翻译 | 科学方法有什么问题?

英文原文:

https://www.wired.com/2013/04/whats-wrong-with-the-scientific-method/

(科学方法:提出问题-研究-假设-实验-分析-结论)

打开中学教材或者看看科学教室的墙上。它就在那里。就像是科学的十诫写在那里——科学方法。很不幸,这简直就是谎言。是的。接下来我就要好好说一下。

什么是科学方法?

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科学方法有很多形式。有些就像我上面画的,有些还有别的步骤。大概都一样。这里是一个很基本的描述。

  • 从问题开始。如果没有什么问题,你为什么要做科学呢?例如,哪个牌子的电池最耐用?

  • 研究。如果不先查一下这个主题的进展,你就做不了科学。要不你怎么能站到巨人的肩膀呢?

  • 提出一个假设。也就是有根据的猜测。例如,我认为金霸王电池最耐用。

  • 做实验。没数据怎么做科学课题呢?例如,拿不同的电池连上灯泡,看哪个亮得久。

  • 分析数据。你要处理数据。如果只是数据,那可不是科学。例如,求不同电池点亮灯泡的平均值。 对,如果需要,你就要退回到研究阶段,然后重新开始。就像玩愤怒的小鸟,最后一个小鸟砸不到所有的猪,就要重来。

  • 形成结论。结论的开头,我通常建议要用“我的假设正确”。例如,金霸王的平均时间最长。它们最好。

是的。你可能说你不怎么喜欢科学方法。不过我还是再明确一下。如果有人做关于电池的科学课题,我认为那是个好课题。问题是这种科学方法并没有涵括科学的全部。简单来说,科学可以这么做,但也不是非这样不可。

让我们来看几个不符合上述方法的科研案例。

  • 1928年,Alexander Fleming忘了把细菌培养皿的盖子盖回去。平板被含有青霉素的霉菌污染了。在这里,并没有作为开端的困境或者问题。这就是个意外。

  • Albert Michelson和Edward Morley设计了实验测量地球穿过以太(当时人们认为光传播需要借助它)的运动。他们的想法是测量地球在不同方向运动时的光速。他们发现所有方向的光速都一样。如果把这当作科学课题来写,他们就要以“我们的假设错误”收尾。当然,这个实验为狭义相对论铺平了道路。

  • β衰变是一种原子核放出电子或正电子的放射过程。问题是电子的能量是连续分布的。如果来自同一过程,就讲不通,因为能量是守恒的。这就导致了中微子的发现。

  • 随便看一下天文学里的实验。大部分很酷的东西也是先发现,才创建的模型。所以,问题排在了第二。你怎么做一个传统的恒星形成实验?我猜你一开始会搞一些氢气,然后任其发展——是吗?那可就有得等了。

我想说的是,通用的科学方法,其实很多情况下并不适用。

科学方法从哪来的? 

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如果不是所有的科学都遵循科学方法,那为什么它会出现在教材里?这就是对科学方法的精彩概括。

McComas, William F. "The principal elements of the nature of science: Dispelling the myths."(科学本质的核心:破除神话) The nature of science in science education(《科学教育中的科学本质》). Springer Netherlands, 2002. 53-70.

在这篇文章中,Williams McComas声称科学方法首见于1945年的一篇论文(Keeslar, O. (1945a). 'A survey of research studies dealing with the elements of scientific method’, Science Education, (29), 212-216.)。Keeslar在文中罗列了科学家的工作事项。随后就有教材把这些工作按逻辑顺序组织起来。科学方法就此诞生。一旦什么东西收入教材,很可能就会被当成真理。是的。我就是在吐槽教材。

嗯,Williams还指出,科学研究的结果通常是以科学方法的形式呈现(即便没有按照这种方式执行)。这就使得所有的科学研究,看起来都是遵循科学方法的。

那我们需要做什么?

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第一步就是撕下那些愚蠢的科学方法海报。那些东西传达了错误的观念。第二步就是换教材。尤其是要从初中教材开始下手。我不认为高中或者以上年级会关注这种科学方法(我也有可能是错的)。

但是科学展会怎么样呢?我认为,没有科学方法,科学展只会更好。你去参加过科学展吗?有些很好的项目就是因为没有遵循科学方法而被拒之门外。

不要再去记什么科学步骤,我们还是关注一下科学的本质。科学有很多关键因素,但归结起来,不外乎就是建立模型。实际上,这就是科学在做的事情。我们努力列方程、提概念、编程序,让它能够拟合实际生活,并能预测未来。这就是科学。

如果你非要一个图表,下面的这个图就可以(当然,这并不完整)。

(嗯,有点奇怪;我不知道是否…;唉,那样行不通—创建或者改变模型)

注意,没有一块是讲“界定问题”的。能解决问题很好,但这不是我们做科学的原因。正如Richard Feynman所说:

“物理就像性,当然,它会有一些实际的结果,但那不是我们做它的原因。”

搞科学,因为我们是人类,而不是因为问题本身。我不确定Chad Orzel是不是第一个提出这个观点的,但我是从他那里获得这种观点的——科学是让我们成其为人的东西。

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