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“米饭实验”该怎么做——给马昊同学的一封公开信

马昊同学:

你好。

《南方都市报》 上看到你的“三碗米饭”实验,感到很有趣。想不到在小学四年级的你已经开始做一个科学实验,当你听到一个观点时能够亲自动手进行验证,并且通过报纸将实验结果公布出来,这已经完成了一个科学研究的几个基本环节。

  • 首先是提出假设。我们在生活中会遇到许多问题,根据经验也会自己总结出一些规律,在科学研究中要把观察到的现象总结成一定的规律,然后提出一个可以被证明正确,或者可以被证明错误的假设。这一步你做得很好:将“人类行为对事物的影响”这么大的题目精简成了一个简单的假设:“人类带有情感的语言是否可以影响米饭的腐败过程?”这个假设是可以被实验证明或证伪的。
  • 第二步是设计实验。你的实验设计是对米饭进行赞美或者咒骂,来观察米饭的腐败过程与程度。这也是一个不错的设计。它的优点在于,实验简单易行,对一个四年级的小学生来说,你是有能力实施这个实验的。另一个优点是,这个实验的结果比较容易定性观测。从你的实验结果上来看,米饭在约一个月的实验之后出现了明显不同的三个结局:白色,变黄,又黑又臭。这三个现象清晰可见,避免了许多复杂的测量。
  • 第三步你实施了实验,并且认真做了观察。我不知道你是否有实验记录,对于科学实验,是需要有一个专用的记录本来记录实验现象的。
  • 第四步,你通过《南方都市报》公布了你的实验结果,使大家可以看到你的实验方法和实验结果,并接受同行的评议。很多报纸都引用了你的这次实验,由此看来,你已经基本完成了一个科学研究的基本流程。

但是,其中有一些环节你做得还不够好,下面我就谈一谈我的看法,供你参考,希望对你有所启发。

“米饭实验” 的实验条件控制

在科学研究中,我们要很小心地去控制可能影响结果的因素。比如,在投铅球比赛的时候,铅球的颜色并不会影响你的成绩,而铅球的重量、投铅球时的风向和风速是会影响你的成绩的。还有一个常常被忽视但作用却不可小瞧的影响因素:裁判和记录员。如果裁判很严厉,那么你可能为了避免犯规而离投球线更远。

为了要弄清楚可能影响结果的各个影响因素之间的相互联系,我们在研究的时候会尽可能地使各个影响因素都处于严格的控制之下。要检验其中某一个因素对结果的影响,就需要保持其他因素不变。如果某个影响因素实在难以控制,就需要以随机化的方式经过多次实验,使这个影响因素的作用变得不明显。

影响因素分析

对于米饭的腐败过程,通过查阅文献、结合常识和本次实验的假设,可能的影响因素包括:

①人类对米饭的态度,②米饭的数量,③米饭上细菌的种类,④米饭上细菌的数量,⑤米饭的生熟程度,⑥保存环境的温度,⑦保存环境的湿度,⑧稻米的品种,⑨存放米饭的容器;甚至米饭在容器里的堆放方式也有可能对结果产生影响。

各个影响因素的控制

其中一些是比较容易控制的,比如米饭的数量和米饭的生熟程度。你需要使用秤或者天平称量同样多的米,加入同样多的水,使用同样型号的电饭锅进行烹调;在其后发表的科研文献之中,电饭锅的型号也是要写入到论文之中的。保存环境也可以用电冰箱来控制。

另一些控制起来则相对困难,比如米饭上的细菌种类和数量,就是很难控制的影响因素,也可能是关键因素。从你发布的实验过程照片来看,你是直接对着米饭说话的——人在说话的时候会有大量的飞沫产生,飞沫之中会带有一定数量的细菌。这些细菌会直接喷洒在实验对象(米饭)的表面。这样就很难认定造成实验结果的原因到底是飞沫数量还是含有情感的语言了。

对于实验中细菌的控制其实是一门学问,称为“无菌术”(Aseptic technique)。以前外科医生做手术是不刷手、不戴手套和口罩的,手术过程中他们会把细菌也喷洒到病人的伤口上,引发伤口感染化脓。直到 1864 年,一位匈牙利的医生塞麦尔维斯(Semmelweis)提出做手术之前要用消毒液洗手,才开始逐步解决。

关于米饭上细菌种类的控制,可以采用如下办法。米饭蒸熟以后,要放进同样蒸煮过的容器中,并且密封好,使外界的细菌不会进入到米饭之内。但这样可能会使米饭长期保存也不变质或者变质非常缓慢。要加快变质过程,你可以在接种箱内接种同样的霉菌到米饭的表面上,然后用一定的材料(如保鲜膜)把米饭密封好。这中间的操作过程有很严格的要求,你需要生物老师的协助。

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科学家使用接种箱进行接种实验(图片来源:siue.edu)

对于实验要研究的因素——人类含有情感的语言,也需要有所控制。我们姑且认为在中国的米饭可以被中文语音所影响好了。在以后的实验中,我很期待看到其他语种的测试结果。你也许需要对米饭施加同样强度的赞美和咒骂,我个人建议,使用最简单的“你真好”和“你真坏”即可。

排除人为因素的干扰

在科学研究中,为了防止自己和其他人有意或无意影响实验结果,还应当使用“双盲”的方法。实验中,应该让观察者或者实验者不知道实验的分组细节。在你的这个米饭实验中,你不能同时担任实验者(对着米饭说话)和观察者(记录米饭的变化情况),因为作为实验者,你是知道自己所表达的情感的,而观察者不能知道哪一碗米饭受到了怎样的处置。要做到这一点,你需要得到哥哥和父母的帮助。

你在塑料瓶上画的“小花”、“猪头”和“空白”需要用胶布遮起来。然后请你的父母在塑料瓶的另一处分别标记上 A、B、C,表面也用胶布遮挡起来,对应顺序只有你父母知道,不能告诉你或者你哥哥。实验时,你打开自己的胶布,根据图画标记说赞美或者咒骂的话,之后再把胶布重新贴好。观察时,由哥哥打开他的胶布,记录下 A、B、C 三个瓶子里面米饭的腐败程度。遮挡胶布是为了形成 “双盲”,使实验者和观察者彼此分开,互不了解分组的细节。实验结束时才能取下胶布,查看结果。

实验的分组

在设计科学实验的时候,一般会有几组实验对象,分为实验组和对照组(对照组细分的话,还可以有阳性对照、阴性对照、空白对照等)。在实验中,你已经将实验对象——米饭,分成“赞美组”、“咒骂组”和“不理睬”三组。“赞美组”和“咒骂组”看起来是实验组,而“不理睬”组,我想你是想作为对照组。对于语言“情感”影响,我认为还应当加入一组是无情感语言组。你可以选择一些没有明显情感的语句对这一组施加影响,比如对着它数数。

重复实验验证结果

最后,你不仅需要自己做这个实验,还需要让其他同学按同样的方式来做这个实验。通过多次重复实验来消除一些不易控制的因素的影响,比如你的语音强弱。

 

综上所述,马昊同学,你已经具备了一定的科学研究的意愿和能力,但在很多实验设计的相关问题上还需要更多的学习和训练,希望你能保持这一份对事物的好奇心,增长自己的知识和技能。本文只是选择了一些科研中常见的问题与你讨论,在实际的研究中,你还会遇到许多的问题,比如如何分析数据、评分标准的设定等等。你应当查阅前人的文献,向相关领域的专家进行咨询。

 

致礼

 
为何说《水知道答案》是“伪科学”?详情请见果壳网谣言粉碎机文章:

水什么答案也不知道

 

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如何设计一个完美的米饭实验呢?

The End

发布于2011-12-01, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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金色葡萄

眼科学博士

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