Back to chapter

1.2:

השיטה המדעית

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

השיטה המדעית היא גישה שיטתית המנחה את כל תחומי המדע. יש בה שישה שלבים מרכזיים:ביצוע תצפית, ניסוח שאלת מחקר, בניית השערה, ביצוע ניסויים, ניתוח נתונים, ולבסוף, הגעה למסקנה. השיטה המדעית מתחילה בתצפית ובשאלה העוזרת להבין את התצפית.לדוגמה, הכימאי הצרפתי אנטואן לבואזיה הבחין בתופעת ההתלקחות. הוא ניסח שאלה שתעזור לו להבי ןמה מתרחש כשחומר כלשהו נשרף. לאן נעלם החומר?השלב השלישי בשיטה המדעית הוא בניית השערה:הסבר טנטטיבי לתצפית אותה חוקרים, שניתן לבחון את תוקפו. בתגובה לשאלתו לאן נעלם החומר? לבואזיה העלה השערה כי בתגובה הכימית, לא נוצר חומר חדש וגם לא נעלם.השערה טובה ניתנת לבחינה ואף להפרכה. השערה ניתנת לבחינה היא כזו שניתן ליצור באמצעותה תחזיות שניתן לאשרן בניסיים או בתצפיות. ההשערה ניתנת להפרכה היא כזו שניתן להפריך אותה בניסוי.השלב הרביעי בשיטה המדעית הוא ניסוי ואיסוף נתונים. ניסויים הם תצפיות או מדידות המבוצעים תחת סביבה של תנאים מבוקרים, לדוגמה טמפרטורה, לחץ או נפח. בשלב זה בוחנים כיצד מה שהתרחש במציאות תואם את התחזיות שהעלינו בהשערה.ישנם ניסויים ותצפיות איכותיים המתארים כיצד מתרחש תהליך. אחרים הם כמותיים:בהם מודדים או מכמתים משהו כחלק מהתהליך. לבואזיה בחן את ההשערה שלו על ידי חימום כספית בסביבה סגורה.מה שהוביל ליצירתו של חומר אדמדם. הניסויים שלו היו כמותיים, והוא תיעד בהם בקפידה את המסה של המגיבים והתוצרים במערכת הסגורה וגם בנפרד. השלב החמישי הוא ניתוח הנתונים הערכה האם הנתונים תואמים או סותרים את ההשערה שלנו והאם נדרש המשך ניסוי.התצפיות של לבואזיה הראו כי המסה הכוללת של הצנצנת ותכולתה, לפני התגובה הכימית ואחריה נותרה זהה, על אף שהמסה של החומר האדום הייתה גדולה משל הכספית המקורית. השלב האחרון הוא הסקת מסקנה הגיונית ולהחליט האם לקבל או לדחות את ההשערה. אם התוצאות תומכות בהשערה באופן מובהק, היא מתקבלת.ניתן להמשיך ולבחון אותה ולטייב אותה באמצעות שאילת שאלות חדשות ועריכת ניסויים חדשים. בעקבות הניסויים שלו לבואזיה הסיק שמאחר שהמסה הכוללת של הצנצנת נותרה זהה לאחר התגובה הכימית, החמצן שבצנצנת התרכב עם הכספית ויצר חומר חדש שידוע כיום בשם כספית אוקסיד. מסקנה זו תמכה באופן מובהק בהשערתו בדבר שימור המסה:המסה הכוללת של החומרים נותרת ללא שינוי בתהליך השרפה.לעומת זאת, אם השערה מופרכת, המדענים צריכים לנסח השערה חדשה על בסיס רמזים שעלו מהניסויים הכושלים, ולהתחיל מחדש. למרות שאנחנו רואים את השיטה המדעית כסדרה של שלבים, ידע או רעיונות חדשים עשויים לגרום למדען לחזור ולבצע מחדש שלבים קודמים בכל נקודה לאורך התהליך. מכאן שהשיטה המדעית היא תהליך איטרטיבי.

1.2:

השיטה המדעית

Chemistry is an empirical science. Scientists often pose questions to understand the chemistry in everyday life and seek answers to these questions. To achieve this, scientists follow a definitive series of steps that together make up the Scientific Method. This approach involves making observations, asking questions, building a hypothesis, conducting experiments, analyzing results, and forming a conclusion. 

Observation and Question

The first step in the scientific method is observing a phenomenon in the physical world. Next, a question is posed to better understand that phenomenon. For example, the question could be: “Which freezes faster, plain water, or water with salt added to it?”

Hypothesis

The next step is to formulate an explanation for the particular observation. This tentative interpretation for a set of observations that acts as a guide for understanding the observed phenomenon is called a hypothesis. For example, for the question above, a hypothesis could suggest that adding salt alters the freezing point of plain water.

Scientists often use earlier research and literature to begin their investigation and formulate a hypothesis that could be tested through experiments. A strong hypothesis is both testable and falsifiable. It is considered testable if it can be proven right, and falsifiable if it can be disproven—in which case, the scientist must modify or discard the hypothesis. 

Experimentation 

The third step is designing and conducting experiments to test the validity of the hypothesis. Experiments are measurements and observations carried out under controlled conditions. Some observations and experiments are qualitative (describing how a process happens), while many are quantitative (measuring or quantifying something about the process). To test the salt-water hypothesis, the scientist can take two glasses with equal amounts of water, at room temperature. A spoonful of salt can be added to one of the glasses, and both glasses placed into the freezer. The status of water in each glass can be observed every 15 minutes and the time taken for each glass of water to become completely frozen can be recorded.  

The experimental design is a critical step in the scientific method. Care should be taken to control the number of variable factors so that the effect of a specific factor in question can be monitored. 

Result Analysis and Conclusion

The next step is to analyze the results of the experiments and conclude whether these results validate the hypothesis or not. If the conclusion is that they do, then the hypothesis is accepted and might be subjected to further experimentation to answer new questions. When a hypothesis is proven wrong, a new hypothesis can be proposed, and the process continues. 

In the salt-water example, the results indicate that saltwater takes more time to freeze than plain water. This provides the conclusion that water with salt freezes at a slower rate than plain water. Thus, the results validate the hypothesis.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 1.1: The Scientific Method.