Какво представлява експерименталният научен метод?
Експерименталният научен метод е набор от техники, които се използват за изследване на феномени, придобиване на нови знания или корекция и интегриране на предишни знания.
Той се използва в научните изследвания и се основава на систематично наблюдение, измерване, експериментиране, формулиране на тестове и модифициране на хипотези. Този общ метод се провежда не само в биологията, но и в химията, физиката, геологията и други науки.
Чрез експерименталния научен метод учените се опитват да предскажат и може би да контролират бъдещи събития въз основа на настоящи и минали знания.
Също наричан индуктивен метод, той е най-използваният в науката от изследователите, като това е част от научната методология.
Тя се характеризира с това, че изследователите могат умишлено да контролират променливите, за да разграничат взаимоотношенията между тях.
Тези променливи могат да бъдат зависими или независими, като са от основно значение за събиране на данните, извлечени от експериментална група, както и за тяхното поведение. Това позволява да се разлагат съзнателните процеси в техните елементи, да се открият възможните им връзки и да се определят законите на тези връзки.
Способността да се правят точни прогнози зависи от седемте стъпки на експерименталния научен метод.
Фази на експерименталния научен метод
Тези наблюдения трябва да бъдат обективни, а не субективни. С други думи, наблюденията трябва да могат да бъдат проверени от други учени. Субективните наблюдения, основани на лични мнения и убеждения, не са част от научната област.
Примери:
- Цел: в тази стая температурата е 20 ° C.
- Субективно изявление: в тази стая е готино.
Първата стъпка в експерименталния научен метод е да се направят обективни наблюдения. Тези наблюдения се основават на конкретни факти, които вече са настъпили и които могат да бъдат проверени от други като истинни или неверни.
2. Хипотеза
Наблюденията ни разказват за миналото или настоящето. Като учени искаме да можем да предвидим бъдещи събития. Затова трябва да използваме способността си да разсъждаваме.
Учените използват знанията си за минали събития, за да разработят общ принцип или обяснение, за да предскажат бъдещи събития.
Общият принцип се нарича хипотеза. Видът на разсъжденията се нарича индуктивно разсъждение (извличане на обобщение от конкретни детайли).
Хипотезата трябва да има следните характеристики:
- Тя трябва да бъде общ принцип, който се поддържа в пространството и времето.
- Това трябва да е ориентировъчна идея.
- Трябва да се съгласите с наличните наблюдения.
- Тя трябва да бъде възможно най-проста.
- То трябва да може да бъде проверимо и потенциално невярно. С други думи, трябва да има начин да се докаже, че хипотезата е невярна, начин да се опровергае хипотезата.
Например: "Някои бозайници имат две задни крайници" би било безполезна хипотеза. Няма наблюдение, което да не отговаря на тази хипотеза! За разлика от това, "Всички бозайници имат две задни крайници" е добра хипотеза.
Когато открием китове, които нямат задни крайници, бихме показали, че нашата хипотеза е невярна, фалшифицирахме хипотезата.
Когато една хипотеза предполага причинно-следствена връзка, ние декларираме нашата хипотеза, за да покаже, че няма ефект. Хипотеза, която не засяга никакъв ефект, се нарича нулева хипотеза. Например, лекарството Celebra не помага за облекчаване на ревматоиден артрит.
От изработването на хипотезата, която е условна и може или не е вярна, трябва да направим прогноза за нашето изследване и хипотезата.
Хипотезата трябва да бъде широка и трябва да може да се прилага еднакво във времето и пространството. Учените обикновено не могат да проверят всички възможни ситуации, в които може да се приложи хипотеза. Например, помислете за хипотезата: Всички растителни клетки имат ядро.
Не можем да изследваме всички живи растения и всички растения, които са живели, за да видим дали тази хипотеза е невярна. Вместо това, ние генерираме прогноза, използвайки дедуктивно разсъждение (генериране на специфично очакване на обобщение).
От нашата хипотеза можем да направим следното предсказание: ако изследвам клетките на листа от трева, всеки един ще има ядро.
Сега, нека да разгледаме хипотезата на лекарството: лекарството Celebra не помага за облекчаване на ревматоидния артрит.
За да тестваме тази хипотеза, ще трябва да изберем определен набор от условия и след това да предвидим какво ще се случи в тези условия, ако хипотезата е вярна.
Условията, които може да искате да опитате, са прилаганите дози, продължителността на приемане на лекарството, възрастта на пациентите и броя на хората, които трябва да бъдат изследвани.
Всички тези условия, които подлежат на промяна, се наричат променливи. За да измерим ефекта на Celebra, трябва да извършим контролиран експеримент.
Експерименталната група е подложена на променливата, която искаме да тестваме и контролната група не е изложена на тази променлива.
В контролиран експеримент единствената променлива, която трябва да бъде различна между двете групи, е променливата, която искаме да тестваме.
Нека направим прогноза въз основа на наблюденията на ефекта на Celebra в лабораторията. Прогнозата е: Пациентите, които страдат от ревматоиден артрит, които приемат Celebra и пациенти, които приемат плацебо (таблетка от нишесте вместо лекарство) не се различават по тежестта на ревматоидния артрит.
Ние отново се обръщаме към нашето сетивно възприятие, за да съберем информация. Проектирахме експеримент, основан на нашето предсказание.
Нашият експеримент би могъл да бъде както следва: 1000 пациенти на възраст между 50 и 70 години ще бъдат произволно разпределени в една от две групи от 500.
Експерименталната група ще приема Celebra четири пъти на ден, а контролната група ще приема плацебо от скорбяла четири пъти дневно. Пациентите няма да знаят дали таблетките им са Celebra или плацебо. Пациентите ще приемат лекарството за два месеца.
В края на два месеца ще се прилагат медицински тестове, за да се определи дали гъвкавостта на ръцете и пръстите се е променила.
Нашият експеримент дава следните резултати: 350 от 500-те души, които са приемали Celebra, съобщават за намален артрит в края на периода. 65 от 500-те души, които са приемали плацебо, са докладвали за подобрение.
Данните показват, че има значителен ефект по отношение на Celebra. Трябва да направим статистически анализ, за да покажем ефекта. Този анализ разкрива, че има статистически значим ефект от ефекта Celebra.
От нашия анализ на експеримента имаме два възможни резултата: резултатите съвпадат с прогнозата или са в противоречие с прогнозата.
В нашия случай можем да отхвърлим нашето предсказание, че Celebra няма ефект. Тъй като предсказанието е погрешно, трябва да отхвърлим и хипотезата, на която се основава.
Нашата задача сега е да преформулираме хипотезата по начин, който е в съответствие с наличната информация. Сега нашата хипотеза може да бъде: прилагането на Celebra намалява ревматоидния артрит в сравнение с прилагането на плацебо.
С настоящата информация приемаме нашата хипотеза като вярна. Показахме ли, че това е истина? Абсолютно не! Винаги има други обяснения, които могат да обяснят резултатите.
Възможно е повече от 500 пациенти, които са приемали Celebra, да се подобрят така или иначе. Възможно е повече от пациентите, които са приемали Celebra, да ядат банани всеки ден и че бананите подобряват артрита. Можете да предложите безброй други обяснения.
Как можем да докажем, че нашата нова хипотеза е вярна? Никога няма да можем Научният метод не позволява тестване на всякакви хипотези.
Хипотезите могат да бъдат отхвърлени, в който случай хипотезата се приема за невярна. Всичко, което можем да кажем за хипотеза, която се противопоставя е, че не намираме доказателство, което да го опровергае.
Има голяма разлика между това, че не можеш да опровергаеш и докажеш. Уверете се, че разбирате тази разлика, тъй като тя е в основата на експерименталния научен метод. И така, какво бихме направили с предишната ни хипотеза?
Понастоящем го приемаме за вярно, но за да бъдем строги, трябва да представим хипотезата на повече тестове, които могат да докажат, че е погрешно.
Например, можем да повторим експеримента, но да променим контролната и експерименталната група. Ако хипотезата остане в сила след усилията ни да го съборят, можем да се чувстваме по-уверени в приемането й като истинни.
Но никога няма да можем да потвърдим, че хипотезата е вярна. По-скоро го приемаме като вярно, защото хипотезата се противопоставя на няколко експеримента, за да докаже, че е невярна.
Учените публикуват своите открития в списания и научни книги, в разговори на национални и международни срещи и в семинари в колежи и университети.
Разпространението на резултатите е съществена част от експерименталния научен метод.
Тя позволява на други хора да проверят вашите резултати, да разработят нови тестове на вашата хипотеза или да приложат знанията, които са придобили, за решаване на други проблеми.
