المنهج العلمي هو إطار من التقنيات والأسئلة التي يستخدمها العلماء للتحقيق في الظواهر بهدف جعل الاكتشافات العلمية بسيطة وقابلة للتكرار. لقد لوحظ بشكل فضفاض من قبل المجربين منذ القرن الرابع قبل الميلاد ، ولكن تم صياغة أول طريقة علمية رسمية بشكل صحيح خلال عصر النهضة الأوروبية. هنا بدأ الأفراد في طليعة العلم مثل فرانسيس بيكون وجاليليو وإسحاق نيوتن في وضع القواعد التي نستخدمها لإجراء التجارب اليوم في الممارسة الروتينية.
عادة ما تكون الخطوة الأولى في المنهج العلمي هي صياغة سؤال ، عادة بعد ملاحظة ظاهرة ما. على سبيل المثال ، لنفترض أنك كنت تربي اليرقات ولاحظت أن بعضها يستغرق وقتا أطول من البعض الآخر للوصول إلى التشرنق وتتساءل ، هل تتطور اليرقات بمعدلات مختلفة حسب درجة الحرارة؟
هذا هو المكان الذي يأتي فيه الجزء الثاني من المنهج العلمي ، الفرضية. الفرضية هي تفسير غير مؤكد لسبب ملاحظتنا لما نلاحظه ، وهناك نوعان رئيسيان. الأول هو الفرضية التجريبية أو البديلة ، ويعني أنه ستكون هناك علاقة بين المتغيرات التي يتم التحقيق فيها ، ودرجة الحرارة وتطور اليرقة ، في هذه الحالة. لذلك ، قد تكون فرضيتنا التجريبية هي أن اليرقات ستستغرق وقتا أطول للانتقال من البويضة إلى التشرنق إذا تم تربيتها في درجات حرارة أكثر برودة. بشكل حاسم ، ستكون الفرضية الجيدة قابلة للاختبار. بالنسبة لليرقات لدينا ، يمكننا تغيير درجة الحرارة ، وتسجيل الوقت الذي تستغرقه للانتقال من البيضة إلى الخادرة ، وقابلة للتكذيب. لذا، إذا استغرق الأمر نفس الوقت تقريبا حتى تتطور اليرقات بغض النظر عن درجة الحرارة، فيمكننا قبول أن الفرضية كانت خاطئة على الأرجح. النوع الثاني من الفرضيات هو الفرضية الصفرية. هذا عادة ما يتكهن بأنه لن يكون هناك أي تغيير أو اختلاف كبير ملحوظ أثناء التجربة. في مثال اليرقة الخاص بنا ، نذكر أن اليرقات ستتطور بنفس المعدل في كل حالة درجة حرارة.
بمجرد أن نحصل على فرضياتنا ، تغطي الخطوة الثالثة من الطريقة العلمية التجريب وجمع البيانات. في تجربة نموذجية ، سيكون هناك نوعان من المتغيرات. المتغير المستقل هو شيء يتم التلاعب به مباشرة من قبل المجريب. لذا، مع اليرقات، نقوم بتغيير المتغير المستقل عندما نغير درجة الحرارة. يجب أن يتأثر المتغير التابع ، المعروف أيضا باسم متغير الاستجابة ، بحالة المتغير المستقل. لذلك ، عندما نعرض اليرقات لدرجات حرارة مختلفة ، فإن الاستجابة ، المتغير التابع ، هي معدل نموها.
هناك أيضا نوعان رئيسيان من البيانات التي يمكن جمعها لدعم أو تزوير الفرضيات. الأول هو البيانات النوعية ، والتي تشير عادة إلى الملاحظات الوصفية التي يتم إجراؤها باستخدام الحواس أو الرؤية أو اللمس أو السمع أو الشم أو حتى التذوق. في تجربتنا ، قد نسجل أن اليرقات تبدو وكأنها تتحرك وتأكل كثيرا في حالة درجة الحرارة العادية ، مقارنة بالحالة الأكثر برودة. على عكس البيانات النوعية ، يمكن قياس البيانات الكمية وكتابتها كأرقام. لذلك ، عندما نحسب عدد الساعات التي تستغرقها اليرقة من الفقس إلى التشرنق أخيرا ، فإن هذا يعطينا رقما محددا. حيثما أمكن ، يكاد يكون من المهم أن يكون لديك شرط تحكم في أي تجربة حيث نتلاعب بالمتغيرات المستقلة. في تجربة اليرقة الخاصة بنا ، يمكننا زراعة اليرقات عند درجة حرارة غرفة قياسية محددة تبلغ 21 درجة كعنصر تحكم ، لأن هذا يوضح ما يحدث عندما تتطور اليرقات في ظل الظروف العادية مقارنة بالإعدادات التجريبية.
في التجارب الرصدية ، قد لا تكون هناك حاجة إلى عنصر تحكم أو حتى ممكن. على سبيل المثال ، تخيل أن اليرقات لدينا نمت الآن فراشات ، تتغذى على الرحيق في حديقة الزهور. في فرضيتنا التجريبية ، نقترح أنهم يفضلون أن يتغذوا من الزهور الوردية الكبيرة ، بينما تشير فرضيتنا الصفرية إلى أنه ليس لديهم تفضيل وسيزورون الأزهار بشكل عشوائي. في هذه الحالة ، فإن مجرد مراقبة وتسجيل عدد المرات التي تزور فيها الفراشات كل نوع من أنواع الأزهار سيوفر بيانات كافية لتأكيد أو رفض فرضياتنا دون الحاجة إلى التلاعب بأي متغيرات أو الحاجة إلى تحكم.
بمجرد جمع البيانات ، فإن الخطوة التالية هي معرفة ما يعنيه كل ذلك. سيقارن العلماء تنبؤات فرضيتيهم لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم رفض الفرضية الصفرية. يمكن القيام بذلك عن طريق مقارنة قيم المتغير التابع في عنصر التحكم مقابل الظروف التجريبية. إذا لم يكونا متساويين ، فيمكن رفض الفرضية الصفرية. إذا كانت البيانات التي تم جمعها تدعم فرضية ، مثل اليرقات التي استغرقت ساعات أطول بكثير للانتقال من البيضة إلى الخادرة عند الاحتفاظ بها في المناخ البارد ، فإن هذا يعطي الفرضية التجريبية مزيدا من المصداقية ، ولكن بشكل حاسم لا يشير إلى أن الفرضية صحيحة بالتأكيد ، لأن التجارب المستقبلية قد تكشف عن معلومات جديدة.
الجزء الأخير من المنهج العلمي هو المكان الذي نستخلص فيه النتائج ، ونناقش ما قد تعنيه النتائج التي توصلنا إليها. هنا ، قد يشير العلماء إلى تجارب أخرى أو أدبيات أخرى لوضع النتائج التي توصلوا إليها في سياقها ، والتوصل إلى تفسيرات لسبب إظهار النتائج لما فعلوه. على سبيل المثال ، قد يكون الاستنتاج هو أن اليرقات تحب النمو في درجات حرارة أقرب إلى بيئتها الطبيعية. قد يؤدي هذا بدوره إلى إثارة أسئلة جديدة ، مثل هل تتشرنق الأنواع الأخرى بمعدلات مختلفة في درجات حرارة مختلفة أيضا؟ قد يلهم هذا تجارب جديدة ، يمكننا اختبارها باستخدام ، كما خمنت ، الطريقة العلمية.
تستخدم الطريقة العلمية لحل المشكلات وشرح الظواهر. تزامن تطور المنهج العلمي مع التغييرات في الفلسفة التي تقوم عليها الاكتشاف العلمي ، مما أدى إلى تغيير جذري في وجهات نظر المجتمع حول الطبيعة. خلال عصر النهضة الأوروبية ، قام أفراد مثل فرانسيس بيكون وجاليليو وإسحاق نيوتن بإضفاء الطابع الرسمي على مفهوم المنهج العلمي ووضعوه موضع التنفيذ. على الرغم من أن المنهج العلمي قد تمت مراجعته منذ تصوراته المبكرة ، إلا أن الكثير من الإطار والفلسفة لا يزالان قيد التنفيذ اليوم.
الخطوة 1: الملاحظة والسؤال
قبل التحقيق ، يجب على العالم تحديد السؤال المراد معالجته. تتضمن هذه الخطوة الأولى الحاسمة في العملية العلمية مراقبة بعض الظواهر الطبيعية ذات الأهمية. يجب أن تؤدي هذه الملاحظة بعد ذلك إلى عدد من الأسئلة حول الظواهر. تتطلب هذه المرحلة في كثير من الأحيان بحثا أساسيا ضروريا لفهم الموضوع والعمل السابق على أفكار مماثلة. تسمح مراجعة وتقييم الأبحاث السابقة للعلماء بتنقيح أسئلتهم لمعالجة الفجوات في المعرفة العلمية بشكل أكثر دقة. سيؤثر تحديد سؤال البحث وفهم الأبحاث السابقة ذات الصلة على كيفية تطبيق المنهج العلمي ، مما يجعله خطوة أولى مهمة في عملية البحث.
مثال يومي: أنت تحاول الوصول إلى المدرسة أو العمل ولن تبدأ سيارتك. تعكس عملية التفكير التي يمر بها معظم الناس في هذه الحالة بوضوح الطريقة العلمية الرسمية (بعد الانتهاء من الانزعاج). أولا ، قم بملاحظة: سيارتي لن تبدأ! السؤال التالي: لماذا لا يعمل؟
الخطوة 2: الفرضية
الخطوة التالية هي وضع فرضية بناء على المعرفة المسبقة. الفرضية هي "تفسير غير مؤكد" أو تخمين غير مثبت يسعى إلى تفسير بعض الظواهر بناء على المعرفة التي تم الحصول عليها أثناء تنفيذ التجارب أو الملاحظات اللاحقة. بشكل عام ، يطور العلماء فرضيات متعددة لمعالجة أسئلتهم واختبارها بشكل منهجي.
يجب أن تفي جميع الفرضيات بمعايير معينة حتى تنجح العملية العلمية. أولا ، يجب أن تكون الفرضية قابلة للاختبار وقابلة للدحض. هذا الجانب من الفرضية حرج وذو أهمية أكبر بكثير من صحة الفرضية. الفرضية القابلة للاختبار هي تلك التي تولد تنبؤات قابلة للاختبار ، يتم تناولها من خلال الملاحظات أو التجارب. الفرضية القابلة للدحض هي الفرضية التي يمكن إثبات خطأها من خلال ملاحظة النتائج المتضاربة. يسمح هذا للمحققين باكتساب المزيد من الثقة بمرور الوقت ، ليس من خلال تراكم الأدلة التي تثبت صحة الفرضية ، ولكن بالأحرى من خلال إظهار أن المواقف التي يمكن أن تثبت زيفها لا تحدث.
تأتي الفرضيات في شكلين: الفرضيات الفارغة والفرضيات البديلة. يتم اختبار الفرضية الصفرية مقابل الفرضية البديلة وتعكس أنه لن يكون هناك تغيير ملحوظ في التجربة. الفرضية البديلة هي بشكل عام تلك الموصوفة في الفقرتين السابقتين ، والتي يشار إليها أيضا باسم الفرضية التجريبية. الفرضية البديلة هي النتيجة المتوقعة للتجربة. إذا تم رفض الفرضية الصفرية ، فإن هذا يبني دليلا على الفرضية البديلة.
مثال يومي: ربما يتجمد الجو في الخارج ، وبالتالي فمن المحتمل إلى حد ما أن بطارية سيارتك قد نفدت. ربما تعلم أنك كنت تعاني من نقص في الغاز في الليلة السابقة ، وبالتالي فمن المحتمل أن يكون الخزان فارغا.
الخطوة 3: التجريب وجمع البيانات
في كلتا الحالتين ، فإن الخطوة التالية هي إجراء المزيد من الملاحظات أو إجراء التجارب التي تؤدي إلى استنتاجات. بعد صياغة الفرضيات ، يخطط العلماء ويجرون تجارب لاختبار فرضياتهم. توفر هذه التجارب بيانات من شأنها إما دعم الفرضية أو تزويرها. يمكن جمع البيانات من الملاحظات الكمية أو النوعية. تشير المعلومات النوعية إلى الملاحظات التي يمكن إجراؤها ببساطة باستخدام حواس المرء ، سواء كان ذلك من خلال البصر أو الصوت أو الذوق أو الشم أو اللمس. في المقابل ، فإن الملاحظات الكمية هي تلك التي يتم فيها استخدام قياسات دقيقة من نوع ما للتحقيق في فرضية الفرد.
التجربة هي إجراء مصمم لتحديد ما إذا كانت ملاحظات العالم الحقيقي تتفق أو تدحض التنبؤات المشتقة في الفرضية. إذا كان الدليل من التجربة يدعم فرضية ، فهذا يعطي الفرضية مزيدا من المصداقية. هذا لا يشير إلى أن الفرضية صحيحة ، حيث قد تكشف التجارب المستقبلية عن معلومات جديدة حول الفرضية الأصلية. يعد التصميم التجريبي خطوة حاسمة أخرى في المنهج العلمي ويمكن أن يكون له تأثير كبير على النتائج والاستنتاجات التي يستخلصها المرء من التجربة. يجب تكريس التفكير الدقيق والوقت للتصميم التجريبي وتقليل الأخطاء المحتملة. يجب تصميم التجربة بحيث يكون كل متغير أو عامل يمكن أن يؤثر على نتيجة التجربة تحت سيطرة الباحث. يتم استخدام نوعين من المتغيرات لوصف الظروف في التجربة: المتغير المستقل والتابع أو الاستجابة. يتم التلاعب بالمتغير المستقل أو التحكم فيه بشكل مباشر من قبل العالم وهو بشكل عام ما يتوقع المرء أنه سيؤثر على المتغير التابع. وبالتالي ، يعتمد المتغير التابع أو الاستجابة على قيمة المتغير المستقل. يتم تصميم التجارب بشكل عام بحيث يتم التلاعب بعامل واحد محدد في التجربة من أجل إلقاء الضوء على علاقات السبب والنتيجة.
مثال يومي: هل لا تزال السيارة تحتوي على جميع أجزائها؟ هل هذا هو المفتاح الصحيح؟ ماذا يقول مقياس الغاز؟ هل تساعد البداية السريعة؟
جانب آخر مهم في التصميم التجريبي هو دور العلاج الضابط ، والذي يمثل حالة علاج غير معالجة. يتم الاحتفاظ بمعالجة التحكم في نفس ظروف العلاج التجريبي ، ولكن لا يتم تطبيق التلاعب التجريبي على عنصر التحكم. على سبيل المثال ، إذا كان الباحث يختبر تأثيرات ملوحة التربة على نمو النبات ، فلن تحتوي التربة في معالجة التحكم على ملح مضاف. يوفر التحكم خط أساس للظروف "العادية" التي يمكن من خلالها مقارنة العلاجات التجريبية.
يجب أن يتضمن التصميم التجريبي أيضا تكرارات لكل علاج. تعد قابلية تكرار النتائج التجريبية جزءا مهما من المنهج العلمي الذي يضمن صحة البيانات ودقتها. من الصعب جدا التحكم في جميع جوانب التجربة ، لذلك هناك تباين متأصل في النتائج لا يمكن التحكم فيه حتى في ظل التجارب الأكثر تصميما والتحكم بعناية. إن وجود التكرارات يمكن الباحث من تقدير هذا التباين المتأصل في النتائج. كما أن التسجيل الدقيق للبيانات وقياسها لهما أهمية كبيرة لضمان دقة النتائج والاستنتاجات التي يستخلصها المرء من النتائج.
الخطوة 4: تحليل النتائج والبيانات
تتضمن الخطوة التالية في المنهج العلمي تحديد ما تعنيه نتائج التجربة. يقارن العلماء تنبؤات فرضيتهم الصفرية بفرضيتهم البديلة لتحديد ما إذا كانوا قادرين على رفض الفرضية الصفرية. يعني رفض الفرضية الصفرية أن هناك احتمالا كبيرا بأن قيم المتغير التابع في المعالجات التجريبية مقابل المعالجات التجريبية لا تساوي بعضها البعض. إذا كانت هناك اختلافات كبيرة ، فيمكن للمرء أن يرفض الفرضية الصفرية ويقبل الفرضية البديلة. على العكس من ذلك ، قد يفشل المحقق في رفض الفرضية الصفرية ، مما يعني أن العلاج ليس له أي تأثير على النتائج. قبل أن يتمكن العلماء من تقديم أي ادعاءات حول فرضيتهم الصفرية من بياناتهم أو ملاحظاتهم التجريبية ، يلزم إجراء اختبارات إحصائية لضمان صحة البيانات ومزيد من التفسير للبيانات. تسمح الاختبارات الإحصائية للباحثين بتحديد ما إذا كانت هناك اختلافات حقيقية بين العلاجات التجريبية والتجريبية. من هناك ، يمكنهم إنشاء أشكال وجداول لتوضيح النتائج التي توصلوا إليها.
الخطوة 5: الاستنتاجات
يتضمن الجزء الأخير من المنهج العلمي تقديم تفسيرات للنتائج والاستنتاجات التي يمكن استخلاصها منطقيا من النتائج. بشكل عام ، تتطلب هذه الخطوة من العملية العلمية أيضا إعادة النظر في الأدبيات العلمية ومقارنة نتائجها مع التجارب أو الملاحظات الأخرى حول الموضوعات ذات الصلة. يسمح ذلك للباحثين بوضع تجربتهم في سياق أكثر عمومية وتوضيح أهمية نتائج معينة. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح لهم بشرح كيف يتناسب عملهم مع سياق أكبر في تخصصهم.
العملية العلمية لا تتوقف عند هذا الحد! تعمل العملية العلمية عبر الزمن حيث تتراكم المعرفة حول موضوعات العلوم وتدفع فهمنا لآليات أو عمليات معينة تشرح الظواهر الطبيعية. إذا فشلنا في رفض فرضيتنا الصفرية ، فسيصبح من الضروري إعادة النظر في المراحل الأولية للمنهج العلمي ومحاولة إعادة صياغة أسئلتنا وفهم سبب عدم تحقيق النتيجة المتوقعة.
تطبيق المنهج العلمي
الفرق الوحيد بين استخدام هذه الطريقة في الحياة اليومية وفي المختبر هو أن العلماء يوثقون عملهم بعناية ، من الملاحظة إلى الفرضية إلى التجربة ، وأخيرا الاستنتاجات ومراجعة الأقران. بالإضافة إلى ذلك ، على عكس حل المشكلات خارج المختبر ، تتضمن الطريقة العلمية في المختبر ظروفا ومتغيرات خاضعة للرقابة.
دعونا نحقق في الطريقة العلمية باستخدام مثال من المختبر. من المعروف أن نمو النبات يتأثر بالميكروبات ، مثل البكتيريا والفطريات ، التي تعيش في تربتها. من الممكن معرفة الميكروبات التي لها تأثيرات عن طريق وضع النباتات في تربة معقمة تماما ، ثم إضافة الميكروبات واحدة تلو الأخرى ، أو في مجموعات مختلفة وقياس نمو النبات. الآن دعنا نضع هذا في المصطلحات المستخدمة لوصف الطريقة العلمية:
الملاحظة والسؤال: هناك ميكروبات في التربة... هل تؤثر على نمو النبات؟
الفرضيات:
تجريبي: سيؤدي ميكروب معين مثير للاهتمام إلى نمو النباتات بشكل أبطأ.
فارغ: لن يكون لوجود أو عدم وجود الميكروبات أي تأثير على نمو النبات
التجربة : قم بإعداد مجموعات من النباتات في 1) تربة معقمة ، 2) تربة مضافة إلى الميكروب ، و 3) تربة طبيعية. قم بقياس نمو النباتات بمرور الوقت باستخدام المسطرة.
الخلاصة : إذا كانت النباتات في المجموعة 2 تنمو بشكل أبطأ من النباتين الآخرين ، فإن الفرضية مدعومة. يجب دعم هذا بتحليل إحصائي من العديد من النباتات لاعتباره مهما. تجربة مثل هذه ليست مشروعة مع نبات واحد فقط لكل مجموعة.
المجموعة 1 هي تحكم مما يدل على أن النباتات يمكن أن تنمو في التربة المعقمة. المجموعة 3 هي عنصر تحكم يوضح أن النباتات يمكن أن تنمو في ظل الظروف العادية. المجموعة 2 هي المجموعة التجريبية. سيكون من الممكن إضافة كميات مختلفة من الميكروب ، أو ميكروبات مختلفة ، لإدخال المزيد من المتغيرات. النقطة الأساسية هي أن الباحث لديه شيء يقارن به المجموعة التجريبية - المجموعة الضابطة. إذا تضمنت التجربة المجموعة 2 فقط وقرر الباحث أن النباتات "تبدو مريضة" ، فستكون هذه مسألة رأي. الطريقة الوحيدة لجعل هذه الملاحظة علمية هي أن يكون لديك نباتات صحية لقياسها. نوع أو كمية الميكروب المستخدم هي المتغير المستقل ، لأن الباحث يتحكم فيه. حجم النبات في نهاية التجربة هو التابع أو متغير الاستجابة لأنه النتيجة.
في النهاية ، يتم نشر عمل مثل هذا في المجلات العلمية حتى يتمكن الباحثون الآخرون من القراءة عن الأساليب المستخدمة والاستنتاجات المستخلصة. تخضع مثل هذه المنشورات لمراجعة الأقران ، مما يعني أنه لن يتم نشر المقال في مجلة حتى يقوم باحثون آخرون بفحصه والموافقة على أنه جيد. كمجتمع من العلماء ، يتم تطوير المفاهيم العامة بناء على الأنماط المرصودة في التجارب التي يجريها العلماء الأفراد. ينتج عن هذا تطوير نظرية علمية . يعني هذا المصطلح أن هناك إجماعا بين الباحثين على وجود مفهوم أو عملية معينة. من المهم ملاحظة أن كلمة نظرية لا تعني نفس الشيء مثل الفرضية. بمجرد أن يصنف العلماء مفهوما بهذا المصطلح ، فإنه يعتبر صحيحا ، مع الأخذ في الاعتبار جميع البيانات المتاحة حاليا. بالطبع ، إذا أظهرت مجموعة كبيرة من التجارب معلومات على عكس ذلك ، فيمكن تعديل النظريات.
المنهج العلمي هو إطار من التقنيات والأسئلة التي يستخدمها العلماء للتحقيق في الظواهر بهدف جعل الاكتشافات العلمية بسيطة وقابلة للتكرار. لقد لوحظ بشكل فضفاض من قبل المجربين منذ القرن الرابع قبل الميلاد ، ولكن تم صياغة أول طريقة علمية رسمية بشكل صحيح خلال عصر النهضة الأوروبية. هنا بدأ الأفراد في طليعة العلم مثل فرانسيس بيكون وجاليليو وإسحاق نيوتن في وضع القواعد التي نستخدمها لإجراء التجارب اليوم في الممارسة الروتينية.
عادة ما تكون الخطوة الأولى في المنهج العلمي هي صياغة سؤال ، عادة بعد ملاحظة ظاهرة ما. على سبيل المثال ، لنفترض أنك كنت تربي اليرقات ولاحظت أن بعضها يستغرق وقتا أطول من البعض الآخر للوصول إلى التشرنق وتتساءل ، هل تتطور اليرقات بمعدلات مختلفة حسب درجة الحرارة؟
هذا هو المكان الذي يأتي فيه الجزء الثاني من المنهج العلمي ، الفرضية. الفرضية هي تفسير غير مؤكد لسبب ملاحظتنا لما نلاحظه ، وهناك نوعان رئيسيان. الأول هو الفرضية التجريبية أو البديلة ، ويعني أنه ستكون هناك علاقة بين المتغيرات التي يتم التحقيق فيها ، ودرجة الحرارة وتطور اليرقة ، في هذه الحالة. لذلك ، قد تكون فرضيتنا التجريبية هي أن اليرقات ستستغرق وقتا أطول للانتقال من البويضة إلى التشرنق إذا تم تربيتها في درجات حرارة أكثر برودة. بشكل حاسم ، ستكون الفرضية الجيدة قابلة للاختبار. بالنسبة لليرقات لدينا ، يمكننا تغيير درجة الحرارة ، وتسجيل الوقت الذي تستغرقه للانتقال من البيضة إلى الخادرة ، وقابلة للتكذيب. لذا، إذا استغرق الأمر نفس الوقت تقريبا حتى تتطور اليرقات بغض النظر عن درجة الحرارة، فيمكننا قبول أن الفرضية كانت خاطئة على الأرجح. النوع الثاني من الفرضيات هو الفرضية الصفرية. هذا عادة ما يتكهن بأنه لن يكون هناك أي تغيير أو اختلاف كبير ملحوظ أثناء التجربة. في مثال اليرقة الخاص بنا ، نذكر أن اليرقات ستتطور بنفس المعدل في كل حالة درجة حرارة.
بمجرد أن نحصل على فرضياتنا ، تغطي الخطوة الثالثة من الطريقة العلمية التجريب وجمع البيانات. في تجربة نموذجية ، سيكون هناك نوعان من المتغيرات. المتغير المستقل هو شيء يتم التلاعب به مباشرة من قبل المجريب. لذا، مع اليرقات، نقوم بتغيير المتغير المستقل عندما نغير درجة الحرارة. يجب أن يتأثر المتغير التابع ، المعروف أيضا باسم متغير الاستجابة ، بحالة المتغير المستقل. لذلك ، عندما نعرض اليرقات لدرجات حرارة مختلفة ، فإن الاستجابة ، المتغير التابع ، هي معدل نموها.
هناك أيضا نوعان رئيسيان من البيانات التي يمكن جمعها لدعم أو تزوير الفرضيات. الأول هو البيانات النوعية ، والتي تشير عادة إلى الملاحظات الوصفية التي يتم إجراؤها باستخدام الحواس أو الرؤية أو اللمس أو السمع أو الشم أو حتى التذوق. في تجربتنا ، قد نسجل أن اليرقات تبدو وكأنها تتحرك وتأكل كثيرا في حالة درجة الحرارة العادية ، مقارنة بالحالة الأكثر برودة. على عكس البيانات النوعية ، يمكن قياس البيانات الكمية وكتابتها كأرقام. لذلك ، عندما نحسب عدد الساعات التي تستغرقها اليرقة من الفقس إلى التشرنق أخيرا ، فإن هذا يعطينا رقما محددا. حيثما أمكن ، يكاد يكون من المهم أن يكون لديك شرط تحكم في أي تجربة حيث نتلاعب بالمتغيرات المستقلة. في تجربة اليرقة الخاصة بنا ، يمكننا زراعة اليرقات عند درجة حرارة غرفة قياسية محددة تبلغ 21 درجة كعنصر تحكم ، لأن هذا يوضح ما يحدث عندما تتطور اليرقات في ظل الظروف العادية مقارنة بالإعدادات التجريبية.
في التجارب الرصدية ، قد لا تكون هناك حاجة إلى عنصر تحكم أو حتى ممكن. على سبيل المثال ، تخيل أن اليرقات لدينا نمت الآن فراشات ، تتغذى على الرحيق في حديقة الزهور. في فرضيتنا التجريبية ، نقترح أنهم يفضلون أن يتغذوا من الزهور الوردية الكبيرة ، بينما تشير فرضيتنا الصفرية إلى أنه ليس لديهم تفضيل وسيزورون الأزهار بشكل عشوائي. في هذه الحالة ، فإن مجرد مراقبة وتسجيل عدد المرات التي تزور فيها الفراشات كل نوع من أنواع الأزهار سيوفر بيانات كافية لتأكيد أو رفض فرضياتنا دون الحاجة إلى التلاعب بأي متغيرات أو الحاجة إلى تحكم.
بمجرد جمع البيانات ، فإن الخطوة التالية هي معرفة ما يعنيه كل ذلك. سيقارن العلماء تنبؤات فرضيتيهم لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم رفض الفرضية الصفرية. يمكن القيام بذلك عن طريق مقارنة قيم المتغير التابع في عنصر التحكم مقابل الظروف التجريبية. إذا لم يكونا متساويين ، فيمكن رفض الفرضية الصفرية. إذا كانت البيانات التي تم جمعها تدعم فرضية ، مثل اليرقات التي استغرقت ساعات أطول بكثير للانتقال من البيضة إلى الخادرة عند الاحتفاظ بها في المناخ البارد ، فإن هذا يعطي الفرضية التجريبية مزيدا من المصداقية ، ولكن بشكل حاسم لا يشير إلى أن الفرضية صحيحة بالتأكيد ، لأن التجارب المستقبلية قد تكشف عن معلومات جديدة.
الجزء الأخير من المنهج العلمي هو المكان الذي نستخلص فيه النتائج ، ونناقش ما قد تعنيه النتائج التي توصلنا إليها. هنا ، قد يشير العلماء إلى تجارب أخرى أو أدبيات أخرى لوضع النتائج التي توصلوا إليها في سياقها ، والتوصل إلى تفسيرات لسبب إظهار النتائج لما فعلوه. على سبيل المثال ، قد يكون الاستنتاج هو أن اليرقات تحب النمو في درجات حرارة أقرب إلى بيئتها الطبيعية. قد يؤدي هذا بدوره إلى إثارة أسئلة جديدة ، مثل هل تتشرنق الأنواع الأخرى بمعدلات مختلفة في درجات حرارة مختلفة أيضا؟ قد يلهم هذا تجارب جديدة ، يمكننا اختبارها باستخدام ، كما خمنت ، الطريقة العلمية.
المنهج العلمي هو إطار من التقنيات والأسئلة التي يستخدمها العلماء للتحقيق في الظواهر بهدف جعل الاكتشافات العلمية بسيطة وقابلة للتكرار. لقد لوحظ بشكل فضفاض من قبل المجربين منذ القرن الرابع قبل الميلاد ، ولكن تم صياغة أول طريقة علمية رسمية بشكل صحيح خلال عصر النهضة الأوروبية. هنا بدأ الأفراد في طليعة العلم مثل فرانسيس بيكون وجاليليو وإسحاق نيوتن في وضع القواعد التي نستخدمها لإجراء التجارب اليوم في الممارسة الروتينية.
عادة ما تكون الخطوة الأولى في المنهج العلمي هي صياغة سؤال ، عادة بعد ملاحظة ظاهرة ما. على سبيل المثال ، لنفترض أنك كنت تربي اليرقات ولاحظت أن بعضها يستغرق وقتا أطول من البعض الآخر للوصول إلى التشرنق وتتساءل ، هل تتطور اليرقات بمعدلات مختلفة حسب درجة الحرارة؟
هذا هو المكان الذي يأتي فيه الجزء الثاني من المنهج العلمي ، الفرضية. الفرضية هي تفسير غير مؤكد لسبب ملاحظتنا لما نلاحظه ، وهناك نوعان رئيسيان. الأول هو الفرضية التجريبية أو البديلة ، ويعني أنه ستكون هناك علاقة بين المتغيرات التي يتم التحقيق فيها ، ودرجة الحرارة وتطور اليرقة ، في هذه الحالة. لذلك ، قد تكون فرضيتنا التجريبية هي أن اليرقات ستستغرق وقتا أطول للانتقال من البويضة إلى التشرنق إذا تم تربيتها في درجات حرارة أكثر برودة. بشكل حاسم ، ستكون الفرضية الجيدة قابلة للاختبار. بالنسبة لليرقات لدينا ، يمكننا تغيير درجة الحرارة ، وتسجيل الوقت الذي تستغرقه للانتقال من البيضة إلى الخادرة ، وقابلة للتكذيب. لذا، إذا استغرق الأمر نفس الوقت تقريبا حتى تتطور اليرقات بغض النظر عن درجة الحرارة، فيمكننا قبول أن الفرضية كانت خاطئة على الأرجح. النوع الثاني من الفرضيات هو الفرضية الصفرية. هذا عادة ما يتكهن بأنه لن يكون هناك أي تغيير أو اختلاف كبير ملحوظ أثناء التجربة. في مثال اليرقة الخاص بنا ، نذكر أن اليرقات ستتطور بنفس المعدل في كل حالة درجة حرارة.
بمجرد أن نحصل على فرضياتنا ، تغطي الخطوة الثالثة من الطريقة العلمية التجريب وجمع البيانات. في تجربة نموذجية ، سيكون هناك نوعان من المتغيرات. المتغير المستقل هو شيء يتم التلاعب به مباشرة من قبل المجريب. لذا، مع اليرقات، نقوم بتغيير المتغير المستقل عندما نغير درجة الحرارة. يجب أن يتأثر المتغير التابع ، المعروف أيضا باسم متغير الاستجابة ، بحالة المتغير المستقل. لذلك ، عندما نعرض اليرقات لدرجات حرارة مختلفة ، فإن الاستجابة ، المتغير التابع ، هي معدل نموها.
هناك أيضا نوعان رئيسيان من البيانات التي يمكن جمعها لدعم أو تزوير الفرضيات. الأول هو البيانات النوعية ، والتي تشير عادة إلى الملاحظات الوصفية التي يتم إجراؤها باستخدام الحواس أو الرؤية أو اللمس أو السمع أو الشم أو حتى التذوق. في تجربتنا ، قد نسجل أن اليرقات تبدو وكأنها تتحرك وتأكل كثيرا في حالة درجة الحرارة العادية ، مقارنة بالحالة الأكثر برودة. على عكس البيانات النوعية ، يمكن قياس البيانات الكمية وكتابتها كأرقام. لذلك ، عندما نحسب عدد الساعات التي تستغرقها اليرقة من الفقس إلى التشرنق أخيرا ، فإن هذا يعطينا رقما محددا. حيثما أمكن ، يكاد يكون من المهم أن يكون لديك شرط تحكم في أي تجربة حيث نتلاعب بالمتغيرات المستقلة. في تجربة اليرقة الخاصة بنا ، يمكننا زراعة اليرقات عند درجة حرارة غرفة قياسية محددة تبلغ 21 درجة كعنصر تحكم ، لأن هذا يوضح ما يحدث عندما تتطور اليرقات في ظل الظروف العادية مقارنة بالإعدادات التجريبية.
في التجارب الرصدية ، قد لا تكون هناك حاجة إلى عنصر تحكم أو حتى ممكن. على سبيل المثال ، تخيل أن اليرقات لدينا نمت الآن فراشات ، تتغذى على الرحيق في حديقة الزهور. في فرضيتنا التجريبية ، نقترح أنهم يفضلون أن يتغذوا من الزهور الوردية الكبيرة ، بينما تشير فرضيتنا الصفرية إلى أنه ليس لديهم تفضيل وسيزورون الأزهار بشكل عشوائي. في هذه الحالة ، فإن مجرد مراقبة وتسجيل عدد المرات التي تزور فيها الفراشات كل نوع من أنواع الأزهار سيوفر بيانات كافية لتأكيد أو رفض فرضياتنا دون الحاجة إلى التلاعب بأي متغيرات أو الحاجة إلى تحكم.
بمجرد جمع البيانات ، فإن الخطوة التالية هي معرفة ما يعنيه كل ذلك. سيقارن العلماء تنبؤات فرضيتيهم لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم رفض الفرضية الصفرية. يمكن القيام بذلك عن طريق مقارنة قيم المتغير التابع في عنصر التحكم مقابل الظروف التجريبية. إذا لم يكونا متساويين ، فيمكن رفض الفرضية الصفرية. إذا كانت البيانات التي تم جمعها تدعم فرضية ، مثل اليرقات التي استغرقت ساعات أطول بكثير للانتقال من البيضة إلى الخادرة عند الاحتفاظ بها في المناخ البارد ، فإن هذا يعطي الفرضية التجريبية مزيدا من المصداقية ، ولكن بشكل حاسم لا يشير إلى أن الفرضية صحيحة بالتأكيد ، لأن التجارب المستقبلية قد تكشف عن معلومات جديدة.
الجزء الأخير من المنهج العلمي هو المكان الذي نستخلص فيه النتائج ، ونناقش ما قد تعنيه النتائج التي توصلنا إليها. هنا ، قد يشير العلماء إلى تجارب أخرى أو أدبيات أخرى لوضع النتائج التي توصلوا إليها في سياقها ، والتوصل إلى تفسيرات لسبب إظهار النتائج لما فعلوه. على سبيل المثال ، قد يكون الاستنتاج هو أن اليرقات تحب النمو في درجات حرارة أقرب إلى بيئتها الطبيعية. قد يؤدي هذا بدوره إلى إثارة أسئلة جديدة ، مثل هل تتشرنق الأنواع الأخرى بمعدلات مختلفة في درجات حرارة مختلفة أيضا؟ قد يلهم هذا تجارب جديدة ، يمكننا اختبارها باستخدام ، كما خمنت ، الطريقة العلمية.
Videos from this collection:
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved