НАУКОВИЙ МЕТОД: 6 ЕТАПІВ ТА ЇХ ХАРАКТЕРИСТИКИ (ПРИКЛАД) - НАУКА - 2025

Науковий метод являє собою процес , який використовується в галузі науки , щоб перевірити наукову гіпотезу шляхом спостереження, опитування, формулювання гіпотез і експериментів. Це раціональний спосіб отримання об'єктивних і надійних знань.

Отже, науковий метод має низку характеристик, які його визначають: спостереження, експерименти, а також запитання та відповіді на запитання. Однак не всі вчені точно дотримуються цього процесу. Деякі галузі науки можна легше перевірити, ніж інші.

Етапи наукового методу: питання, дослідження, формулювання гіпотез, експеримент, аналіз даних, висновки.

Наприклад, вчені, що вивчають, як змінюються зірки у віці або як динозаври перетравлюють їжу, не можуть просунути життя зірки на мільйон років, або провести дослідження та тести на динозаврів, щоб перевірити їх гіпотези.

Коли прямі експерименти неможливі, вчені модифікують науковий метод. Хоча це змінюється майже при кожному науковому дослідженні, мета одна і та сама: виявити причинно-наслідкові зв’язки, задаючи питання, збираючи та вивчаючи дані та бачачи, чи можна всю наявну інформацію об’єднати в логічну відповідь.

З іншого боку, вчений часто знову проходить етапи наукового методу, оскільки нова інформація, дані чи висновки можуть зробити необхідним повторне проходження етапів.

Наприклад, вчений може гіпотезувати, що «переїдання прискорює старіння», провести експеримент та зробити висновок. Потім ви можете знову пройти ці кроки, починаючи з іншої гіпотези, наприклад, "вживання занадто багато цукру прискорює старіння".

Що таке науковий метод і для чого він призначений?

Науковий метод - це емпіричний метод дослідження, який служить для отримання нових знань та інформації. "Емпіричний" означає, що він заснований на реальності, використовує дані; це протилежне "теоретичному". Тому вчені використовують науковий метод, щоб дізнатися про реальність, збираючи дані та проводячи експерименти. Його можна розділити на шість етапів / фаз / етапів, які застосовуються до всіх видів досліджень:

-Попитування на основі спостереження.

-Дослідження.

-Формулювання гіпотези.

-Експериментація.

-Аналіз даних.

-Відхиліть або прийміть гіпотезу (висновки).

Далі я покажу основні кроки, які вживаються під час проведення розслідування. Щоб ви зрозуміли це краще, наприкінці статті я залишу приклад застосування етапів у біологічному експерименті; у відкритті структури ДНК.

Основні характеристики наукового методу

- Використовуйте спостереження як вихідний пункт.

- Задайте питання та відповіді. Для формулювання гіпотези вчений задає запитання та відповіді систематично, прагнучи встановити причинно-наслідкові зв’язки в аспектах реальності.

- Потрібна перевірка, тобто результати повинні бути перевірені різними вченими.

- Створює спростовувані висновки. Якщо висновки неможливо перевірити, науковий метод не може бути застосований.

- дає відтворювані результати; експерименти можуть бути повторені вченими, щоб спробувати отримати однакові результати.

- Це об'єктивно; вона заснована на експериментування та спостереження, а не на суб'єктивних думках.

Які етапи наукового методу? З чого вони складаються та їх характеристики

Крок 1- Задайте питання, грунтуючись на спостереженні

Науковий метод починається тоді, коли вчений / дослідник задає питання про те, що вони спостерігали або що вони досліджують: як, що, коли, хто, що, чому або де?

Приклади спостережень та питань:

- Луї Пастер під мікроскопом зауважив, що у шовкопрядів півдня Франції захворювання, заражені паразитами.

- Біолог під мікроскопом зауважує, що наявність певних типів клітин покращує симптоми віспи. Ви можете запитати, чи борються ці клітини з вірусом віспи?

- Альберт Ейнштейн, розробляючи свою теорію особливої ​​відносності, запитав себе: що ви побачите, якби ви могли пройти поруч із промінням світла, коли він поширюється по космосу?

Крок 2 - Дослідження

Цей крок складається з проведення досліджень, збору інформації, яка допоможе відповісти на питання. Важливо, щоб зібрана інформація була об'єктивною та з надійних джерел. Їх можна досліджувати за допомогою Інтернет-баз даних, у бібліотеках, книгах, інтерв'ю, дослідженнях серед інших.

Існує кілька видів наукового спостереження. Найпоширеніші - прямі та непрямі.

Етап 3- Постановка гіпотези

Третій етап - формулювання гіпотези. Гіпотеза - це твердження, яке можна використовувати для прогнозування результату майбутніх спостережень.

Приклади гіпотез:

• Футболісти, які регулярно тренуються, використовуючи час, забивають більше голів, ніж ті, хто пропускає 15% тренувань.
• Нові батьки, які вивчали вищу освіту, в 70% випадків стають більш розслабленими при пологах.

Корисна гіпотеза повинна допускати передбачення через міркування, включаючи дедуктивне міркування. Гіпотеза могла б передбачити результат експерименту в лабораторії або спостереження явища в природі.

Якщо прогнози не доступні спостереженням або досвідом, гіпотеза ще не перевірена і залишатиметься такою ненауковою мірою. Пізніше нова технологія або теорія могла зробити необхідні експерименти.

Крок 4- Експериментація

Випадок експерименту з людьми.

Наступний крок - експеримент, коли вчені виконують так звані наукові експерименти, в яких перевіряються гіпотези.

Прогнози, які намагаються зробити гіпотези, можна перевірити експериментами. Якщо результати тестування суперечать прогнозам, гіпотези ставлять під сумнів і стають менш стійкими.

Якщо результати експериментів підтверджують прогнози гіпотез, то вони вважаються більш правильними, але вони можуть помилятися і залишаються предметом подальших експериментів.

Щоб уникнути помилок спостереження в експериментах, використовується методика експериментального контролю. Ця методика використовує контраст між декількома зразками (або спостереженнями) за різних умов, щоб побачити, що змінюється або залишається однаковим.

Приклад

Для перевірки гіпотези «швидкість росту трави не залежить від кількості світла», потрібно було б спостерігати та брати дані з трави, що не піддається впливу світла.

Це називається "контрольною групою". Вони ідентичні іншим експериментальним групам, за винятком змінної, що досліджується.

Важливо пам’ятати, що контрольна група може відрізнятися від будь-якої експериментальної групи лише однією змінною. Таким чином ви можете знати, що саме ця змінна призводить до змін чи ні.

Наприклад, траву на вулиці в тіні не можна порівняти з травою на сонці. Також не трава одного міста з травою іншого. Між двома групами, крім світла, є змінні, такі як вологість ґрунту та pH.

Ще один приклад дуже поширеної контрольної групи

Експерименти з виявлення ефективності препарату для лікування бажаного є дуже поширеними. Наприклад, якщо ви хочете знати ефекти аспірину, ви можете використати дві групи в першому експерименті:

• Експериментальна група 1, якій надається аспірин.
• Контрольна група 2, з тими ж характеристиками, що і група 1, і аспірин, який не забезпечувався.

Крок 5: аналіз даних

Після експерименту беруться дані, які можуть бути у вигляді чисел, так / ні, наявних / відсутніх або інших спостережень.

Систематичний та ретельний збір вимірювань та даних - це різниця між псевдонауками, такими як алхімія, та науками, такими як хімія чи біологія. Вимірювання можна проводити в контрольованому середовищі, такому як лабораторія, або на більш-менш важкодоступних або не маніпулюваних об'єктах, таких як зірки або людські популяції.

Для вимірювання часто потрібні спеціалізовані наукові прилади, такі як термометри, мікроскопи, спектроскопи, прискорювачі частинок, вольтметри …

Цей крок включає визначення того, що показують результати експерименту та прийняття рішення про наступні дії. У випадках, коли експеримент повторюється багато разів, може знадобитися статистичний аналіз.

Якщо докази відхилили гіпотезу, потрібна нова гіпотеза. Якщо дані експерименту підтримують гіпотезу, але докази недостатньо сильні, інші прогнози гіпотези слід перевірити за допомогою інших експериментів.

Після того, як гіпотеза сильно підтверджується доказами, може бути запропоновано нове дослідницьке запитання, щоб надати більше інформації з тієї ж теми.

Крок 6: Висновки. Інтерпретувати дані та приймати або відкидати гіпотезу

Для багатьох експериментів висновки формуються на основі неофіційного аналізу даних. Просто запитайте, чи відповідають дані гіпотезі? це спосіб прийняття або відхилення гіпотези.

Однак краще застосувати статистичний аналіз до даних, щоб встановити ступінь "прийняття" або "відхилення". Математика також корисна для оцінки ефектів помилок вимірювань та інших невизначеностей в експерименті.

Якщо гіпотеза прийнята, правильною гіпотезою не гарантується. Це просто означає, що результати експерименту підтримують гіпотезу. Можна повторити експеримент і отримати інші результати в наступний раз. Гіпотеза може також пояснити спостереження, але це неправильне пояснення.

Якщо гіпотеза буде відхилена, це може бути закінченням експерименту або його можна зробити ще раз. Якщо ви повторите процес, у вас буде більше спостережень і більше даних.

Інші кроки: 7- Донести результати та 8- Перевірити результати, повторивши дослідження (проведене іншими вченими)

Якщо експеримент не може бути повторений для отримання однакових результатів, це означає, що вихідні результати могли бути помилковими. Як наслідок, один експеримент прийнято проводити кілька разів, особливо коли є неконтрольовані змінні чи інші ознаки експериментальної помилки.

Для отримання значних чи дивовижних результатів інші вчені також можуть спробувати повторити результати самі, особливо якщо ці результати важливі для їхньої власної роботи.

Реальний приклад наукового методу у відкритті структури ДНК

Історія відкриття структури ДНК є класичним прикладом етапів наукового методу: у 1950 році було відомо, що генетичне успадкування має математичний опис, починаючи з досліджень Грегора Менделя, і що ДНК містила генетичну інформацію.

Однак механізм зберігання генетичної інформації (тобто генів) у ДНК був незрозумілим.

Важливо зазначити, що у відкритті структури ДНК брали участь не тільки Ватсон та Крик, хоча їм було присуджено Нобелівську премію. Багато вчених того часу внесли свої знання, дані, ідеї та відкриття.

Питання із спостережень

Попередні дослідження ДНК визначали її хімічний склад (чотири нуклеотиди), структуру кожного з нуклеотидів та інші властивості.

ДНК був ідентифікований як носій генетичної інформації експериментом Ейвери-Маклеод-Маккарті в 1944 році, але механізм того, як генетична інформація зберігається в ДНК, був незрозумілим.

Таким чином, питання може бути таким:

Розслідування

Задіяні люди, включаючи Лінус Полінг, Ватсон або Крик, досліджували та шукали інформацію; в цьому випадку можливо дослідження часу, книги та бесіди з колегами.

Гіпотеза

Лінус Полінг запропонував, що ДНК може бути потрійною спіраллю. Цю гіпотезу також розглядали Френсіс Крик та Джеймс Д. Уотсон, але вони відкинули її.

Коли Ватсон і Крік дізналися про гіпотезу Полінга, вони зрозуміли з наявних даних, що він помиляється, і Полінг незабаром визнає свої труднощі з цією структурою. Тому гонка на відкриття структури ДНК полягала в тому, щоб виявити правильну структуру.

Який прогноз зробив би гіпотеза? Якби ДНК мала спіральну структуру, її рентгенівська дифракційна картина була б Х-образною.

Таким чином, гіпотеза про те, що ДНК має подвійну спіральну структуру , буде перевірена за результатами / даними рентгенівських променів, зокрема, вона була протестована за даними рентгенівської дифракції, наданими Розалінд Франклін, Джеймсом Уотсоном та Френсісом Криком у 1953 році.

Експеримент

Розалінд Франклін кристалізувала чисту ДНК і провела рентгенівську дифракцію для отримання фотографії 51. Результати показали форму X.

Експериментальні докази, що підтверджують модель Уотсона та Кріка, були продемонстровані в серії з п'яти робіт, опублікованих у виданні Nature.

З них папір Франкліна та Реймонда Гослінга була першою публікацією з рентгенівськими дифракційними даними для підтримки моделі Уотсона та Крика.

Аналіз та висновки

Коли Ватсон побачив детальну схему дифракції, він негайно визнав її спіраллю.

Він та Крик створили свою модель, використовуючи цю інформацію разом із відомою раніше інформацією про склад ДНК та про молекулярні взаємодії, такі як воднева зв'язка.

Історія

Оскільки важко точно визначити, коли почав застосовуватися науковий метод, важко відповісти на питання, хто його створив.

Метод та його кроки розвивались із часом, і вчені, які його застосовували, зробили свій внесок, еволюціонувавши та попрацьовуючи поступово.

Арістотель і греки

Аристотель, один з найвпливовіших філософів в історії, був основоположником емпіричної науки, тобто процесу перевірки гіпотез з досвіду, експериментів та прямого та непрямого спостереження.

Греки були першою західною цивілізацією, яка почала спостерігати і вимірювати, щоб зрозуміти і вивчити явища світу, проте не було структури, яка б називала це науковим методом.

Мусульмани і золотий вік ісламу

Власне, розвиток сучасного наукового методу розпочався з мусульманських учених під час золотого століття ісламу, в 10-14 століттях. Пізніше вчені-філософи Просвітництва продовжували її удосконалювати.

Серед усіх науковців, які зробили свій внесок, Альхацен (Абу Алі аль-Ḥасан ібн аль-Ḥасан ібн аль-Хайям) був головним автором, який вважався деякими істориками "архітектором наукового методу". Його метод мав наступні етапи, ви можете побачити його схожість з поясненими в цій статті:

-Збереження природного світу.

-Встановити / визначити проблему.

-Сформулюйте гіпотезу.

-Тестуйте гіпотезу шляхом експерименту.

-Оцінюйте та аналізуйте результати.

-Інтерпретувати дані та робити висновки.

-Опублікуйте результати.

Відродження

Філософ Роджер Бекон (1214 - 1284) вважається першою людиною, яка застосувала індуктивне міркування як частину наукового методу.

У епоху Відродження Френсіс Бекон розробив індуктивний метод через причину і наслідок, і Декарт запропонував, щоб дедукція була єдиним способом пізнати і зрозуміти.

Ньютон і сучасна наука

Ісаака Ньютона можна вважати вченим, який остаточно вдосконалив процес до сьогодні, поки це не відомо. Він запропонував і застосував на практиці той факт, що науковому методу потрібен і дедуктивний, і індуктивний метод.

Після Ньютона з'явилися й інші великі вчені, які сприяли розвитку методу, в тому числі Альберт Ейнштейн.

Важливість

Науковий метод важливий, оскільки це надійний спосіб здобути знання. Він заснований на підставі тверджень, теорій та знань про дані, експерименти та спостереження.

Тому для розвитку суспільства в галузі технологій, науки загалом, охорони здоров’я і загалом важливо формувати теоретичні знання та практичні програми.

Наприклад, цей метод науки суперечить тому, який базується на вірі. З вірою в щось вірять традиції, писання чи вірування, не грунтуючись на доказах, які можна спростувати, а також не можна робити експериментів чи спостережень, які заперечують або приймають вірування цієї віри.

За допомогою науки дослідник може виконувати етапи цього методу, робити висновки, представляти дані, а інші дослідники можуть повторити цей експеримент чи спостереження, щоб підтвердити його чи ні.

Список літератури

1. Ернандес Самп'єрі, Роберто; Феррандес Колладо, Карлос і Баптіста Лусіо, Пілар (1991). Методологія дослідження (2-е видання, 2001). Мексика DF, Мексика. McGraw-Hill.
2. Kazilek, CJ та Pearson, David (2016, 28 червня). Що таке науковий метод? Арізонський державний університет, коледж вільних мистецтв і наук. Доступ 15 січня 2017 року.
3. Лодіко, Маргарита Г .; Сполдінг, Дін Т. та Фогтл, Кетрін Х. (2006). Методи в освітніх дослідженнях: від теорії до практики (2-е видання, 2010). Сан-Франциско, США. Джоссі-Басс.
4. Маркес, Омар (2000). Процес дослідження в галузі соціальних наук. Баринас, Венесуела. UNELLEZ.
5. Тамайо Т., Маріо (1987). Процес наукових досліджень (3-е видання, 1999). Мексика DF, Мексика. Лімуса.
6. Віра, Аліріо (1999). Аналіз даних. Сан-Крістобаль, Венесуела. Національний експериментальний університет Тачіра (UNET).
7. Wolfs, Frank LH (2013). Вступ до наукового методу. Нью-Йорк, США. Рочестерський університет, кафедра фізики та астрономії. Доступ 15 січня 2017 року.
8. Вудка, Хосе (1998, 24 вересня). Що таке "науковий метод"? Ріверсайд, США. Каліфорнійський університет, кафедра фізики та астрономії. Доступ 15 січня 2017 року.
9. Мартін Шаттлворт (23 квітня 2009 р.). Хто винайшов науковий метод ?. Отримано 23 грудня 2017 року з Explorable.com: explorable.com.