Back to chapter

1.2:

Научные методы

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

Languages

Share

Научный метод это системный подход, которому следуют все научные дисциплины. Он состоит из шести основных шагов:наблюдение, постановка вопроса, построение гипотезы, проведение экспериментов, интерпретация данных и, наконец, вывод заключения. Научный метод начинается с наблюдения и вопроса, помогающего понять это наблюдение.Например, французский химик Антуан Лавуазье наблюдал явление горения. Он сформулировал вопрос, чтобы понять, что происходит, когда что-то горит. Куда пропадает вещество?Третий шаг научного метода построение гипотезы, предварительного объяснения рассматриваемого наблюдения, которое можно проверить. В ответ на свой вопрос Куда пропадает вещество? Лавуазье выдвинул гипотезу, что в химической реакции вещество не создается и не разрушается.Хорошая гипотеза также поддается проверке и опровержению. Проверяемая гипотеза это гипотеза, которая делает прогнозы, которые могут быть подтверждены экспериментами или наблюдениями. Гипотеза является опровергаемой, если ее можно опровергнуть экспериментально.Четвертый этап научного метода проведение экспериментов и сбор данных. Эксперименты это наблюдения или измерения, проводимые в контролируемой среде На этом этапе исследуется, насколько точно гипотеза предсказывает реальные явления. Некоторые эксперименты и наблюдения носят качественный характер они описывают, как происходит процесс.Другие количественный измерение или количественная оценка процесса. Лавуазье проверил свою гипотезу, нагревая ртуть в закрытом сосуде. Это привело к образованию красноватого вещества.Его эксперименты были количественными, поэтому он тщательно регистрировал массу реагентов и продуктов реакции как в замкнутой системе, так и по отдельности. Пятый шаг это интерпретация и анализ данных оценка того, подтверждают ли результаты гипотезу или опровергают ее, и необходимы ли дальнейшие эксперименты. Лавуазье заметил, что общая масса сосуда и его содержимого до и после реакции оставалась неизменной, хотя масса красного продукта была больше, чем масса исходной ртути.Последний шаг сделать логический вывод и решить, принять или отвергнуть гипотезу. Если результаты убедительно подтверждают гипотезу, то она принимается. Ее также можно подвергнуть дальнейшей проверке или доработке, задав новые вопросы и проведя новые эксперименты.Из своих экспериментов Лавуазье пришел к выводу, что, поскольку общая масса сосуда осталась неизменной во время реакции, кислород в сосуде соединился с ртутью с образованием нового соединения, теперь известного как оксид ртути Этот вывод убедительно подтвердил его гипотезу о сохранении массы что общая масса объектов остается неизменной в процессе горения. Однако, если гипотеза опровергнута, ученые могут сформулировать новую гипотезу, руководствуясь результатами неудачных экспериментов, и начать все сначала. Несмотря на то, что мы рассматриваем научный метод как серию шагов, новая информация или идеи могут побудить ученого вернуться назад и повторить шаги на любом этапе течения процесса.Таким образом, научный метод представляет собой итеративный процесс.

1.2:

Научные методы

Химия – это эмпирическая наука. Ученые часто задают вопросы, чтобы понять химию в повседневной жизни и найти ответы на эти вопросы. Для этого ученые следуют определенному ряду шагов, которые вместе составляют Научный метод. Этот подход предполагает проведение наблюдений, постановку вопросов, построение гипотезы, проведение экспериментов, анализ результатов, и формирование заключения.  

Наблюдения и вопросы

Первым шагом в научном методе является наблюдение за явлением в физическом мире. Далее ставится вопрос, чтобы лучше понять это явление. Например, вопрос может заключаться в следующем: “что замерзает быстрее, обычная вода или вода с добавлением соли?”

Гипотеза

Следующий шаг – сформулировать объяснение для конкретного наблюдения. Эта предварительная интерпретация для набора наблюдений, которые являются руководством для понимания наблюдаемого явления, называется гипотезой. Например, для вышеуказанного вопроса гипотеза может означать, что добавление соли изменяет точку замерзания чистой воды.

Ученые часто используют более ранние исследования и литературу, чтобы начать их собственное исследование и сформулировать гипотезу, которую можно было бы проверить с помощью экспериментов. Сильная гипотеза является одновременно и проверяемой, и фальсифицируемой. Она считается проверяемой, если её истинность может быть доказана, и фальсифицируемой, если её можно опровергнуть; в этом случае ученый должен изменить или отменить гипотезу.  

Экспериментирование  

Третий шаг – это разработка и проведение экспериментов по проверке достоверности гипотезы. Эксперименты — это измерения и наблюдения, проводимые в контролируемых условиях. Некоторые наблюдения и эксперименты являются качественными (описывающие, как происходит процесс), в то время как многие являются количественными (измеряют или количественно измеряют что-то о процессе). Чтобы проверить гипотезу о соленой воде, ученый может взять два стекла с одинаковым количеством воды при комнатной температуре. В один из стаканов можно добавить ложку соли, а затем поставить в морозильную камеру оба стакана. Состояние воды в каждом стакане можно наблюдать каждые 15 минут, и можно записать время, затраченное на полное замерзание каждого стакана воды.  

Дизайн эксперимента является критическим шагом в научном методе. Необходимо следить за количеством переменных факторов, чтобы можно было контролировать воздействие конкретного фактора.  

Анализ результатов и заключение

Следующим шагом является анализ результатов экспериментов и сделать заключение, подтверждают ли эти результаты гипотезу или нет. Если вывод заключается в том, что они это делают, то гипотеза принимается и может быть подвергнута дальнейшему экспериментированию, чтобы ответить на новые вопросы. Когда доказана ошибочность гипотезы, можно предложить новую гипотезу, и процесс продолжится.  

В примере с соленой водой результаты указывают на то, что соленая вода требует больше времени для замораживания, чем обычная вода. Это позволяет сделать вывод, что вода с солью замерзает медленнее, чем обычная вода. Таким образом, результаты подтверждают гипотезу.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 1.1: Научный метод.