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高尔顿有关优生学的思想并没有成为今日心理学的任何一个部分，不过，他的这些想法倒是引导他发明了一些在这个领域里非常有价值的研究方法。心理特征遗传学上的家族研究只是其中一例。另一例，也是更有用的一例是由对《遗传天赋》的评论引起的，这个批评指出了环境对智力的影响，特别是由瑞士植物学家阿方斯·康多尔提出的统计学数据，证明伟大的科学家倾向于来自气候温和、宗教宽容、政体民主和有健康商业兴趣的国家——这些都是环境的影响。
这刺激了高尔顿，使他想到要去区分遗传和环境在显著成就中的影响，特别是对科学的影响。1874年，在《科学英国人》中，他很公平地提出了这个问题，其对进入了语言的基因及环境对成长影响的论述非常简洁：
“天性和教养”这个词组是词汇方便的二轮马车，因为它把性格所从构成的无数元素分在两个不同的名目之下。天性是一个人随身带到这个世界里来的一切；教养是他出生之后对他造成的每一种影响。区别很清楚：一种使婴儿就是它实际的样子，包括它潜在的生长功能和意识；另一种提供生长的环境，这样，天性的倾向可能会加强或者受到阻碍，或者会造成全新的环境。
为了了解天性和教养在科学成就上产生的作用，高尔顿发明了另一个新的研究工具：自我问卷。他设计了一套问卷，让被调查者回答有关民族、宗教、社会和政治背景、性格特征和甚至头发颜色及帽子大小的问题，再将问卷分发给皇家协会的200名会员。其中的一些关键问题有：“您的科学品位看上去有多少像是天生的？对科学的这些兴趣很大程度上是在成人之后因为某些事而产生的吗？如果是，是哪些事件呢？”
尽管问卷长得“惊人”——高尔顿自己无奈的用语——但大部分受试者都完成并寄回了问卷。（这是历史上第一份此类问卷；今天的研究者们也许不会遇到这样积极的配合。）高尔顿将反馈列入表中后发现，大部分人相信他们对科学的兴趣是天生的；另一方面，大部分反馈者在教育对他们的帮助或者阻碍这个话题上有很多要说。高尔顿感觉到非得承认环境因素不可，特别是教育，它可以加强或者阻碍科学资质的发展，科学资质的遗传并不一定就会引向成功。可是，他认为，遗传资质是科学成就中最为基本的因素，这一点已经显示出来。
过了很长一段时间以后，由于研究方法在不断发展，人们会发现，高尔顿的问卷和他对数据的分析都有严重的错误。一方面，其中许多问题，特别是有关受试者成功因素的问题，只会得出非常主观的答案。另一方面，高尔顿没有把问卷交给一些不那么出名的科学家和非科学家们来做；第三方面，他没有办法（虽然后来他又发明了一个）用数学办法来衡量任何两个因素之间的关系，因而就无法评判到底是偶然还是重要的因素。不过，高尔顿使用的问卷和数据分析法都是具有极重要意义的发明，并且，从此之后就成了心理学研究当中重要的工具。
在接下来的10年中，已届中年的高尔顿工作更加勤奋，他致力于个人之间的心理学差异的研究。1883年，他发表了一个杂篇，书名是《人类才能及其发展探索》，里面讨论到了约3O个不同的课题，这是科学与思辩、数据和猜想、统计与传闻的奇妙结合。其中一些本来是要传达科学的意义，结果却变成了一位维多利亚时代男子的偏见集。比如，在论“性格”这章里，高尔顿在没有任何证据的情况下提出妄断说：“在妇女的性格中，有一个十分明显的特别之处，那就是，她们反复无常，喜欢忸怩作态，不像男人那么直截了当。”他在进化论基础上证明这个观点：在追求配偶时，如果没有雌性的犹豫和雄性的竞争，“种族可能会因为没有性选择而降低水平，而做爱前拖泥带水的前戏正好就是要提供性选择机会的”。
可是，《人类才能及其发展》中有很大一部分是极有创见的科学研究成果。有一种是要解决唤取心理图象的能力的。高尔顿发现，许多非科学家都以非常鲜明的心理图象思考问题，而许多科学家都是以纯粹抽象的用语来思考的，而他推想，唤取鲜明心理图象的能力会妨碍以高度概括和抽象的形式思考问题。在另一份研究中，他报告了他发明的词汇联想测试；他设计了一个由75个刺激用的单词构成的单词表，让自己一个一个地看这些单词，把自己想到的两个或者三个联想单词写在旁边。他所学的大部分单词都不是什么了不起的，比如，重复测试时，他会得到同样的联想词。可是，他观察到，许多联想单词是从他自己的经验中得来的，而别人是不太可能跟他产生同样的联想的，这个发现有极重要的价值。结果，词汇联想测试成了研究个体间性格特征差异的主要手段。
另一项值得注意的研究是高尔顿的另一个发明。在苦苦思索如何演示天性和教养对意识和性格的影响这个问题时，他想到了一绝妙的主意：检查“两个儿时极相像，但后来分开养；或者原来不太像，后来却一起养大的双胞胎后来的情况。”他知道，双胞胎有两种：有些属于在生理上几乎一模一样的，另一些与普通兄弟姐妹之间的相似性差不多。如果两个双胞胎原来很相像，可后来却又不太相像，这可能是后天的教养使然；如果两个原来不怎么相像，后来却一起同样哺育，因而长得很相像，则很可能是天性使然。
这是个非常了不起的假设，不过，高尔顿证明它的方法却很粗浅。他给认识的双胞胎或者他们的亲戚寄去问卷；他还请他们把其他一些双胞胎的名字告诉他。最终，他找到了94个例子，其中80个“极相像”（也许一模一样），35个提供了足够派上用场的细节。
他对双胞胎的研究报告在很大程度上是由逸闻趣事构成的；报告讲到了一些跟人开玩笑的双胞胎，或者，由于校长分不清哪一个应该受处罚而同时处罚两个人，还讲到有时候弟弟会去追哥哥的女朋友，等等。可是，当高尔顿对档案材料进行分类，希望找到后来性格不一样的双胞胎，他发现，对某些人来说，“肉体和意识的相像到老一直不变，不管生活的环境如何不同”。其他人没有显示出差异，而在每种情况下，这都是因为一种疾病或者事故只影响到了其中的一个。对照而言，儿童时期不相像的双胞胎（可能是兄弟），哪怕是在一起以一样的方法哺养，可在许多年里仍然不相像。
虽然没有人注意到他宣布的内容，可是，他说：“这个结论没有例外，即，当教养的差别不能够超过在同一个国家，同一个社会阶层的人群中常见的那种东西时，天性会极大地胜过教养。”按照现代的观点，这项研究过于简单化，不准确，而且远远构不成一个结论。但是，这仍然是个值得注意的首次，双胞胎研究方法一直以来就成了一个重要的研究策略，而且也是评估遗传和环境对智力、性格特征和其它心理学特征的影响上几乎最有决定性的办法。
最后，高尔顿还在《人类才能及其发展探索》中讨论过一系列的心理测试，以便于快速简单地辨认较高智力的人，因而成为他通过优生学来改善人类的庞大梦想的一部分。《人类才能及其发展探索》发表的那一年，他开始在国际健康展览会上尝试他的试验。展览会闭幕后，他得到南肯辛顿博物馆的许可，在那里再进行几年实验室试验。他在这个时期发明了一系列新的心理测试办法，其中有一根铁棒，上面刻有不同的距离，以测验估计长度的能力。有一块转盘，用来测验判断垂直度的能力，一套重物按照重量排列起来，还有一些瓶子，里面装着芬芳物质，瓶子按气味浓度排列起来。
高尔顿已到了60岁，这个年龄远远超出了科学家们作出其重大贡献的年头，而他却是在这个时候取得重大成就的。相应地，这项工作花费了他毕生的精力，一辈子测个没完。他在“人体测验实验室”里面进行的每一种测量都得出了一个钟形的或然曲线，可是，高尔顿感觉到，如果他能够发现不同的几套测量结果之间的相互关系，兴许可以从中收集到其它一些极为重要的信息。有些关系是非常明显的——比如，个子较高的人倾向于更重些——可是，其它几组测量结果中的关系是怎样的呢？它们当中的哪些一起变化，而且变化的角度相同？只有了解数�