المنهج العلمي

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.