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1.3: 科学方法
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科学方法
 

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1.3: 科学方法

科学方法是由生物学家和其他学科的科学家利用详细的、经验的、解决问题的过程。这种迭代方法包括基于观察制定问题,为观察开发一个可测试的潜在解释(称为假设),基于假设制定并测试预测,并利用发现创建新的假设和预测。

一般来说,预测是用精心设计的实验来检验的。根据这些实验的结果,可能需要对最初的解释进行细化,并产生新的假设和问题。重要的是,这说明科学方法不是一个循序渐进的食谱。取而代之的是,它是基于新的观察结果对思想的不断完善和检验,这是科学探究的关键所在。

随着我们对周围世界的了解越来越多,科学是可变的和不断变化的。出于这个原因,科学家避免声称“证明”某个特定的想法。相反,他们收集的证据要么支持要么反驳一个给定的假设。

观察和提出假设

一个假设之前是一个初步的观察,在此期间,信息是通过感官(如视觉、听觉)或使用科学工具和仪器收集的。这一观察结果引出了一个问题,促使形成一个初始假设,一个(可测试的)可能的问题答案。例如,观察到蛞蝓会吃一些卷心菜,但不会吃大蒜附近的卷心菜,这可能会引发一个问题:为什么蛞蝓会选择性地在大蒜附近保留卷心菜?一个可能的假设,或者这个问题的答案,是蛞蝓对大蒜有反感。基于这一假设,人们可以预测蛞蝓不会吃被大蒜粉包围的卷心菜。

一个假设应该是可证伪的,这意味着如果它是不真实的,就有方法来反驳它。换句话说,假设应该是可检验的。科学家们经常清楚地表达并明确地检验这个假设的反面,这就是所谓的“零假设”。在这种情况下,无效的假设是蛞蝓对大蒜没有反感。与预测相反,如果蛞蝓吃的是被大蒜粉包围的卷心菜,那么这个无效的假设将得到支持。

检验假设

在可能的情况下,科学家使用包括独立变量和因变量以及控制组和实验组的受控实验来测试假设。

自变量是一个预期会有效果的项目(例如,在蛞蝓和卷心菜实验中使用的大蒜粉,或在临床试验中给予的处理)。因变量是用来确定实验结果的测量。在用蛞蝓、卷心菜和大蒜进行的实验中,吃卷心菜的蛞蝓的数量是因变量,因为这个数量预计取决于卷心菜植株周围是否有大蒜粉环。

实验需要实验组和对照组。实验组接受自变量处理或暴露于自变量(即,操作或处理)。例如,在用蛞蝓进行的大蒜厌恶实验中,实验组是一组被大蒜粉环包围的卷心菜植株。除自变量外,对照组所受条件与实验组相同。本实验中的对照组可能包括同一区域的一组卷心菜植株,这些植株被非大蒜粉环包围(以控制对粉的厌恶)和一组没有被任何特定物质包围(以控制对卷心菜的厌恶)。必须包括一个对照组,因为没有对照组,就不清楚结果是处理还是操作的结果。

完善假设

如果实验结果支持该假设,则可以设计和执行进一步的实验来为该假设提供支持。这一假设也可能得到完善,变得更加具体。例如,额外的实验可以确定蛞蝓是否也对葱属的其他植物如洋葱有反感。

如果结果不支持该假设,则该假设可能需要根据新的观察结果进行调整。实验设计的问题也应该排除。例如,如果蛞蝓对这两种粉状物质都表现出厌恶,那么可以用新鲜大蒜代替粉状大蒜再次进行实验。如果蛞蝓仍然对大蒜没有反感,这个假设可能会被调整。在这个例子中,新的假设可能是蛞蝓对粉末有厌恶。

无论数据是否支持最初的假设,实验结果都应传达给其他科学家和公众。这些信息可以指导新假设和实验问题的发展。


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