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1.2:

科学方法

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Chemistry
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JoVE Core Chemistry
The Scientific Method

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科学方法是所有的科学学科 所遵循的系统方法。它遵循六个主要步骤 进行观察、提出问题、建立假设,进行实验,解释数据,最后,得出结论。科学方法开始于一个观察结果 和一个有助于理解观察结果的问题。例如,法国化学家安托万·拉瓦锡 观察到了燃烧现象。他提出了一个问题来了解当某物燃烧时 发生了什么。物质去哪里了?科学方法的第三步 是建立一个假设 对所讨论的观察结果 的初步解释,这是可以检验的。针对他提出的问题”物质去哪里了?拉瓦锡假设在一个化学反应中,物质既没有被创造也没有被破坏。一个好的假设同样是可以检验和可证伪的。一个可检验的假设是一个可以 做出能通过实验或观察来证实的预测 的假设。当它能被实验驳倒时,它是可证伪的。科学方法的第四步 是实验和数据收集。实验是在温度、压力或体积等 受控环境下进行的 观察或测量。这一步骤调查的是现实世界 与假设预测的吻合程度如何。有些实验和观察 是定性的 描述了一个过程是如何发生的。另一些则是定量的-测量或量化 关于这个过程的一些东西。拉瓦锡通过在一个封闭的环境中加热汞 来验证他的假设。这导致了一种红色物质的形成。他的实验是定量的,因此,他仔细地记录了 反应物和产物在封闭体系中的质量 以及分别称量的质量。第五步是数据解释与分析-评估结果是支持还是反驳 该假设,以及是否需要进一步的实验。拉瓦锡观察到,反应前后 罐子及其内容物的总质量 保持不变,尽管红色产物的质量 大于原始汞的质量。最后一步是得出一个合乎逻辑的结论,并决定是接受还是拒绝这个假设。如果结果有力地支持了这个假设,那么它就被接受了。它也可能被进一步检验 或通过提出新的问题 和进行新的实验来改进。根据他的实验,拉瓦锡得出结论,由于在反应过程中罐子的 总质量保持不变,罐子中的氧气 与汞结合形成了新的产物,现在被称 为氧化汞(II)这个结论有力地支持了他 关于质量守恒的假设-即物体的总质量 在燃烧过程中保持不变。然而,如果一个假设被推翻,那么科学家们可能会通过从失败的实验中 获得线索来形成一个新的假设,然后重新开始。即使我们把科学方法看作 是一系列的步骤,新的信息或想法 可能会导致科学家在这一过程中的 任何一点上后退和重复这些步骤。因此,科学方法是一个迭代的过程。

1.2:

科学方法

Chemistry 是一个实证科学。 科学家经常提出问题来了解日常生活中的化学物质,并寻求这些问题的答案。 为了实现这一目标,科学家遵循了共同构成科学方法的一系列明确的步骤。 这种方法包括观察,提问,构建假说,进行实验,分析结果, 并得出结论。  

观察和提问

科学方法的第一步是观察物理世界中的一种现象。 接下来,我们会问以更好地理解这种现象。 例如,问题可能是:“哪个结冰速度更快,纯净水还是加了盐的水?”

假说

下一步是为这一特定观察结果制定一个解释。 作为了解观察到的现象的指南的试验性阐释一组观察结果称为假说。 例如,对于上述问题,假说可能会建议添加盐会改变普通水的冰点。

科学家通常使用早期的研究和文献开始调研,并制定一个可以通过实验进行测试的假说。 强大的假说即可证实,亦可证伪。 如果事实证明正确,它就被认为是可证实的;如果事实证明不正确,它则被认为是可证伪的——在这种情况下,科学家必须修改或放弃假说。  

实验  

第三步是设计和进行实验以测试假说的有效性。 实验是在受控条件下进行的测量和观察。 一些观察和实验是定性的 (描述过程的发生方式) ,而许多是定量的 (测量或量化过程的内容)。 为了测试盐水假说,该科学家可以在室温下使用两个盛了同等数量水的水杯。 其中一杯可以添加一勺盐,再将两杯都放入冷冻室中。 每隔 15 分钟可观察到每个玻璃杯中的水状态,并可记录每杯水完全冷冻所需的时间。  

实验设计是科学方法的关键步骤。 应注意控制可变因素的数量,以便可以监控特定因素的影响。  

结果分析和结论

下一步是分析实验结果,并得出结论,这些结果是否验证了假说。 如果结论是这样,假说就会被接受,并可能会接受进一步的实验来回答新的问题。 当假说被证明为错误时,可以提出新的假说,并继续执行该过程。  

在盐水示例中,结果表明盐水冷冻所需的时间比普通水要长。 这就得出了这样的结论:含盐水的冻结速度比普通水慢。 因此,结果验证了假说。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 1.1 节:科学方法。