在生理上縱然有許多相似之處，但亦存在不少差異。雞尾酒療法對治療人類是否有效仍然是未知之數。