Metoda științifică | modalități de investigare a fenomenelor, de obținere de noi cunoștințe, de corectare a erorilor și de testare a teoriilor

Ceea ce distinge o metodă științifică de cercetare este o întrebare cunoscută sub numele de "criteriu". Acesta este un răspuns la întrebarea: există o modalitate de a spune dacă un concept sau o teorie este știință, spre deosebire de un alt tip de cunoaștere sau credință? Au existat multe idei cu privire la modul în care ar trebui să fie exprimat acest criteriu. Pozitiviștii logici considerau că o teorie este științifică dacă poate fi verificată, dar Karl Popper a considerat că aceasta este o greșeală. El a considerat că o teorie nu este științifică decât dacă există o modalitate prin care poate fi infirmată. Pe de altă parte, Paul Feyerabend a considerat că nu există niciun criteriu. Pentru el, "totul este permis", sau orice funcționează, funcționează.

Oamenii de știință încearcă să lase realitatea să vorbească de la sine. Ei susțin o teorie atunci când predicțiile sale sunt confirmate și o contestă atunci când predicțiile sale se dovedesc false. Cercetătorii științifici oferă ipoteze ca explicații ale fenomenelor și proiectează experimente pentru a testa aceste ipoteze. Deoarece marile teorii nu pot fi testate direct, acest lucru se face prin testarea predicțiilor derivate din teorie. Acești pași trebuie să poată fi repetați, pentru a se feri de greșeli sau confuzii din partea unui anumit experimentator.

Cercetarea științifică este, în general, menită să fie cât mai obiectivă posibil. Pentru a reduce interpretările tendențioase ale rezultatelor, oamenii de știință își publică lucrările și, astfel, împărtășesc datele și metodele cu alți oameni de știință.

Știința și lucrurile care nu sunt știință (cum ar fi pseudoștiința) se disting adesea prin faptul că folosesc sau nu metoda științifică. Unul dintre primii oameni care a creat o schemă a etapelor metodei științifice a fost John Stuart Mill.

Nu există o singură metodă științifică. Unele domenii ale științei se bazează pe modele matematice, cum ar fi fizica și știința climei. Alte domenii, cum ar fi multe domenii ale științelor sociale, au teorii aproximative și se bazează mai mult pe modelele care apar din datele lor. Uneori, oamenii de știință se concentrează pe testarea și confirmarea ipotezelor, însă explorarea deschisă este, de asemenea, importantă. Unele domenii științifice utilizează experimente de laborator. Altele colectează observații din situații din lumea reală. Multe domenii ale științei sunt cantitative, punând accentul pe datele numerice și pe analiza matematică. Dar unele domenii, în special în științele sociale, utilizează metode calitative, cum ar fi interviurile sau observațiile detaliate ale comportamentului uman sau animal. Concentrându-ne prea mult pe un singur tip de metodă ne poate determina să ignorăm cunoștințele produse prin alte metode.

Unele manuale se concentrează pe o singură "metodă științifică" standard. Această idee a unei singure metode științifice se bazează în mare parte pe domeniile experimentale, de testare a ipotezelor și cantitative ale științei. Ea nu se aplică foarte bine altor domenii ale științei. Este adesea scrisă ca un număr de pași:

1. Puneți o întrebare despre lume. Orice activitate științifică începe cu o întrebare de pus sau o problemă de rezolvat.^{I, p9} Uneori, doar găsirea întrebării potrivite este cea mai grea parte pentru un om de știință. Întrebarea ar trebui să poată primi un răspuns prin intermediul unui experiment.
2. Creați o ipoteză - un posibil răspuns la întrebare. O ipoteză în știință este un cuvânt care înseamnă "O presupunere avizată despre cum funcționează ceva". Ar trebui să fie posibil să se poată dovedi că este corectă sau greșită. De exemplu, o afirmație de genul "Albastrul este o culoare mai bună decât verdele" nu este o ipoteză științifică. Nu se poate dovedi că este corectă sau greșită. "Mai multor oameni le place culoarea albastră decât cea verde" ar putea fi totuși o ipoteză științifică, deoarece s-ar putea întreba mai mulți oameni dacă le place mai mult albastrul decât verdele și să se obțină un răspuns într-un fel sau altul.
3. Proiectați un experiment. Dacă ipoteza este cu adevărat științifică, ar trebui să fie posibil să se conceapă un experiment pentru a o testa. Un experiment ar trebui să poată spune cercetătorului dacă ipoteza este greșită; este posibil să nu-i spună dacă ipoteza este corectă. În exemplul de mai sus, un experiment ar putea implica să întrebăm mai multe persoane care sunt culorile lor preferate. Realizarea unui experiment poate fi însă foarte dificilă. Ce se întâmplă dacă întrebarea cheie pe care trebuie să o punem oamenilor nu este ce culori le plac, ci ce culori urăsc? Câte persoane trebuie să fie întrebate? Există modalități de a pune întrebarea care ar putea schimba rezultatul în moduri neașteptate? Acestea sunt toate tipurile de întrebări pe care oamenii de știință trebuie să și le pună înainte de a face un experiment și de a-l realiza. De obicei, oamenii de știință doresc să testeze un singur lucru la un moment dat. Pentru a face acest lucru, ei încearcă ca fiecare parte a unui experiment să fie aceeași pentru toți, cu excepția lucrului pe care vor să îl testeze.
4. Experimentați și colectați datele. În acest caz, omul de știință încearcă să efectueze experimentul pe care l-a conceput anterior. Uneori, cercetătorul are idei noi pe măsură ce experimentul se desfășoară. Uneori este dificil de știut când un experiment se termină în cele din urmă. Uneori, experimentarea va fi foarte dificilă. Unii oameni de știință își petrec cea mai mare parte a vieții învățând cum să facă experimente bune.
5. Întrebări de ce. Explicațiile sunt răspunsuri la întrebările "de ce". ^{II, p3}
6. Trageți concluzii în urma experimentului. Uneori, rezultatele nu sunt ușor de înțeles. Uneori, experimentele în sine deschid noi întrebări. Uneori, rezultatele unui experiment pot însemna mai multe lucruri diferite. La toate acestea trebuie să vă gândiți cu atenție.
7. Comunicați-le și altora. Un element cheie al științei este împărtășirea rezultatelor experimentelor, astfel încât alți oameni de știință să poată folosi ei înșiși cunoștințele și întreaga știință să beneficieze de ele. De obicei, oamenii de știință nu au încredere într-o nouă afirmație decât dacă alți oameni de știință au analizat-o mai întâi pentru a se asigura că sună ca o știință adevărată. Acest lucru se numește evaluare inter pares ("peer" înseamnă aici "alți oameni de știință"). Lucrările care trec de evaluarea inter pares sunt publicate într-o revistă științifică.

Deși este scrisă sub forma unei liste, oamenii de știință pot trece de mai multe ori de la o etapă la alta înainte de a fi mulțumiți de răspuns.

Nu toți oamenii de știință folosesc "metoda științifică" de mai sus în activitatea lor de zi cu zi. Uneori, activitatea științifică reală nu seamănă deloc cu cea de mai sus.

Să presupunem că vrem să aflăm efectul temperaturii asupra modului în care se dizolvă zahărul într-un pahar cu apă. Iată mai jos un mod de a face acest lucru, urmând pas cu pas metoda științifică.

Ținta

Zahărul se dizolvă mai repede în apă caldă sau în apă rece? Temperatura influențează cât de repede se dizolvă zahărul? Aceasta este o întrebare pe care am putea dori să o punem.

Planificarea experimentului

Un experiment simplu ar fi dizolvarea zahărului în apă la diferite temperaturi și urmărirea timpului necesar pentru dizolvarea zahărului. Acesta ar fi un test al ideii că viteza de dizolvare variază în funcție de energia cinetică a solventului.

Vrem să ne asigurăm că vom folosi exact aceeași cantitate de apă în fiecare probă și exact aceeași cantitate de zahăr. Facem acest lucru pentru a ne asigura că doar temperatura este cauza efectului. S-ar putea, de exemplu, ca raportul dintre zahăr și apă să fie, de asemenea, un factor care să influențeze viteza de dizolvare. Pentru a fi foarte atenți, am putea, de asemenea, să efectuăm experimentul astfel încât temperatura apei să nu se schimbe în timpul acestuia.

Acest lucru se numește "izolarea unei variabile". Aceasta înseamnă că, dintre factorii care ar putea avea un efect, doar unul singur este modificat în cadrul experimentului.

Efectuarea experimentului

Vom face experimentul în trei încercări, care sunt exact la fel, cu excepția temperaturii apei.

1. Am pus exact 25 de grame de zahăr în exact 1 litru de apă aproape rece ca gheața. Nu amestecăm. Observăm că este nevoie de 30 de minute pentru ca tot zahărul să fie dizolvat.
2. Punem exact 25 de grame de zahăr în exact 1 litru de apă la temperatura camerei (20 °C). Nu amestecăm. Observăm că este nevoie de 15 minute pentru ca tot zahărul să fie dizolvat.
3. Punem exact 25 de grame de zahăr în exact 1 litru de apă caldă (50 °C). Nu amestecăm. Observăm că este nevoie de 4 minute pentru ca tot zahărul să se dizolve.

Tragerea de concluzii

O modalitate care facilitează vizualizarea rezultatelor este de a face un tabel cu acestea, enumerând toate lucrurile care s-au schimbat de fiecare dată când am efectuat experimentul. Tabelul nostru ar putea arăta astfel:

Dacă toate celelalte părți ale experimentului ar fi fost la fel (nu am folosit mai mult zahăr o dată decât alta, nu am amestecat o dată sau alta, etc.), atunci aceasta ar fi o dovadă foarte bună că căldura afectează rapiditatea cu care se dizolvă zahărul.

Totuși, nu putem ști cu siguranță că nu există altceva care să o afecteze. Un exemplu de cauză ascunsă ar putea fi faptul că zahărul se dizolvă mai repede de fiecare dată când se dizolvă mai mult zahăr în același vas. Probabil că acest lucru nu este adevărat, dar dacă ar fi așa, ar putea face ca rezultatele să fie exact aceleași: trei încercări, iar ultima ar fi cea mai rapidă. Nu avem niciun motiv să credem că acest lucru este adevărat în acest moment, dar am putea dori să îl notăm ca un alt răspuns posibil.

C.U.R.R.R.

Pentru a vă arăta rezultatele prin cuvinte, o modalitate este să folosiți C.U.R.R.R. (Claim, evidence, reasoning, and revise), pe care mulți elevi o folosesc. Începători de propoziții pentru această fază includ, dar nu se limitează la:

Afirmație: Răspunsul la întrebarea mea este/sunt...

Dovezi: Datele arată că...

Raționament: Pot să explic asta cu...

Revizuiți: Pot să îmbunătățesc acest lucru prin...

Criza replicării (sau criza replicabilității) se referă la o criză în știință. Foarte adesea, rezultatul unui experiment științific este dificil sau imposibil de reprodus ulterior, fie de către cercetători independenți, fie de către cercetătorii inițiali înșiși. Deși criza are rădăcini vechi, expresia a fost inventată la începutul anilor 2010, ca parte a unei conștientizări tot mai mari a problemei.

Deoarece reproductibilitatea experimentelor este o parte esențială a metodei științifice, incapacitatea de a reproduce studiile are consecințe potențial grave.

Criza replicării a fost discutată pe larg în special în domeniul psihologiei (și în special al psihologiei sociale) și în medicină, unde au fost depuse o serie de eforturi pentru a investiga din nou rezultatele clasice și pentru a încerca să se determine atât validitatea rezultatelor, cât și, în cazul în care acestea nu sunt valide, motivele pentru care nu au putut fi replicate.

Discuțiile recente au făcut ca această problemă să fie mai bine cunoscută.

Elementele metodei științifice au fost elaborate de unii dintre primii studenți ai naturii.

• "Considerăm că este un bun principiu să explicăm fenomenele prin cea mai simplă ipoteză posibilă." Ptolemeu (85-165 d.Hr.). Acesta este un exemplu timpuriu a ceea ce noi numim briciul lui Occam.
• Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) și Roger Bacon (1214-1294), toți au făcut progrese în dezvoltarea metodei științifice.
• În secolul al XVII-lea, oamenii de știință au început să fie de acord că metoda experimentală este principala cale de a afla adevărul. Acest lucru a fost realizat în Europa de Vest de oameni precum Galileo, Kepler, Hooke, Boyle, Halley și Newton. În același timp, au fost inventate microscopul și telescopul (în Olanda), iar Societatea Regală a fost înființată. Instrumentele, societățile și publicațiile, toate au ajutat foarte mult știința.

• Falsificabilitate
• Metoda istorică
• Istoria științei
• Filosofia științei
• Metafilosofie
• Experiment orb
• Pseudoștiință