科学方法是科学家获取关于自然界的可靠知识时所采用的一套程序。这些程序以细致的观察、可检验的假说、对照实验和公开审查研究结果为核心。教科书常把它描述为一套固定的步骤，而科学史家和科学哲学家大多不这么看。他们认为，科学方法是一组相互关联、因学科而异的实践。这些实践的共同点在于：重视经验证据，依靠逻辑推理，并在出现新数据时修正原有主张。科学方法是现代物理学、化学、生物学和医学的基础，也是认识论和科学哲学的核心议题。
基本要素
教科书中常见的版本大致如下。研究者观察到某一现象，并就此提出问题。随后，研究者提出一个假说，即一种尝试性的解释。研究者从假说中推导出预测，再通过实验或进一步观察加以检验。最后分析结果，决定接受、修正还是否定该假说。实际研究中，这些步骤往往相互交叠、反复进行，一项研究的结果通常又会引出新的问题。
以下几条理念在各个领域中反复出现：
推理形式
科学推理综合运用了多种推论方式。归纳推理从个别观察出发，概括出一般规律。演绎推理则从一般前提推出具体预测，逻辑学对其作了形式化的表述。在假说-演绎模型中，研究者先提出假说，再推导出由此应当产生的结果，并用经验来核对这些推论。美国哲学家查尔斯·桑德斯·皮尔士还提出了第三种推理方式，即溯因推理：为令人意外的事实寻找最合理的解释。这三种推理都不同于数学证明。经验性的结论始终是暂时的，可以根据新的证据加以修正。
历史发展
自古以来，人们就在系统地观察自然。古希腊的亚里士多德重视对自然的细致研究和分类，但他对科学知识的阐述在很大程度上依赖于从第一原理出发的演绎。伊斯兰黄金时代，伊本·海赛姆于11世纪初写成《光学之书》。这部著作把光学理论与有关光和视觉的对照实验结合起来，常被视为实验探究的早期典范。13世纪的英格兰，方济各会修士罗杰·培根在1267年的《大著作》中倡导他所称的scientia experimentalis（实验知识）。
到了科学革命时期，科学方法逐渐具备了今天人们熟悉的形态。弗朗西斯·培根于1620年出版《新工具》，主张通过系统的观察和实验，以归纳法建立知识。他还提醒人们警惕“心灵的假象”，即扭曲人类判断的种种偏见来源。伽利略·伽利莱将数学描述与实验结合起来。勒内·笛卡儿则强调方法上的怀疑和演绎推理。艾萨克·牛顿的《自然哲学的数学原理》（1687年）提出了“哲学推理的规则”。这部著作的成功，使数学理论与经验检验相结合的做法成为其他学科效仿的典范。此后，拉瓦锡的定量化学和查尔斯·达尔文的自然选择学说等成果，又将这些方法推广到了新的领域。
哲学争论
18世纪，大卫·休谟提出了归纳问题：无论观察多少次，都无法在逻辑上保证一条普遍规律成立。20世纪，卡尔·波普尔对此回应说，科学理论永远无法被最终证实，只能被证伪。他提出以可证伪性作为区分科学与非科学的标准，这一问题被称为划界问题。波普尔常以阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论为例。这一理论作出了有风险的预测，例如星光经过太阳时会发生弯曲，而1919年日食期间的观测本有可能推翻它。
托马斯·库恩的《科学革命的结构》（1962年）更加重视历史。库恩认为，“常规科学”是在一个共同的框架内进行的，他称之为范式。范式会在偶尔发生的革命中被取代，而这一过程并非纯粹合乎逻辑。伊姆雷·拉卡托斯主张对整个“研究纲领”进行评价，看它能否持续作出成功的预测。保罗·费耶阿本德在《反对方法》（1975年）中指出，任何单一的规则体系都无法描述科学实际的发展历程。与此不同，贝叶斯方法把科学推理视为依据概率法则更新信念程度的过程。如今许多哲学家承认，并不存在某种能够定义科学的单一算法，但他们仍把证据、检验和批评视为科学的核心。
学科差异
不同领域的方法差别很大。化学和粒子物理学等实验室科学可以开展严格控制的实验。天体物理学、古生物学和生态学等观测性科学则往往无法操控研究对象，只能依靠自然实验、比较研究以及基于多条独立证据的推断。临床研究采用随机对照试验检验疗法，通常还辅以盲法和安慰剂对照，以减少偏差。计算机模拟和超大规模数据集的分析（包括机器学习方法）也已成为提出和检验假说的新工具。
局限与改革
科学方法并不能消除错误，它的目标是随着时间推移发现并纠正错误。已知的弱点包括确认偏误、样本量过小、选择性地报告阳性结果，以及误用统计显著性检验。2010年代，心理学、生物医学等领域开展了大规模的重复研究项目，发现许多已发表的研究结果无法重现。这一问题被称为可重复性危机。人们提出的应对措施包括：在收集数据前预先注册研究设计，公开发布数据和代码，扩大样本量，以及开展更多的直接重复研究。这些改革所依据的原则与科学方法本身一致：科学主张只有经受住独立、反复的检验，才能赢得可信度。
参考来源
- Search for Truth: A Brief History of the Scientific Methodbrewminate.com
- Who Invented the Scientific Method? - Kronecker Walliskroneckerwallis.com
- Novum Organumen.wikipedia.org
- THE SCIENTIFIC METHODcalteches.library.caltech.edu
- Trim Size: 170mm x 244mm Cautin ecp0388.tex V1 - 05/27/2014 12:55 A.M. Page 1philarchive.org
- On the Nature of Sciencearxiv.org