如果有人問你“什么是科學(xué)?”你可能會(huì)說這是一堆事實(shí)和解釋。但這只是故事的一部分?？茖W(xué)是一個(gè)知識(shí)庫。但是科學(xué)也是了解世界的一種方式。

學(xué)姐發(fā)現(xiàn)科學(xué)原理這門課程中的知識(shí)很有意思，大家在學(xué)習(xí)pGA國際課程的時(shí)候，可以很輕松愉快的進(jìn)行科學(xué)原理學(xué)科的專業(yè)性學(xué)習(xí)，同時(shí)從容面對(duì)作業(yè)與考核。

接下來在本篇為文章中，學(xué)姐給同學(xué)們簡單的講一下科學(xué)原理中所涉及的基本知識(shí)要領(lǐng)，課程中的學(xué)習(xí)比學(xué)姐講述的更具有專業(yè)性，所以學(xué)姐本文中概述的都是基本知識(shí)點(diǎn)，同學(xué)們?nèi)绻信d趣，可以和留求藝?yán)蠋熯M(jìn)行深入溝通，并查缺補(bǔ)漏。

科學(xué)不同于其他類型的信息，因?yàn)榭茖W(xué)家遵循嚴(yán)格的方法來了解世界。一個(gè)科學(xué)思想必須是可檢驗(yàn)和可證偽的。沒有觀察和數(shù)據(jù)支持的想法被修正或拋棄。科學(xué)和其他理解世界的方式之間的區(qū)別很重要，因?yàn)榭茖W(xué)信息的獲取比觀點(diǎn)、直覺或信仰產(chǎn)生的想法更加嚴(yán)謹(jǐn)。科學(xué)家用科學(xué)的方法來回答關(guān)于自然界的問題。科學(xué)方法不是線性的，而是采取這種基本結(jié)構(gòu):問一個(gè)問題，做背景研究，提出一個(gè)假設(shè)，使用來自觀察和實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)假設(shè)，如果成立，繼續(xù)檢驗(yàn)假設(shè)，或者如果不成立，找到一個(gè)新的假設(shè)，最終創(chuàng)建一個(gè)理論。理論是對(duì)一組復(fù)雜現(xiàn)象的解釋，實(shí)際上符合所有可用的數(shù)據(jù)。進(jìn)化論、板塊構(gòu)造學(xué)和氣候變化理論對(duì)理解地球科學(xué)至關(guān)重要。

科學(xué)方法的過程

整個(gè)過程包括制作推測(假設(shè))，從它們導(dǎo)出預(yù)測作為邏輯結(jié)果，然后基于這些預(yù)測進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以確定原始的推測是正確的。然而，公式化的方法陳述存在困難。雖然科學(xué)方法經(jīng)常被描述為一系列固定的步驟，但這些行動(dòng)更適合被認(rèn)為是一般原則。并不是所有的步驟都發(fā)生在每一次科學(xué)探究中(也不是以同樣的程度)，它們也不總是以同樣的順序進(jìn)行。正如科學(xué)家和哲學(xué)家所指出的威廉·惠威爾(1794-1866)，“發(fā)明、睿智和天才”每一步都需要。

問題的表述

這個(gè)問題可以參考具體的解釋觀察，如“為什么天空是藍(lán)色的?”但也可以是開放式的，如“我怎么能設(shè)計(jì)藥物治愈這種特殊的疾病?“這個(gè)階段經(jīng)常涉及從以前的實(shí)驗(yàn)、個(gè)人科學(xué)觀察或斷言以及其他科學(xué)家的工作中尋找和評(píng)估證據(jù)。如果答案已經(jīng)知道，就可以提出一個(gè)基于證據(jù)的不同問題。當(dāng)應(yīng)用科學(xué)方法進(jìn)行研究時(shí)，確定一個(gè)好的問題可能非常困難，并且會(huì)影響調(diào)查的結(jié)果。

假設(shè)

A假設(shè)是一個(gè)推測基于提出問題時(shí)獲得的知識(shí)，通常與統(tǒng)計(jì)假設(shè)相關(guān)的術(shù)語有虛假設(shè)和另一假設(shè)。零假設(shè)是統(tǒng)計(jì)假設(shè)為假的猜想;例如，新藥不起作用，任何治療都是由以下原因引起的機(jī)會(huì)。研究人員通常想證明零假設(shè)是錯(cuò)誤的。另一種假設(shè)是期望的結(jié)果，即藥物的作用優(yōu)于偶然性。最后一點(diǎn):科學(xué)假設(shè)必須是可偽造的，意思是一個(gè)人可以識(shí)別一個(gè)實(shí)驗(yàn)的可能結(jié)果，該結(jié)果與從假設(shè)推導(dǎo)出的預(yù)測相沖突;否則，就無法進(jìn)行有意義的測試。

預(yù)報(bào)

這一步包括確定假設(shè)的邏輯結(jié)果。然后選擇一個(gè)或多個(gè)預(yù)測進(jìn)行進(jìn)一步測試。一個(gè)預(yù)測越不可能僅僅因?yàn)榍珊隙_，那么如果這個(gè)預(yù)測實(shí)現(xiàn)了，它就越有說服力;如果預(yù)測的答案還不為人所知，那么證據(jù)也會(huì)更加有力，這是由于事后偏見(另見后置詞).理想情況下，預(yù)測還必須區(qū)分假設(shè)和可能的替代方案;如果兩個(gè)假設(shè)做出了相同的預(yù)測，觀察預(yù)測是否正確并不能證明其中任何一個(gè)是正確的。(這些關(guān)于證據(jù)相對(duì)強(qiáng)度的陳述可以用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出來貝葉斯定理).

測試

這是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界是否如假設(shè)所預(yù)測的那樣運(yùn)行的調(diào)查?？茖W(xué)家(和其他人)通過進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)假設(shè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的目的是確定觀察與從假設(shè)中得出的預(yù)測一致或沖突。如果他們同意，對(duì)假設(shè)的信心就會(huì)增加;否則，它會(huì)減少。協(xié)議不能保證假設(shè)是真實(shí)的;未來的實(shí)驗(yàn)可能會(huì)揭示問題。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少可能的誤差，測試人員可能會(huì)無意中向測試對(duì)象透露哪些樣本是所需的測試藥物，實(shí)驗(yàn)失敗并不一定意味著假設(shè)是錯(cuò)誤的。實(shí)驗(yàn)總是依賴于幾個(gè)假設(shè)，例如，測試設(shè)備工作正常，故障可能是輔助假設(shè)之一的故障。(參見迪昂-奎因論文。)實(shí)驗(yàn)可以在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室、廚房的桌子上、歐洲核子研究中心進(jìn)行大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，在海底，在火星上(使用一個(gè)工作巡游者)，等等。天文學(xué)家做實(shí)驗(yàn)，尋找遙遠(yuǎn)恒星周圍的行星。

分析

這包括確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示什么，并決定下一步要采取的行動(dòng)。假設(shè)的預(yù)測與零假設(shè)的預(yù)測進(jìn)行比較。如果證據(jù)已經(jīng)證偽了假設(shè)，就需要一個(gè)新的假設(shè);如果實(shí)驗(yàn)支持假設(shè)，但證據(jù)不足以證明高可信度，則必須檢驗(yàn)假設(shè)的其他預(yù)測。一旦一個(gè)假設(shè)得到證據(jù)的有力支持，就可以提出一個(gè)新的問題來提供對(duì)同一主題的進(jìn)一步見解。來自其他科學(xué)家的證據(jù)和經(jīng)驗(yàn)經(jīng)常在過程的任何階段被結(jié)合。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，可能需要多次迭代來收集足夠的證據(jù)來自信地回答一個(gè)問題，或者為高度具體的問題建立許多答案來回答一個(gè)更廣泛的問題。

脫氧核糖核酸例子

基本的科學(xué)方法的要素下面的例子說明了結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)脫氧核糖核酸：

問題:以前對(duì)脫氧核糖核酸的研究已經(jīng)確定了它的化學(xué)成分(四種核苷酸)，每個(gè)單個(gè)核苷酸的結(jié)構(gòu)，以及其他特性。脫氧核糖核酸的x光衍射圖弗洛倫斯·貝爾在她的博士論文(1939)中均與《照片51》相似(雖然不如)，但這一研究因二戰(zhàn)事件而中斷。脫氧核糖核酸被認(rèn)為是遺傳信息的載體埃弗里-麥克勞德-麥卡蒂實(shí)驗(yàn)在1944年，但是遺傳信息是如何儲(chǔ)存在DNA中的機(jī)制尚不清楚。

假設(shè)：萊納斯·鮑林,弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森假設(shè)DNA具有螺旋結(jié)構(gòu)。

預(yù)報(bào):如果脫氧核糖核酸有螺旋結(jié)構(gòu)，它的x光衍射圖將是X形的。這個(gè)預(yù)測是用螺旋變換的數(shù)學(xué)方法確定的，該方法是由科克倫、克里克和Vand推導(dǎo)出來的(并且獨(dú)立于斯托克斯)。這個(gè)預(yù)測是一個(gè)數(shù)學(xué)構(gòu)造，完全獨(dú)立于手頭的生物學(xué)問題。

實(shí)驗(yàn)：羅莎琳德·富蘭克林用純脫氧核糖核酸來表演x射線衍射生產(chǎn)照片51。結(jié)果呈X形。

分析:當(dāng)沃森看到詳細(xì)的衍射圖案時(shí)，他立即認(rèn)出它是一個(gè)螺旋。然后，他和克里克利用這些信息以及以前已知的關(guān)于脫氧核糖核酸組成的信息，特別是加格拉夫的堿基配對(duì)規(guī)則，制作了他們的模型。

這一發(fā)現(xiàn)成為許多涉及遺傳物質(zhì)的進(jìn)一步研究的起點(diǎn)，例如分子遺傳學(xué)，并被授予諾貝爾獎(jiǎng)1962年。本文后面將更詳細(xì)地討論這個(gè)例子的每一步。

不知不覺發(fā)現(xiàn)已經(jīng)講了這么多了，學(xué)姐總結(jié)的這些東西都比較概念化，并沒有太多專業(yè)核心行的知識(shí)包含在內(nèi)，如果有需要，同學(xué)們可以找美國留學(xué)生輔導(dǎo)老師進(jìn)行更加細(xì)致化的研究，直接講心中的疑問和課程學(xué)習(xí)中遇到的問題解決。