从小学开始，我们就开始接触科学方法（Scientific Method），并学习如何将其付诸实践。作为一种学习工具，它培养孩子们在寻求问题答案时的逻辑思维和推理能力。
科学方法为我们提供了通过观察和试错来探索世界的秘诀，而不是匆忙下结论。我们经常使用这种方法，有时是在学术或研究中有意识地使用，有时是在日常生活中下意识地使用。
在本文中，AJE将重温科学方法的具体内容，讨论它的来源、组成要素以及如何付诸实践。然后，我们将探讨科学方法的重要性，以及谁在什么情况下使用科学方法。
什么是科学方法？
科学方法是一个动态过程，包括通过观察和实验客观地研究问题。这种回答问题的系统方法适用于所有学科，与其说它是一系列固定的步骤，不如说它是一套灵活的原则。
科学方法的步骤
虽然科学方法的形式和功能多种多样，但它包含了一系列原则，为解决问题的过程创造了一个合乎逻辑的过程：
- 确定问题： 第一步是构建一个清晰准确的问题陈述，确定调查的主要问题或目标。问题陈述的措辞必须适合实验，提出的问题既可检验又可测量。
- 收集信息和资源： 研究相关主题，了解已有的知识和其他人提出的相关问题的类型，是这一过程的下一步。这些背景信息对于全面了解课题和确定最佳实验设计至关重要。
- 形成假设： 在进行任何实验之前，都必须完成一个关键步骤，即撰写一份简明扼要的声明，确定具体的变量和潜在的结果，然后对其进行测试。假设的不完善会导致整个实验设计的缺陷。
- 进行实验： 通过进行可重复的实验和收集结果数据来检验假设是科学方法的另一个基本步骤。通过控制实验中的某些因素，同时有目的地操纵其他因素，可以建立因果关系。
- 分析数据： 通过识别数据的趋势来解释实验过程和结果，是理解其意义和支持结论的必要步骤。通过这一系统过程得出推论，为支持或否定假设提供实质性证据。
- 报告结果： 通过论文、PPT、图表或期刊文章分享实验结果通常被视为这一过程的最后一步。详细介绍研究的设计、方法和结果不仅能提高透明度和可重复性，还能为未来的研究提供更多的知识。
- 重新检验假设： 重复实验以了解假设是否在所有情况下都成立，这一步骤体现在不同的场景中。有时，研究人员会立即检查自己的工作，或在未来的某个时间进行重复实验，或者由其他研究人员重复实验，进一步检验假设。
科学方法的发展史
古时候，人们常常试图通过以下方法来回答未知的问题：
- 进行简单的观察
- 与其他值得讨论的人讨论可能性
- 根据主流思想和已有的信仰得出结论
以希腊神话和罗马神话为例。神话被用来解释从季节和星辰到太阳和死亡本身的一切。
然而，随着农业和语言的进步，社会开始发展，埃及和巴比伦等古代文明转而采用更加理性的分析方法来理解自然世界。他们越来越多地采用观察和实验的实证方法，这种方法有一天会发展成为科学方法。
公元 4 世纪，被许多人誉为 "科学之父 "的亚里士多德提出了这些与当代科学方法十分相似的要素，作为其科学方法的一部分：
- 研究他人关于该主题的著作。
- 寻找关于该主题的普遍共识。
- 系统研究与该主题相关的一切，哪怕只是部分相关。
通过继续强化系统的观察和对照实验，肯迪（Al-Kindi）和伊本·海赛姆（Ibn al-Haytham）等学者帮助将这一概念推广到整个伊斯兰黄金时代。
弗朗西斯-培根爵士（Sir Francis Bacon）在 1620 年发表的论文《Novum Organum》中编纂了科学方法，他不仅认为必须通过实验来检验假设，还认为必须复制实验结果才能确立真理。在科学革命的高潮时期，这本书让伽利略和牛顿等欧洲思想家了解了科学方法，并将其付诸实践。
随着 19 世纪科学的现代化，科学方法变得更加正规化，在进化论和细菌理论等领域取得了重大突破。如今，科学方法仍在继续发展，支撑着量子力学、遗传学和人工智能等不同领域的科学进步。
科学方法为何重要？
科学方法的历史说明了这一概念是如何从克服基于恐惧、宗教、权力和文化规范的偏见来寻找科学问题的。这一点在今天依然适用。
通过实施这种标准化的实验方法，研究人员的个人观点和先入为主的观念的影响被降到了最低。科学方法有条不紊的方式避免了这些错误和其他错误，同时提高了扎实的科学研究所需的可重复性和透明度。
科学方法的重要性可以从其成功案例中得到最好的体现：
- 爱因斯坦是现代物理学家中的佼佼者，他不仅提出了具有革命性意义的理论，而且还有意识地从技术上反思了他所使用的科学方法"。根据对牛顿物理学的普遍理解提出假设，最终导致爱因斯坦提出广义相对论。
- 霍华德·弗洛里（Howard Florey）"青霉素研究工作中最有益的经验或许是证明了这一领域的成功取决于技术方法的发展和协调使用"。亚历山大·弗莱明（Alexander Flemimg）博士在发现了一种能阻止葡萄球菌生长的霉菌后，设计了实验来确定并在实验室中复制这种霉菌，从而开发出了青霉素。
- 詹姆斯·杜威·沃森（James D. Watson） "每当你理解了一件事，宗教信仰就变得不太可能。只有随着双螺旋的发现和随之而来的基因革命，我们才有理由认为，传统上被认为是神的专有财产的力量，有一天可能会成为我们的力量" 。沃森和克里克（Francis Harry Compton Crick）利用金属丝模型构想出了 DNA 的结构，他们精心设计了一个假设，用于测试氨基酸的组合、X 射线衍射图像以及当前的原子物理学研究，最终发现了 DNA 的双螺旋结构。
最后
正如这些案例所体现的，科学方法永远不会停止更新，而是不断的开始再重新开始。它为广大科研人员提供了一个易于重复、修改和发展的结构化过程。
虽然科学方法在某种情况下可能会 "结束"，但它永远不会真正结束。当重新审视一个假设、设计、方法和实验时，科学方法只是从它离开的地方重新开始。每当研究人员在以前知识的基础上进行研究时，科学方法就会在过去工作的基础上得到恢复。
通过引导研究人员获得基于透明度和可重复性的客观结果，科学方法起到了抵御偏见、迷信和先入为主的观念的作用。当我们接受科学方法的持久原则时，就能确保我们对知识的追求始终牢牢植根于理性、证据和对真理的追求。
