世界范围内的技术与科学文献在1970年以前平均每年产出量就已经超过6 000万页（Toffler,1970）。如果科学文献像曾有人预言的那样每12年就以成倍的速度增长（Marien，1998），那么现在它就应该轻而易举地超过了4亿页。科学方法成为理解我们的物质世界和社会心理世界的工具，而知识爆炸就开始于对这种工具的日益依赖。这种如此剧烈地改变了我们世界的科学方法，是通过4个主要阶段向前运行的一种归纳思维类型：
1.观察。
2.构想假说。
3.实验法。
4.确证。
同样的这四个阶段也曾为伽利略在研究地球引力对落体的影响时所采用过。伽利略首先观察到，物体似乎下落的时间越久，速度就越快；随后他构想了一个假说：落体的速度以一个恒常的加速度增加；再后，他的实验就是让一些球沿着一个斜坡滚落，测量球在不同点的速度；最后，他试图通过分析试验结果确证他的假设，而实验结果也恰恰表明这些球的速度以9.8米/秒2的重力加速度增加，和他原来的假设是一致的。为了进一步确证他的结果，伽利略和其他人再一次进行了试验。
观察
科学方法由观察（observation)开始。观察是我们得以了解这个世界的养料。我们也许观察到一个需要解释的现象，比如升起的太阳或彗星的尾巴；或者我们观察到一种有待检测的两个事件之间的可能关系，比如祖母的素食法和她的长寿或者被黄鼠狼咬到和狂犬病。观察引领我们想要知道我们观察到的因果关系、它们的特征和构成，以及我们如何可能介入其中，创造出我们想要的变化。例如，当我们观察到很多人承受癌症的痛楚时，我们可能就想知道癌症的起因、癌细胞维持或强化的过程、阻止或转移癌细胞的途径。这种渴望知道因果关系的思考就被称作科学思维，它把我们带到科学方法的第二个阶段。
假说
假说（hypothesis）是关于两个变量之间关系的一个暂时性陈述，通常以条件句的形式表达：“如果A，那么B。”例如：如果（1）我们观察到死于癌症的人经常也是过多饮用可乐饮料的人；（2）我们意识到癌症发病率在可乐发明前要低得多；（3）对于可乐添加剂的安全性存有大量的科学争论。那么我们的思考和观察就使我们开始怀疑癌症的起因很可能是过量饮用可乐。我们可以用一个“如果，那么”的陈述句来表述这个假说，比如“如果人们喝大量的可乐，那么他们就更有可能患上癌症。”这个“如果，那么”假说还可以简化成一个简单句：“癌症的起因是过度饮用可乐。”不论这个假说以何种形式表达，它的真实性必须被检验，因为单靠偶然的观察自身还不足以支持它。
实验法
实验法(experimentation)，科学方法的第三个阶段，通过各种研究方法检验假说，包括正规的实验。有很多种实施研究的方法，每一种都有各自的优缺点，这一点我们稍后会谈到。例如，在前面的可乐例子中，我们可以先让大猩猩饮用大量可乐，过一段时间后，拿它们的患癌症几率与一组没有饮用可乐的大猩猩比较；或者我们可以找到一些有过度可乐消费史的人，把他们的癌症发病率和那些没有这种消费史的人进行比较。一旦实验或数据收集完整之后，我们就进入了科学方法的最后一个环节：确证。
确证
确证(verification)就是对数据进行分析，然后看数据是支持还是否证假说。在可乐的例子中，我们要分析实验的结果，看看可乐过度饮用者是否确实有一个更高的癌症发病率。如果他们有，那么我们的假说就得到了支持（然而仍未被证明）。如果两组之间没有差别，那么我们将不得不返回第一阶段去寻找新的观察点或者开始考虑可能解释我们观察的其他因果关系。科学方法的这个最后阶段可以通过复制得到加强；也就是说，可以再进行一次研究，或有所变化，以保证结果的可靠性。尤其是如果由其他研究者复制结果，就会更有帮助。确证还可以通过预言加强，这是用我们研究的结论可靠地预测其他结果的一种能力。
以上这些就是科学方法的基本轮廓，一个有时会以预感、直觉、好运和创造性游戏加以补充的探究模型：
对于我们的知识而言，没有人曾经能够从大脑中培植出神经，甚至是任何一种动物的神经，更不用说是一个人的。”所罗门·斯奈德（Solomon Snyder）博士说，“我们没有期望它会运作，我们不能告诉你它为什么运作……我们这样做只是在适当的时间、适当的地点游逛。
思考
在创造技术奇迹、产生数量庞大的有价值信息的同时，科学方法的成果也制造了一个生态恶魇，将人类的能力延伸到可以杀死成千上万的人，并且引起一些似乎超过了我们回答能力的伦理问题。
科学和其他认知方式
科学方法可以通过将其和其他的认知方式区别开来得到进一步理解，比如哲学和诉诸权威。和科学相像，哲学也有探究世界的系统，哲学家提出的问题也可能是由一系列观察激发的。然而，哲学不同于科学之处就在于，哲学更强调理性对问题的解答而不是观察；两者在它们探究的对象上也有不同：科学的领域是观察的世界，也就是经验世界；哲学则经常使它的探究延伸到这个经验世界之外，考察价值、意义、上帝的本性等等。
科学方法也可以与诉诸权威区别开来。很多人通过诉诸某个权威人物寻求知识。这个权威可能是一个备受尊敬的医生、教师或一本宗教著作。然而，科学方法与这种认知方式是有很大区别的。当我们诉诸权威时，我们之所以相信一些事情是真的，仅是因为一个权威人物就是这样说的，并不另外要求有一套系统的观察去支持它。例如在中世纪期间，天主教堂教导说所有的天体都围绕着地球转。大多数人接受了这种教导因为它来自教堂对权威来源《圣经》的解释，另外，偶尔的观察也支持这个观点：天体似乎确实在围绕地球旋转。但从科学的观点看来，这个观察引向的只是一个还未受到科学检验的假说。现在我们已经知道，还存在能够很好地支持这个观察的其他解释，说明为什么天体和星辰看上去在绕着地球转。然而这些解释都没能得到科学的检测，因为这个假说既然有一个权威来源，就被认作是真实无疑的。当教堂的这个权威观点最终受到哥白尼和伽利略的挑战时，挑战者被视作异端，这不是因为他们的观点与观察到的现象相矛盾，而是因为他们与权威者有歧见。
思考
科学到了它那有益生命的尽头了吗？它将会发现另一个自然法则吗？它将会探索到意识的根源吗？它又是否会知道在大爆炸之前到底发生了什么？它能回答这些大问题吗？还是它仅能给出这些技术性的琐碎信息，即那些对我们生活丝毫没有真正影响的古怪问题的信息？
哥白尼和伽利略
在16世纪，哥白尼论证说地球绕着太阳转。他的观点与相信宇宙天体绕着地球转的天主教教义正相反。毫无疑问，哥白尼的观点激怒了很多基督教徒，包括马丁·路德，路德还把他称作一个妄想“颠覆整个天文学”的傻瓜（Crowther,1969,p.48）。1616年，哥白尼去世之后60年，天主教堂害怕如果哥白尼的观点得到认真对待后可能会出现的丑闻和异议，把他关于太阳系的日心说的著作列入禁书之列。
虽然哥白尼享有最先提出日心说的声誉，却是伽利略因为支持这个观点遭受了迫害。依靠对太阳、天体、星辰的科学观察而不是宗教教条，伽利略发现对哥白尼理论的强经验支持，并且毫无畏惧地公开他的看法。虽然被教堂严令禁止，伽利略还是于1632年出版了他支持哥白尼观点的一本书，并随后被迫以异端名义受到审判。被判有罪后，他被命令收回其观点并判处监禁，这个命令甚至在他去世八年后仍未失去效力。这就是科学的代价。直到1992年教皇才正式向世界宣布为伽利略历史公案道歉，并最终撤销禁令，承认伽利略是正确的。
这个故事表明了诉诸权威并不总能产生一幅真实的现实画面，它还表现出，我们固有的世界观在考虑对立观点时有多么大的抑制力量，不管那种观念有多少证据支持。在这个例子中，基督教徒有一个将地球和人类置于宇宙中心的世界观，这使他们不能客观地思考不同的看法，即使那些看法有充足的科学证据。这个故事也展示给我们在批判性思维中勇气的必要，要有勇气抛弃使我们感到安全惬意的信念，承受住非正统观点可能使我们遭受到的来自他人批判的伤害。没有这样的勇气，思维就不可能实现创造性的飞跃，而这对于知识领域的突破来说是必不可少的。
