1.3: Научный метод

Обзор

Научный метод - это подробный, эмпирический процесс решения проблем, используемый биологами и учеными других дисциплин. Этот итеративный подход включает формулирование вопроса, основанного на наблюдении, разработку тестируемого потенциального объяснения наблюдения (так называемая гипотеза), составление и тестирование прогнозов на основе гипотезы, а также использование полученных результатов для создания новых гипотез и прогнозов.

Как правило, прогнозы тестируются с помощью тщательно разработанных экспериментов. На основе результатов этих экспериментов, первоначальное объяснение, возможно, потребуется уточнить, и могут возникнуть новые гипотезы и вопросы. Важно отметить, что это свидетельствует о том, что научный метод не является пошаговым рецептом. Это непрерывная доработка и тестирование идей, основанных на новых наблюдениях, что и является сутью научных исследований.

Наука непостоянна, и меняется по мере того, как мы узнаем больше о мире вокруг нас. По этой причине ученые избегают утверждать, что они «доказывают» конкретную идею. Вместо этого они собирают доказательства того, что либо поддерживает, либо опровергает данные гипотезы.

Создание наблюдений и формулирование гипотез

Гипотезе предшествует первоначальное наблюдение, в ходе которого информация собираются с помощью органов чувств (например, зрением, слухом) или с использованием научных инструментов и инструментов. Это наблюдение приводит к вопросу, который подсказывает формулирование первоначальной гипотезы, (тестируемый) возможный ответ на вопрос. Например, наблюдая за тем, что слизняки едят капустные растения вообще, но не капустные растения, растущие рядом с чесноком, может вызвать вопрос: почему слизняки выборочно щадят капустные растения возле чеснока? Одна из возможных гипотез, или ответ на этот вопрос, заключается в том, что слизняки имеют отвращение к чесноку. Основываясь на этой гипотезе, можно было бы предсказать, что слизняки не будут есть капустные растения, которые окружены кольцом чесночного порошка.

Для гипотезы должна существовать возможность быть ошибочной, а это означает, что есть способы опровергнуть ее, если она не соответствует действительности. Другими словами, гипотеза должна быть тестируемой. Ученые часто формулируют и явно тестируют на противоположность гипотезу, которая называется нулевой гипотезой. В этом случае, нулевая гипотеза заключается в том, что слизняки не имеют отвращения к чесноку. Нулевая гипотеза будет поддержана, если, вопреки предсказанию, слизняки едят капустные растения, которые окружены чесночным порошком.

Тестирование гипотезы

Когда это возможно, ученые тестируют гипотезы с помощью контролируемых экспериментов, которые включают независимые и зависимые переменные, а также контрольные и экспериментальные группы.

Независимая переменная является элементом, который, как ожидается, будет иметь эффект (например, чесночный порошок, используемый в эксперименте со слизняком и капустой, или способ лечения, заданный в клинических испытаниях). Зависимыми переменными являются измерения, используемые для определения результатов эксперимента. В эксперименте со слизнями, капустой и чесноком, количество слизней, которые едят капусту, является зависимой переменной, так как это число, как ожидается, будет зависеть от наличия или отсутствия кольца чесночного порошка вокруг кустиков капусты.

Эксперименты требуют экспериментальных и контрольных групп. Экспериментальная группа лечится или подвергается воздействию независимой переменной (т.е. манипуляции или лечения). Например, в эксперименте по отвращение к чесноку со стороны слизней, экспериментальная группа - это группа кустиков капусты, которые окружены кольцом чесночного порошка. Контрольная группа подчиняется тем же условиям, что и экспериментальная группа, за исключением независимой переменной. Контрольные группы в этом эксперименте могут включать в себя группу капустных растений в том же районе, которая окружен кольцом из какого-то другого порошка (для контроля отвращения к порошку) и группа, которая не окружена никаким порошковым кольцом вообще (для контроля за отвращением к капусте). Важно включить контрольную группу, потому что без нее неясно, является ли эффект результатом лечения или манипуляции.

Уточнение гипотезы

Если результаты эксперимента поддерживают гипотезу, могут быть разработаны и проведены дальнейшие эксперименты для поддержки гипотезы. Гипотеза также может быть уточнена. Например, дополнительные эксперименты могут определить, есть ли у слизней также отвращение к другим растениям рода Allium, например, к луку.

Если результаты не поддерживают гипотезу, возможно, потребуется скорректировать гипотезу на основе новых наблюдений. Следует также исключить проблемы с экспериментальным проектированием. Например, если слизни демонстрируют отвращение к обоим видам порошкообразного вещества, эксперимент может быть проведен снова с использованием свежего чеснока вместо порошкообразного чеснока. Если слизни по-прежнему не проявляют отвращения к чесноку, гипотеза может быть скорректирована. В этом примере, новая гипотеза может состоять в том, что слизни испытывают отвращение к порошку.

Результаты экспериментов должны быть доведены до сведения других ученых и общественности, независимо от того, поддерживают ли данные экспериментов первоначальную гипотезу. Эта информация может способствовать разработке новых гипотез и экспериментальных вопросов.

Научный метод это подробный, пошаговый процесс ответа на вопросы. На первом этапе сделаны замечания. Например, учёный заметил, что слизни уничтожают некоторые кусты капусты, но не те, которые находятся рядом с чесноком.

Такие наблюдения ведут к возникновению вопросов. Можно ли использовать чеснок для удержания слизней от уничтожения капустных грядок? После формулирования вопросов, учёный может разработать гипотезы, возможные объяснения, замечания.

это приводит к специфическим проверяемым предсказаниям. В этом случае гипотеза состоит в том, что чеснок отпугивает слизней, то есть, даётся прогноз, что капуста, окружённая кольцом из чесночной пудры, меньше пострадает от слизней, чем капуста, не окружённая кольцом чеснока. На следующем этапе, эксперименте, эти идеи тестируются в серии экспериментов, разработанных для устранения гипотез.

Экспериментальный дизайн включает определяющие переменные. Одна, независимая переменная, та, что проверяется. В этом случае это добавление чеснока.

Другая, зависимая переменная, описывает измерения, использованные для определения результата, такие как количество слизней в капусте. Кроме того, слизни делятся на группы:экспериментальные и контрольные. Контрольная группа претерпевает те же ситуации, что и экспериментальная группа, за исключением гипотетической манипуляции.

То есть, капустная грядка без чеснока против присутствующего воздействия чеснока. После сбора и анализа данных можно сделать выводы, и результаты будут сообщены другим учёным. Постоянно задаются новые вопросы, таким образом, повторяя цикл.