Die wissenschaftliche Methodik

Überblick

Die wissenschaftliche Methode ist ein detaillierter, empirischer, lösungsorientierter Prozess, der von Biologen und Wissenschaftlern anderer Disziplinen angewandt wird. Dieser iterative Prozess beinhaltet zuerst das Formulieren einer Frage, die auf einer Beobachtung basiert. Anschließend wird eine prüfbare mögliche Erklärung für diese Beobachtung gesucht, welche man als Hypothese bezeichnet. Danach testet man diese Hypothese und nutzt die Ergebnisse zur Erstellung von neuen Hypothesen und Vorhersagen.

Im Allgemeinen werden Vorhersagen in sorgfältig geplanten Experimenten getestet. Aufgrund der Ergebnisse dieser Experimente kann es vorkommen, dass die ursprüngliche Erklärung verfeinert werden muss. Daraus können auch neue Theorien und Fragen entstehen. Dies verdeutlicht, dass die wissenschaftliche Methode kein Rezept ist, welches man stufenweise umsetzen kann. Es ist vielmehr ein kontinuierliches Verfeinern und Testen von Ideen anhand neuer Beobachtungen, was der Kern der wissenschaftlichen Methode ist.

Die Wissenschaft ist also wandelbar und verändert sich je mehr wir über die Welt um uns erfahren. Aus diesem Grund vermeiden Wissenschaftler es, eine Idee als bewiesen zu bezeichnen. Sie sammeln vielmehr Beweise, die eine gegebene Hypothese entweder unterstützen oder widerlegen.

Beobachtungen machen und Hypothesen formulieren

Einer Hypothese geht immer eine Beobachtung voraus, bei der die Informationen mit den Sinnen (z.B. durch Sehen, Hören) oder mit wissenschaftlichen Mitteln und Instrumenten gesammelt werden. Diese Beobachtung führt zu einer Frage, die zur Bildung einer anfänglichen Hypothese führt, welche eine (prüfbare) mögliche Antwort auf die Frage darstellen kann. So kann z.B. die Beobachtung, dass Schnecken normalerweise Kohlpflanzen fressen, nicht aber jene die sich in der Nähe von Knoblauch befinden, zu der folgenden Frage führen: Warum verschmähen Schnecken selektiv Kohlpflanzen in der Nähe von Knoblauch? Eine mögliche Hypothese oder Antwort auf diese Frage ist, dass die Schnecken eine Abneigung gegen Knoblauch haben. Aufgrund dieser Hypothese könnte man z.B. voraussagen, dass Schnecken keine Kohlpflanzen fressen, die von Knoblauchpulver umgeben sind.

Eine Hypothese sollte ebenfalls widerlegbar sein. Das bedeutet, dass man sie auch eindeutig widerlegen kann, wenn sie falsch ist. Dafür muss also auch prüfbar sein. Wissenschaftler artikulieren und testen oft das Gegenteil einer Hypothese. Man bezeichnet dies dann als Nullhypothese oder Gegenhypothese. In unserem Fall ist die Nullhypothese demnach, dass die Schnecken keine Abneigung gegen Knoblauch haben. Die Nullhypothese würde belegt werden, wenn die Schnecken entgegen der Vorhersage Kohlpflanzen fressen, die von Knoblauchpulver umgeben sind.

Eine Hypothese testen

Wissenschaftler testen Hypothesen, wenn möglich, mit kontrollierten Experimenten. Diese sollten gleichzeitig unabhängige und abhängige Variablen sowie die Kontroll- und Versuchsgruppen beinhalten.

Eine unabhängige Variable ist ein Element, von dem man eine Wirkung auf den Test erwartet (z.B. das Knoblauchpulver, das im Schnecken-Kohl-Experiment verwendet wird, oder eine Behandlung, die in einer klinischen Studie durchgeführt wird). Unter einer abhängigen Variablen versteht man eine Messung, die zur Bestimmung des Ergebnisses eines Experiments verwendet wird. Im Experiment mit den Schnecken, Kohl und Knoblauch ist die Anzahl der Schnecken, welche den Kohl essen, die abhängige Variable. Da diese Variable vorrausichtlich von dem Vorhandensein bzw. der Abwesenheit des Knoblauchpulvers abhängt.

Experimente erfordern auch Versuchs- und Kontrollgruppen. Eine Versuchsgruppe wird einer unabhängigen Variablen (d.h. der Manipulation oder Behandlung) ausgesetzt oder mit ihr behandelt. Im Beispielexperiment mit Schnecken ist die Versuchsgruppe die Anzahl der Kohlpflanzen, die mit einem Ring aus Knoblauchpulver umgeben sind. Für eine Kontrollgruppe gelten die gleichen Bedingungen wie für die Versuchsgruppe, mit Ausnahme der unabhängigen Variablen. Die Kontrollgruppe in diesem Experiment könnte eine Gruppe von Kohlpflanzen sein, die auf derselben Fläche mit einem Ring aus Pulver, das nicht aus Knoblauch besteht, umgeben sind (zur Kontrolle einer Abneigung gegen das Pulver). Eine weitere Gruppe ist von keiner bestimmten Substanz umgeben ist (zur Kontrolle einer Abneigung gegen den Kohl). Es ist wichtig, eine Kontrollgruppe einzubeziehen, da ohne eine solche unklar ist, ob das Ergebnis auf einer Behandlung oder Manipulation beruht.

Das Verfeinern einer Hypothese

Wenn die Ergebnisse eines Experiments die Hypothese unterstützen, können weitere Versuche zur Unterstützung der Hypothese erstellt und durchgeführt werden. Die Hypothese kann auch verfeinert und präzisiert werden. Beispielsweise könnte in weiteren Experimenten festgestellt werden, ob die Schnecken auch eine Abneigung gegen andere Pflanzen der Gattung Allium wie z. B. Zwiebeln haben.

Wenn die Ergebnisse die Hypothese nicht unterstützen, muss die Hypothese möglicherweise auf der Grundlage der neuen Beobachtungen angepasst werden. Probleme mit dem experimentellen Aufbau sollten ebenfalls ausgeschlossen werden. Wenn Schnecken beispielsweise eine Abneigung gegen beide Arten der pulverförmigen Substanz zeigen, kann das Experiment mit frischem Knoblauch anstelle von pulverförmigem Knoblauch erneut durchgeführt werden. Wenn die Schnecken immer noch keine Abneigung gegen den Knoblauch zeigen, kann die Hypothese weiter angepasst werden. In diesem Beispiel könnte die neue Hypothese sein, dass die Schnecken eine Abneigung gegen Pulver im Allgemeinen haben.

Die Ergebnisse der Experimente sollten auch anderen Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit mitgeteilt werden. Dies sollte nicht davon abhängig sein, ob die gesammelten Daten die aufgestellten ursprünglichen Hypothesen unterstützen. Die Informationen können genutzt werden, um neue Hypothesen und experimentelle Fragen zu formulieren.