“科学方法”到底有什么问题？Rhett Allain

“科学方法”到底有什么问题？

提出问题--进行研究--提出假设--实验验证--数据分析--得出结论，这是我们所谓的“科学方法”的标准流程，但它为什么非得是这样呢？

 

随手翻开中学课本，或是注意观察一下科学教室的陈设。都少不了这个流程图，这几句话打着“科学方法”旗号，变成了真理一般的“科学十诫”。其实它们完全是一派胡言，这就是我写本文的目的。

什么是“科学方法”？

所谓科学方法，有很多种不同的叫法。有些和上图里写的一样，有的可能会多出那么一两个步骤。不过它们本质上都一样，如下文所示：

1、提出问题。

如果头脑中没有一个问题的话，你怎么进行科学研究呢？比方说：哪个牌子的电池最耐用？

2、展开研究。

要是你不知道该主题下前人已经做出来的成果，你是没法搞科研的。要不怎么说“站在巨人的肩膀上”呢？

3、做出假设。

所谓假设，就是读过书的家伙想象出来的东西。打个比方：我认为金霸王电池最耐用。

4、进行试验。

不搞点数据也好意思叫科研项目？打个比方：找来各种牌子的电池放手电筒里点亮，看谁坚持的时间长。

5、分析数据。

既然有数据了，总得想个法子把它们派上用场，只有数字的话可不叫科学。比方说：基于不同电池环境下灯泡持续发光的平均时长。当然，如果需要的话，你随时可以回去再做一遍实验。就像你把最后一只小红鸟发射出去之后，却没有消灭掉所有绿小猪。你决定重来。

6、得出结论。

结论部分，我建议你这么开头：实践证明，我先前提出的假设完全正确。比如说：在金霸王牌的电池环境下，灯泡发光的平均时长最长。它们是最好的。

当然，你可以说我这么干是不是有点小题大做了。但我觉得如果真的着手做一个有关电池研究科研工作（像是我之前搞的那个），这将是一个不错的项目。问题是这些所谓的科学方法并没有完全涵盖有关科学的所有内容。简而言之，不遵循这些方法一样也能搞科研。

让我们简要回顾几项并没有按照上述科学方法做出来的著名科学成果。

1. 1928年，亚历山大·弗雷明忘了给一个细菌的培养皿盖上盖子，这份样本被一种霉菌感染，而盘尼西林就在其中。这个例子中，没有预设的问题，完全是一场意外。
2. 阿尔伯特·迈克尔逊和爱德华·莫雷精心设计了一个实验，用以测定地球在“以太”（当时人们认为光线需要在介质中传播）中的运动。这个实验的目的是测量地球向不同方向运动时的光速变化。可惜，实验结论表明，无论地球的运动方向如何，光速都没有丝毫变化。如果他们要写论文的话，结论部分得这么开头：“事实证明，我们先前的假设完全错误。”但是，在他们完成这个实验后，狭义相对论出现了。
3. β-衰变是当原子生成出电子或正电子时的一种典型放射性过程。然而问题是电子具有不同的能级，理论上它们不应该从同一个过程出现——因为能量也是需要考虑的要素之一。这个问题最终导致了中微子的发现。
4. 再来看天文学里的“实验”。这门科学里大多数有意思的东西都是先通过观测发现有这么一个东西，然后才去建立模型来描述观测结果。也就是说，问题排在第二。这不难理解，你怎么可能去设计一场恒星诞生的实验呢？按“方法”来的话，我猜你需要找来一些氢原子然后让它们自行演化……对不？那可有的等了。

我举这些例子想说的是，很多科学成果并不没有严格按照上述放之四海而皆准的科学方法来的。

那这些“科学方法”是哪来的呢？

既然并不是所有科学成果都是按照所谓的科学方法来的，那么为什么它们写在课本里呢？这段有关科学方法的摘要写的很好。

“自然科学的最重要的部分：即消除神话。”

——麦克科马斯，威廉·F 《科学教育中的自然科学》，施普林格科学，2002,53-70

在这篇文章中，威廉和麦克科马斯指出，科学方法论出自1945年凯斯拉撰写的一篇论文——《基于科学方法进行研究》-《科学教育》,(29),212-216。在这篇论文中，凯斯拉以列表的形式总结出科学家所做的一些工作。之后，有人把这些工作按照一定的逻辑顺序编排了一下写进了课本。再之后，这事就闹大了，“科学方法”从此诞生。一般来说，收录到课本里的东西，都是些被人们广为认可的真理。但这次，课本难则其咎。

威廉还提到，目前科学研究的结论往往都是按照科学方法的形式和结构呈现出来（就算它有可能不是按照这些步骤做出来的）。这么搞的结果就是让大家都觉得科学成果都是这么亦步亦趋得出的。

那该怎么办呢？

首先，忘掉那些愚蠢的“科学方法论”吧，它宣扬的都是错误的科学思想。其次，有必要改写我们现有的课本，特别是中学课本。科学方法并不是给这些高中生及以上水平的同学准备的。（一家之言，可能不对）

科学展览会受什么影响呢？我觉得是无所谓，没有这个科学方法，科学展览即使不会更好也不至受到影响。你如果看过类似的展览，那里有些很棒的项目，却因试图遵循这些条条框框而被埋没了”。

忘掉这些死记硬背的科学条文，让我们集中精力看看真正的自然科学是什么。它有很多重要的原理，但一句话就可以说清楚：构建各种模型。进行科学研究就是寻找现实世界中的真理。我们写出各种方程，发明各种概念术语，进行复杂的计算，这一切都是为我们生活的真实世界找到一个合理解释，为了预测未来世界中可能出现的事情。这一切，都是科学。

如果非要画个图出来的话，大概就是这个样子吧。（当然图里说的并不完全）

请注意，我从头到尾都没有出现“定义问题”这个说法。尽管解决问题这个做法很不错，但这不是我们搞个学研究的目的。正如物理学家理查德·费恩曼的名言：

“物理学就像性爱：的确，它能带来看得见摸得着的成果，但这并不是大家享受它的目的。”

——理查德·费恩曼

我们进行科学研究是出于人类天性，而不是为了问题而提问。我不确定是不是Chad Orzel首先提出的这个观点，至少我是受他启发——科学是构成人类自身的一部分。Chard Orzel 写了一本书讲了一件事，也许在未来会有定论——《如何像科学家一样思考》。我觉得他会把本文的一些观点写进书里。