Wetenschappelijke methode verwijst naar manieren om verschijnselen te onderzoeken, nieuwe kennis te verkrijgen, fouten en vergissingen te corrigeren, en theorieën te testen.
In het Oxford English Dictionary staat dat wetenschappelijke methode is: “een methode of procedure die sinds de 17e eeuw kenmerkend is voor de natuurwetenschap en bestaat uit systematische observatie, meting en experiment, en het formuleren, testen en wijzigen van hypothesen”.
Een wetenschapper verzamelt empirisch en meetbaar bewijsmateriaal en maakt gebruik van een gedegen redenering. Nieuwe kennis moet vaak worden aangepast, of ingepast, in eerdere kennis.
Criterium
Wat een wetenschappelijke onderzoeksmethode onderscheidt, is een vraag die bekend staat als ‘het criterium’. Het is een antwoord op de vraag: is er een manier om te zeggen of een concept of theorie wetenschap is, in tegenstelling tot een andere vorm van kennis of geloof? Er zijn veel ideeën geweest over hoe dit criterium moet worden uitgedrukt. Logisch positivisten dachten dat een theorie wetenschappelijk was als zij kon worden geverifieerd; maar Karl Popper dacht dat dit een vergissing was. Hij vond dat een theorie niet wetenschappelijk was tenzij er een manier was waarop zij kon worden weerlegd. Anderzijds dacht Paul Feyerabend dat er geen criterium was. Voor hem geldt “alles mag”, of wat werkt, werkt.
Wetenschappers proberen de werkelijkheid voor zichzelf te laten spreken. Zij steunen een theorie wanneer de voorspellingen worden bevestigd, en bestrijden deze wanneer de voorspellingen onjuist blijken te zijn. Wetenschappelijke onderzoekers bieden hypothesen aan als verklaring voor verschijnselen, en ontwerpen experimenten om deze hypothesen te testen. Aangezien grote theorieën niet rechtstreeks kunnen worden getest, gebeurt dit door voorspellingen te testen die uit de theorie zijn afgeleid. Deze stappen moeten herhaalbaar zijn, als bescherming tegen vergissingen of verwarring door een bepaalde experimentator.
Wetenschappelijk onderzoek is over het algemeen bedoeld om zo objectief mogelijk te zijn. Om vooringenomen interpretaties van resultaten te beperken, publiceren wetenschappers hun werk, en delen zo gegevens en methoden met andere wetenschappers.
Stappen
Wetenschap en dingen die geen wetenschap zijn (zoals pseudowetenschap) worden vaak onderscheiden door de vraag of ze de wetenschappelijke methode gebruiken. Een van de eersten die een overzicht van de stappen in de wetenschappelijke methode opstelde, was John Stuart Mill.
Er is niet één wetenschappelijke methode, maar in het algemeen wordt ze geschreven als een aantal stappen:
- Kom met een vraag over de wereld. Alle wetenschappelijk werk begint met het hebben van een vraag die gesteld moet worden of een probleem dat opgelost moet worden.I, p9 Soms is alleen al het bedenken van de juiste vraag het moeilijkste deel voor een wetenschapper. De vraag moet beantwoord kunnen worden door middel van een experiment.
- Stel een hypothese op – een mogelijk antwoord op de vraag. Een hypothese in de wetenschap is een woord dat betekent “Een beredeneerde gok over hoe iets werkt”. Het moet mogelijk zijn te bewijzen dat de hypothese juist of onjuist is. Bijvoorbeeld, een uitspraak als “Blauw is een betere kleur dan groen” is geen wetenschappelijke hypothese. Het kan niet bewezen worden dat ze juist of onjuist is. “Meer mensen houden van de kleur blauw dan van groen” zou wel een wetenschappelijke hypothese kunnen zijn, omdat men veel mensen zou kunnen vragen of zij blauw mooier vinden dan groen, en op die vraag een antwoord zou kunnen geven.
- Ontwerp een experiment. Als de hypothese werkelijk wetenschappelijk is, moet het mogelijk zijn een experiment te ontwerpen om de hypothese te testen. Een experiment moet de wetenschapper kunnen vertellen of de hypothese onjuist is; het mag hem of haar niet vertellen of de hypothese juist is. In het voorbeeld hierboven zou een experiment kunnen inhouden dat aan veel mensen wordt gevraagd wat hun favoriete kleuren zijn. Het maken van een experiment kan echter zeer moeilijk zijn. Wat als de belangrijkste vraag om mensen te vragen niet is welke kleuren ze mooi vinden, maar welke kleuren ze haten? Hoeveel mensen moet dat worden gevraagd? Zijn er manieren om de vraag te stellen die het resultaat kunnen veranderen op een manier die niet werd verwacht? Dit zijn allemaal vragen die wetenschappers zich moeten stellen, voordat zij een experiment opzetten en uitvoeren. Gewoonlijk willen wetenschappers slechts één ding tegelijk testen. Om dit te doen, proberen zij elk onderdeel van een experiment voor alles hetzelfde te maken, behalve voor datgene wat zij willen testen.
- Experimenteren en de gegevens verzamelen. Hier probeert de wetenschapper het experiment uit te voeren dat hij eerder heeft ontworpen. Soms krijgt de wetenschapper nieuwe ideeën terwijl het experiment gaande is. Soms is het moeilijk te weten wanneer een experiment eindelijk voorbij is. Soms is het heel moeilijk om experimenten uit te voeren. Sommige wetenschappers besteden het grootste deel van hun leven aan het leren hoe ze goede experimenten kunnen doen.
- Waarom-vragen. Verklaringen zijn antwoorden op waarom-vragen.II, p3
- Trek conclusies uit het experiment. Soms zijn de resultaten niet gemakkelijk te begrijpen. Soms doen de experimenten zelf nieuwe vragen rijzen. Soms kunnen de resultaten van een experiment veel verschillende dingen betekenen. Over al deze zaken moet goed worden nagedacht.
- Communiceer ze aan anderen. Een belangrijk element van de wetenschap is het delen van de resultaten van experimenten, zodat andere wetenschappers de kennis vervolgens zelf kunnen gebruiken en de hele wetenschap ervan kan profiteren. Gewoonlijk vertrouwen wetenschappers een nieuwe bewering niet, tenzij andere wetenschappers er eerst naar hebben gekeken om er zeker van te zijn dat het als echte wetenschap klinkt. Dit wordt peer review genoemd (“peer” betekent hier “andere wetenschappers”). Werk dat door “peer review” komt, wordt gepubliceerd in een wetenschappelijk tijdschrift.
Hoewel dit als een lijst is geschreven, is het eigenlijk een cyclus: een wetenschapper kan het een aantal keren doorlopen voordat hij tevreden is met het antwoord.
Niet alle wetenschappers gebruiken de bovenstaande “wetenschappelijke methode” in hun dagelijks werk. Soms lijkt het eigenlijke wetenschapswerk in niets op het bovenstaande. Maar over het algemeen wordt het beschouwd als een goede methode om betrouwbare dingen over de wereld te weten te komen, en is het het meest door wetenschappers gebruikte model voor het denken over wetenschappelijke kennis.
Voorbeeld: suiker oplossen in water
Laten we zeggen dat we gaan uitzoeken wat het effect van de temperatuur is op de manier waarop suiker oplost in een glas water. Hieronder staat een manier om dit te doen, waarbij je stap voor stap de wetenschappelijke methode volgt.
Aim
Lost suiker sneller op in warm water of in koud water? Heeft de temperatuur invloed op hoe snel de suiker oplost? Dit is een vraag die we ons zouden kunnen stellen.
Planning van het experiment
Een eenvoudig experiment zou zijn om suiker op te lossen in water van verschillende temperaturen en bij te houden hoe lang het duurt voordat de suiker is opgelost. Dit zou een test zijn van het idee dat de snelheid van oplossen varieert met de kinetische energie van het oplosmiddel.
We willen er zeker van zijn dat we bij elke proef precies dezelfde hoeveelheid water gebruiken, en precies dezelfde hoeveelheid suiker. We doen dit om er zeker van te zijn dat alleen de temperatuur het effect veroorzaakt. Het kan bijvoorbeeld zijn dat de verhouding suiker/water ook een factor is in de snelheid van oplossen. Om extra voorzichtig te zijn, kunnen we het experiment ook zo uitvoeren dat de temperatuur van het water tijdens het experiment niet verandert.
Dit wordt “isoleren van een variabele” genoemd. Dit betekent dat van de factoren die een effect kunnen hebben, er slechts één in het experiment wordt veranderd.
Uitvoeren van het experiment
We doen het experiment in drie proeven, die precies hetzelfde zijn, behalve de temperatuur van het water.
- We doen precies 25 gram suiker in precies 1 liter water dat bijna zo koud is als ijs. We roeren niet. We merken dat het 30 minuten duurt voordat alle suiker is opgelost.
- We doen precies 25 gram suiker in precies 1 liter water op kamertemperatuur (20 °C). We roeren niet. We zien dat het 15 minuten duurt voordat alle suiker is opgelost.
- We doen precies 25 gram suiker in precies 1 liter warm water (50 °C). We roeren niet. We zien dat het 4 minuten duurt voordat alle suiker is opgelost.
Conclusies trekken
Een manier die het gemakkelijk maakt om resultaten te zien, is om er een tabel van te maken, waarin alle dingen worden opgesomd die zijn veranderd elke keer dat we het experiment hebben uitgevoerd. Die van ons zou er zo uit kunnen zien:
| Temperatuur | Oplostijd |
|---|---|
| 1 °C | 30 min |
| 20 °C | 15 min |
| 50 °C | 4 min |
Als alle andere onderdelen van het experiment hetzelfde waren (we hebben de ene keer niet meer suiker gebruikt dan de andere keer, we hebben niet de ene keer geroerd en de andere keer niet, enz.), dan zou dit een heel goed bewijs zijn dat warmte invloed heeft op hoe snel suiker wordt opgelost.
We kunnen echter niet zeker weten dat er niet iets anders van invloed is. Een voorbeeld van een verborgen oorzaak zou kunnen zijn dat suiker sneller oplost telkens als er meer suiker in dezelfde pot wordt opgelost. Dit is waarschijnlijk niet waar, maar als het zo was, zou het de resultaten precies hetzelfde kunnen maken: drie proeven, en de laatste zou het snelst zijn. We hebben op dit moment geen reden om te denken dat dit waar is, maar we zouden het kunnen opmerken als een ander mogelijk antwoord.
Historische aspecten
Elementen van de wetenschappelijke methode werden uitgewerkt door enkele vroege natuurstudenten.
- “Wij beschouwen het als een goed principe om de verschijnselen te verklaren door de eenvoudigst mogelijke hypothese.” Ptolemaeus (85-165 n.Chr.). Dit is een vroeg voorbeeld van wat wij het scheermes van Occam noemen.
- Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) en Roger Bacon (1214-1294), boekten allen enige vooruitgang bij de ontwikkeling van de wetenschappelijke methode.
- Het duurde echter tot de 17e eeuw voordat men het erover eens werd dat de experimentele methode de belangrijkste manier was om de waarheid te vinden. Dit werd in West-Europa gedaan door mannen als Galileo, Kepler, Hooke, Boyle, Halley en Newton. Tegelijkertijd werden de microscoop en de telescoop uitgevonden (beide in Nederland), en werd de Royal Society opgericht. Zowel de instrumenten als de genootschappen hebben de wetenschap enorm geholpen.
Gerelateerde pagina’s
- Falsifieerbaarheid
- Filosofie van de wetenschap
- Blind experiment
Afbeeldingen voor kinderen
-
Ibn al-Haytham (Alhazen), 965-1039 Irak. Een polymaat, door sommigen beschouwd als de vader van de moderne wetenschappelijke methodologie, vanwege zijn nadruk op experimentele gegevens en de reproduceerbaarheid van de resultaten.
-
Johannes Kepler (1571-1630). “Kepler geeft blijk van een scherp logisch inzicht door het hele proces te beschrijven waarmee hij uiteindelijk de ware omloopbaan bereikte. Dit is het grootste staaltje van Retroductief redeneren dat ooit is uitgevoerd.” – C. S. Peirce, ca. 1896, over Keplers redeneren via verklarende hypothesen
-
Aristoteles, 384 BCE – 322 BCE. “Wat zijn methode betreft, wordt Aristoteles erkend als de uitvinder van de wetenschappelijke methode vanwege zijn verfijnde analyse van de logische implicaties in het betogende betoog, die veel verder gaat dan de natuurlijke logica en die niets te danken heeft aan degenen die vóór hem hebben gefilosofeerd.” – Riccardo Pozzo
-
Volgens Morris Kline “dankt de moderne wetenschap haar huidige bloeiperiode aan een nieuwe wetenschappelijke methode die vrijwel geheel door Galileo Galilei (1564-1642) in het leven is geroepen”. Dudley Shapere heeft een meer gematigde kijk op Galileo’s bijdrage.
-
Vliegende galop vervalst; zie afbeelding hieronder
-
Muybridge’s foto’s van The Horse in Motion, 1878, werden gebruikt om antwoord te geven op de vraag of alle vier de voeten van een galopperend paard ooit tegelijkertijd van de grond zijn. Hieruit blijkt een gebruik van fotografie in de wetenschap.
-
..2. DNA-hypothesen
-
Precessie van het perihelium (overdreven)
-
..1. DNA-karakteriseringen
-
..DNA Voorbeeld