科学方法

准则

区分科学探究方法的是一个被称为 "标准 "的问题。它是对以下问题的回答：是否有一种方法可以告诉人们一个概念或理论是否是科学，而不是其他种类的知识或信仰？关于它应该如何表达，有很多想法。逻辑实证主义者认为，如果一个理论可以被验证，它就是科学的；但卡尔-波普尔认为这是一个错误。他认为一个理论除非有某种方式可以被反驳，否则就不是科学。另一方面，保罗-费耶阿本德认为不存在任何标准。对他来说，"什么都可以"，或者说什么都可以，什么都可以。

科学家试图让现实为自己说话。当某一理论的预测被证实时，他们就支持该理论，而当其预测被证明为错误时，他们就对其提出质疑。科学研究者提供假设作为对现象的解释，并设计实验来测试这些假设。由于大的理论不能被直接检验，它是通过检验由理论得出的预测来完成的。这些步骤必须是可重复的，以防范任何特定实验者的错误或混淆。

科学探究的目的通常是尽可能地客观。为了减少对结果的偏颇解释，科学家发表他们的工作，因此与其他科学家分享数据和方法。

阶段性

科学和不属于科学的东西（如伪科学）往往是通过是否使用科学方法来区分的。最早创建科学方法步骤大纲的人之一是约翰-斯图尔特-米尔。

没有一种科学方法。有些科学领域是基于数学模型的，比如物理学和气候科学。其他领域，如社会科学的许多领域，有粗略的理论，并更多地依靠从他们的数据中出现的模式。有时，科学家专注于测试和确认假设，但开放式的探索也很重要。一些科学领域使用实验室实验。其他人则从现实世界的情况中收集观察结果。许多科学领域是定量的，强调数字数据和数学分析。但有些领域，特别是社会科学领域，则使用定性方法，如访谈或对人类或动物行为的详细观察。过分关注一种方法会导致我们忽视使用其他方法产生的知识。

一些教科书侧重于单一的、标准的 "科学方法"。这种单一科学方法的想法主要是基于科学的实验、假设测试和定量领域。它并不能很好地适用于其他科学领域。它通常被写成若干步骤。

1. 提出一个关于世界的问题。所有的科学工作都是从有一个问题要问或有一个问题要解决开始的。^{I, p9}有时，对科学家来说，提出正确的问题是最难的部分。这个问题应该可以通过实验来回答。
2. 创建一个假设--问题的一个可能答案。科学中的假说是一个词，意思是 "关于某物如何运作的有根据的猜测"。应该有可能证明它的正确或错误。例如，像 "蓝色是比绿色更好的颜色 "这样的陈述不是一个科学假设。它不能被证明为正确或错误。不过，"喜欢蓝色的人比喜欢绿色的人多 "可以是一个科学假说，因为人们可以问许多人他们是否喜欢蓝色多于绿色，并得出这样或那样的答案。
3. 设计一个实验。如果假设是真正科学的，应该可以设计一个实验来检验它。实验应该能够告诉科学家假说是否错误；但可能无法告诉他或她假说是否正确。在上面的例子中，一个实验可能涉及询问许多人他们最喜欢的颜色是什么。不过做实验可能非常困难。如果要问人们的关键问题不是他们喜欢什么颜色，而是他们讨厌什么颜色呢？需要问多少人？是否有一些提问方式可以改变预期之外的结果？这些都是科学家在做实验之前必须要问的问题类型。通常情况下，科学家希望一次只测试一件事。为了做到这一点，他们试图使实验的每一部分对所有事物都是一样的，除了他们想测试的东西。
4. 实验并收集数据。在这里，科学家试图运行他们之前设计的实验。有时科学家在实验过程中会有新的想法。有时很难知道一个实验最终何时结束。有时实验会非常困难。有些科学家花了大半辈子的时间来学习如何做好实验。
5. 为什么的问题。解释是对 "为什么 "问题的回答。^{II, p3}
6. 从实验中得出结论。有时结果并不容易理解。有时实验本身会带来新的问题。有时实验的结果可能意味着许多不同的事情。所有这些都需要仔细思考。
7. 将它们传达给其他人。科学的一个关键因素是分享实验结果，这样其他科学家就可以自己使用这些知识，所有的科学都可以受益。通常情况下，科学家不会相信一个新的说法，除非其他科学家先看了一遍，确保它听起来像真正的科学。这就是所谓的同行评审（这里的 "同行 "是指 "其他科学家"）。通过同行评审的作品会在科学杂志上发表。

虽然写成了清单，但科学家们可能会在不同的步骤之间来回多次，然后对答案感到满意。

并非所有科学家在日常工作中都使用上述 "科学方法"。有时，科学的实际工作看起来与上述内容完全不同。

例子：将糖溶于水

假设我们要找出温度对糖在一杯水中的溶解方式的影响。下面是按照科学方法一步步进行的一种方法。

宗旨

糖在热水或冷水中溶解得更快吗？温度是否影响糖的溶解速度？这是一个我们可能想问的问题。

规划实验

一个简单的实验是将糖溶解在不同温度的水中，并记录下糖溶解所需的时间。这将是对溶解速度根据溶剂的动能而变化这一观点的测试。

我们要确保在每次试验中使用完全相同数量的水，以及完全相同数量的糖。我们这样做是为了确保只有温度才会造成这种效果。例如，糖和水的比例也可能是影响溶解速度的一个因素。为了格外小心，我们还可以进行实验，使水温在实验过程中不发生变化。

这被称为 "隔离一个变量"。这意味着，在可能产生影响的因素中，只有一个因素在实验中被改变。

运行实验

我们将分三次做实验，除了水的温度外，其他都完全相同。

1. 我们将25克糖放入几乎和冰一样冷的1升水中。我们不进行搅拌。我们注意到，需要30分钟，所有的糖才会被溶解。
2. 我们将25克糖放入1升室温的水（20℃）中。我们不进行搅拌。我们注意到，需要15分钟才能使所有的糖都溶解。
3. 我们将25克糖放入1升温水（50℃）中。我们不进行搅拌。我们注意到，需要4分钟才能使所有的糖都溶解。

得出结论

有一种方法可以让我们很容易地看到结果，那就是把它们做成一个表格，列出我们每次做实验时发生变化的所有东西。我们的表格可能看起来像这样。

如果实验的其他部分都是一样的（我们没有一次比一次用更多的糖，没有一次比一次搅拌，等等），那么这将是非常好的证据，证明热量会影响糖的溶解速度。

但我们不能确定，是否有其他东西在影响它。一个隐藏原因的例子可能是，每次把更多的糖溶解到同一个锅里，糖的溶解速度就会加快。这可能不是真的，但如果它是真的，它可以使结果完全相同：三次试验，最后一次的速度最快。目前我们没有理由认为这是真的，但我们可能要注意到这是另一个可能的答案。

复制危机

复制危机（或可复制性危机）指的是科学中的一种危机。很多时候，一个科学实验的结果很难或不可能被后来的独立研究人员或原始研究人员自己复制。虽然这一危机由来已久，但这一短语是在2010年代初创造的，是人们对这一问题认识不断提高的一部分。

由于实验的可重复性是科学方法的一个重要组成部分，无法复制的研究有可能造成严重的后果。

复制危机在心理学（尤其是社会心理学）和医学领域得到了特别广泛的讨论，在这些领域，人们做出了许多努力来重新调查经典结果，并试图确定结果的有效性，如果无效，则确定复制失败的原因。

最近的讨论使这一问题更加为人所知。

历史方面

科学方法的要素是由一些早期的自然界学生研究出来的。

• "我们认为用最简单的假说来解释现象是一个很好的原则。"托勒密（公元85-165年）。这是我们所说的奥卡姆剃刀的一个早期例子。
• Ibn al-Haytham（Alhazen）（965-1039）、Robert Grosseteste（1175-1253）和Roger Bacon（1214-1294），都在发展科学方法方面取得了一些进展。
• 17世纪的科学家们开始同意，实验方法是寻找真理的主要途径。这是由伽利略、开普勒、胡克、波义耳、哈雷和牛顿等人在西欧完成的。同时，显微镜和望远镜也被发明出来（在荷兰），皇家学会也被成立。仪器、社团和出版都对科学有很大帮助。

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