Scientific Method
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:
Observation
吐司機壞掉了!
Question
為什麼吐司機壞掉了 ?
Build testable explanation (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 (the prediction)
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 Scientific method 是一個 cycle 而非 straight line，前一輪的 result 將會成為下一輪很好的 feedback。
Controlled experiments
我們可以使用 Controlled experiments 來確認 Hypothesis 是否正確。
簡單來說，就是設置兩個 hypothesis 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，像是種子如果本身就不會發芽，那澆再多水都不會成功。
為了避免這種情況發生，biology experiments 需要有大的 Sample Size，並且要重複執行相同實驗，讓結果更為精準。
Biologist 和其他的 scientists 通常使用 statistical tests 來判斷 random variation 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。
這時候科學家就會使用 non-experimental 的 hypothesis test。
簡單來說，就是 predict 自然界中的 observations 或 patterns，來看看自己的 hypothesis 是否正確。
再同時收集大量數據，驗證是否符合 pattern，最終確定結果。
Example
CO2 and 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。
同時，科學家用了非常大的 Sample Size 進行實驗，並且重複了相同的實驗不斷進行。
實驗結果，第一組的白化為 10%，第二組為 20%，第三組為 40%，可以很確定水的酸性影響了珊瑚白化。
並且，要感謝 control group 讓我們知道一般的海水也會造成 10% 左右的珊瑚白化，而酸性更強的水得到了更嚴重的白化。
科學家同時又發現，珊瑚白化可能也會因海水溫度上升而發生。
科學家雖然能用小型實驗控制水溫來實驗，但科學家更想知道水溫的改變是否會影響整個地球所有不同種類的珊瑚。
於是科學家使用了 Non-experimental hypothesis tests !
利用 computer program 來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。
結果預測成功，甚至還預測到 1998 年發生的大量珊瑚白化 Great Barrier Reef。
因此可以結論，水溫的升高的確嚴重的影響到整個地球珊瑚的白化。
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