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.