比较、控制和操纵
尽管市面上有很多关于科学方法论的大部头专著，但是对于一个可能永远不会真正进行实验的外行人士来说，完全没有必要熟悉实验设计的所有细节和错综复杂之处。科学思维最重要的特点其实很容易掌握。科学思维是建立在比较、控制和操纵的理念之上的。为了对一个现象有更深入的了解，科学家会对世界上的各种情况进行比较。如果没有比较，我们就只剩下孤立的观察实例，并且对这些孤立发现的解释也非常模糊，就像第4章所讨论的见证叙述和个案研究一样。
科学家通过比较在不同（但有控制的）条件下得到的结果，可以排除一些解释，并证实另一些解释。实验设计的基本目标是分离变量。当成功分离出一个变量之后，实验的结果就能排除许多之前作为解释而提出的其他理论。科学家们通过两种方法尽可能地排除不正确的理论：要么直接对实验情境进行控制，要么在可以比较各种可能解释的自然情境下进行观察。
后一种情形在霍乱的例子中得到了很好的诠释。斯诺并不是简单地随便选择两家自来水公司，他清楚自来水公司可能给不同的地区供水，而这些地区在与健康相关的社会经济特征上存在很大差异。仅仅观察不同地区霍乱的发病率，难以避免“对观察到的霍乱发病率差异存在许多不同解释”的问题。斯诺清楚地知道，科学通过尽量排除可能的解释而得以进步（请回想第2章所讨论的可证伪性），因此他努力寻找并最终找到了一种比较方式，此方式可以排除许多基于健康与社会经济地位的相关的解释。
斯诺幸运地找到了一种自然情境，这种情境使得他能够排除其他可能的解释。但如果科学家只是坐在那里等待这种情境的出现，那就太荒谬了。相反，大多数科学家试图以一种可以区分替代假设的方式来重组世界。为实现这一目的，他们必须操纵被认为是原因的变量（在斯诺的例子中是被污染的供水系统），然后在保持其他所有相关变量不变的情况下，观察是否会有不同的结果（霍乱的发病率）。被操纵的变量称为自变量，假定受自变量影响的变量称为因变量。
因此，最佳的实验设计应该是这样的：科学家能够操纵感兴趣的变量，并对其他可能影响实验的无关变量进行控制。需要注意的是，斯诺并没有这么做。他不可能操纵供水系统的污染程度，但是他找到了这样一种情境，即供水系统受污染的程度是不同的，而且幸运的是，与社会经济水平有关的其他变量得到了控制。不过，这种自然发生的情境不仅很少见，而且也不如直接的实验操纵那么有说服力。
约瑟夫·戈德伯格正是直接操纵了一些变量，他假设这些变量是他正在研究的这种特定现象（糙皮病）的原因。在一系列研究中，戈德伯格不仅对与糙皮病相关的变量进行了观察和记录，还直接操纵了其他两个变量。回想一下，他给予一组囚犯低蛋白饮食，诱发了糙皮病，而没有在吞食糙皮病患者排泄物的志愿者（包括他和自己的妻子）中诱发出该病。因此，戈德伯格不只是观察自然发生的情境，还创造了特殊的条件，使得产生的数据能够排除一系列其他可能的解释，从而得出比斯诺的研究更有说服力的推论。这也是为什么科学家试图操纵一个变量并保持其他所有的变量恒定的原因：为了排除其他可能的解释。
