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主要内容

科学方法

如何利用科学方法来检验假设。

介绍

生物学研究通常从观察开始——也就是吸引生物学家注意的东西——例如,一位癌症生物学家可能注意到某种癌症不能用化学疗法处理,并想知道为什么会这样。一位海洋生态学家,看到她所在地的珊瑚礁—正在变白—可能会打算去理解为什么。
生物学家如何跟进这些观察结果? 如何才能跟进自己对自然界的观察?在本文中,我们将介绍 科学方法,这是一种生物学家和许多其他科学家使用的逻辑解决-问题的方法。

科学方法

生物学和其他科学的核心在于一种称为科学方法的解决-问题的方法。科学方法 有五个基本步骤,加上一个反馈步骤:
  1. 做一个观察。
  2. 问一个问题。
  3. 形成一种 假设,或可测试的解释。
  4. 基于假设做预测。
  5. 测试预测。
  6. 迭代:使用结果来做新的假设或者预测。
该科学方法应用于所有科学—包括化学、物理、地质学和心理学。这些领域的科学家提出不同的问题并进行不同的测试。然而,他们使用相同的核心方法来寻找逻辑性和证据支持的答案。

科学方法示例: 烤面包失败

让我们把科学方法的步骤应用到日常生活中的一个实际问题上,来建立一些科学方法的直觉。

1. 做一个观察。

假设你得到两片面包,把它们放进烤面包机,然后按下按钮。但是,你的面包不烘烤。
  1. 观察: 烤面包机不烤面包。

2. 问一个问题。

为什么我的面包没有被烘烤?
  1. 问题: 为什么我的烤面包机不烤面包?

3. 提出一种假设。

一个 假设是这个问题的一个潜在答案,这可以通过某种方式加以检验。例如,在这种情况下,我们的假设可能是,不烤面包是因为电源插座坏了。
  1. 假设:可能是插座坏了。
这个假设不一定是个正确解释。相反,这是一种可能的解释,我们可以测试它是否可能是正确的,或者我们是否需要作出一个新的假设。

4. 做预测。

如果假设是正确的,预测是我们期望看到的结果。在这种情况下,我们可能会预测如果电源插座坏了,那么将烤面包机插入不同的插座应该可以解决问题。
  1. 预测:如果我把烤面包机插到另一个插座上,它就会烤面包了。

5. 测试预测。

为了验证这个假设,我们需要做一个观察或者进行一个与预测相关的实验。例如,在这种情况下,我们会把烤面包机插入另一个插座,看看它是否会烤面包。
  1. 测试预测: 把烤面包机插入不同的插座并重新尝试。
  • 如果烤面包机确实烤面包了,就说明假设得到支持—可能是正确的。
  • 如果烤面包机不烤面包,就说明假设没得到支持—可能是错误的。
一个测试的结果可能支持或者反驳—反对—种假设。支持假设的结果不能决定性地证明它是正确的,但它们确实意味着它可能是正确的。另一方面,如果结果与假设相矛盾,那么这个假设可能是不正确的。除非测试中有缺陷—我们应该始终考虑这种可能性—一个矛盾的结果意味着我们可以放弃假设并寻找新的假设。

6. 迭代。

科学方法的最后一步是反思我们的结果,并用它们指导我们的下一步行动。
结果是:
左面板:我的面包烤了!假设得到支持。 右面板:我的面包仍然没烤。不支持假设。
  1. 迭代时间!
左面板(假设被支持的情况下):但是插座实际上有什么问题? 右面板(假设没有得到支持):嗯……也许烤面包机的电线坏了。
  • 如果这个假设得到了支持,我们可以做额外的测试来确认它,或者修改它以使其更具体。例如,我们可能会调查为什么插座是坏的。
  • 如果这个假设没得到支持,我们将提出一个新的假设。例如,下一个假设可能是烤面包机的电线断了。
在大多数情况下,科学方法是一个 迭代 过程。换句话说,这是一个循环,而不是一条直线。一轮调查的结果变成了反馈,从而改进了下一轮的提问。

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