掌握科学探究的4个关键环节,惠州保洁13825404095建立受用终身的思维方式
科学方法是科学研究的实施过程。与其他探究领域类似,科学(通过科学方法)能够在前人知识基础上不断发展,并随着时间推移统一对研究主题的理解。
从历史角度看,科学方法的发展对科学革命起到了关键作用,正是这种方法论的确立,使现代科学得以蓬勃发展。
科学方法的整体过程包括:提出猜想(假设)、预测其逻辑后果,然后基于这些预测进行实验,以确定最初的猜想是否正确。
然而,将科学方法简化为固定步骤的公式存在困难。虽然科学方法常被呈现为一系列固定步骤,但这些行动更准确地说是一般性原则。并非每次科学探究都会执行所有步骤(或以相同程度执行),它们也不总是按相同顺序进行。
科学探究的要素描述科学探究基本方法有多种方式。科学界和科学哲学家普遍认同以下方法组成部分的分类。这些方法要素和程序组织更多地体现在实验科学(如物理学、化学)而非社会科学(如社会学、心理学)中。尽管如此,制定假设、测试和分析结果,以及提出新假设的循环过程,与下面描述的循环相似。
科学方法是一个不断修正信息的迭代循环过程。人们普遍认为,科学方法通过以下要素(以不同组合或贡献方式)推动知识进步:
特征描述(对研究对象的观察、定义和测量)
这包括仔细观察现象,精确定义研究对象,以及对相关变量进行量化测量
假设(对研究对象的观察和测量提出理论性、假设性解释)
基于观察提出可能的解释,这些解释必须是可以被测试的
预测(从假设或理论进行归纳和演绎推理)
如果假设正确,那么在特定条件下应该会观察到什么现象
实验(对上述所有内容进行测试)
设计并执行实验来验证预测,收集数据并分析结果
科学方法的每个要素都要接受同行评审,以检查可能的错误。这些活动并不描述科学家所做的全部工作,而主要适用于实验科学(如物理学、化学、生物学和心理学)。上述要素通常在教育系统中被教授为"科学方法",但实际的科学实践往往更加复杂和灵活。
科学方法不是单一的配方:它需要智慧、想象力和创造力。
从这个意义上说,它不是一套无脑的标准和程序,而是一个不断发展的循环,持续开发更有用、更准确、更全面的模型和方法。
例如,当爱因斯坦发展狭义和广义相对论时,他并没有以任何方式反驳或否定牛顿的《自然哲学的数学原理》。相反,如果从爱因斯坦理论中移除天文级巨大质量、轻如羽毛的物体和极速运动的物体——这些都是牛顿无法观察到的现象——剩下的正是牛顿方程。爱因斯坦的理论是对牛顿理论的扩展和完善,因此增强了对牛顿工作的信心。
上述四点的迭代、实用方案有时被提供为进行科学研究的指导方针,可以展开为以下更详细的步骤:
定义问题
明确提出需要解答的科学问题
收集信息和资源(观察)
查阅现有文献,收集相关数据,了解前人研究成果
形成解释性假设
提出可能解释观察结果的理论
通过以可重复方式进行实验和收集数据来测试假设
设计实验,确保实验条件可控,方法可被他人重复
分析数据
使用统计和其他分析工具处理实验结果
解释数据并得出结论,作为新假设的起点
根据分析结果评估假设是否成立,可能需要修改或提出新假设
发布结果
将研究成果通过同行评审期刊或会议发表,与科学界分享
重新测试(通常由其他科学家完成)
其他研究者尝试重复实验,验证结果的可靠性
这个步骤方法中固有的迭代循环是从第3点到第6点,然后再回到第3点。科学知识就是通过这种不断循环、不断修正的过程积累起来的。
虽然这个模式概述了典型的假设/测试方法,但许多科学哲学家、历史学家和社会学家,包括保罗·费耶阿本德,都声称这种对科学方法的描述与科学实际实践方式关系不大。实际的科学发现往往包含更多的偶然性、创造性跳跃和非正式推理。