Metoda naukowa odnosi się do sposobów badania zjawisk, uzyskać nową wiedzę, poprawić błędy i pomyłki, i testować teorie.
The Oxford English Dictionary mówi, że metoda naukowa to: „metoda lub procedura, która charakteryzuje nauki przyrodnicze od XVII wieku, polegająca na systematycznej obserwacji, pomiarach i eksperymentach oraz formułowaniu, testowaniu i modyfikowaniu hipotez”.
Naukowiec gromadzi empiryczne i wymierne dowody oraz używa zdrowego rozumowania. Nowa wiedza często potrzebuje dostosowanie, lub dopasowanie do, poprzedni knowledge.
Criterion
Co odróżnia naukową metodę dochodzenia jest pytanie znane jako „kryterium”. Jest to odpowiedź na pytanie: czy istnieje sposób, aby powiedzieć, czy koncepcja lub teoria jest nauką, w przeciwieństwie do jakiegoś innego rodzaju wiedzy lub przekonań? Było wiele pomysłów na to, jak to kryterium powinno być wyrażone. Logiczni pozytywiści uważali, że teoria jest naukowa, jeśli można ją zweryfikować; ale Karl Popper uważał to za błąd. Uważał on, że teoria nie jest naukowa, jeśli nie ma sposobu na jej obalenie. Z drugiej strony, Paul Feyerabend uważał, że nie ma żadnego kryterium. Dla niego „anything goes”, czyli cokolwiek działa, działa.
Naukowcy starają się, by rzeczywistość mówiła sama za siebie. Popierają teorię, gdy jej przewidywania się potwierdzają, i podważają ją, gdy jej przewidywania okazują się fałszywe. Naukowcy proponują hipotezy jako wyjaśnienie zjawisk i projektują eksperymenty, aby przetestować te hipotezy. Ponieważ wielkich teorii nie da się przetestować bezpośrednio, robi się to poprzez testowanie przewidywań wynikających z teorii. Te kroki muszą być powtarzalne, aby uchronić się przed błędem lub pomyłki przez konkretnego eksperymentatora.
Dochodzenie naukowe jest ogólnie przeznaczone do być tak obiektywne, jak to możliwe. Aby ograniczyć tendencyjne interpretacje wyników, naukowcy publikują swoje prace i w ten sposób dzielą się danymi i metodami z innymi naukowcami.
Etapy
Nauka i rzeczy, które nie są nauką (takie jak pseudonauka) są często rozróżniane na podstawie tego, czy używają metody naukowej. Jedną z pierwszych osób, które stworzyły zarys kroków w metodzie naukowej był John Stuart Mill.
Nie ma jednej metody naukowej, ale ogólnie jest ona zwykle zapisywana jako szereg kroków:
- Wymyśl pytanie o świat. Każda praca naukowa zaczyna się od zadania pytania lub rozwiązania problemu.I, s. 9 Czasami najtrudniejsze dla naukowca jest samo wymyślenie właściwego pytania. Pytanie powinno być możliwe do odpowiedzi za pomocą eksperymentu.
- Stwórz hipotezę – jedną z możliwych odpowiedzi na pytanie. Hipoteza w nauce to słowo oznaczające „wykształcone przypuszczenie na temat tego, jak coś działa”. Powinna istnieć możliwość udowodnienia jej słuszności lub niesłuszności. Na przykład, stwierdzenie takie jak „Niebieski jest lepszym kolorem niż zielony” nie jest hipotezą naukową. Nie można udowodnić jej słuszności lub niesłuszności. „Więcej ludzi lubi kolor niebieski niż zielony” może być hipotezą naukową, chociaż, ponieważ można zapytać wielu ludzi, czy lubią niebieski bardziej niż zielony i przyjść z odpowiedzią w jedną lub drugą stronę.
- Zaprojektuj eksperyment. Jeśli hipoteza jest naprawdę naukowa, powinno być możliwe zaprojektowanie eksperymentu, aby ją przetestować. Eksperyment powinien być w stanie powiedzieć naukowcowi, czy hipoteza jest błędna; może nie powiedzieć mu lub jej, czy hipoteza jest słuszna. W powyższym przykładzie eksperyment może polegać na pytaniu wielu ludzi, jakie są ich ulubione kolory. Przeprowadzenie eksperymentu może być jednak bardzo trudne. Co jeśli kluczowe pytanie zapytać ludzi nie jest to, co kolory lubią, ale co kolory nienawidzą? Ile osób musi zostać zapytanych? Czy istnieją sposoby zadawania pytań, które mogą zmienić wynik w sposób, który nie był oczekiwany? To są wszystkie rodzaje pytań, które naukowcy muszą zadać, zanim zrobią eksperyment i go przeprowadzą. Zazwyczaj naukowcy chcą testować tylko jedną rzecz na raz. Aby to zrobić, starają się, aby każda część eksperymentu była taka sama dla wszystkich, z wyjątkiem rzeczy, którą chcą przetestować.
- Eksperymentuj i zbieraj dane. Tutaj naukowiec próbuje uruchomić eksperyment, który zaprojektował wcześniej. Czasami naukowiec dostaje nowe pomysły w trakcie trwania eksperymentu. Czasami trudno jest wiedzieć, kiedy eksperyment wreszcie się kończy. Czasami eksperymentowanie będzie bardzo trudne. Niektórzy naukowcy spędzają większość swojego życia na uczeniu się, jak robić dobre eksperymenty.
- Dlaczego – pytania. Wyjaśnienia są odpowiedziami na pytania dlaczego.II, p3
- Wyciągnij wnioski z eksperymentu. Czasami wyniki nie są łatwe do zrozumienia. Czasami eksperymenty same w sobie otwierają nowe pytania. Czasami wyniki eksperymentu mogą oznaczać wiele różnych rzeczy. Wszystkie te kwestie należy dokładnie przemyśleć.
- Przekazać je innym. Kluczowym elementem nauki jest dzielenie się wynikami eksperymentów, tak aby inni naukowcy mogli potem sami wykorzystać tę wiedzę, a cała nauka mogła na tym skorzystać. Zazwyczaj naukowcy nie ufają nowym twierdzeniom, jeśli inni naukowcy nie przejrzeli ich wcześniej, aby upewnić się, że brzmią jak prawdziwa nauka. Nazywa się to peer review („peer” oznacza tu „innych naukowców”). Praca, która przejdzie wzajemną weryfikację, jest publikowana w czasopiśmie naukowym.
Pomimo że napisana jako lista, jest to tak naprawdę cykl: naukowiec może obejść ją kilka razy, zanim będzie zadowolony z odpowiedzi.
Nie wszyscy naukowcy używają powyższej „metody naukowej” w swojej codziennej pracy. Czasem faktyczna praca nauki nie wygląda jak powyższa. Ale na ogół uważa się, że jest to dobra metoda znajdowania rzeczy o świecie, które są wiarygodne, i jest to model myślenia o wiedzy naukowej najczęściej używany przez naukowców.
Przykład: rozpuszczanie cukru w wodzie
Powiedzmy, że mamy zamiar dowiedzieć się, jaki wpływ ma temperatura na sposób, w jaki cukier rozpuszcza się w szklance wody. Poniżej znajduje się jeden ze sposobów, aby to zrobić, postępując zgodnie z metodą naukową krok po kroku.
Aim
Czy cukier rozpuszcza się szybciej w gorącej czy zimnej wodzie? Czy temperatura ma wpływ na to, jak szybko rozpuszcza się cukier? To jest pytanie, które możemy chcieć zadać.
Planowanie eksperymentu
Jednym z prostych eksperymentów byłoby rozpuszczenie cukru w wodzie o różnych temperaturach i śledzenie ile czasu zajmuje rozpuszczenie się cukru. Byłby to test idei, że szybkość rozpuszczania zmienia się w zależności od energii kinetycznej rozpuszczalnika.
Chcemy się upewnić, że używamy dokładnie takiej samej ilości wody w każdej próbie i dokładnie takiej samej ilości cukru. Robimy to, aby upewnić się, że sama temperatura jest przyczyną efektu. Może się okazać, na przykład, że stosunek cukru do wody jest również czynnikiem wpływającym na szybkość rozpuszczania. Aby zachować szczególną ostrożność, możemy również przeprowadzić eksperyment tak, aby temperatura wody nie zmieniała się podczas jego trwania.
To się nazywa „izolowanie zmiennej”. Oznacza to, że spośród czynników, które mogą mieć wpływ, tylko jeden jest zmieniany w eksperymencie.
Przeprowadzanie eksperymentu
Przeprowadzimy eksperyment w trzech próbach, które są dokładnie takie same, z wyjątkiem temperatury wody.
- Wsypujemy dokładnie 25 gramów cukru do dokładnie 1 litra wody prawie tak zimnej jak lód. Nie mieszamy. Zauważamy, że mija 30 minut, zanim cały cukier się rozpuści.
- Wsypujemy dokładnie 25 gramów cukru do dokładnie 1 litra wody o temperaturze pokojowej (20°C). Nie mieszamy. Zauważamy, że potrzeba 15 minut, zanim cały cukier się rozpuści.
- Wsypujemy dokładnie 25 gramów cukru do dokładnie 1 litra ciepłej wody (50 °C). Nie mieszamy. Zauważamy, że mijają 4 minuty, zanim cały cukier się rozpuści.
Wyciąganie wniosków
Jednym ze sposobów, który ułatwia przeglądanie wyników, jest sporządzenie tabeli z wyszczególnieniem wszystkich rzeczy, które zmieniły się za każdym razem, gdy przeprowadzaliśmy eksperyment. Nasza może wyglądać tak:
| Temperatura | Czas rozpuszczania |
|---|---|
| 1 °C | 30 min |
| 20 °C | 15 min |
| 50 °C | 4 min |
Jeśli każda inna część doświadczenia była taka sama (nie użyliśmy więcej cukru za jednym razem niż za drugim, nie mieszaliśmy raz jednego raz drugiego, itd.), to byłby to bardzo dobry dowód, że ciepło wpływa na to, jak szybko cukier się rozpuszcza.
Nie możemy jednak wiedzieć na pewno, że nie ma czegoś innego wpływającego na to. Przykładem ukrytej przyczyny może być to, że cukier rozpuszcza się szybciej za każdym razem, gdy więcej cukru rozpuszcza się w tym samym naczyniu. Prawdopodobnie nie jest to prawda, ale gdyby tak było, to wyniki mogłyby być dokładnie takie same: trzy próby, a ostatnia byłaby najszybsza. Nie mamy powodu sądzić, że w tej chwili jest to prawda, ale możemy chcieć to odnotować jako inną możliwą odpowiedź.
Aspekty historyczne
Elementy metody naukowej zostały wypracowane przez niektórych wczesnych badaczy przyrody.
- „Uważamy za dobrą zasadę wyjaśnianie zjawisk za pomocą możliwie najprostszej hipotezy.” Ptolemeusz (85-165 n.e.). Jest to wczesny przykład tego, co nazywamy brzytwą Occama.
- Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) i Roger Bacon (1214-1294), wszyscy dokonali pewnego postępu w rozwoju metody naukowej.
- Jednakże dopiero w XVII wieku zgodzono się, że metoda eksperymentalna jest głównym sposobem dochodzenia do prawdy. Dokonali tego w Europie Zachodniej tacy ludzie jak Galileusz, Kepler, Hooke, Boyle, Halley i Newton. W tym samym czasie wynaleziono mikroskop i teleskop (oba w Holandii), a także utworzono Towarzystwo Królewskie. Zarówno instrumenty, jak i towarzystwa bardzo pomogły nauce.
Powiązane strony
- Falsyfikowalność
- Filozofia nauki
- Ślepy eksperyment
Obrazy dla dzieci
-
Ibn al-Haytham (Alhazen), 965-1039 Irak. Polimat, uważany przez niektórych za ojca nowoczesnej metodologii naukowej, ze względu na nacisk, jaki kładł na dane doświadczalne i powtarzalność ich wyników.
Johannes Kepler (1571-1630). „Kepler pokazuje swój przenikliwy zmysł logiczny w szczegółowym opisie całego procesu, przez który w końcu doszedł do prawdziwej orbity. Jest to najwspanialszy kawałek rozumowania wstecznego, jaki kiedykolwiek wykonano.” – C. S. Peirce, ok. 1896, o rozumowaniu Keplera poprzez hipotezy wyjaśniające
Arystoteles, 384 p.n.e.- 322 p.n.e. „Jeśli chodzi o jego metodę, Arystoteles jest uznawany za wynalazcę metody naukowej ze względu na jego wyrafinowaną analizę implikacji logicznych zawartych w dyskursie demonstracyjnym, która wykracza daleko poza logikę naturalną i nie zawdzięcza niczego tym, którzy filozofowali przed nim.” – Riccardo Pozzo
Według Morrisa Kline’a „Współczesna nauka zawdzięcza swój obecny kwitnący stan nowej metodzie naukowej, która została wymodelowana niemal w całości przez Galileo Galilei” (1564-1642). Dudley Shapere przyjmuje bardziej wyważony pogląd na wkład Galileusza.
Fałszywy galop; patrz zdjęcie poniżej
Zdjęcia Muybridge’a The Horse in Motion z 1878 r. zostały wykorzystane do odpowiedzi na pytanie, czy wszystkie cztery nogi galopującego konia kiedykolwiek odrywają się od ziemi w tym samym czasie. Świadczy to o wykorzystaniu fotografii w nauce.
..2. Hipotezy DNA
Precesja peryhelium (przesadna)
..1. charakterystyka DNA
-
..DNA Przykład
.