科学方法：6个步骤及其特征（示例） - 科学 - 2025

的科学方法是在科学的分支使用通过观察，质疑，假设制剂，和实验来测试科学假设的过程。这是获取客观和可靠知识的合理途径。

因此，科学方法具有定义它的一系列特征：观察，实验以及提问和回答问题。但是，并非所有科学家都完全遵循这个过程。科学的某些分支比其他分支更容易测试。

科学方法的步骤：问题，调查，假设表述，实验，数据分析，结论。

例如，研究恒星随着年龄的增长如何变化或恐龙如何消化食物的科学家，就无法将恒星的寿命延长一百万年，也无法对恐龙进行研究和测试以检验其假设。

当不可能进行直接实验时，科学家会修改科学方法。尽管随着几乎每个科学研究的进行都会发生变化，但目标是相同的：通过提问，收集和检查数据以及查看所有可用信息是否可以组合成逻辑答案来发现因果关系。

另一方面，科学家常常会再次经历科学方法的各个阶段，因为新的信息，数据或结论可能有必要再次经历这些步骤。

例如，科学家可能假设“暴饮暴食会加速衰老”，进行实验并得出结论。然后，您可以从另一个假设开始，再次进行这些步骤，例如“吃太多糖会加速衰老”。

科学方法是什么？它有什么用？

科学方法是一种经验研究方法，可用来获取新知识和新信息。“经验”是指它基于现实，使用数据；它与“理论”相反。因此，科学家使用科学方法来了解现实，收集数据并进行实验。它可以分为六个步骤/阶段/阶段，适用于所有类型的研究：

-基于观察的问题。

-调查。

-假设的制定。

-实验。

-数据分析。

-拒绝或接受假设（结论）。

接下来，我将展示进行调查时所采取的基本步骤。为了使您更好地理解它，在本文的结尾，我将举一个示例说明这些步骤在生物学实验中的应用。在发现DNA结构中

科学方法的主要特征

-以观察为起点。

-提出问题和答案。为了提出假设，科学家以系统的方式提出问题和答案，试图建立现实方面的因果关系。

-需要验证，也就是说，结果需要由各种科学家验证。

-产生可辩驳的结论。如果结论不能得到证实，则无法应用科学方法。

-产生可重复的结果；科学家可以复制这些实验来尝试获得相同的结果。

-这是客观的；它基于实验和观察，而不是主观意见。

科学方法的步骤是什么？它们的组成及其特征

步骤1-根据观察结果提出问题

当科学家/研究人员询问有关他们观察到的东西或正在研究什么的问题时，科学方法便开始了：如何，什么，何时，谁，什么，为什么或在哪里？

观察和问题的例子：

-路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）在显微镜下观察到，法国南部的蚕具有被寄生虫感染的疾病。

-一位生物学家在显微镜下观察到，某些类型的细胞的存在改善了天花的症状。您可能会问，这些细胞是否能抵抗天花病毒？

-爱因斯坦（Albert Einstein）在发展狭义相对论时，问自己：当光线在太空中传播时，您能看到旁边的光线吗？

步骤2-调查

此步骤包括进行研究，收集信息以帮助回答问题。重要的是收集的信息是客观的并且来自可靠的来源。可以通过互联网数据库，图书馆，书籍，访谈，研究等对他们进行调查。

有几种类型的科学观察。最常见的是直接和间接的。

步骤3-假设公式

第三阶段是假设的表述。假设是可以用来预测未来观察结果的陈述。

假设的例子：

• 那些经常利用时间进行训练的足球运动员比错过了15％的训练课程的运动员得分更高。
• 在接受过高等教育的新父母中，有70％的分娩更为轻松。

一个有用的假设必须允许通过推理（包括演绎推理）进行预测。该假设可以预测实验室的实验结果或自然现象的观察。

如果通过观察或经验无法获得这些预测，则该假设尚无法检验，并将继续保持这种不科学的衡量标准。后来，一种新技术或新理论可以使必要的实验成为可能。

步骤4：实验

与人类的实验案例。

下一步是实验，当科学家进行所谓的科学实验时，将检验假设。

假设可以做出的预测可以通过实验进行检验。如果检验结果与预测相抵触，则对假设提出质疑并使其可持续性降低。

如果实验结果证实了这些假设的预测，则认为这些假设更为正确，但它们可能是错误的，并有待进一步实验。

为了避免实验中的观察误差，使用了实验控制技术。该技术使用不同条件下多个样本（或观察值）之间的对比度来查看变化或保持相同的内容。

例

为了检验“草的生长速度不取决于光量”这一假设，人们必须观察并从未暴露于光的草中获取数据。

这称为“对照组”。除了所研究的变量外，它们与其他实验组相同。

重要的是要记住，对照组只能与任何实验组区别一个变量。这样，您就可以知道是该变量导致更改与否。

例如，阴影下的外面的草无法与阳光下的草相提并论。一个城市的草与另一个城市的草也没有。除光照外，两组之间还有其他变量，例如土壤湿度和pH。

一个非常常见的对照组的另一个例子

找出药物在治疗所需药物方面是否有效的实验非常普遍。例如，如果您想了解阿司匹林的作用，可以在第一个实验中使用两组：

• 提供阿司匹林的实验组1。
• 对照组2，具有与组1相同的特征，未提供阿司匹林。

步骤5：资料分析

实验结束后，将获取数据，其形式可以是数字，是/否，存在/不存在或其他观察结果。

系统和仔细地收集测量值和数据是诸如炼金术之类的伪科学与诸如化学或生物学之类的科学之间的区别。可以在受控环境（例如实验室）中或在或多或少难以接近或不可操纵的物体（例如恒星或人类种群）上进行测量。

测量通常需要专门的科学仪器，例如温度计，显微镜，分光镜，粒子加速器，电压表…

此步骤涉及确定实验结果显示什么，并确定接下来要采取的措施。在多次重复实验的情况下，可能需要进行统计分析。

如果证据拒绝了假设，则需要新的假设。如果来自实验的数据支持该假设，但证据不够充分，则应使用其他实验来检验该假设的其他预测。

一旦假设得到了证据的有力支持，就可以提出一个新的研究问题，以提供有关同一主题的更多信息。

步骤6：结论。解释数据并接受或拒绝假设

对于许多实验，结论是在对数据进行非正式分析的基础上得出的。简单问一下，数据是否符合假设？它是接受或拒绝假设的一种方式。

但是，最好对数据进行统计分析，以建立“接受”或“拒绝”的程度。数学还可用于评估实验中测量误差和其他不确定性的影响。

如果假设被接受，则不能保证它是正确的假设。这仅表示实验结果支持该假设。可以重复实验并在下次获得不同的结果。假设也可以解释观察结果，但这是错误的解释。

如果该假设被拒绝，则可能是实验结束或可以再次进行。如果重复此过程，将有更多的观察结果和更多的数据。

其他步骤是：7-交流结果，以及8-通过复制研究结果（由其他科学家进行）检查结果

如果无法重复进行实验以产生相同的结果，则表明原始结果可能是错误的。结果，通常一次执行多次实验，尤其是在存在不受控制的变量或其他指示实验错误的情况下。

为了获得显着或令人惊讶的结果，其他科学家也可能尝试自己复制这些结果，特别是如果这些结果对自己的工作很重要。

发现DNA结构的科学方法的真实例子

DNA结构发现的历史是科学方法步骤的经典示例：在1950年，根据Gregor Mendel的研究，遗传继承具有数学描述，并且DNA包含遗传信息。

但是，遗传信息（即基因）在DNA中的存储机制尚不清楚。

重要的是要注意，尽管沃森和克里克获得了诺贝尔奖，但他们不仅参与了DNA结构的发现。当时的许多科学家贡献了知识，数据，思想和发现。

来自观察的问题

先前对DNA的研究已经确定了其化学成分（四个核苷酸），每个核苷酸的结构以及其他特性。

1944年，Avery-MacLeod-McCarty实验已将DNA鉴定为遗传信息的载体，但遗传信息在DNA中的存储机制尚不清楚。

因此，问题可能是：

调查中

包括Linus Pauling，Watson或Crick在内的有关人员进行了调查并搜寻了信息；在这种情况下，可能需要研究时间，书籍和与同事的对话。

假设

莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）提出DNA可能是三重螺旋。弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和詹姆斯·沃森（James D.Watson）也考虑了这一假设，但他们放弃了这一假设。

当沃森和克里克了解鲍林的假设时，他们从现有数据中了解到这是错误的，鲍林很快就会承认他在该结构上的困难。因此，发现DNA结构的竞赛就是发现正确的结构。

假设会做出什么预测？如果DNA具有螺旋结构，则其X射线衍射图将是X形的。

因此，可以用X射线结果/数据检验DNA具有双螺旋结构的假设，特别是用1953年Rosalind Franklin，James Watson和Francis Crick提供的X射线衍射数据进行检验。

实验

罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）使纯净的DNA结晶并进行X射线衍射，产生照片51。结果显示为X形。

在《自然》杂志上发表的五篇论文中证明了支持沃森和克里克模型的实验证据。

其中，富兰克林（Franklin）和雷蒙德·高斯林（Raymond Gosling）的论文是第一本使用X射线衍射数据支持沃森和克里克模型的出版物。

分析与结论

当沃森看到详细的衍射图时，他立即将其识别为螺旋线。

他和克里克使用此信息以及先前已知的有关DNA组成和分子相互作用（例如氢键）的信息，建立了他们的模型。

历史

因为很难准确地定义何时开始使用科学方法，所以很难回答谁创造了科学方法。

该方法及其步骤随着时间的推移而发展，使用该方法的科学家做出了自己的贡献，一点一点地发展和完善。

亚里斯多德和希腊人

亚里士多德（Aristotle）是历史上最有影响力的哲学家之一，是经验科学的奠基人，即经验，实验以及直接和间接观察检验假设的过程。

希腊人是开始观察和测量以了解和研究世界现象的第一个西方文明，但是没有任何结构可以称其为科学方法。

穆斯林与伊斯兰的黄金时代

实际上，现代科学方法的发展始于10至14世纪伊斯兰黄金时代的穆斯林学者。后来，启蒙运动的哲学科学家继续完善它。

在所有贡献的学者中，主要的贡献者是Alhacen（阿布·阿里·阿桑·伊本·伊本·阿桑·伊本·哈伊阿姆），一些历史学家认为它是“科学方法的建筑师”。他的方法分为以下几个阶段，您可以看到它与本文中介绍的方法相似：

-观察自然界。

-建立/定义问题。

-提出假设。

-通过实验检验假设。

-评估和分析结果。

-解释数据并得出结论。

-发布结果。

再生

哲学家罗杰·培根（Roger Bacon，1214-1284年）被认为是第一个将归纳推理作为科学方法的一部分应用的人。

在文艺复兴时期，弗朗西斯·培根通过因果关系发展了归纳法，笛卡尔提出了演绎是学习和理解的唯一途径。

牛顿与现代科学

艾萨克·牛顿（Isaac Newton）可以被视为科学家，他最终完善了这一过程，直到今天人们才知道。他提出并付诸实践的事实是，科学方法既需要演绎法又需要归纳法。

牛顿之后，还有其他伟大的科学家，包括阿尔伯特·爱因斯坦，为该方法的发展做出了贡献。

重要性

科学方法很重要，因为它是获取知识的可靠方法。它基于对数据，实验和观察的主张，理论和知识。

因此，对于社会的技术，整个科学，整个健康以及整个社会的发展，产生理论知识和实际应用至关重要。

例如，这种科学方法与基于信仰的方法相反。有了信仰，某些东西就被传统，著作或信念所相信，而没有基于可以反驳的证据，也不能进行否认或接受该信念的实验或观察。

借助科学，研究人员可以执行此方法的步骤，得出结论，提供数据，其他研究人员可以复制该实验或观察结果以进行验证。

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