1.2: Metoda naukowa

The Scientific Method
JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
The Scientific Method
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

48,932 Views

03:50 min
September 03, 2020

Overview

Chemia jest nauką empiryczną. Naukowcy często zadają pytania, aby zrozumieć chemię w życiu codziennym i szukają odpowiedzi na te pytania. Aby to osiągnąć, naukowcy postępują zgodnie z definitywną serią kroków, które razem składają się na metodę naukową. Podejście to polega na dokonywaniu obserwacji, zadawaniu pytań, budowaniu hipotezy, przeprowadzaniu eksperymentów, analizowaniu wyników i formułowaniu wniosków. 

Obserwacja i pytanie

Pierwszym krokiem w metodzie naukowej jest obserwacja zjawiska w świecie fizycznym. Następnie postawiono pytanie, które ma na celu lepsze zrozumienie tego zjawiska. Na przykład pytanie może brzmieć: “Co zamarza szybciej, zwykła woda czy woda z dodatkiem soli?”

Hipoteza

Następnym krokiem jest sformułowanie wyjaśnienia dla danej obserwacji. Ta wstępna interpretacja zestawu obserwacji, która działa jako przewodnik dla zrozumienia obserwowanego zjawiska, nazywana jest hipotezą. Na przykład w przypadku powyższego pytania hipoteza może sugerować, że dodanie soli zmienia temperaturę zamarzania zwykłej wody.

Naukowcy często wykorzystują wcześniejsze badania i literaturę, aby rozpocząć swoje badania i sformułować hipotezę, którą można przetestować za pomocą eksperymentów. Silna hipoteza jest zarówno testowalna, jak i falsyfikowalna. Uważa się, że można ją przetestować, jeśli można udowodnić, że jest słuszna, i falsyfikowalną, jeśli można ją obalić – w takim przypadku naukowiec musi zmodyfikować lub odrzucić hipotezę. 

Eksperymentów 

Trzecim krokiem jest zaprojektowanie i przeprowadzenie eksperymentów w celu sprawdzenia słuszności hipotezy. Eksperymenty to pomiary i obserwacje prowadzone w kontrolowanych warunkach. Niektóre obserwacje i eksperymenty są jakościowe (opisujące, jak zachodzi proces), podczas gdy wiele ma charakter ilościowy (mierzenie lub kwantyfikowanie czegoś o procesie). Aby przetestować hipotezę słonej wody, naukowiec może wziąć dwie szklanki z równą ilością wody w temperaturze pokojowej. Do jednej ze szklanek można dodać łyżkę soli i obie szklanki włożyć do zamrażarki. Stan wody w każdej szklance można obserwować co 15 minut i rejestrować czas potrzebny do całkowitego zamrożenia każdej szklanki wody.  

Projekt eksperymentalny jest krytycznym krokiem w metodzie naukowej. Należy dołożyć starań, aby kontrolować liczbę zmiennych czynników, tak aby można było monitorować wpływ określonego czynnika, o którym mowa. 

Analiza wyników i wnioski

Następnym krokiem jest analiza wyników eksperymentów i stwierdzenie, czy wyniki te potwierdzają hipotezę, czy nie. Jeśli wniosek jest taki, że tak, to hipoteza jest akceptowana i może być poddana dalszym eksperymentom w celu uzyskania odpowiedzi na nowe pytania. Kiedy hipoteza okaże się błędna, można zaproponować nową hipotezę, a proces jest kontynuowany. 

W przykładzie ze słoną wodą wyniki wskazują, że słona woda potrzebuje więcej czasu na zamarzanie niż zwykła woda. Prowadzi to do wniosku, że woda z solą zamarza wolniej niż zwykła woda. Tak więc wyniki potwierdzają hipotezę.

Ten tekst jest adaptacją z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 1.1: Metoda naukowa.

Transcript

Metoda naukowa jest podejściem systematycznym stosowanym przez wszystkie dyscypliny naukowe. Składa się z sześciu głównych kroków – dokonania obserwacji, zadania pytania, zbudowania hipotezy, przeprowadzenia eksperymentów, interpretacji danych i wreszcie wyciągnięcia wniosku.

Metoda naukowa zaczyna się od obserwacji i pytania, które pomaga zrozumieć tę obserwację. Na przykład francuski chemik Antoine Lavoisier obserwował zjawiska spalania. Sformułował pytanie, aby zrozumieć, co się dzieje, gdy coś zostaje spalone. Dokąd zmierza ta sprawa?

Trzecim krokiem w metodzie naukowej jest zbudowanie hipotezy – wstępnego wyjaśnienia danej obserwacji, które można przetestować. W odpowiedzi na pytanie “Dokąd zmierza materia?”, Lavoiser wysunął hipotezę, że w reakcji chemicznej materia nie zostaje ani stworzona, ani zniszczona. Dobra hipoteza jest również testowalna i falsyfikowalna. Hipoteza testowalna to taka, która formułuje przewidywania, które można potwierdzić za pomocą eksperymentów lub obserwacji. Jest falsyfikowalny, gdy można go obalić za pomocą eksperymentów. 

Czwartym krokiem w metodzie naukowej jest eksperymentowanie i zbieranie danych. Eksperymenty to obserwacje lub pomiary przeprowadzane w kontrolowanych środowiskach, takich jak temperatura, ciśnienie lub objętość. Ten krok ma na celu sprawdzenie, w jakim stopniu świat rzeczywisty pasuje do świata przewidzianego przez hipotezę. 

Niektóre eksperymenty i obserwacje mają charakter jakościowy – opisują, jak zachodzi proces. Inne są ilościowe – mierzą lub kwantyfikują coś na temat procesu.

Lavoisier przetestował swoją hipotezę, podgrzewając rtęć w zamkniętym otoczeniu. Doprowadziło to do powstania czerwonawej substancji. Jego eksperymenty miały charakter ilościowy, więc dokładnie zapisywał masę reagentów i produktów w układzie zamkniętym, jak i osobno.

Piątym krokiem jest interpretacja i analiza danych – ocena, czy wyniki potwierdzają lub obalają hipotezę i czy potrzebne są dalsze eksperymenty. Lavoisier zaobserwował, że całkowita masa słoika i jego zawartość przed i po reakcji pozostała taka sama, chociaż masa czerwonego produktu była większa niż masy pierwotnej rtęci.

Ostatnim krokiem jest wyciągnięcie logicznego wniosku i podjęcie decyzji, czy zaakceptować, czy odrzucić hipotezę. Jeśli wyniki silnie wspierają hipotezę, jest ona akceptowana. Może być również poddany dalszym testom lub udoskonalony poprzez zadawanie nowych pytań i przeprowadzanie nowych eksperymentów.
Na podstawie swoich eksperymentów Lavoisier doszedł do wniosku, że ponieważ całkowita masa słoika pozostała niezmieniona podczas reakcji, tlen w słoiku połączył się z rtęcią, tworząc nowy produkt, znany obecnie jako tlenek rtęci(II). Wniosek ten silnie wspierał jego hipotezę o zachowaniu masy – że całkowita masa obiektów pozostaje niezmieniona podczas procesu spalania.

Jeśli jednak hipoteza zostanie obalona, naukowcy mogą sformułować nową hipotezę, czerpiąc wskazówki z nieudanych eksperymentów i zacząć od nowa.

Mimo że postrzegamy metodę naukową jako serię kroków, nowe informacje lub pomysły mogą spowodować, że naukowiec wycofa się i powtórzy kroki w dowolnym momencie procesu. Tak więc metoda naukowa jest procesem iteracyjnym.
 

Key Terms and definitions​

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for