Name: scientific method steps and controls
Uploaded: 2019-01-29T11:04:44.000Z
Duration: 7 min 23 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

Earth Science

ES.1

ES.1.a

Scientific Method

Metoda naukowa to ramy technik i pytań, których naukowcy używają do badania zjawisk w celu uczynienia odkryć naukowych prostymi i powtarzalnymi. Eksperymentatorzy obserwowali to już w IV wieku p.n.e., ale pierwsza właściwie sformalizowana metoda naukowa została ukuta w okresie europejskiego renesansu. To tutaj osoby stojące na czele nauki, takie jak Francis Bacon, Galileusz i Izaak Newton, zaczęły wprowadzać w rutynową praktykę zasady, których używamy do przeprowadzania eksperymentów dzisiaj. 
Zazwyczaj pierwszym krokiem metody naukowej jest sformułowanie pytania, zwykle po obserwacji zjawiska. Na przykład, powiedzmy, że hodowałeś gąsienice i zauważyłeś, że niektóre potrzebują więcej czasu niż inne, aby dojść do przepoczwarzenia. I zastanawiasz się, czy gąsienice rozwijają się w różnym tempie w zależności od temperatury? 
W tym miejscu pojawia się druga część metody naukowej, hipoteza. Hipoteza jest niepewnym wyjaśnieniem, dlaczego obserwujemy to, co obserwujemy, i istnieją dwa główne typy. Pierwszą z nich jest hipoteza eksperymentalna lub alternatywna, która zakłada, że będzie istniał związek między badanymi zmiennymi, temperaturą i rozwojem gąsienic, w tym przypadku. Tak więc nasza hipoteza eksperymentalna może być taka, że gąsienice będą potrzebowały więcej czasu, aby przejść od jaja do przepoczwarzenia, jeśli będą hodowane w niższych temperaturach. Co najważniejsze, dobra hipoteza będzie możliwa do przetestowania. W przypadku naszych gąsienic możemy zmieniać temperaturę i rejestrować czas potrzebny im na przejście od jaja do poczwarki, co jest falsyfikowalne. Tak więc, jeśli gąsienice potrzebują mniej więcej tyle samo czasu, aby się rozwinąć, bez względu na temperaturę, możemy przyjąć, że hipoteza była prawdopodobnie fałszywa. Drugim typem hipotezy jest hipoteza zerowa. Zazwyczaj spekuluje się, że podczas eksperymentu nie zaobserwuje się żadnej znaczącej zmiany ani różnicy. W naszym przykładzie gąsienicy stwierdzilibyśmy, że gąsienice będą rozwijać się w tym samym tempie w każdych warunkach temperaturowych. 
Kiedy mamy już nasze hipotezy, trzeci krok metody naukowej obejmuje eksperymentowanie i zbieranie danych. W typowym eksperymencie będą dwa rodzaje zmiennych. Zmienna niezależna jest czymś, czym eksperymentator bezpośrednio manipuluje. Tak więc w przypadku naszych gąsienic zmieniamy zmienną niezależną, gdy zmieniamy temperaturę. Na zmienną zależną, znaną również jako zmienna odpowiedzi, powinien mieć wpływ stan zmiennej niezależnej. Tak więc, kiedy wystawiamy nasze gąsienice na działanie różnych temperatur, reakcją, zmienną zależną, jest tempo, w jakim się rozwijają. 
Istnieją również dwa główne typy danych, które można zebrać w celu poparcia lub sfalsyfikowania hipotez. Pierwszym z nich są dane jakościowe, które zazwyczaj odnoszą się do opisowych obserwacji dokonywanych za pomocą zmysłów, wzroku, dotyku, słuchu, węchu, a nawet smaku. W naszym eksperymencie możemy zarejestrować, że gąsienice wydają się poruszać i jeść dużo w normalnych warunkach temperaturowych, w porównaniu z chłodniejszymi. W przeciwieństwie do danych jakościowych, dane ilościowe można mierzyć i zapisywać w postaci liczb. Tak więc, kiedy policzymy liczbę godzin, w których gąsienica przechodzi od wyklucia się do ostatecznego przepoczwarzenia, daje nam to określoną liczbę. Tam, gdzie to możliwe, prawie ważne jest, aby mieć warunek kontrolny w każdym eksperymencie, w którym manipulujemy zmiennymi niezależnymi. W naszym eksperymencie z gąsienicami możemy hodować gąsienice w ustalonej standardowej temperaturze pokojowej 21 stopni jako kontrolę, ponieważ pokazuje to, co się dzieje, gdy gąsienice rozwijają się w normalnych warunkach w porównaniu z warunkami eksperymentalnymi. 
W eksperymentach obserwacyjnych kontrola może nie być potrzebna lub nawet możliwa. Na przykład wyobraźmy sobie, że nasze gąsienice są teraz dorosłymi motylami, żywiącymi się nektarem w ogrodzie kwiatowym. W naszej hipotezie eksperymentalnej sugerujemy, że wolą żywić się dużymi różowymi kwiatami, podczas gdy nasza hipoteza zerowa sugeruje, że nie mają preferencji i będą odwiedzać kwiaty losowo. W tym przypadku zwykła obserwacja i rejestrowanie liczby wizyt motyli w każdym typie kwiatu dostarczy wystarczających danych, aby potwierdzić lub odrzucić nasze hipotezy bez potrzeby manipulowania jakimikolwiek zmiennymi lub potrzeby kontroli. 
Po zebraniu danych następnym krokiem jest ustalenie, co to wszystko oznacza. Naukowcy porównają przewidywania swoich dwóch hipotez, aby dowiedzieć się, czy mogą odrzucić hipotezę zerową. Można tego dokonać, porównując wartości zmiennej zależnej w warunkach kontrolnych i eksperymentalnych. Jeśli nie są one równe, hipoteza zerowa może zostać odrzucona. Jeśli zebrane dane potwierdzają hipotezę, np. gąsienice potrzebowały znacznie więcej godzin, aby przejść od jaja do poczwarki, gdy były trzymane w chłodniejszym klimacie, to nadaje to hipotezie eksperymentalnej większą wiarygodność, ale co najważniejsze, nie oznacza, że hipoteza jest zdecydowanie prawdziwa, ponieważ przyszłe eksperymenty mogą ujawnić nowe informacje. 
Końcowa część metody naukowej to miejsce, w którym wyciągamy wnioski i omawiamy, co nasze odkrycia mogą oznaczać. W tym przypadku naukowcy mogą odwołać się do innych eksperymentów lub innej literatury, aby umieścić swoje odkrycia w kontekście i wymyślić wyjaśnienia, dlaczego wyniki pokazały to, co zrobili. Na przykład wniosek może być taki, że gąsienice lubią rosnąć w temperaturach najbardziej zbliżonych do ich naturalnego środowiska. To z kolei może zrodzić nowe pytania, takie jak to, czy inne gatunki również przepoczwarzają się w różnym tempie i w różnych temperaturach? To może zainspirować nowe eksperymenty, które możemy przetestować za pomocą, jak się domyślacie, metody naukowej.

metoda naukowa

Metoda naukowa służy do rozwiązywania problemów i wyjaśniania zjawisk. Rozwój metody naukowej zbiegł się w czasie ze zmianami w filozofii leżącymi u podstaw odkryć naukowych, radykalnie zmieniając poglądy społeczeństwa na przyrodę. W okresie europejskiego renesansu osoby takie jak Francis Bacon, Galileusz i Izaak Newton sformalizowały koncepcję metody naukowej i wprowadziły ją w życie. Chociaż metoda naukowa została zrewidowana od czasu jej wczesnych koncepcji, wiele ram i filozofii pozostaje w praktyce do dziś.
<h4>Krok 1: Obserwacja i pytanie</h4>
Przed rozpoczęciem badań naukowiec musi zdefiniować pytanie, którym ma się zająć. Ten kluczowy pierwszy krok w procesie naukowym polega na obserwacji niektórych interesujących zjawisk przyrodniczych. Obserwacja ta powinna następnie prowadzić do szeregu pytań dotyczących tych zjawisk. Ten etap często wymaga badań w tle niezbędnych do zrozumienia tematu i wcześniejszych prac nad podobnymi pomysłami. Przegląd i ocena wcześniejszych badań pozwala naukowcom zawęzić pytania, aby dokładniej wypełnić luki w wiedzy naukowej. Zdefiniowanie pytania badawczego i zrozumienie odpowiednich wcześniejszych badań wpłynie na sposób zastosowania metody naukowej, co czyni ją ważnym pierwszym krokiem w procesie badawczym.
Przykład z dnia codziennego: Próbujesz dostać się do szkoły lub pracy, a Twój samochód nie chce się uruchomić. Proces myślowy, przez który przechodzi większość ludzi w takiej sytuacji, wyraźnie odzwierciedla oficjalną metodę naukową (po tym, jak skończysz się denerwować). Najpierw dokonaj obserwacji: mój samochód nie chce odpalić! Nasuwa się pytanie: dlaczego to nie działa?
<h4>Krok 2: Hipoteza</h4>
Następnym krokiem jest postawienie hipotezy w oparciu o wcześniejszą wiedzę. Hipoteza to "niepewne wyjaśnienie" lub nieudowodnione przypuszczenie, które ma na celu wyjaśnienie jakiegoś zjawiska na podstawie wiedzy uzyskanej podczas wykonywania kolejnych eksperymentów lub obserwacji. Ogólnie rzecz biorąc, naukowcy opracowują wiele hipotez, aby odpowiedzieć na ich pytania i systematycznie je testować.
Wszystkie hipotezy muszą spełniać określone kryteria, aby proces naukowy zadziałał. Po pierwsze, hipoteza musi być testowalna i falsyfikowalna. Ten aspekt hipotezy jest krytyczny i ma znacznie większe znaczenie niż to, czy hipoteza jest poprawna. Hipoteza testowalna to taka, która generuje testowalne przewidywania, które są uwzględniane za pomocą obserwacji lub eksperymentów. Falsyfikowalna hipoteza to taka, która poprzez obserwację sprzecznych wyników może okazać się błędna. Pozwala to badaczom z czasem nabrać większej pewności, nie poprzez gromadzenie dowodów wskazujących na to, że hipoteza jest prawdziwa, ale raczej poprzez pokazanie, że sytuacje, które mogłyby udowodnić jej fałszywość, nie występują.
Hipotezy występują w dwóch formach: hipotez zerowych i hipotez alternatywnych. Hipoteza zerowa jest testowana w stosunku do hipotezy alternatywnej i odzwierciedla, że w eksperymencie nie zaobserwuje się żadnej zmiany. Hipotezą alternatywną jest na ogół hipoteza opisana w poprzednich dwóch akapitach, zwana również hipotezą eksperymentalną. Alternatywną hipotezą jest przewidywany wynik eksperymentu. Jeśli hipoteza zerowa zostanie odrzucona, to buduje to dowody na hipotezę alternatywną.
Codzienny przykład: Być może na zewnątrz jest mróz i dlatego jest całkiem prawdopodobne, że akumulator samochodowy jest rozładowany. Być może wiesz, że poprzedniej nocy brakowało Ci paliwa i dlatego prawdopodobnie zbiornik jest pusty.
<h4>Krok 3: Eksperymentowanie i zbieranie danych</h4>
Tak czy inaczej, następnym krokiem jest dokonanie większej liczby obserwacji lub przeprowadzenie eksperymentów prowadzących do wniosków. Po sformułowaniu hipotez naukowcy planują i przeprowadzają eksperymenty, aby przetestować swoje hipotezy. Eksperymenty te dostarczają danych, które albo potwierdzą, albo sfalsyfikują hipotezę. Dane można zbierać z obserwacji ilościowych lub jakościowych. Informacja jakościowa odnosi się do obserwacji, które można dokonać po prostu za pomocą zmysłów, czy to za pomocą wzroku, dźwięku, smaku, węchu czy dotyku. Natomiast obserwacje ilościowe to takie, w których precyzyjne pomiary pewnego rodzaju są wykorzystywane do zbadania czyjejś hipotezy.
Eksperyment to procedura mająca na celu określenie, czy obserwacje świata rzeczywistego zgadzają się z przewidywaniami wynikającymi z hipotezy, czy je obalają. Jeśli dowody z eksperymentu potwierdzają hipotezę, nadaje to jej większą wiarygodność. Nie oznacza to, że hipoteza jest prawdziwa, ponieważ przyszłe eksperymenty mogą ujawnić nowe informacje na temat pierwotnej hipotezy. Projekt eksperymentu jest kolejnym krytycznym krokiem w metodzie naukowej i może mieć ogromny wpływ na wyniki i wnioski wyciągane z eksperymentu. Należy dokładnie przemyśleć i poświęcić czas na projektowanie eksperymentów i minimalizację ewentualnych błędów. Eksperyment powinien być zaprojektowany w taki sposób, aby każda zmienna lub czynnik, który może wpłynąć na wynik eksperymentu, był pod kontrolą badacza. Do opisania warunków w eksperymencie stosuje się dwa typy zmiennych: zmienną niezależną i zmienną zależną, czyli zmienną odpowiedzi. Zmienna niezależna jest bezpośrednio manipulowana lub kontrolowana przez naukowca i jest na ogół tym, co przewiduje się, że wpłynie na zmienną zależną. Zmienna zależna lub odpowiedź zależy zatem od wartości zmiennej niezależnej. Eksperymenty są na ogół projektowane w taki sposób, że w eksperymencie manipuluje się jednym konkretnym czynnikiem w celu naświetlenia związków przyczynowo-skutkowych.
Przykład z życia codziennego: czy samochód ma jeszcze wszystkie części? Czy to jest właściwy klucz? Co mówi wskaźnik gazu? Czy szybki start pomaga?
Innym ważnym aspektem w projekcie eksperymentalnym jest rola leczenia kontrolnego, które reprezentuje niezmanipulowany stan leczenia. Leczenie kontrolne jest utrzymywane w tych samych warunkach, co leczenie eksperymentalne, ale manipulacja eksperymentalna nie jest stosowana do kontroli. Na przykład, gdyby badacz testował wpływ zasolenia gleby na wzrost roślin, gleba poddana zabiegowi kontrolnemu nie zawierałaby dodatku soli. Kontrola zapewnia punkt odniesienia dla "normalnych" warunków, z którymi można porównać eksperymentalne metody leczenia.
Projekt eksperymentalny powinien również obejmować powtórzenia każdego zabiegu. Powtarzalność wyników eksperymentalnych jest ważną częścią metody naukowej, która zapewnia ważność i dokładność danych. Kontrolowanie wszystkich aspektów eksperymentu jest dość trudne, więc istnieje nieodłączna zmienność wyników, której nie można kontrolować nawet w najbardziej starannie zaprojektowanych i kontrolowanych eksperymentach. Posiadanie powtórzeń umożliwia badaczowi oszacowanie tej nieodłącznej zmienności wyników. Precyzyjne rejestrowanie i pomiar danych ma również ogromne znaczenie dla zapewnienia dokładności wyników i wniosków, jakie się z nich wyciąga.
<h4>Krok 4: Wyniki i analiza danych</h4>
Kolejnym krokiem w metodzie naukowej jest określenie, co oznaczają wyniki eksperymentu. Naukowcy porównują przewidywania hipotezy zerowej z przewidywaniami hipotezy alternatywnej, aby określić, czy są w stanie odrzucić hipotezę zerową. Odrzucenie hipotezy zerowej oznacza, że istnieje znaczne prawdopodobieństwo, że wartości zmiennej zależnej w grupie kontrolnej i w leczeniu eksperymentalnym nie są sobie równe. Jeśli istnieją znaczące różnice, można odrzucić hipotezę zerową i zaakceptować hipotezę alternatywną. I odwrotnie, badacz może nie odrzucić hipotezy zerowej, co oznacza, że leczenie nie ma wpływu na wyniki. Zanim naukowcy będą mogli sformułować jakiekolwiek twierdzenia na temat swojej hipotezy zerowej na podstawie danych eksperymentalnych lub obserwacji, wymagane są testy statystyczne w celu zapewnienia wiarygodności danych i dalszej interpretacji danych. Testy statystyczne pozwalają naukowcom określić, czy istnieją rzeczywiste różnice między leczeniem kontrolnym a eksperymentalnym. Stamtąd mogą tworzyć rysunki i tabele, aby zilustrować swoje ustalenia.
<h4>Krok 5: Wnioski</h4>
Ostatnia część metody naukowej polega na dostarczeniu wyjaśnień wyników i wniosków, które można logicznie wyciągnąć z wyników. Ogólnie rzecz biorąc, ten etap procesu naukowego wymaga również ponownego przejrzenia literatury naukowej i porównania jej wyników z innymi eksperymentami lub obserwacjami na pokrewne tematy. Dzięki temu badacze mogą umieścić swój eksperyment w bardziej ogólnym kontekście i rozwinąć znaczenie poszczególnych wyników. Dodatkowo pozwala im wyjaśnić, w jaki sposób ich praca wpisuje się w szerszy kontekst w ich dyscyplinie.
Na tym proces naukowy się nie kończy! Proces naukowy działa w czasie, gdy wiedza na tematy z zakresu nauki gromadzi się i napędza nasze zrozumienie poszczególnych mechanizmów lub procesów wyjaśniających zjawiska naturalne. Jeśli nie uda nam się odrzucić naszej hipotezy zerowej, konieczne staje się ponowne przyjrzenie się początkowym etapom metody naukowej i próba przeformułowania naszych pytań oraz zrozumienia, dlaczego oczekiwany wynik nie został osiągnięty.
<h4>Zastosowanie metody naukowej</h4>
Jedyna różnica między stosowaniem tej metody w życiu codziennym a w laboratorium polega na tym, że naukowcy starannie dokumentują swoją pracę, od obserwacji, przez hipotezę, eksperyment, aż po wnioski i recenzję. Ponadto, w przeciwieństwie do rozwiązywania problemów poza laboratorium, metoda naukowa w laboratorium obejmuje kontrolowane warunki i zmienne.
Przyjrzyjmy się metodzie naukowej na przykładzie z laboratorium. Wiadomo, że na wzrost roślin wpływają drobnoustroje, takie jak bakterie i grzyby, żyjące w ich glebie. Możliwe jest ustalenie, jakie mikroorganizmy mają jakie działanie, sadząc rośliny w całkowicie sterylnej glebie, a następnie dodając mikroorganizmy pojedynczo lub w różnych kombinacjach i mierząc wzrost rośliny. Teraz dopasujmy to do terminów używanych do opisania metody naukowej:
Obserwacja i pytanie: W glebie są mikroby... czy wpływają one na wzrost roślin?
Hipotezy:
Eksperymentalny: Jeden konkretny mikrob, który nas interesuje, spowoduje, że rośliny będą rosły wolniej.
Zero: Obecność lub brak drobnoustrojów nie będzie miała wpływu na wzrost roślin
Eksperyment: ustaw grupy roślin w 1) sterylnej glebie, 2) glebie z dodatkiem mikroba i 3) glebie naturalnej. Zmierz wzrost roślin w czasie za pomocą linijki.
Wniosek: jeśli rośliny z grupy 2 rosną wolniej niż pozostałe dwie, hipoteza jest potwierdzona. Aby można było to uznać za istotne, należy to poprzeć analizą statystyczną z wielu zakładów. Eksperyment taki jak ten nie jest uzasadniony w przypadku tylko jednej rośliny na grupę.
Grupa 1 to kontrola, która pokazuje, że rośliny mogą rosnąć w sterylnej glebie. Grupa 3 to kontrola, która pokazuje, że rośliny mogą rosnąć w normalnych warunkach. Grupa 2 to grupa eksperymentalna. Możliwe byłoby dodanie różnych ilości drobnoustroju lub różnych mikrobów, aby wprowadzić więcej zmiennych. Chodzi przede wszystkim o to, że badacz ma coś, do czego może porównać grupę eksperymentalną – grupę kontrolną. Gdyby eksperyment obejmował tylko grupę 2, a badacz ustaliłby, że rośliny "wyglądały na chore", byłaby to kwestia opinii. Jedynym sposobem, aby ta obserwacja była naukowa, jest posiadanie zdrowych roślin do zmierzenia. Rodzaj lub ilość użytego drobnoustroju jest zmienną niezależną, ponieważ badacz ma nad nią kontrolę. Wielkość rośliny na końcu eksperymentu jest zmienną zależną lub odpowiedzią, ponieważ jest to wynik.
Ostatecznie prace takie jak ta są publikowane w czasopismach naukowych, aby inni badacze mogli przeczytać o zastosowanych metodach i wyciągniętych wnioskach. Publikacje takie jak ta podlegają recenzji naukowej, co oznacza, że artykuł nie zostanie opublikowany w czasopiśmie, dopóki inni badacze go nie sprawdzą i nie zgodzą się, że jest dobrze wykonany. Jako społeczność naukowców, ogólne koncepcje są opracowywane w oparciu o zaobserwowane wzorce w eksperymentach przeprowadzanych przez poszczególnych naukowców. Prowadzi to do rozwoju teorii naukowej. Termin ten oznacza, że wśród badaczy panuje zgoda co do istnienia określonej koncepcji lub procesu. Ważne jest, aby pamiętać, że słowo teoria nie oznacza tego samego, co hipoteza. Gdy naukowcy oznaczą koncepcję tym terminem, uważa się, że jest ona prawdziwa, biorąc pod uwagę wszystkie obecnie dostępne dane. Oczywiście, jeśli duża liczba eksperymentów wykaże informacje świadczące o czymś przeciwnym, teorie mogą zostać zmodyfikowane.

Metoda naukowa

Metoda naukowa służy do rozwiązywania problemów i wyjaśniania zjawisk. Rozwój metody naukowej zbiegł się w czasie ze zmianami w filozofii ...

Education

JoVE Lab Manual

Biology

Biologia

Fundamentals

Podstawy

scientific method steps and controls

The scientific method gives scientists a way to solve problems and explain natural events. Its development grew alongside new ideas in science during the European Renaissance. Thinkers such as Francis Bacon, Galileo, and Isaac Newton helped formalize the process. Although the method has changed over time, much of its basic framework is still used today.

The process begins with observation and a clear question. A scientist first notices a natural phenomenon and then asks why it happens. This stage often includes background research. Reading earlier studies helps refine the question and identify gaps in scientific knowledge. In everyday life, this can look like noticing that a car will not start and asking why it is not working.

Next comes the hypothesis. A hypothesis is an unproven explanation based on prior knowledge. Scientists often develop more than one hypothesis and test them in a systematic way. A good hypothesis must be testable and falsifiable, which means it can produce predictions and can also be shown wrong. Hypotheses are often written as a null hypothesis, which predicts no change, and an alternative hypothesis, which predicts the expected outcome. If the null hypothesis is rejected, that supports the alternative hypothesis.

After that, scientists collect data through experiments or more observations. Experiments are designed to test the predictions made by a hypothesis. Data may be qualitative, based on the senses, or quantitative, based on measurements. Careful experimental design is important because it helps reduce error and control factors that could affect the outcome. The independent variable is the factor the scientist changes, and the dependent, or response, variable is the result that is measured.

Controls and replicates are also essential. A control treatment is a condition that is not manipulated, but it is kept under the same conditions as the experimental treatment. It provides a baseline for comparison. Replicates, or repeated trials, help scientists estimate natural variation in the data and check that results can be repeated. Precise recording and measurement make the results more reliable.

Scientists then analyze the results to see what the data mean. They compare the null hypothesis with the alternative hypothesis and use statistical tests before making claims. Statistics help show whether differences between control and experimental treatments are real. Results are often displayed in figures and tables so they can be reviewed and understood more easily.

The final step is drawing conclusions. Scientists explain what the results mean and compare them with earlier research on related topics. This places the work in a wider scientific context and shows how it fits into the field. The scientific process does not end there. If the null hypothesis is not rejected, scientists return to the earlier steps and revise the question or hypothesis.

In lab work, the scientific method is carefully documented from start to finish. It also includes controlled conditions and variables. A plant-microbe experiment shows how this works. Researchers can grow plants in sterile soil, add one microbe at a time, or use natural soil, then measure plant growth with a ruler. In this example, the question is whether microbes affect plant growth. The experimental hypothesis is that one microbe will slow growth, and the null hypothesis is that microbes will have no effect.

The setup includes a control group and an experimental group. One group shows that plants can grow in sterile soil, and another shows that plants can grow in natural soil. The group with the added microbe is the experimental group. The type or amount of microbe is the independent variable, and plant size at the end is the dependent variable. A claim based on only one plant per group would not be valid. The results must be supported by statistical analysis from many plants.

Work like this is published in scientific journals so other researchers can read the methods and conclusions. These publications are checked through peer review before they are accepted. Over time, patterns from many experiments help scientists build broader ideas about how nature works. This is how scientific theory develops. In science, theory means a concept supported by a strong body of evidence, not a guess.

Scientific Method Steps and Controls

scientific method

The scientific method gives scientists a way to solve problems and explain natural events. Its development grew alongside new ideas in science during the European Renaissance. Thinkers such as Francis Bacon, Galileo, and Isaac Newton helped formalize the process. Although the method has changed over time, much of its basic framework is still used today. The process begins with observation and a clear question. A scientist first notices a natural phenomenon and then asks why it happens. This...

diffusion and osmosis

Cell Membrane Transport and Water Balance

Cell membrane transport and water balance help cells move materials in and out of the cytoplasm. Cell membranes are semipermeable, which means some molecules can pass through while others cannot. The phospholipid bilayer and its embedded proteins control this movement. Some of these proteins act as transport channels for ions and carbohydrates that could not cross on their own. Cells stay small in part because of the surface-area to volume ratio. As a cell grows, its surface area does not keep...

cell structure

Cell Types and Organelles

Cells are the basic units of life, and their structures help explain how living things work. Cell theory says that every living organism is made of one or more cells, cells are the functional units of organisms, and new cells come from preexisting cells. Cells also share key features, including a plasma membrane, cytoplasm, DNA, and ribosomes. The plasma membrane is a phospholipid bilayer that surrounds the cell. It separates the cell from its environment and controls what enters and leaves.

macromolecules

Biomolecules and Their Tests

Biomolecules are the organic molecules that living things use for structure, energy, and heredity. They all have a carbon backbone and hydrogen atoms, and carbon can form four covalent bonds. That bonding flexibility lets carbon build chains, branches, rings, and other complex shapes. Biomolecules also commonly include oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur. Small building blocks join together to make larger molecules. These units are called monomers. Two monomers can form a dimer through...

physiology of the circulatory system

Circulatory System: Blood Flow and Pressure

The circulatory system moves blood, oxygen, nutrients, and wastes through the body to support homeostasis. Homeostasis is the stable internal balance that organisms must maintain even when the outside environment changes. Physiology is the study of how body systems work, and the circulatory system is one of the key systems that helps keep internal conditions steady. Body systems are built from cells, tissues, organs, and organ systems. Humans have 11 major organ systems, and they work together...

fundamentals

Learn the scientific method through observation, hypotheses, experiments, controls, variables, data analysis, conclusions, and a plant-microbe example.

Scientific Method Steps and Controls | JoVE K12

ES.1.b

ES.1.f

Life Science

LS.1

LS.1.a

LS.1.b

LS.1.f

Physical Science

PS.1

PS.1.a

PS.1.d

Physics

PH.1

PH.1.a

PH.1.d

Texas Essential Knowledge and Skills

High School

Specialised Topic in Science

112.51.c.1.

112.51.c.1.B.

Florida Department of Education

Nature of Science

SC.912.N.1

SC.912.N.1.1

SC.912.N.1.2

SC.912.N.2

SC.912.N.2.1

BIO.1

BIO.1.B

BIO.4

BIO.4.B

BIO.4.C

Przygotuj się do nauczania Metoda naukowa dzięki temu 1-minutowemu przewodnikowi dla instruktorów. Obejmuje kluczowe kroki przygotowawcze dla laboratorium Biology na JoVE Lab Manual.

Przygotowanie instruktora do Metoda naukowa w Biology - Ponad 11K wyświetleń | JoVE Lab Manual

Postępuj zgodnie z procedurami Metoda naukowa krok po kroku w tym 4-minutowym filmie z protokołem studenckim. Część kolekcji Biology na JoVE Lab Manual.

Protokół studencki dla Metoda naukowa w Biology - Ponad 28K wyświetleń | JoVE Lab Manual

The scientific method is used to solve problems and explain phenomena. The development of the scientific method coincided with changes in philosophy ...

Scientific Laws and Theories

Scientific Laws

In science, a law is defined as a concise, verbal or mathematical, statement that summarizes a vast number of experimental observations. ...

The Scientific Method

The scientific method is a detailed, empirical problem-solving process used by biologists and other scientists. This iterative approach involves ...

Chemistry is an empirical science. Scientists often pose questions to understand the chemistry in everyday life and seek answers to these questions. To ...

What is a Hypothesis?

A hypothesis can be a simple sentence or statement about a property or any phenomenon observed or predicted for a population. It is usually a claim about ...

Types of Hypothesis Testing

There are three types of hypothesis tests: right-tailed, left-tailed, and two-tailed.
When the null and alternative hypotheses are stated, it is observed ...

Hypothesis: Accept or Fail to Reject?

The outcome of any hypothesis testing leads to rejecting or not rejecting the null hypothesis. This decision is taken based on the analysis of the data, ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by asking questions and defining problems
• ask questions that arise from careful observation of phenomena, examination of a model or theory, or unexpected results, and/or to seek additional information
• determine which questions can be investigated within the scope of the school laboratory or field experience
• generate hypotheses based on research and scientific principles
• make hypotheses that specify what happens to a dependent variable when an independent variable is manipulated
• define design problems that involve the development of a process or system with multiple components and criteria

Inductive Reasoning

Inductive reasoning is a form of logical thinking that uses related observations to arrive at a general conclusion. It is uncertain and operates in ...

Deductive Reasoning

Deductive reasoning, or deduction, is the type of logic used in hypothesis-based science. In deductive reasoning, the pattern of thinking moves in the ...

Correlation and Causation

Correlation and CausationStatistical tests can calculate whether there is a relationship, or correlation, between independent and dependent variables. A ...

Demonstrating the Scientific Method with Tree Branches
ExpandObtain branches containing a few dozen typical leaves from five different local tree species. ...

Observation and Background Research
ExpandNOTE: The first two steps in the scientific process involve studying and observing natural phenomena of ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by planning and carrying out investigations
• individually and collaboratively plan and conduct observational and experimental investigations
• plan and conduct investigations to test design solutions in a safe and ethical manner including considerations of environmental, social and personal effects
• select and use appropriate tools and technology to collect, record, analyze, and evaluate data

Introduction to Test of Independence

In statistics, the term independence means that one can directly obtain the probability of any event involving both variables by multiplying their ...

Statistical Analysis: Overview

An analysis is usually conducted by replicated sampling or repeated measurements on the same sample. This leads to scattered results rather than a single ...

Statistical Significance

Once data is collected from both the experimental and the control groups, a statistical analysis is conducted to find out if there are meaningful ...

Review and Preview

Data are individual items of information obtained from a population or sample. Data may be classified as qualitative (categorical), quantitative ...

Data: Types and Distribution

In biostatistics, data refers to the collected observations that are subject to analysis. Data can be parametric or nonparametric.
Nonparametric data ...

Histogram

The histogram is a graphical representation in the x-y form of data distribution in a data set. The horizontal x-axis is labeled with what the data ...

Scatter Plot

The most common and easiest way to display the relationship between two variables, x and y, is a scatter plot. A scatter plot shows the direction of a ...

Bar Graph

A bar graph is also called a bar chart and consists of bars that are separated from each other. It either uses horizontal or vertical bars to show ...

Pie Chart

A pie chart (or a pie graph) is a circular graphical chart or a pictorial representation of categorical data. It is divided into slices of pie each ...

Numerical Calculations

In engineering applications, the representation of the numerical value is critical. Presenting or reporting the answer is one of the essential parts of ...

Accuracy and Precision

Scientists typically make repeated measurements of a quantity to ensure the quality of their findings and to evaluate both the precision and the accuracy ...

Significant Figures in Calculations

Uncertainty in measurements can be avoided by reporting the results of a calculation with the correct number of significant figures. This can be ...

Realism in Experimentation

Source: Laboratories of Gary Lewandowski, Dave Strohmetz, and Natalie Ciarocco&#8212;Monmouth University

In an ideal world researchers would conduct ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by pnterpreting, analyzing, and evaluating data
• construct and interpret data tables showing independent and dependent variables, repeated trials, and means
• construct, analyze, and interpret graphical displays of data and consider limitations of data analysis
• apply mathematical concepts and processes to scientific questions
• use data in building and revising models, supporting explanations of phenomena, or testing solutions to problems
• analyze data using tools, technologies, and/or models in order to make valid and reliable scientific claims or determine an optimal design solution

ES.1.c

Data Collection by Observations

Data collection refers to a systematic way of obtaining, observing, measuring, and analyzing accurate information. Observational studies are one of the ...

Data Collection by Experiments

Data collection is a systematic method of obtaining, observing, measuring, and analyzing accurate information. An experimental study is a standard method ...

Data Collection by Survey

The systematic method of obtaining and analyzing accurate information of a population is called data collection. A survey is a standard method of data ...

Reliability and Validity

Reliability and validity are two important considerations that must be made with any type of data collection. Reliability refers to the ability to ...

Reasoning

Reasoning involves transforming information into conclusions, which is essential for problem-solving, decision-making, and critical thinking.
Reasoning ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by constructing and critiquing conclusions and explanations
• make quantitative and/or qualitative claims based on data
• construct and revise explanations based on valid and reliable evidence obtained from a variety of sources, including students' own investigations, models, theories, simulations, and peer review
• apply scientific ideas, principles, and/or evidence to provide an explanation of phenomena or design solutions
• construct arguments or counterarguments based on data and evidence
• differentiate between a scientific hypothesis, theory, and law

ES.1.d

using-topographic-maps-to-generate-topographic-profiles

Using Topographic Maps to Generate Topographic Profiles

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Topographic maps are &#34;plan-view&#34; representations of Earth&#39;s ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by developing and using models
• evaluate the merits and limitations of models
• develop, revise, and/or use models based on evidence to illustrate or predict relationships
• construct and interpret scales, diagrams, classification charts, graphs, tables, imagery, models, including geologic cross sections and topographic profiles
• read and interpret topographic and basic geologic maps and globes, including location by latitude and longitude

ES.1.e

Data Source

A data source is the origin of collected data, whether physical or digital, and includes all channels, platforms, and repositories for gathering and ...

Communication

Sharing information, concepts, and emotions to foster mutual understanding is communication. The sender, recipient, and transaction must be considered in ...

levels-of-communication-i-intrapersonal-interpersonal-and-small-group

Levels of Communication I: Intrapersonal, Interpersonal, and Small Group

Interpersonal communication focuses on the exchange of messages between two people.
We can participate in these relationships through verbal, nonverbal, ...

levels-of-communication-ii-organizational-public-and-group-dynamics

Levels of Communication II: Organizational, Public, and Group Dynamics

Effective communication is the foundation of a good organization. Communication is the lifeblood of an organization that connects the group with messages. ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by obtaining, evaluating, and communicating information
• compare, integrate, and evaluate sources of information presented in different media or formats to address a scientific question or solve a problem
• gather, read, and evaluate scientific and/or technical information from multiple sources, assessing the evidence and credibility of each source
• communicate scientific and/or technical information about phenomena and/or a design process in multiple formats

Scientific Method Steps and Controls

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards