近代科学从传统科学之中脱胎出来的一个重要标志，就是在科学研究中引入了实验研究。伽俐略之所以被称之为“近代科学之父”就是因为他把实验和数学结合到了传统物理学的研究之中，开创了以实验结果为依据并具有严密逻辑体系的近代科学研究方法。在许多杂志评选的“人类历史上十项最伟大的科学实验”中，伽俐略在比萨斜塔上的“重物自由落体运动”的实验总是排在首位。这个实验虽然简单，可它的理念却意义重大，影响深远。这次实验改变的是人类千百年来的传统观念，足见伽俐略的实验研究对人类文明的巨大贡献。
另一个对近代科学作出过重大贡献的人是弗兰西斯·培根。培根与伽俐略也算是同代人了，是英国最著名的学者，集哲学家与科学家于一身，被称之为文艺复兴时期的划时代巨人。培根的科学方法论以实验定性和归纳为主，认为人们只有通过实验研究和归纳推理这两个工具才能获取新的知识，尖锐地批驳了亚里斯多德及后来的经院哲学派对演绎法的迷信和崇拜。在传统观念里，所谓演绎法就是宣扬人们的知识只能从古代圣贤或宗教神明中得到启示，然后经过严密的理论推导而获得。与伽俐略如同出一辙，他们并肩对被宗教利用并神话了的亚里斯多德的权威提出了挑战，不同的是培根是从理论层面和哲学的高度，而伽俐略则是从具体学说和实验研究的角度。正是通过比萨斜塔的抛球实验，伽俐略证明了不同重量的球体可以同时触地，打破了亚里斯多德统治一千多年的“重的物体下落的速度大于较轻物体”的这一论断。培根虽然不是严格意义上的科学家，但他是近代哲学史上首先提出经验论原则的哲学家，重视感觉经验和归纳逻辑在认识过程中的作用，并极力倡导实验研究的科学方法。据说他的死就是因为实验鸡肉的冷冻效果而导致的感冒，最后诱发了肺炎。鉴于他对近代科学的建立所起的积极推动作用，罗素尊称培根为“给科学研究程序进行逻辑组织化的先驱”。
这之后，著名的英国化学家波义耳又将科学研究实验方法的普及和推广向前推进了一大步。波义耳是个化学家，其出生年月与伽俐略的去世非常接近，因此，对伽俐略甚为崇拜。他的名著《怀疑派化学家》曾在欧洲大陆广为流传，影响深远。但他的这本书就是模仿伽俐略的《关于两大世界体系的对话》所写的。在书中，他毫无畏惧地向历史上权威的传统学说（主要是亚里斯多德的“四元素说”观点）提出挑战，以明快有力的论述批驳了许多旧观念，提出了自己的新见解。波义耳称得上最早的实验学家，对实验研究极为重视，认为只有实验和观察才是科学思维的基础。他对科学的贡献不仅局限在其对实验方法的倡导，而且还在于他卓有成效的研究成果。他对光的颜色、真空和空气弹性的研究总结出了波义耳气体定律。他对酸碱及指示剂的研究导致了酸碱的定义和分类，导致了石蕊试液和试纸的发明，也导致了最简单方便的酸碱盐的分类和检验方法。而且，他的这些发明富有长久不衰的生命力，以至于三百五十多年以后，人们仍然在使用这些最原始的方法和设备在进行着各种各样的化学实验。
今天，实验求证和实验证伪的方法已成为科学研究最基本的模式。对于任何有价值的发现，要想得到学术界的承认，就必须运用这种模式拿出让人信服的证据。默顿是位社会学家，被公认为是科学社会学的奠基人，其影响半个世纪经久不衰，无人能及。他把现代科学的精神实质总结为四点，即普遍性、共有性、非私利性及组织化的怀疑精神。但属于纯科学研究范畴内的科学精神实质则是一、四两项，其要点是科学成果评定的标准是客观的实证与逻辑以及科学的怀疑精神。何为实证？实证就是能经得起别人重复检验的实验证据。何为怀疑精神？怀疑精神也是质疑与检验，质疑与检验的依据是什么？还是实验结果。因此，说到底，科学发展到了今天，实验研究已成为科学发展的最基本最核心的内容，其结果也已成为今天科学共同体所能承认和接受的标准，大有舍此之外，便不能成其为科学之势。鉴于此，一切依实验为主的科研意识，就应成为科研入门教育的重要内容，不容小觑，不容忽视。
传统物理学和天文学的研究是与哲学和数学分不开的。发生在十七世纪的人类第一次的科学革命，在科学史上是以伽俐略起始直牛顿而终结作为标志。牛顿被尊称为第一次科学革命的旗帜性人物，但牛顿并不是一位实验物理学家。除了光学的研究之外，无论是万有引力的论证还是力学三大定律的建立，牛顿使用的都是理论的推导和数学的计算。可以说，哲学和数学是牛顿科学研究的两大工具。但这并不等于说牛顿的原理就是单纯凭空演绎的结果，也不能由此就得出不需要实验依然能对科学作出重大贡献的结论，因为虽然牛顿自己没做实验，他依据和借鉴的却是依实验作为研究手段而得来的前人的成果，这就是伽俐略对力学的实验研究和借助于望远镜的天体观察。牛顿自己也曾在《原理》和《光学》两书中明白表达过他做学问的方法和态度，即要明白无误地区别猜测、假设和实验结果。他还在一封给奥尔登堡的信中阐述过实验与假设之间的关系，他说：“进行哲学研究的最好和最可靠的方法，看来第一是勤勤恳恳地探索事物的属性并用实验来证明这些属性，然后进而建立一些假说，用于解释这些事物的本性。”在另外一次与朋友的信中，他还说：“任何不是从现象中推论出来的说法都应称之为假说，而这样一种假说无论是形而上学的还是物理学的，无论是属于隐蔽性质的还是力学性质的，在实验哲学中都没有它们的位置。”如此看来，第一次科学革命的成果还是建立在实验研究的基础上的，只不过对于牛顿而言，这种实验不是直接实验，而是间接实验罢了。
第一次科学革命之后，伴随着实验研究的兴起，科学有了飞速的发展，分工越来越细，研究越来越深入，于是，科学便与哲学和数学分道扬镳，且渐行渐远。表现在物理学中，不仅分科越来越细，而且还分出理论研究和实验研究两大分支。爱因斯坦是科学史上与伽俐略和牛顿并肩的最伟大的科学家之一，但谁都知道爱因斯坦从来没做过实验，而是纯理论研究的典型代表。如果说牛顿是集十六、十七世纪的科学大成的话，那么爱因斯坦则是集十八、十九世纪的科学大成。细作考察的话，爱因斯坦的科学发现也有两个最明显的特点，这就是他的研究是基于前人的实验研究和他的理论必须接受后人的实验检验。谁都知道，他的光量子概念来自于普朗克热力学第二定律的研究；他的光电效应定律的推论借助于麦可斯韦有关电磁学的研究理论以及赫兹光电效应的证实（爱因斯坦的许多发现都可以获诺贝尔奖，可光电效应定律却是他唯一一次得奖的成果）；他的光的波粒二象性的统一观点则是无数前辈三百多年来围绕这一问题长期论战和探索的结果（仅此一点也足以让人肃然起敬，否则，这种论战还不知道要持续多久）；他的相对论的观点和思维方式则受包括伽俐略在内的众多科学家对天体物理和时空概念的探讨的启迪（早期，他甚至对“相对论”一词非常反感，文章中也常常绕过去。与此相反，他钟情的却是“不变性理论”一词，因为物理学定律对所有观察者都是一样的，从来就没有什么相对而言）；他的广义相对论的时空描述则直接受益于他的老师闵可夫斯基的四维时空连续性的数学表达；就连最著名的质能转换公式，也是由奥地利物理学家弗里德里奇·哈色罗尔在他前一年公布发表的（可惜的是他未能把此公式与相对论方程式联系在一起）。基于前人已经被实验检验（或计算推论证实）了的研究成果，提出（或推论、推导、计算出）属于自己的新的理论，这正是由伽俐略开拓，由培根、笛卡尔以及牛顿所倡导和完善的认识新事物、获得新知识的方法（即实验研究的科学研究方法）：从现象（不管这种现象是观察得来的还是实验得来的）出发，再经过严密的推导，进而认识事物的本性。同样，爱因斯坦的理论也必须经过实验的检验，虽然这种检验不是由他本人完成的。例如，他推导出的光电子的最大能量与入射光的频率之间的关系，十年后由密立根予以实验证明，这就是著名的“油滴实验”（也是某些杂志评出的人类最伟大的十个实验之一），密立根也由此获得了1923年度的诺贝尔物理学奖。再如，爱因斯坦在研究布朗运动的两篇论文中，试图通过观察由分子运动的涨落现象所产生的悬浮粒子的无规则运动，来测定分子的实际大小，以解决半个多世纪争论不休的原子是否真实存在的问题。这一预测，三年后就被法国物理学家以精密的实验予以证实，从此，倍受关注的“原子是否真的存在的争论”终于落下帷幕。真正让爱因斯坦成为家喻户晓的名人的，正是证实他的广义相对论的一次实验。那是著名的英国物理学家亚瑟·埃丁顿塔率领的一支观察队在西非的普林西比岛上所做的日全食实验，实验证实了爱因斯坦广义相对论所预言的光线的引力弯曲现象。因此，可以说，尽管爱因斯坦是一个纯理论研究的科学家，但他的所有研究成果都是基于实验研究的。也因此，可以说爱因斯坦和牛顿一样，也是以间接实验为研究手段的科学家。
综上所述，以实验为基础的研究理念应包括应用别人实验的经验作为思考和推理的依据，总结规律，提出假想，然后再让后人去实验证实，这就是间接实验。
尽管实验可以分为直接实验和间接实验，尽管以上列举的两位间接实验的科学家是如此伟大辉煌，但我们现在讨论的重点却仍然是直接实验，因为毕竟间接实验并非当今科学研究的主流方法，因为毕竟今天从事间接实验（即纯理论研究）的科学家太少了，毕竟象牛顿、爱因斯坦这样的科学家在人类历史上几百年才能出一个。
综观科学研究的历史，直接实验可分为这样三种类型，这就是观察实验、虚拟实验和可重复实验。
先谈谈观察实验。何为观察实验？即实验并非人为制造的模型。和可重复实验一样，观察实验也需要设计，但最主要的区别是实验不能人为的控制，只能对研究客体进行严密细致的观察，所谓设计也只是对观察客体的角度、范围和层次的设计。这类实验方法可谓古老，可以追溯到亚里斯多德的年代。虽然亚里斯多德也根据月食的自然现象设计过可人为控制的投影实验来证实地球是圆的，但毕竟这种人为的模型太过简单原始，同时，亚里斯多德也没有把这种方法提高到作为认识大自然一种手段的哲学和普识高度，因此，科学史家们还是把“近代科学之父”的桂冠送给了伽俐略，而只能尊称他为“科学之父”。但是，我们不能忘记的，正是这位“科学之父”才是真正为人类开启了认识自然大门的人。亚里斯多德所从事的科学研究基本上全部是通过观察实验的方法，不仅涉及领域浩大广博，而且硕果累累，著述颇丰，至今都找不出一个科学家能望其项背。只不过他的研究成果和名望被宗教利用并神话了，反而成了近代科学发展的羁绊。但是，不管是正面还是负面的影响，亚里斯多德都称得上是对人类影响最大的科学家。
另一位对人类文明影响巨大的以观察实验为主要研究手段的科学家是达尔文。人人都知道达尔文搭乘“贝格尔”号环球考察的故事，他的“自然选择” 、“适者生存”的物种进化理论即源于他对世界各地物种生存状况详尽考察的丰富资料和对这些资料长期的思考、整理和归纳的结果，这个过程即是观察实验最为典型的例证。连他自己也在自传中承认他的研究方法与他同时代的许多科学家都不同，他写道：“……这就说明了，对于任何一个新观点（指的就是他和华莱士等的进化研究），要使大家对它重视，就必须对它作相当详尽的解释。这正是博物学研究区别于物理、化学等理论科学的不同之处。在那些学科中，一个科学家可以凭借灵感、直觉等提出一个新的发现，用数学方程式或模型结构等表达的定理给出自冾的逻辑证明，然后留给其它实验科学家去检验，一篇短短的论文就可以让一个科学家名垂青史。而涉及到物种是不变的还是进化的理论则是博大精深的，不能通过几个简单的事例和干瘪的理论框架来实现，而需要多方面的观察资料作为证据。进化理论不是演绎的理论，而是归纳的理论！”这里，应特别注意最后两句话的份量：归纳法则才是观察实验研究最最重要的工具，同时也是这种研究方法最具特色的表征。
写到这里，千万别以为列举以上两例后就把这种研究方法认为是古老原始的科学探索，早已不适应当今的科学发展了。今日，读了一篇“美国媒体盘点能改变世界的十大科学实验”的网上文章，达尔文的兰花实验榜上有名。达尔文通过兰花的品种和生存环境的观察资料，对物竞天择的进化理论提供了有力的证明，对三年后《物种起源》一书的问世起到了非常重要的影响。美国是当今世界上公认的科技强国，如果连美国人都不认为这种研究方法已经过时，那我们就没有任何理由怀疑它、放弃它。事实上，今天许多科学领域仍然把观察实验作为主要的研究方法，两个最主要的领域就是天文学和临床医学。这两个领域都是由于自身的特殊性决定了研究方法。天体人工很难模拟，且人类对宇宙的认识还很局限和幼稚。临床医学则由于伦理道德的束缚，不能在人体上进行科学实验。这些难以改变的研究客体的环境和条件就决定了观察研究几乎成了这两个领域内的唯一研究手段。打开今天的临床医学杂志，主要的还是临床治疗中的病例总结或个案报道。实际上，中医药也是这种研究下的成果。前一阶段看到一些要求取缔中医药的网上文章，有些甚至打着美国博士的招牌，感到非常震惊。后来又看到一些文章，发现口气改了，叫做批评中医，这才舒了一口气。批评当然可以了，至今世上还没有完美的事情，还没有不能批评的对象，不管是人还是事！但是绝不能因为中国科技落后就可以否定中国人几千年总结下来的临床经验。同样，说中医药落后也决不能把中医药视为伪科学。什么是伪科学？你拿不出证伪的东西本身就是伪！什么是科学的怀疑精神？怀疑精神是可以质疑别人，但不是取缔！取缔是文化大革命的口号。什么中医药缺乏现代科研手段证明的内容？什么是现代科研的研究手段？观察实验难道不现代？就我所知，中医的许多个案和医理都是行之有效的治疗方法，李时珍的《本草纲目》就是观察实验的科学结晶，干吗要妄自菲薄？至于预测将来，我更不认为观察实验会过时。千万不要以为现代科学框架和体系已经囊尽了人类对自然的认识，这种论调在牛顿之后响起过，在爱因斯坦之后也响起过，可事实是科学仍然在大踏步地前进。在已有的知识框架下，你也许可以对现在的科学手段说东道西，可是一旦走出了这个框架又会怎样？谁也不知道！现在生命科学研究的投入之多、范围之广、信息量之大、发表的论文之快，足以使人眼花缭乱了。在生命现象仍有无数待解之谜的今天，在远见卓识之士已经把目光投向生物之光（即光在生命中的作用）的情况下，有谁能知道生命会不会又从有机走向无机？不久前又看到一篇文章在嘲笑永动机是伪科学，不禁在想，永动机在传统物理学的框架下是无理取闹，在经典物理学框架下是天方夜谭，在现代物理学的框架下是太过超前，在将来的物理学的框架下还会是枉伪之想吗？当航空载体从太阳光获取部分能源的时候，永动机成为现实的一天还会远吗？千万别给我说太阳也有毁灭的一天，等那一天到来之前我们再讨论这个问题吧！
直接实验的第二种实验方法是虚拟实验。所谓虚拟实验是一种凭常识和经验经过精心设计和推理的过程。虽然这种实验是一种纯推理的过程，但因为所有的依据都来源于生活的常理，故有一定的真实性、可信性。最典型的两例虚拟实验当数伽俐略回答“地心说”挑战的模拟实验和爱因斯坦关于狭义相对论的模拟假设。伽俐略时代对“地动说”的一个最大责难就是：假如地球是运动的话，那我们则必须时时刻刻都生活在狂风之中；假如地球是运动的话，那么垂直抛上去的物体落下来就不会落在原地。对于这样的责难，“地动说”派确实难以回答。伽俐略苦思瞑想很久，终于在《关于两大世界体系的对话》中给予了圆满的答复。这一过程就是虚拟实验。伽俐略的虚拟实验是这样的：设想把你和你的朋友们关在船板下最大的船舱里，里面放一些苍蝇蚊子之类的小动物。取一只盛满水的大桶，里面放些鱼。再把一只瓶子挂起来，让它一滴滴滴入下面放着的窄颈瓶子。在这样一个模拟许多日常生活现象的环境里，你还可以跟你的朋友们做些游戏。只要你和他的距离不变，当你把一件东西扔给你的朋友时，无论向哪个方向扔都不比向任一个另外方向更费力气。如果你在跳远，当你用尽全力时，无论向哪个方向都会跳得一样远。这时候，只要船的运动是均匀的，不向任何方向摇摆，你就不能辨别上述一切情况会有丝毫变化，鱼儿照游，蚊虫照飞，水瓶照滴；也不能凭借其中任何一项指标来判断船是在运动还是静止。伽俐略的这个模拟实验可谓非常成功，驳的反对派们哑口无言。爱因斯坦狭义相对论的推导也是出于一种虚拟状态的假设。狭义相对论基于两个基本的原理，一是惯性参照系中的物理定律是相同的；其二是光速不变性原理，即无论对于哪个参照系统而言，光速都不会改变。在这个理论框架下，才推导出时空中坐标系、速率和时间的改变。比如，长度收缩（即洛伦茨或洛伦茨·弗里茨格拉德的收缩理论）以及时间膨胀的叙述都是一种虚拟情景。但这种模拟的实验却导致了非常完美的理论，并且这些虚拟情形都先后被其它科学家们的实验或计算推导所证实。
目前，虚拟实验又有了新的发展，这就是最近悄悄兴起的计算机模拟实验。科学家们不仅试图凭借电脑模型来攻克始终困惑着人类的几大科学之谜，如生命之谜、寻找暗物质的存在、宇宙起源、原子行为以及地球未来气候等，近年来，瑞士洛桑联邦工学院大脑认知学研究所的神经科学家马克拉穆还在IBM公司的帮助下启动了一个称之为“蓝色大脑（Blue Brain）”的研究计划，旨在用计算机模拟开发出一个虚拟大脑，利用数学原理来模拟神经元之间的相互作用及神经递质对这些细胞的影响。利用这种人工大脑，科学家们就能够深入研究大脑的基本生理功能（如记忆等）和疾病的致病机制及治疗。这样一来，虚拟实验的研究方法就会产生一个大的跨越，就会通过把现代顶尖级的高科技技术引入可重复实验的科学研究，使相对原始简单的研究方法产生质的飞跃，引领一个崭新的科学研究的新时代，其前景实在是难以预计、不可限量。
现在，让我们把讨论锁定在可重复实验上，这才是我们今天讨论的重点。
什么是可重复实验？可重复实验就是今天我们在实验室里进行的实验，其主要特点一是可人为的改变实验的环境和条件，二是在相同的方法和条件下可以重复实验结果。近代科学之所以能同传统科学区分开来，之所以能有今天的发展和规模，其最主要的因果关系就是可重复实验引入到科学研究之中。
在近代科学以来的三百多年历史中，正是无数科学家始终坚持以实验为主这一普识的科研准则，才共襄了今天的科学盛世。其中，尤以巴斯德、拉瓦锡、弗莱明以及三百多年来围绕光的波粒二象性所进行的论战和探索科学家群体们最为典型，称得上楷模。
巴斯德是法国化学家，却在微生物学上成就了不巧的业绩。他开辟了微生物领域，是近代微生物学的奠基人，为人类战胜传染病的侵害作出了巨大贡献，其功勋可媲美于牛顿开辟的经典物理学。巴斯德一生有许多重大发明和发现，每一项都必须战胜或说服反对者或质疑者，因此，他始终保持着战斗的精神，积极应对挑战。综观巴斯德的一生，之所以能够取得这样的成就，重要的原因就是他始终坚持一项原则：即一切用实验结果说话。有两个小故事足以说明巴斯德的治学精神。巴斯德的科学生涯起始于对化学结晶体的研究，通过细心的显微镜观察和精心的实验，他发现酒石酸有两种不同的晶体结构，造成了不同的旋光性。这种同体异构现象对于认识结晶体特性和物质结构都有重大的意义，立即引起了学术界的重视。但惟有毕奥教授表示怀疑。毕奥是这一领域的权威专家，并潜心研究结晶体的旋光现象几十年，他不相信当时仅仅二十六岁的巴斯德能在实验中发现晶体的不对称性，于是，巴斯德主动要求在毕奥的面前重复自己的实验，以无可辩驳的事实说服了毕奥。巴斯德与普歇之争则更是科学史上著名的案例，这也是巴斯德一生中遇到的最大挑战。论战起源于有关微生物来源的争论。自然发生论者们认为微生物可以从它们存在的物质元素中自然发生。而巴斯德则坚持认为微生物肯定有其母体。为了证实自己的想法，巴斯德苦思冥想，设计了一种只让空气进入而不让微生物进入的曲颈瓶，实验获得圆满成功。而普歇也做了针锋相对的实验。他们在一些瓶子里灌进干草浸液，登上比利牛斯山脉的最高峰，打开瓶口，结果在瓶内仍然发现了微生物（这是干草浸液没有消毒所致）。于是，普歇要求在科学院作公开实验。巴斯德毫不犹豫地接受了挑战。但在公开实验的那一天普歇却没有到场，于是委员会裁决巴斯德获胜。凡是有一定实验经验的人都会从这两个故事中惊佩巴斯德的勇气，这需要多么严谨的治学精神，需要对自己的实验抱有多么大的信心才能够接受这样的挑战？我曾有过一个同事，自吹自擂自己的实验技能天下第一。谁知一次去加州开会，一个教授邀请他去实验室里表演实验模型的构建。模型构建还不是做整个实验，加上这位教授又是同一学派的伙伴，结果却吓得这位同事托病推辞了。事后，这件事便成了我们背后的一个笑柄。虽然在笑话他，可我们也没敢小觑这位同事，因为谁都知道，这种事搁在谁的身上都未必敢把脊梁骨挺直了，因为谁都知道实验是怎么回事，别说开创性的实验，即使非常成熟了的实验，也别说是在论战对手面前，即使在朋友面前，谁又能保证每次重复实验都能成功？因此，读此文时，我相信凡有一定实验经验的读者都能惦量出这两个小故事的份量。
拉瓦锡是另一个典型的实验科学家。在科学史上，波义耳是个非常重要的化学实验科学家，对开启实验之风贡献巨大。拉瓦锡几乎是在波义耳之后一百年才开始研究燃烧现象的。但正是拉瓦锡的实验研究才真正揭开了物质世界的神秘面纱。氧气并不是拉瓦锡发现的（氧气是普利斯特里发现的，并把它命名为脱燃素空气），但氧气作为一种元素被认识却是拉瓦锡的功劳。大家都知道拉瓦锡是个实验科学家，但拉瓦锡一生却从未做过开创性的实验，而只是跟进性的实验。但拉瓦锡的跟进却不是简单的跟进，而是一种积极的思考，是一种不断修正、补充、丰富和发展，进而认识事物本性的过程。拉瓦锡的这种研究风格在氧元素的发现过程中表现的淋漓尽致。这里既展示了他的思维方式和研究方法，又展现了他扎实的实验功底和严谨的研究作风。波义耳曾在早期金属煅烧的实验中提出了“火微粒”学说，以解释金属煅烧后增重的现象。三十年后，德国化学家斯塔尔在经过类似的实验后对此观点提出了修正，提出了“燃素”说。由于这一学说较为合理，故成为十八世纪几乎占统治地位的化学理论。但是，即使如此，此学说仍有遐疵，解释不了许多实验现象。正是在准确了解这一背景之后，拉瓦锡选准了这一切入点，决心解决“燃素”说与实验事实之间的矛盾。他先用硫、磷等易燃物进行观察，发现硫或磷燃烧后增重是由于吸收了空气。“是否金属燃烧后增重出于同一原理？”他随即重复了波义耳的金属煅烧实验，于是，发现了金属煅烧后的增重是由于金属与空气的一部分相结合的结果，从此推翻了波义耳的“火微粒”说，并对“燃素”说提出质疑。但空气里的成份是什么？他苦思不得其解。后来，普利斯特里访问巴黎，告诉他曾在加热水银灰的实验中发现了一种有显著助燃作用的气体，并在随后发表了关于“脱燃素空气”（实际上就是氧气）的论文。至此，拉瓦锡才恍然大悟，意识到这种特殊物质就是一种气体元素。随后，他对这种新的气体元素进行认真和系统的考察，进而确定了氧气的助燃作用，同时还确定了氧与许多非金属物质结合后能生成各种酸，为此，他把氧命名为“酸素”，这就是氧的化学符号取“O”（Oxygen原为希腊文酸素，O是其第一个字母）的缘由。
弗莱明发现青霉素的故事早已演绎为一种传奇，以至于在许多人的心里，都认同弗莱明的发现是一种偶然或巧合。殊不知这种偶然之中却蕴涵着必然，这就是他长期进行细菌免疫学研究的思想准备和他踏实、认真、严谨的实验作风。广为流传的弗莱明发现青霉素的故事是这样的：早上开业务例会，许多人都哗众取宠般地口若悬河，夸夸其谈，唯有弗莱明坐在角落一声不响。主任问他有何意见发表？他只说了一个字：做。下午五点，主任又问他有何意见发表，他又说了一个字：茶。意思是喝茶的时间到了。等人散尽，他又象往常一样细心地观察起他养的细菌，结果突然发现他的培养皿中混入了霉菌，并且周围的金黄色葡萄球菌全部被霉菌杀死了。显然，这个故事是不真实的，被媒体或译者演绎到了夸张的程度。首先，一个人一天只讲两个字是不能让人信服的，是把科学家又杜撰成了不食人间烟火的傻瓜。其二，杜撰者为了省字而选了一个“茶”字，殊不知这只是中国人的习惯，而不是欧美人的习惯。欧美人下午五点都回家了，很少有人再去喝茶，即使喝，也是喝咖啡喝啤酒。上个世纪二三十年代的欧洲人喝不喝茶？有多少人喝茶？能不能成为一种大众习惯？都值得考察，至少在今天的美国是不可能的，简直就是闻所未闻。美国人不仅少有喝茶的习惯，即使喝，也是做成那种美国人的口味，喝起来怪怪的，是否能称之为中国的茶还得打个问号。其三，在培养的细菌中混入霉菌叫做污染，这对一个具有严谨作风的科学家来说并不是件光彩的事，不是实验条件有问题就是实验操作有问题，把这样的事加在弗莱明的身上与其说是褒嘉，不如说是诋毁。因此，另一种版本的说法则显得更为可信。故事说是弗莱明有事外出，回来后发现丢弃的培养皿上混入了霉菌，从而发现了青霉素的作用。不管怎么说，但我相信，弗莱明是一个少言寡语踏实苦干的人，上面故事里所宣扬的也是这种精神，这种精神也正是我们所提倡的培养以实验为主的科研意识。实际上，发现一种既对人体无害又能杀死细菌的物质已在弗莱明的心里酝酿了十几年，并且在这之前他还有一次发现抑菌物质的经历，这就是他发现的人的体液中含有的溶菌酶，只不过溶菌酶没能开发成能广为应用的杀菌剂罢了。
人类历经三百多年的对光的波粒二象性的认识过程更是人们尊重实验、依实验为主的科研理念的光辉典范。光的“微粒说”起源于牛顿。牛顿在著名的“分光实验”的基础上提出了光是由微粒组成的，并且走得是最快速最捷径的直线运动。而光的波动学说则起始于意大利数学家格里马第。格里马第做了一个实验，他让一束光穿过两个小孔投射到暗室的屏幕上，发现光影的边缘有一种明暗相间的条纹，于是联想到水纹的衍射，提出了光可能是一种类似水波的波动。他的发现引起了英国伟大物理学家胡克的关注，随即跟进了实验，不仅重复了格里马第的实验，而且通过光在肥皂泡中折射的色彩及透过云母片后的生辉，判定光是某种快速的脉冲，提出了“光是以太的一种纵向波”的假说。随后，荷兰的物理学家惠更斯发表了《光论》一书，详述了他的光的波动原理（即惠更斯原理），从此奠定了光的波动学说，形成了不同光学理论的两大派系。但是，鉴于牛顿的当时威望，“微粒说”一直占着主导地位。直到十八世纪末十九世纪初，英国物理学家托马斯·杨对牛顿的“微粒说”产生了怀疑，他把光同声进行类比，发现两者在重叠后都有加强或减弱的现象，故认为光是在以太流中的弹性振动，并指出光是以纵波形式传播的（但在马吕斯发现了光的偏振现象后，他修正了自己的这种观点，提出了光的横波假说）。随后，他进行了著名的杨氏双缝干涉实验，从而证实了光是一种波，并同时提出了光的干涉概念及光的干涉原理。但随着法国物理学家马吕斯的光的偏振现象的发现，波动说受到了质疑，随后，法国物理学家菲涅耳和阿拉果通过双平面镜成功的进行了光的干涉实验，进一步继杨之后证实了光的波动说，并建立了光波的横向传播理论。此后英国的电磁学家麦可斯韦通过电磁学的研究将光和电磁现象统一起来，并经德国物理学家赫兹进一步实验证实光其实就是电磁波的一种。至此，光的波动学说重新占据了主导地位，发展到了顶峰。但电磁学存在一个巨大的缺陷，这就是电磁学对光速的解释与经典力学在相对性原理上产生了巨大的矛盾，而这一矛盾最终由爱因斯坦的狭义相对论和光量子理论予以根本上的解决，结束了历时三百多年的论战。
光的波粒二象性的认识过程，实际上是十九世纪末二十世纪初世界顶尖级科学家群体共同努力艰苦探索的集体劳动成果。这一过程突显了如下几个特征：一、在实验的基础上以现象为依据的科研求实精神；二、不满足已有的理论或学说勇于探索和勇于挑战权威的的突破精神；三、大胆、理智、严肃认真和卓有成效的科学质疑的态度、方法和精神；四、真正科学家的勇于承认错误改正错误的作风。我曾在不同场合发表过类似的见解，即能否正确对待在科研中犯的错误是一块试金石，能检验出一个真正科学家的品质。为什么这么说？因为这是科学研究本身的性质决定的。所谓科研就是在无数错误之中趟出一条光明之路、真理之路，因此，一个不犯错误的科学家几乎是不可想象的。而实际现状却是只要有点名望的科学家，无一不是道貌岸然的真理化身。要说这也并非不可忍受，大科学家嘛，有点大科学家的样子也无可厚非，最不可思义的是对待错误文过饰非甚至掩盖错误或制造新的错误掩盖旧的错误的行为。这个问题将列专题讨论，在此带过。这里想强调的是以实验为基础的科研精神问题。确立这种意识至少有如下好处：一、可以解决一个科学家的世界观问题，树立正确的认识自然规律的思想方法。这个问题说大也大，说小也小。小到只关乎一个人的科研生涯，大到足可影响到整个科学的发展。当年柏拉图与亚里斯多德的分歧就是源于对自然界的认识和新知识的获得方法的观点不同，柏拉图认为物在境内，只有你心里能想到，才有可能在自然界中认识到，因此反对到自然中去寻找新的知识。当然，只有象柏拉图和亚里斯多德这样的圣人，其思想和观点才能影响或左右科学的发展。至于平常百姓、普通的科学家，自然不会有大的作为，也不会有如此广泛和深远的影响，但至少可以影响到一个人在科研的道路上究竟能走多远。因此在讨论科研意识对科研成果的影响时，这个问题就不再是小问题了，足以引起每一个准备投身科学的年轻人引起重视；二、在踏上这条道路之始即确立一种良好的科研态度和作风，为今后的科研活动确立必要的行为规范；三、在认识真理的道路上可以避免弯路，减少错误。科研上的错误有两种，一是纯科研的错误，一是人为的错误。所谓纯科研错误是指无知犯错，是对研究客体客观规律认识的不足或研究条件、实验技术、实验误差的计算等等因素所造成。所谓人为之错是指名誉、地位或利益诱惑下的错误，而这种错误的部分原因就是头脑中没有牢固的一切以实验为主的科研理念，因此，把实验第一的理念变为一种潜意识的行为准则可大大减少这种错误的发生；四、早出成果，出大成果。坚持以实验为主的研究理念才能摒弃或减少主观想象的成份，不用主观想象代替客观事实，紧紧抓住实验中的现象不放，刨根问底、追根求源、顺藤摸瓜地找出问题的本质、事物的属性。历史上，正是凭借这种精神，伦琴才发现了X射线，巴斯德才发现了致病微生物，弗莱明才发现了青霉素。我曾跟过这么一个老板，也算名教授了，不知他在科研之始受的是什么样的训练，头脑里就是缺少这根弦，做科研全凭主观想象，实验仅仅是个过场（因为不论实验做出什么样的结果都不能改变他头脑里原有的念头），结果做了一辈子科研，也曾呼风唤雨了一阵子，却没留下任何有价值的东西。当时，我做的课题是胰腺外分泌的调节。他的头脑里只认定一条：生理情况下的胰腺外分泌是迷走神经调节的。依据他的理论，如果阻断迷走神经的支配，则这种外分泌必然会被打断。可事实是，用药物切除迷走神经之后，这种分泌不仅没有被抑制，相反比正常情况下的分泌还高。一见这种结果，他的第一个反应则是一下把这个实验打入了冷宫，连想都没想，更不用说在一起讨论讨论了。根据这一现象，我当时就给他指出两点：一、表面上看起来实验结果不支持预设假说，实际上却在深层次上间接支持了这一假说，因为我们用的药物治疗需要手术实施，动物需要两个礼拜的恢复，而这两个礼拜恰恰留下了足够的时间让动物进行器官功能的代偿，这才表现了其分泌高于正常情况的现象；其二、如果顺藤摸瓜把这种代偿机制找出来，才真正是这一领域内的大发现。我甚至专门为此设计了一个相当复杂的大鼠胰腺移植的动物模型，并且得到了非常清楚的资料。可惜，他的先入为主使他再也听不进任何反对意见了。直到十年后他才对我说已有人发现迷走神经切除十天后胰腺外分泌可恢复80％，我听了，不胜扼腕。这些事例都充分说明了，直到今天，以实验为主的指导思想仍然是科研当中必须首先解决的最最重要的思想问题，不把这个问题解决好，早晚会在科研中走弯路、吃大亏，不得不引起足够的重视。