Scientific Method
Scientific method 是各種自然科學的根本，用 5 + 1 個步驟來解決問題。
- Observation
- Question
- Build testable explanation (Hypothesis)
- Predict
- Test
- Iterate
生活中的任何事，都可以使用 Scientific method 來解決，我們以 吐司機壞掉 為例子:
| Step | Name |
|---|---|
| Observation | 吐司機壞掉了! |
| Question | 為什麼吐司機壞掉了 ? |
| Hypothesis | 可能是插座壞掉了 ! (可以測試) |
| Predict | 如果插座真的壞掉了，那我插上另一個插座，吐司機應該就可以用了 ! |
| Test | 測試剛剛的猜測，如果真的可以使用了，代表我的 Hypothesis 是對的。如果還是不能使用，代表 Hypothesis 是錯的 |
| Iterate | 我們可以用我們得到的情報與知識，繼續下一輪的分析與解決。如果 test 成功，那原本的插座到底發生了甚麼事情 ? 如果 test 失敗，那吐司機究竟是哪裡壞掉了呢 ? |
通常，科學方法是一個循環，而不是直線，前一輪的結果將會成為下一輪的很好的反饋。
Controlled experiments
我們可以使用受控實驗來確認假設是否正確。簡單來說，就是設置兩個假設的環境，然後只對其中一個進行改變，再來對照結果的差異。以下，我們以兩盆種子，一盆澆水，一盆不澆水，來看有沒有發芽為例子來解釋名詞。
Control and experimental groups
在 controlled experiment 中，會將組別分為 Control Group 以及 Experimental Group。
- Experimental Group 是得到
Treatment的組別，在例子中就是有澆水的種子。 - Control Group 是沒有得到
Treatment的組別，在例子中就是沒有澆水的種子。
Independent and dependent variables
- Independent variables 指的就是控制整個實驗的變因，在例子中就是澆水或不澆水。
- dependent variable 指的是因為 Independent variables 改變而跟著改變的東西，在例子中就是種子是否發芽。
Variability and repetition
在實驗中，會有突發的事情出現，例如：種子本身不會發芽，即使澆再多水也無法成功。為了避免此情況的發生，生物實驗需要有較大的樣本量，並重複執行相同的實驗，以提高結果的準確性。生物學家和其他科學家通常使用統計檢定來判斷隨機變異是否出現。
Non-experimental hypothesis tests
有些實驗基於倫理與可行性，不能用實驗來驗證。例如，要測驗病毒的強度，總不可以把病毒灌到一個完全健康的人的身體裡。因此，科學家會使用非實驗性的假設檢驗。簡單來說，就是預測自然界中的觀察或模式，以檢查自己的假設是否正確。同時，收集大量數據以驗證是否符合模式，最終確定結果。
Example
CO2 和 coral bleaching 是一個非常好的案例，科學家為了找出珊瑚礁白化的原因使用了 controlled experiments。
- 科學家提出了白化的可能假設: 是否是海水變酸所造成影響 ?
- 科學家設置了三組珊瑚礁來進行實驗:
- 第一組的水使用一般海水 (pH around 8.2) 為 control group
- 第二組的水為中度酸性 (pH around 7.9) 為第一個 experimental group
- 第三組的水為高度酸性 (pH around 7.65) 為第二個 experimental group
此時的 independent variable 為水的酸性， dependent variable 為珊瑚白化的程度。
科學家使用了大型的樣本對珊瑚白化的影響進行實驗，發現第一組的白化為 10%，第二組為 20%，第三組為 40%，可以確定水的酸性對珊瑚白化有影響。此外，control group 也證明了一般海水也會導致約 10% 的珊瑚白化，而酸性更強的水會導致更嚴重的珊瑚白化。科學家也發現，珊瑚白化可能也與海水溫度有關。因此，科學家使用了非實驗假設檢驗，利用電腦程式模擬珊瑚因水溫升高而白化的結果，並且根據現況做出未來的預測，成功預測出 1998 年發生的大量珊瑚白化 Great Barrier Reef，因此可以得出結論：水溫的升高對整個地球珊瑚的白化有嚴重的影響。