1.3: De wetenschappelijke methode
Overzicht
De wetenschappelijke methode is een gedetailleerd, empirisch, probleemoplossend proces dat wordt gebruikt door biologen en wetenschappers van andere disciplines. Deze iteratieve benadering bestaat het formuleren van een vraag op basis van een observatie, het ontwikkelen van een toetsbare potentiële verklaring voor de observatie (ook wel een hypothese genoemd), het maken en testen van voorspellingen op basis van de hypothese en het gebruiken van de bevindingen om nieuwe hypothesen en voorspellingen te ontwikkelen.
Over het algemeen worden voorspellingen getest met zorgvuldig opgezette experimenten. Op basis van de uitkomst van deze experimenten moet de oorspronkelijke verklaring wellichtt worden verfijnd en kunnen nieuwe hypothesen en vragen worden ontwikkeld. Dit illustreert dat de wetenschappelijke methode geen stapsgewijs recept is, maar een voortdurende verfijning en toetsing van ideeën op basis van nieuwe waarnemingen. Dit is de crux van wetenschappelijk onderzoek.
Wetenschap is veranderlijk en verandert voortdurend naarmate we meer leren over de wereld om ons heen. Wetenschappers proberen niet een specifiek idee te 'bewijzen', maar ze verzamelen bewijs dat een bepaalde hypothese ondersteunt of weerlegt.
Waarnemingen doen en hypothesen formuleren
Een hypothese wordt voorafgegaan door een eerste observatie, waarbij informatie wordt verzameld door de zintuigen (bijv. zien, luisteren) of met behulp van wetenschappelijke instrumenten. Deze observatie leidt tot een vraag en geeft aanleiding tot het vormen van een eerste hypothese die een mogelijk (toetsbaar) antwoord geeft op de vraag. Bijvoorbeeld, de waarneming dat slakken sommige koolplanten eten, maar niet de koolplanten die in de buur van knoflook groeien, kan de vraag oproepen: waarom zijn slakken selectief in het eten van koolplanten in de buurt van knoflook? Een mogelijke hypothese, of antwoord op deze vraag, is dat slakken een afkeer hebben van knoflook. Op basis van deze hypothese zou je kunnen voorspellen dat slakken geen koolplanten eten die zijn omgeven door een ring van knoflookpoeder.
Een hypothese moet falsifieerbaar zijn. Dit betekent dat er manieren moeten zijn waarop je het tegendeel kan bewijzen als de hypothese niet waar is. Met andere woorden, een hypothese moet toetsbaar zijn. Wetenschappers verwoorden en testen vaak het tegenovergestelde van de hypothese, die de nulhypothese wordt genoemd. In dit geval is de nulhypothese dat slakken geen afkeer hebben van knoflook. De nulhypothese zou worden ondersteund als, in tegenstelling tot de voorspelling, slakken koolplanten eten die zijn omgeven door knoflookpoeder.
Een hypothese testen
Wetenschappers testen hypothesen zoveel mogelijk met behulp van gecontroleerde experimenten die onafhankelijke en afhankelijke variabelen omvatten, ook wel controle- en experimentele groepen genoemd.
Een onafhankelijke variabele is een item waarvan wordt verwacht dat het een effect heeft (bijvoorbeeld het knoflookpoeder dat wordt gebruikt in het experiment met slakken en kool, of de behandeling die wordt gegeven in een klinische proef). Afhankelijke variabelen zijn de metingen die worden gebruikt om de uitkomst van een experiment te bepalen. In het experiment met de slakken, kool en knoflook, de afhankelijke variable is het aantal slakken dat kool eet, aangezien dit aantal naar verwachting afhangt van de aan- of afwezigheid van knoflookpoederringen rond de koolplanten.
Experimenten vereisen experimentele en controlegroepen. Een experimentele groep wordt behandeld met, of blootgesteld aan, de onafhankelijke variabele (dwz de manipulatie of behandeling). In het knoflookaversie-experiment met slakken, de experimentele groep is bijvoorbeeld een groep koolplanten die omgeven is door een knoflookpoederring. Een controlegroep is onderworpen aan dezelfde condities als de experimentele groep, met uitzondering van de onafhankelijke variabele. Controlegroepen in dit experiment kunnen een groep koolplanten in hetzelfde gebied zijn die omgeven door een neutrale (niet knoflook) poederring (om poederaversie te voorkomen) en een groep zonder een bepaalde stof (om koolaversie te voorkomen). Het is essentieel om een controlegroep op te nemen in het experiment, want zonder een controlegroep is het onduidelijk de behandeling of manipulatie het gewenste resultaat had.
Een hypothese verfijnen
Als de resultaten van een experiment de hypothese ondersteunen, kunnen extra experimenten worden ontworpen en uitgevoerd om de hypothese verder te ondersteunen. De hypothese kan ook worden verfijnd en specifieker worden gemaakt. Aanvullende experimenten zouden bijvoorbeeld kunnen uitwijzen of slakken ook een afkeer hebben van andere planten van het Allium- geslacht, zoals uien.
Als de resultaten de hypothese niet ondersteunen, moet de hypothese mogelijk worden aangepast op basis van de nieuwe waarnemingen. Ook problemen met het experimentele ontwerp moeten worden uitgesloten. Als slakken bijvoorbeeld een afkeer vertonen van beide soorten poedersubstantie, kan het experiment opnieuw worden uitgevoerd met verse knoflook in plaats van knoflookpoeder. Als de slakken nog steeds geen afkeer van knoflook vertonen, kan de hypothese worden bijgesteld. In dit voorbeeld kan de nieuwe hypothese zijn dat slakken een afkeer hebben van poeder.
De resultaten van de experimenten moeten worden meegedeeld aan andere wetenschappers en openbaar worden gemaakt, ongeacht of de gegevens de oorspronkelijke hypothese ondersteunen. Deze informatie kan namelijk de ontwikkeling van nieuwe hypothesen en experimentele vragen sturen.
