【正文】 在處于自然常態(tài)條件下進(jìn)行或通過實(shí)驗(yàn)觀察。對(duì)事物進(jìn)行觀察時(shí)必須周詳，并將它們記錄下來。而尤為重要的是要保持客觀的態(tài)度。人們常希望看到人想要看或應(yīng)該看到的現(xiàn)象，因此而影響觀察結(jié)果，產(chǎn)生偏差。 2． 提出問題 人們對(duì)事物作縝密觀察以后，常常由于好奇心或想作進(jìn)一步的了解而提出問題，雖然任何人都能提出問題，但只有有意義的問題才值得探討，因此，進(jìn)行研究時(shí)，不僅要提出問題，而且要提出確切的問題。此外，對(duì)問題的敘述，也要清楚而正確，例如 “ 豌豆為什么子一代只出現(xiàn)顯性性狀，子二代卻出現(xiàn)性狀分離？分離比為什么都接近 3∶ 1呢？ ” 3． 假說 科學(xué)方法的第三步是假說。假說，也稱假設(shè)或猜測，指用來說明某種現(xiàn)象但未經(jīng)證實(shí)論題，也就是對(duì)所提的問題所作出的參考答案。假說一般為兩步驟：第一步，提出假說，即依據(jù)發(fā)現(xiàn)的事實(shí)材料或已知的科學(xué)原理，通過創(chuàng)造性思維，提出初步假定；第二步，作出預(yù)期 (推斷 )，即依據(jù)提出的假說，進(jìn)行推理，得出假定性的結(jié)論；例如，孟德爾一對(duì)相對(duì)性狀的實(shí)驗(yàn)，其假說是：控制性狀的基因都是成對(duì)存在的；在雜合子形成配子時(shí)彼此分離，分別進(jìn)入不同的配子；其預(yù)期結(jié)果是： “ F1與隱性親本相交后代高莖與矮莖的比例 1∶ 1” 。實(shí)驗(yàn)預(yù)期是較具體的推斷。 一個(gè)問題常有多個(gè)可能的答案，但通常只有一個(gè)是正確的。因此，假設(shè)是對(duì)還是錯(cuò)，還需要加以驗(yàn)證，即依據(jù)假設(shè)或預(yù)期，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 4． 實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證假說和解決問題的最終途徑，指在人為控制的條件下研究事物的變化的一種方法。這是科學(xué)方法的最大特色，也是科學(xué)方法中最困難的一步。如何求證假設(shè)可充分展現(xiàn)研究者的才華。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，要掌握或貫徹以下幾點(diǎn)： (1)變量 變量，或稱因子，是指實(shí)驗(yàn)過程中所被操作的特定因素或條件，按性質(zhì)不同，通常可分為兩類： ① 自變量與因變量 自變量，也稱為實(shí)驗(yàn)變量，指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操縱的因素或條件。因變量，亦稱反應(yīng)變量，指實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化和結(jié)果。通常，自變量是原因，因變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如，在 “ 溫度對(duì)酶活性 ” 的實(shí)驗(yàn)中，所給定的低溫 (冰塊 )、適溫 (37 ℃ )、高溫 (沸水浴 )就是實(shí)驗(yàn)變量。而由于低溫、適溫、高溫條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是反應(yīng)變量，該實(shí)驗(yàn)即在于獲得和解釋溫度變化 (自變量 )與酶的活性 (因變量 )的因果關(guān)系。 ② 無關(guān)變量與額外變量 無關(guān)變量，也稱控制變量，指實(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量以外的影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件。額外變量，也稱干擾變量，指實(shí)驗(yàn)中由于無關(guān)變量所引起的變化和結(jié)果。顯然，額外變量會(huì)對(duì)反應(yīng)變量有干擾作用，例如，上述實(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量 (低溫、適溫、高溫 )以外，試管潔凈程度、唾液新鮮程度、可溶性淀粉濃度和純度、試劑溶液的劑量、濃度和純度、實(shí)驗(yàn)操作程度、溫度處理的時(shí)間長短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對(duì)低溫、適溫、高溫 3組實(shí)驗(yàn)是等同、均衡、穩(wěn)定的；如果無關(guān)變量中的任何一個(gè)或幾個(gè)因素或條件，對(duì) 3個(gè)實(shí)驗(yàn)組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會(huì)在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之一在于控制無關(guān)變量或減少額外變量，以減少誤差。 (2)單一變量原則 單一變量原則是處理實(shí)驗(yàn)中的復(fù)雜關(guān)系的準(zhǔn)則之一。它有兩層意思：一是確保 “ 單一變量 ” 的實(shí)驗(yàn)觀測，即不論一個(gè)實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)變量，都應(yīng)做到一個(gè)實(shí)驗(yàn)變量對(duì)應(yīng)觀測一個(gè)反應(yīng)變量；二是確保 “ 單一變量 ” 的操作規(guī)范，即實(shí)驗(yàn)操作中要盡可能避免無關(guān)變量及額外變量的干擾。例如，上述實(shí)驗(yàn)遵循單一變量原則，第一，在觀測上要做到：低溫處理觀測記錄低溫下的變化和結(jié)果，高溫處理觀測記錄高溫下的變化和結(jié)果，反應(yīng)變量不能混淆；第二，在操作上要做到：對(duì) 3個(gè)實(shí)驗(yàn)要在預(yù)先的低溫、適溫、高溫條件下做實(shí)驗(yàn)處理，常見的錯(cuò)誤是先在常溫下做處理再放到低溫、適溫、高溫條件中進(jìn)行觀測；這樣就混入了 “ 常溫 ” 這個(gè)無關(guān)變量及額外變量?？傊?，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的全過程，都應(yīng)遵循單一變量原則。 (3)控制與平衡控制 ——保證實(shí)驗(yàn)不受干擾或?qū)⒏蓴_因素降低到最低程度 控制，是處理實(shí)驗(yàn)中變量關(guān)系的又一準(zhǔn)則，指實(shí)驗(yàn)要嚴(yán)格地操縱實(shí)驗(yàn)變量，以獲取反應(yīng)變量。與此同時(shí)，還要嚴(yán)格地均衡無關(guān)變量，以消除額外變量的干擾。一句話，通過實(shí)驗(yàn)控制，盡量消除實(shí)驗(yàn)誤差，以取得較為精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 如果說 “ 單一變量 ” 原則，主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)變量與反應(yīng)變量的控制而言，而這里的 “ 平衡控制 ” ，則主要是對(duì)無關(guān)變量與額外變量的控制而說的，意思是說，實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量的因素條件，很難避免，只能設(shè)法平衡和抵消它們的影響，常用的方法有： ① 單組實(shí)驗(yàn)法 對(duì)一組 (或一個(gè) )對(duì)象，既用 A法，又用 B法，順序隨機(jī)或輪流循環(huán)，這是生物實(shí)驗(yàn)常用的實(shí)驗(yàn)方法。例如， “ 觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原 ” 實(shí)驗(yàn)，通常是將做好的洋蔥紫色鱗片葉表皮細(xì)胞裝片，先用蔗糖溶液做質(zhì)壁分離觀察，接著又用清水做質(zhì)壁分離復(fù)原觀察，這就是單組實(shí)驗(yàn)法。由于對(duì)象同一個(gè)，無關(guān)變量影響也就被平衡和抵消了。 ② 等組實(shí)驗(yàn)法 將狀況相等的對(duì)象分成兩組或多組，一組用 A法，另一組用 B法，這也是生物實(shí)驗(yàn)常用的實(shí)驗(yàn)方法。例如， “ 植物激素與向性 ” 設(shè)計(jì)了 5組實(shí)驗(yàn)，其對(duì)象是玉米幼苗，要求品種、萌發(fā)期、粗細(xì)、大小、長勢等狀況都是相同的，這就是等組實(shí)驗(yàn)法，無關(guān)變量的影響起到了平衡和消除作用。 ③ 輪組實(shí)驗(yàn)法 對(duì)兩組或兩組以上的對(duì)象，循環(huán)進(jìn)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)處理，如甲組 ——A法、 B法；乙組 ——B法、 A法等，這樣能有效的平衡和抵消無關(guān)變量的影響。自然，操作起來要麻煩一些。例如， “ 植物向光性 ” 實(shí)驗(yàn)，可隨機(jī)取 2株 (組 )生長狀況并不相等的玉米幼苗，作如下實(shí)驗(yàn)處理； 甲組：玉米幼苗 ——A選用 “ 不透光 ” 處理 B選用 “ 單側(cè)光 ” 處理： 乙組：玉米幼苗 ——C選用 “ 單側(cè)光 ” 處理 D選用 “ 不透光 ” 處理 實(shí)驗(yàn)結(jié)果，則是 A＋ D(“ 不透光 ” )B＋ C(“ 單側(cè)光 ” )的比較，這就是輪組實(shí)驗(yàn)法。這種實(shí)驗(yàn)處理的匹配，對(duì)平衡、消除無關(guān)變量和額外變量更有說服力。 (4)對(duì)照 對(duì)照是實(shí)驗(yàn)控制的手段之一，目的還是在于消除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)對(duì)照原則是設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)則之一。通過設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)照對(duì)比，既可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說服力。 通常，一個(gè)實(shí)驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組，是接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組；對(duì)照組，也稱控制組，對(duì)實(shí)驗(yàn)假設(shè)而言，是不接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組，至于哪個(gè)作為實(shí)驗(yàn)組，哪個(gè)作為對(duì)照組，一般是隨機(jī)決定的，這樣，從理論上說，由于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組兩者之差異，則可認(rèn)定為是來自實(shí)驗(yàn)變量的效果，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可信的。按對(duì)照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有以下對(duì)照類型： ① 空白對(duì)照 指不做任何實(shí)驗(yàn)處理的對(duì)象組。例如，在 “ 生物組織中可溶性還原糖的鑒定 ” 的實(shí)驗(yàn)中，向甲試管溶液加入試劑，而乙試管溶液不加試劑，一起進(jìn)行沸水浴，比較它們的變化。這樣，甲為實(shí)驗(yàn)組，乙為對(duì)照組，且乙為典型的空白對(duì)照。空白對(duì)照