“科學方法”到底有什麽問題？Rhett Allain

“科學方法”到底有什麽問題？

提出問題--進行研究--提出假設--實驗驗證--數據分析--得出結論，這是我們所謂的“科學方法”的標準流程，但它為什麽非得是這樣呢？

 

隨手翻開中學課本，或是注意觀察一下科學教室的陳設。都少不了這個流程圖，這幾句話打著“科學方法”旗號，變成了真理一般的“科學十誡”。其實它們完全是一派胡言，這就是我寫本文的目的。

什麽是“科學方法”？

所謂科學方法，有很多種不同的叫法。有些和上圖裏寫的一樣，有的可能會多出那麽一兩個步驟。不過它們本質上都一樣，如下文所示：

1、提出問題。

如果頭腦中沒有一個問題的話，你怎麽進行科學研究呢？比方說：哪個牌子的電池最耐用？

2、展開研究。

要是你不知道該主題下前人已經做出來的成果，你是沒法搞科研的。要不怎麽說“站在巨人的肩膀上”呢？

3、做出假設。

所謂假設，就是讀過書的家夥想象出來的東西。打個比方：我認為金霸王電池最耐用。

4、進行試驗。

不搞點數據也好意思叫科研項目？打個比方：找來各種牌子的電池放手電筒裏點亮，看誰堅持的時間長。

5、分析數據。

既然有數據了，總得想個法子把它們派上用場，隻有數字的話可不叫科學。比方說：基於不同電池環境下燈泡持續發光的平均時長。當然，如果需要的話，你隨時可以回去再做一遍實驗。就像你把最後一隻小紅鳥發射出去之後，卻沒有消滅掉所有綠小豬。你決定重來。

6、得出結論。

結論部分，我建議你這麽開頭：實踐證明，我先前提出的假設完全正確。比如說：在金霸王牌的電池環境下，燈泡發光的平均時長最長。它們是最好的。

當然，你可以說我這麽幹是不是有點小題大做了。但我覺得如果真的著手做一個有關電池研究科研工作（像是我之前搞的那個），這將是一個不錯的項目。問題是這些所謂的科學方法並沒有完全涵蓋有關科學的所有內容。簡而言之，不遵循這些方法一樣也能搞科研。

讓我們簡要回顧幾項並沒有按照上述科學方法做出來的著名科學成果。

1. 1928年，亞曆山大·弗雷明忘了給一個細菌的培養皿蓋上蓋子，這份樣本被一種黴菌感染，而盤尼西林就在其中。這個例子中，沒有預設的問題，完全是一場意外。
2. 阿爾伯特·邁克爾遜和愛德華·莫雷精心設計了一個實驗，用以測定地球在“以太”（當時人們認為光線需要在介質中傳播）中的運動。這個實驗的目的是測量地球向不同方向運動時的光速變化。可惜，實驗結論表明，無論地球的運動方向如何，光速都沒有絲毫變化。如果他們要寫論文的話，結論部分得這麽開頭：“事實證明，我們先前的假設完全錯誤。”但是，在他們完成這個實驗後，狹義相對論出現了。
3. β-衰變是當原子生成出電子或正電子時的一種典型放射性過程。然而問題是電子具有不同的能級，理論上它們不應該從同一個過程出現——因為能量也是需要考慮的要素之一。這個問題最終導致了中微子的發現。
4. 再來看天文學裏的“實驗”。這門科學裏大多數有意思的東西都是先通過觀測發現有這麽一個東西，然後才去建立模型來描述觀測結果。也就是說，問題排在第二。這不難理解，你怎麽可能去設計一場恒星誕生的實驗呢？按“方法”來的話，我猜你需要找來一些氫原子然後讓它們自行演化……對不？那可有的等了。

我舉這些例子想說的是，很多科學成果並不沒有嚴格按照上述放之四海而皆準的科學方法來的。

那這些“科學方法”是哪來的呢？

既然並不是所有科學成果都是按照所謂的科學方法來的，那麽為什麽它們寫在課本裏呢？這段有關科學方法的摘要寫的很好。

“自然科學的最重要的部分：即消除神話。”

——麥克科馬斯，威廉·F 《科學教育中的自然科學》，施普林格科學，2002,53-70

在這篇文章中，威廉和麥克科馬斯指出，科學方法論出自1945年凱斯拉撰寫的一篇論文——《基於科學方法進行研究》-《科學教育》,(29),212-216。在這篇論文中，凱斯拉以列表的形式總結出科學家所做的一些工作。之後，有人把這些工作按照一定的邏輯順序編排了一下寫進了課本。再之後，這事就鬧大了，“科學方法”從此誕生。一般來說，收錄到課本裏的東西，都是些被人們廣為認可的真理。但這次，課本難則其咎。

威廉還提到，目前科學研究的結論往往都是按照科學方法的形式和結構呈現出來（就算它有可能不是按照這些步驟做出來的）。這麽搞的結果就是讓大家都覺得科學成果都是這麽亦步亦趨得出的。

那該怎麽辦呢？

首先，忘掉那些愚蠢的“科學方法論”吧，它宣揚的都是錯誤的科學思想。其次，有必要改寫我們現有的課本，特別是中學課本。科學方法並不是給這些高中生及以上水平的同學準備的。（一家之言，可能不對）

科學展覽會受什麽影響呢？我覺得是無所謂，沒有這個科學方法，科學展覽即使不會更好也不至受到影響。你如果看過類似的展覽，那裏有些很棒的項目，卻因試圖遵循這些條條框框而被埋沒了”。

忘掉這些死記硬背的科學條文，讓我們集中精力看看真正的自然科學是什麽。它有很多重要的原理，但一句話就可以說清楚：構建各種模型。進行科學研究就是尋找現實世界中的真理。我們寫出各種方程，發明各種概念術語，進行複雜的計算，這一切都是為我們生活的真實世界找到一個合理解釋，為了預測未來世界中可能出現的事情。這一切，都是科學。

如果非要畫個圖出來的話，大概就是這個樣子吧。（當然圖裏說的並不完全）

請注意，我從頭到尾都沒有出現“定義問題”這個說法。盡管解決問題這個做法很不錯，但這不是我們搞個學研究的目的。正如物理學家理查德·費恩曼的名言：

“物理學就像性愛：的確，它能帶來看得見摸得著的成果，但這並不是大家享受它的目的。”

——理查德·費恩曼

我們進行科學研究是出於人類天性，而不是為了問題而提問。我不確定是不是Chad Orzel首先提出的這個觀點，至少我是受他啟發——科學是構成人類自身的一部分。Chard Orzel 寫了一本書講了一件事，也許在未來會有定論——《如何像科學家一樣思考》。我覺得他會把本文的一些觀點寫進書裏。