準備好像科學家一樣測試你的想法嗎？
為甚麼糖放進熱奶茶裏幾秒就不見了，放進凍檸檬茶裏卻沉在杯底？科學家經常問這類問題，然後小心地測試自己的想法。
在這一課，你會學習如何擬定假說、辨識變量、設計對照實驗、判斷結果是支持還是反駁假說，以及檢查結論有多可靠。這些技能在每個科學課題都用得着！
1. 甚麼是假說？
假說是用以描述、預測或解釋自然現象的述句。最重要的是，它可以透過科學探究進行測試。
假說不是胡亂猜測，而是根據你的觀察或已有知識而提出的有根據的想法。
假說的三種作用
描述 –「糖在熱水中比在冷水中溶解得較快。」
預測 –「如果我用 80 °C 而不是 20 °C 的水，糖會用較短時間溶解。」
解釋 –「糖在熱水中溶解得較快，因為水的粒子運動得較快，能較快把糖粒子從晶體上分開。」
怎樣才是好的假說？
1. 可以測試 – 你可以做實驗或收集觀察結果去驗證它。「藍色是最好看的顏色」是個人意見，所以無法測試。
2. 清晰具體 – 說明會改變甚麼、會量度甚麼。
3. 結果有可能顯示它是錯的 – 如果沒有任何結果可以與它不符，這個假說就沒有用處。
記憶小貼士：用「如果……那麼……因為……」的句式。
由觀察到假說
觀察：在茶餐廳，糖放進熱奶茶攪拌後很快便溶掉，但放進凍檸檬茶的糖卻常常留在杯底。這就是凍飲通常配上糖漿的原因之一。
問題：水的溫度會影響糖溶解的快慢嗎？
假說：如果水的溫度越高，那麼糖溶解所需的時間就越短。
重點：假說是可以測試的述句，用來描述、預測或解釋現象。先觀察，再提出問題，然後擬定假說。
2. 快速重溫：三類科學探究
你已在「科學的實踐」一章學過這些：
公平測試 – 改變一個因素，保持其他因素不變，看看有甚麼結果，例如：水溫會影響糖溶解的快慢嗎？
分類 – 根據可觀察或可測試的特徵把事物分組，例如：把物料分為電的導體和絕緣體。
尋找規律 – 在無法控制所有因素時，從數據中尋找規律或關係，例如：較高的同學手掌跨度是否較大？
重點：這一課主要集中討論公平測試。
3. 變量：改變、量度、保持不變
變量（又稱變項）是探究中任何可以改變或被改變的因素。變量有三類。
自變量 – 你「改變」的那個
自變量是你刻意改變、用來觀察其影響的因素。在公平測試中，你只改變一個自變量。
因變量 – 你「量度」的那個
因變量是你量度或觀察的因素。它叫「因」變量，是因為它會因應自變量而改變。
控制變量 – 你「保持不變」的那些
控制變量是所有其他可能影響結果的因素。你要保持它們不變，測試才公平。
記憶小貼士：「自變量由自己改變；因變量因它而變；控制變量要控制不變。」
例子：種植豆苗
問題：光照的多少會影響豆苗長得多高嗎？
自變量：光照的多少（例如每天照光的小時數）
因變量：7 天後豆苗的高度
控制變量：豆的品種、水量、泥土、溫度、花盆大小
自己試試看
球的落下高度會影響它反彈的高度嗎？
答案：自變量 = 落下高度；因變量 = 反彈高度；控制變量 = 同一個球、同一種地面。
重點：自變量 = 你改變的；因變量 = 你量度的；控制變量 = 你保持不變的。
4. 對照實驗：找出因果關係
甚麼是對照實驗？
對照實驗只改變自變量，並保持所有控制變量不變。很多對照實驗包含兩部分：
實驗裝置 – 含有被測試的因素。
對照裝置 – 與實驗裝置完全相同，只是沒有被測試的因素（或保持在正常水平）。它讓我們有比較的基準。
例子：肥料能幫助植物生長嗎？
使用兩組同一品種的豆苗，泥土、光照和溫度都相同。給實驗組澆肥料溶液，給對照組澆相同體積的清水。如果施肥的一組長得較高，就是肥料造成的，因為這是兩組之間唯一的分別。
干擾因素
干擾因素是自變量以外，同樣有所改變並會影響結果的因素。有干擾因素存在，我們便無法分辨究竟是甚麼造成改變。
例子：阿明把糖放進熱水並加以攪拌，卻讓冷水中的糖不作攪拌。熱水中的糖溶解得較快，但原因是溫度還是攪拌？他無法分辨！攪拌就是一個干擾因素。
為甚麼對照實驗能顯示因果關係
當自變量是兩個裝置之間唯一的分別時，因變量的任何改變都一定是由它造成的。對照實驗就是這樣幫助我們確立因果關係。
沒有對照的話，兩件事可以同時發生，但其中一件並不是另一件的成因。在炎熱的日子，雪糕賣得較多，到香港海灘游泳的人也較多，但吃雪糕並不會令人去游泳。炎熱天氣同時影響了兩者。
重點：只改變一個變量，保持其他因素不變，並設置對照裝置。這樣可排除干擾因素，讓你可以確立因果關係。
5. 結論：支持還是反駁？
收集結果後，你要把結果與假說作比較。
如果結果與假說相符，結論支持該假說。
如果結果與假說不符，結論反駁該假說。你可以修改假說，再作測試。
為甚麼我們從不說「證明」
一個實驗永遠不能證明假說永遠正確。你只測試了某些條件，將來的新證據可能顯示不同的結果。所以我們會說證據支持某個假說。
被反駁的假說並不是失敗，它仍然讓我們學到東西。
你知道嗎？
大約 400 年前，科學家海爾蒙特把一棵小柳樹種在盛有已稱重泥土的盆中，只給它澆水，種了五年。柳樹的質量增加了很多，但泥土只減少了極少量。這個結果與「植物主要由泥土構成」的舊觀念不符。他總結認為增加的質量來自水，但後來的科學家發現，其中很大部分其實來自空氣中的二氧化碳！
重點：結果只會支持或反駁假說，永遠不會「證明」假說。
6. 結論可靠嗎？
可靠的結論是值得信賴的，因為再做一次探究也會得到相近的結果。檢查可靠性有兩種方法。
重複實驗
重複實驗是指以相同裝置再做同一個實驗，通常做三次。如果結果彼此接近，就表示結果一致。重複實驗也能幫助你找出不尋常的結果（異常結果），並計算平均值：
\(\text{平均值} = \dfrac{\text{結果總和}}{\text{實驗次數}}\)
重現實驗
重現實驗是指在不同環境下或以不同的裝置進行同一個探究，通常由另一人或另一組進行，例如另一班同學在另一間實驗室用數字溫度計做同一個實驗。如果他們得到相近的結果，我們對結論便更有信心。
重點：以相同裝置重複實驗，檢查結果是否一致；在不同環境或以不同裝置重現實驗，檢查結論是否仍然成立。
7. 例題：溫度與糖的溶解
步驟 1 – 假說：如果水溫越高，那麼糖溶解所需的時間就越短，因為較熱的水中粒子運動得較快。
步驟 2 – 變量：
自變量：水溫（20 °C、40 °C、60 °C、80 °C）
因變量：糖完全溶解所需的時間（秒）
控制變量：糖的種類和質量（5 g）、水的體積（100 mL）、燒杯大小、攪拌速度
步驟 3 – 方法：把燒杯中 100 mL 的水加熱至選定溫度（用溫度計檢查）。加入 5 g 糖，同時開始計時，並穩定地攪拌。當看不見任何晶體時停止計時。每個溫度做三次。處理熱水時要小心。
步驟 4 – 示例結果（時間，以秒計）：
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 時：\(\text{平均值} = \dfrac{92 + 88 + 90}{3} = 90\ \text{s}\)
步驟 5 – 結論：水溫上升時，糖溶解所需的時間減少。結果支持假說。
步驟 6 – 可靠性：每個溫度的三次結果都很接近，所以結果一致。另一組同學可用不同的溫度計和計時器重現這個實驗。
重點：一個好的探究包括：觀察 → 假說 → 變量 → 對照的方法 → 結果 → 結論 → 檢查可靠性。
常見錯誤
常見錯誤 1：寫「我的實驗證明了我的假說。」應該寫「結果支持我的假說。」
常見錯誤 2：混淆控制變量和對照裝置。控制變量是你保持不變的因素；對照裝置是另一個用作比較的裝置。
常見錯誤 3：同時改變兩樣東西（例如溫度和攪拌），結果便無法分辨是哪一樣造成的。
常見錯誤 4：混淆自變量和因變量。問自己：「我改變的是哪一個？」（自變量）和「我量度的是哪一個？」（因變量）。
重點回顧
1. 假說用以描述、預測或解釋現象，而且必須可以測試。
2. 三類科學探究：公平測試、分類和尋找規律。
3. 自變量 = 改變的；因變量 = 量度的；控制變量 = 保持不變的。
4. 設有對照裝置的對照實驗能排除干擾因素，讓我們找出因果關係。
5. 結論只會支持或反駁假說，永遠不會證明假說。
6. 檢查可靠性的方法：重複實驗（相同裝置）和重現實驗（不同環境或裝置）。
做得好！下次遇到令你好奇的現象，就提出問題、擬定假說，然後動手測試吧！