1.3: Metoda naukowa

Metoda naukowa to szczegółowy, empiryczny proces rozwiązywania problemów stosowany przez biologów i innych naukowców. To iteracyjne podejście polega na sformułowaniu pytania na podstawie obserwacji, opracowaniu testowalnego potencjalnego wyjaśnienia obserwacji (zwanego hipotezą), tworzeniu i testowaniu przewidywań opartych na hipotezie oraz wykorzystaniu wyników do tworzenia nowych hipotez i przewidywań.

Ogólnie rzecz biorąc, przewidywania są testowane za pomocą starannie zaprojektowanych eksperymentów. Na podstawie wyników tych eksperymentów może zaistnieć potrzeba doprecyzowania pierwotnej hipotezy oraz wygenerowania nowych hipotez i pytań. Co ważne, pokazuje to, że metoda naukowa nie jest receptą stopniową. Zamiast tego jest to ciągłe udoskonalanie i testowanie pomysłów w oparciu o nowe obserwacje, co jest sednem badań naukowych.

Nauka jest zmienna i stale się zmienia, gdy naukowcy dowiadują się więcej o świecie, zjawiskach fizycznych i tym, jak organizmy wchodzą w interakcje ze swoim środowiskiem. Z tego powodu naukowcy unikają twierdzenia, że “udowadniają” konkretną ideę. Zamiast tego zbierają dowody, które albo potwierdzają, albo obalają daną hipotezę.

Dokonywanie obserwacji i formułowanie hipotez

Hipoteza poprzedzona jest wstępną obserwacją, podczas której informacje zbierane są przez zmysły (np. wzrok, słuch) lub za pomocą narzędzi i instrumentów naukowych. Ta obserwacja prowadzi do pytania, które skłania do sformułowania wstępnej hipotezy, (testowalnej) możliwej odpowiedzi na pytanie. Na przykład obserwacja, że ślimaki zjadają niektóre rośliny kapusty, ale nie rośliny kapusty znajdujące się w pobliżu czosnku, może skłonić do pytania: dlaczego ślimaki selektywnie nie jedzą roślin kapusty w pobliżu czosnku? Jedną z możliwych hipotez lub odpowiedzi na to pytanie jest to, że ślimaki mają awersję do czosnku. Opierając się na tej hipotezie, można przewidzieć, że ślimaki nie będą jeść roślin kapusty otoczonych pierścieniem sproszkowanego czosnku.

Hipoteza powinna być falsyfikowalna, co oznacza, że istnieją sposoby na jej obalenie, jeśli jest nieprawdziwa. Innymi słowy, hipoteza powinna być testowalna. Naukowcy często wyrażają i wyraźnie testują przeciwieństwo hipotezy, która nazywa się hipotezą zerową. W tym przypadku hipoteza zerowa jest taka, że ślimaki nie mają awersji do czosnku. Hipoteza zerowa byłaby wspierana, gdyby, w przeciwieństwie do przewidywań, ślimaki zjadały rośliny kapusty otoczone sproszkowanym czosnkiem.

Testowanie hipotezy

Tam, gdzie to możliwe, naukowcy testują hipotezy za pomocą kontrolowanych eksperymentów, które obejmują zmienne niezależne i zależne, a także grupy kontrolne i eksperymentalne.

Zmienna niezależna to pozycja, która ma mieć wpływ (np. czosnek w proszku użyty w eksperymencie ze ślimakami i kapustą lub leczeniu poddanym w badaniu klinicznym). Zmienne zależne to miary używane do określenia wyniku eksperymentu. W eksperymencie ze ślimakami, kapustą i czosnkiem zmienną zależną jest liczba ślimaków jedzących kapustę. Oczekuje się, że liczba ta będzie zależeć od obecności lub braku krążków czosnku w proszku wokół roślin kapusty.

Eksperymenty wymagają grup eksperymentalnych i kontrolnych. Grupa eksperymentalna jest leczona lub poddawana działaniu zmiennej niezależnej (tj. manipulacji lub leczenia). Na przykład w eksperymencie z awersją do czosnku ze ślimakami grupą eksperymentalną jest grupa roślin kapusty otoczonych pierścieniem czosnku w proszku. Grupa kontrolna podlega tym samym warunkom, co grupa eksperymentalna, z wyjątkiem zmiennej niezależnej. Grupy kontrolne w tym eksperymencie mogą obejmować grupę roślin kapusty na tym samym obszarze, która jest otoczona pierścieniem proszku innego niż czosnek (w celu kontroli awersji do proszku) oraz grupę, która nie jest otoczona żadną konkretną substancją (w celu kontroli awersji do kapusty). Konieczne jest włączenie grupy kontrolnej, ponieważ bez niej nie jest jasne, czy wynik jest wynikiem leczenia, czy manipulacji.

Doprecyzowanie hipotezy

Jeśli wyniki eksperymentu potwierdzają hipotezę, można zaprojektować i przeprowadzić dalsze eksperymenty w celu poparcia hipotezy. Hipoteza może być również doprecyzowana i doprecyzowana. Na przykład dodatkowe eksperymenty mogą ustalić, czy ślimaki mają również awersję do innych roślin z rodzaju Allium, takich jak cebula.

Jeśli wyniki nie potwierdzają hipotezy, pierwotna hipoteza może zostać zmodyfikowana na podstawie nowych obserwacji. Ważne jest, aby wykluczyć potencjalne problemy z projektem eksperymentalnym przed modyfikacją hipotezy. Na przykład, jeśli ślimaki wykazują awersję zarówno do czosnku, jak i proszku bez czosnku, eksperyment można przeprowadzić ponownie, używając świeżego czosnku zamiast czosnku w proszku. Jeśli ślimaki nadal nie wykazują awersji do czosnku, pierwotna hipoteza może zostać zmodyfikowana.

komunikacja

Wyniki eksperymentów powinny być przekazywane innym naukowcom i opinii publicznej, niezależnie od tego, czy dane potwierdzają pierwotną hipotezę. Informacje te mogą pomóc w opracowaniu nowych hipotez i pytań eksperymentalnych.