准备好像科学家一样测试你的想法吗？
为什么糖放进热奶茶里几秒就不见了，放进冰柠檬茶里却沉在杯底？科学家经常问这类问题，然后小心地测试自己的想法。
在这一课，你会学习如何拟定假设、识别变量、设计对照实验、判断结果是支持还是反驳假设，以及检查结论有多可靠。这些技能在每个科学课题都用得着！
1. 什么是假设？
假设是用以描述、预测或解释自然现象的陈述。最重要的是，它可以通过科学探究进行测试。
假设不是胡乱猜测，而是根据你的观察或已有知识而提出的有根据的想法。
假设的三种作用
描述 –“糖在热水中比在冷水中溶解得较快。”
预测 –“如果我用 80 °C 而不是 20 °C 的水，糖会用较短时间溶解。”
解释 –“糖在热水中溶解得较快，因为水的粒子运动得较快，能较快把糖粒子从晶体上分开。”
怎样才是好的假设？
1. 可以测试 – 你可以做实验或收集观察结果去验证它。“蓝色是最好看的颜色”是个人意见，所以无法测试。
2. 清晰具体 – 说明会改变什么、会测量什么。
3. 结果有可能显示它是错的 – 如果没有任何结果可以与它不符，这个假设就没有用处。
记忆小贴士：用“如果……那么……因为……”的句式。
由观察到假设
观察：在茶餐厅，糖放进热奶茶搅拌后很快就溶解了，但放进冰柠檬茶的糖却常常留在杯底。这就是冷饮通常配上糖浆的原因之一。
问题：水的温度会影响糖溶解的快慢吗？
假设：如果水的温度越高，那么糖溶解所需的时间就越短。
重点：假设是可以测试的陈述，用来描述、预测或解释现象。先观察，再提出问题，然后拟定假设。
2. 快速重温：三类科学探究
你已在“科学的实践”一章学过这些：
公平测试 – 改变一个因素，保持其他因素不变，看看有什么结果，例如：水温会影响糖溶解的快慢吗？
分类 – 根据可观察或可测试的特征把事物分组，例如：把材料分为电的导体和绝缘体。
寻找规律 – 在无法控制所有因素时，从数据中寻找规律或关系，例如：较高的同学手掌跨度是否较大？
重点：这一课主要集中讨论公平测试。
3. 变量：改变、测量、保持不变
变量是探究中任何可以改变或被改变的因素。变量有三类。
自变量 – 你“改变”的那个
自变量是你刻意改变、用来观察其影响的因素。在公平测试中，你只改变一个自变量。
因变量 – 你“测量”的那个
因变量是你测量或观察的因素。它叫“因”变量，是因为它会因自变量的改变而改变。
控制变量 – 你“保持不变”的那些
控制变量是所有其他可能影响结果的因素。你要保持它们不变，测试才公平。
记忆小贴士：“自变量由自己改变；因变量因它而变；控制变量要控制不变。”
例子：种植豆苗
问题：光照的多少会影响豆苗长得多高吗？
自变量：光照的多少（例如每天照光的小时数）
因变量：7 天后豆苗的高度
控制变量：豆的品种、水量、泥土、温度、花盆大小
自己试试看
球的落下高度会影响它反弹的高度吗？
答案：自变量 = 落下高度；因变量 = 反弹高度；控制变量 = 同一个球、同一种地面。
重点：自变量 = 你改变的；因变量 = 你测量的；控制变量 = 你保持不变的。
4. 对照实验：找出因果关系
什么是对照实验？
对照实验只改变自变量，并保持所有控制变量不变。很多对照实验包含两部分：
实验装置 – 含有被测试的因素。
对照装置 – 与实验装置完全相同，只是没有被测试的因素（或保持在正常水平）。它让我们有比较的基准。
例子：肥料能帮助植物生长吗？
使用两组同一品种的豆苗，泥土、光照和温度都相同。给实验组浇肥料溶液，给对照组浇相同体积的清水。如果施肥的一组长得较高，就是肥料造成的，因为这是两组之间唯一的分别。
干扰因素
干扰因素是自变量以外，同样有所改变并会影响结果的因素。有干扰因素存在，我们便无法分辨究竟是什么造成改变。
例子：小明把糖放进热水并加以搅拌，却让冷水中的糖不作搅拌。热水中的糖溶解得较快，但原因是温度还是搅拌？他无法分辨！搅拌就是一个干扰因素。
为什么对照实验能显示因果关系
当自变量是两个装置之间唯一的分别时，因变量的任何改变都一定是由它造成的。对照实验就是这样帮助我们确立因果关系。
没有对照的话，两件事可以同时发生，但其中一件并不是另一件的成因。在炎热的日子，冰淇淋卖得较多，到香港海滩游泳的人也较多，但吃冰淇淋并不会令人去游泳。炎热天气同时影响了两者。
重点：只改变一个变量，保持其他因素不变，并设置对照装置。这样可排除干扰因素，让你可以确立因果关系。
5. 结论：支持还是反驳？
收集结果后，你要把结果与假设作比较。
如果结果与假设相符，结论支持该假设。
如果结果与假设不符，结论反驳该假设。你可以修改假设，再作测试。
为什么我们从不说“证明”
一个实验永远不能证明假设永远正确。你只测试了某些条件，将来的新证据可能显示不同的结果。所以我们会说证据支持某个假设。
被反驳的假设并不是失败，它仍然让我们学到东西。
你知道吗？
大约 400 年前，科学家海尔蒙特把一棵小柳树种在盛有已称重泥土的盆中，只给它浇水，种了五年。柳树的质量增加了很多，但泥土只减少了极少量。这个结果与“植物主要由泥土构成”的旧观念不符。他总结认为增加的质量来自水，但后来的科学家发现，其中很大部分其实来自空气中的二氧化碳！
重点：结果只会支持或反驳假设，永远不会“证明”假设。
6. 结论可靠吗？
可靠的结论是值得信赖的，因为再做一次探究也会得到相近的结果。检查可靠性有两种方法。
重复实验
重复实验是指以相同装置再做同一个实验，通常做三次。如果结果彼此接近，就表示结果一致。重复实验也能帮助你找出不寻常的结果（异常结果），并计算平均值：
\(\text{平均值} = \dfrac{\text{结果总和}}{\text{实验次数}}\)
重现实验
重现实验是指在不同环境下或以不同的装置进行同一个探究，通常由另一人或另一组进行，例如另一班同学在另一个实验室用数字温度计做同一个实验。如果他们得到相近的结果，我们对结论便更有信心。
重点：以相同装置重复实验，检查结果是否一致；在不同环境或以不同装置重现实验，检查结论是否仍然成立。
7. 例题：温度与糖的溶解
步骤 1 – 假设：如果水温越高，那么糖溶解所需的时间就越短，因为较热的水中粒子运动得较快。
步骤 2 – 变量：
自变量：水温（20 °C、40 °C、60 °C、80 °C）
因变量：糖完全溶解所需的时间（秒）
控制变量：糖的种类和质量（5 g）、水的体积（100 mL）、烧杯大小、搅拌速度
步骤 3 – 方法：把烧杯中 100 mL 的水加热至选定温度（用温度计检查）。加入 5 g 糖，同时开始计时，并稳定地搅拌。当看不见任何晶体时停止计时。每个温度做三次。处理热水时要小心。
步骤 4 – 示例结果（时间，以秒计）：
20 °C：92、88、90 – 平均值 90
40 °C：61、58、61 – 平均值 60
60 °C：41、39、40 – 平均值 40
80 °C：26、24、25 – 平均值 25
例如在 20 °C 时：\(\text{平均值} = \dfrac{92 + 88 + 90}{3} = 90\ \text{s}\)
步骤 5 – 结论：水温上升时，糖溶解所需的时间减少。结果支持假设。
步骤 6 – 可靠性：每个温度的三次结果都很接近，所以结果一致。另一组同学可用不同的温度计和计时器重现这个实验。
重点：一个好的探究包括：观察 → 假设 → 变量 → 对照的方法 → 结果 → 结论 → 检查可靠性。
常见错误
常见错误 1：写“我的实验证明了我的假设。”应该写“结果支持我的假设。”
常见错误 2：混淆控制变量和对照装置。控制变量是你保持不变的因素；对照装置是另一个用作比较的装置。
常见错误 3：同时改变两样东西（例如温度和搅拌），结果便无法分辨是哪一样造成的。
常见错误 4：混淆自变量和因变量。问自己：“我改变的是哪一个？”（自变量）和“我测量的是哪一个？”（因变量）。
重点回顾
1. 假设用以描述、预测或解释现象，而且必须可以测试。
2. 三类科学探究：公平测试、分类和寻找规律。
3. 自变量 = 改变的；因变量 = 测量的；控制变量 = 保持不变的。
4. 设有对照装置的对照实验能排除干扰因素，让我们找出因果关系。
5. 结论只会支持或反驳假设，永远不会证明假设。
6. 检查可靠性的方法：重复实验（相同装置）和重现实验（不同环境或装置）。
做得好！下次遇到令你好奇的现象，就提出问题、拟定假设，然后动手测试吧！