Стъпки на научния метод: подробно обяснение, фази и примери

Научният метод се отнася до набора от стъпки, стратегии и техники, използвани за откриване на валидни и проверими знания по теми, свързани с която и да е от науките. За да се счита изследването за научно, то трябва да се основава на наблюдаем опит , стриктно измерване на данни и логическо разсъждение , като се избягва субективността и личните пристрастия по всяко време.

Стъпките или етапите на научния метод могат да варират и дори да се различават в зависимост от изследването и областта на науката, в която се провежда (някои са много по-лесни за проверка от други). Поради тази причина, наред с желанието да покажем стъпките, които трябва да се следват, за тези, които се интересуват от провеждането на този вид изследвания, ние подготвихме тази разширена статия, която обяснява подробно какво представлява научният метод, какви са неговите фази, на какви характеристики трябва да отговаря и как дори се прилага в ежедневието.

Какво точно представлява научният метод?

Научният метод е систематична методология , която се състои в прилагане на набор от процедури и фази за придобиване на нови знания или потвърждаване на съществуващи знания. Това е методът на работа на науката и се основава на няколко основни стълба:

• Емпиризъмвинаги е част от наблюдаеми факти и измерими, било то директно със сетивата, било чрез инструменти.
• Надеждно измерване: използва инструменти и инструменти които позволяват прецизно количествено определяне на изучаваните явления.
• рационалностОбясненията трябва да бъдат логично и последователно, базирани на научни принципи и закони, а не на мнения.
• Обективност: стреми се да изолира личните пристрастия на изследователяфокусирайки се върху данни, които могат да бъдат приети от научната общност.
• Систематичностследва ред и йерархия на стъпките които позволяват напредък от наблюдение до формулиране на теории и закони.
• Фактичноствинаги се основава на проверими факти чрез опит и експериментиране.

Този процес е проектиран така, че всяко проучване, проведено съгласно неговите насоки, да може да бъде възпроизведено от други изследователи . Тази възпроизводимост ни позволява да проверим дали резултатите са верни при различни условия, места или време и е един от основните критерии за разграничаване на научното знание от просто мнение или убеждение.

Какви са стъпките на научния метод?

Стъпките или етапите на този метод обикновено се представят в малко по-различни формати в зависимост от дисциплината, но по същество те следват един и същ път. В оригиналната статия очертахме: въпроси, наблюдение, формулиране на хипотеза, експериментиране, анализ и заключение . В съвременната научна практика често се добавят и други важни етапи, като публикуване и сравнение на резултатите, формулиране на теории и в някои случаи установяване на научни закони.

Всички тези стъпки се използват за оценка на дадена тема , предлагане на решение, стриктно тестване и извеждане на солидни заключения. Сега ще разгледаме по-подробно всяка фаза, като интегрираме както класическата структура, така и допълнителни елементи, които обогатяват и укрепват научния метод.

Задайте правилния въпрос

За да се започне изследване, използващо научен метод, е необходимо да се формулира конкретен въпрос по интересуващата ни тема. Този въпрос трябва:

• Да бъдеш свързан с наблюдавано явление (не с мнения или морални преценки).
• За да можете да получите отговор чрез данни и експериментине чрез просто размисъл.
• Да бъде достатъчно прецизен и ограничен за да може да се направи реалистично.

За да разберем това по-лесно, ще използваме някои ежедневни примери от научни въпроси:

• Кое стъкло има по-голям воден капацитет?
• защо дървото плува по водата?
• Как се отразява температура Колко бързо се разтварят ефервесцентните таблетки?
• Какъв вид сапун е най-ефективен за премахнете петно По-конкретно?

В образователни или въвеждащи научни контексти е много полезно да се насочват учениците, така че да се научат да разграничават научни въпроси (на които може да се отговори с експерименти) от въпроси, които зависят само от вкусове, ценности или мнения и следователно не се вписват в научния метод.

Наблюдение и разследване

След като въпросът е формулиран, е необходимо да се направи пауза и да се проведе внимателно наблюдение и предварително проучване , за да се съберат колкото е възможно повече данни за отговора му. Тази начална фаза на събиране на данни включва както пряко наблюдение на явлението, така и преглед на предишни трудове (книги, статии, доклади и др.).

Научното наблюдение служи за обяснение защо се случва нещо или за друг въпрос, свързан с дадено явление, с помощта на данни, събрани по различни начини. То може да бъде разделено на три вида: несистематично, полусистематично и систематично . Систематичното наблюдение обаче се използва най-често в етапите на научния метод.

• Несистематично наблюдениеТова се отнася до наблюдение, извършвано без предварително планиране или организация; тоест, ние просто наблюдаваме проблема и се опитваме да съберем всички данни, които може да са от интерес. Това е по-конвенционален вид наблюдение. спонтанен и изследователски.
• Полусистематично наблюдениеХарактеризира се с факта, че първо трябва да се начертаят линиите цели на наблюдениетотака че да е по-лесно да се разбере какво търси. Все още обаче не всички аспекти, които трябва да се наблюдават, са стриктно организирани.
• Систематично наблюдениеНай-широко използваният метод в научните изследвания. Той позволява, с помощта на предварително планиране на целта или аспектите, които ще бъдат оценявани, събиране на данни по по-специфичен начинНеобходимо е да се категоризират всички фактори на наблюдението (поведения, факти, събития, явления в различни области и др.) и да се използват ясни инструменти за записване (таблици, контролни списъци, измервателни устройства и др.).

По време на тази фаза се идентифицират и дефинират различните променливи на изследването :

• Независима променлива: тази, която изследователят модифицира или контролира, за да види ефекта ѝ (например температурата на водата).
• Зависима променлива: това, което се измерва или наблюдава в резултат на това (например времето, необходимо на таблетката да се разтвори).
• Контролни променливи: тези фактори, които трябва остават постоянни за да се гарантира, че тестът е справедлив (вид таблетка, обем вода, вид чаша и др.).

Колкото по-прецизен е този етап от наблюдението и изследването, толкова по-малка е вероятността да се допуснат грешки в по-късните фази и толкова по-солидни ще бъдат получените резултати.

Изложение на хипотезата

Това е една от стъпките в научния метод, при която трябва да се намери предварително обяснение , за да се отговори на поставения въпрос, като се вземат предвид данните, събрани чрез наблюдение или изследване. Това обяснение се нарича хипотеза.

Следователно, хипотезата е твърдение, което се опитва да обясни наблюдаваните факти. Може да има една или повече алтернативни хипотези , но никоя от тях не може да се счита за напълно вярна, докато не бъде проверена чрез експерименти.

В съвременната наука често се подчертава, че една хипотеза трябва да бъде опровержима или фалсифицируема : тоест, тя трябва да бъде формулирана по такъв начин, че да е възможно да се намерят данни или експеримент, които ѝ противоречат. Ако една хипотеза не може да бъде проверена или опровергана, тя не попада в рамките на научния метод.

Когато формулирате хипотезата си, препоръчваме следните класически съвети, които са особено полезни в образователен контекст:

• Ясно идентифицирайте проблема.
• Отделете какво Вие вече знаете (наблюдавани ефекти) на какво Все още не разбираш (възможни причини).
• Потърсете „разумно предположение„което свързва това, което знаеш, с това, което се опитваш да обясниш.“
• Използвайте структурата „Ако X, тогава Yкъдето „X“ е предложената причина, а „Y“ е наблюдаваният ефект. По този начин се установява ясна връзка между променящите се условия и очаквания резултат.

Например, когато се сблъскаме с проблема защо едно растение расте по-малко от друго, една хипотеза може да бъде: „Ако едно растение получава по-малко слънчева светлина , то ще расте по-бавно от друго, което получава повече светлина.“ Тази формулировка позволява проектирането на специфичен експеримент за тестването му.

Това е лесен и прост начин да се формулира хипотеза само в няколко стъпки, но има и по-напреднали стратегии (като например дедукции от предишни теории или математически модели). Във всеки случай важното е хипотезата да е ясна, конкретна и проверима.

експериментиране

Експериментите са съществена част от научния метод , тъй като позволяват на изследователите да тестват хипотези, базирани на дефинирани променливи. Това означава, че изследователят трябва да манипулира независимите променливи ( причинно-следствените променливи ), за да наблюдава различните ефекти, които могат да възникнат в зависимите променливи , с цел обективно измерване на промените в тях.

Освен това, експериментирането има за цел да пресъздаде ситуацията при контролирани условия, където трябва да бъдат изпълнени необходимите изисквания и елементите, съставляващи обекта на изследване, трябва да присъстват. Важно е процедурата да се опише подробно , така че всеки друг изследовател да може да възпроизведе същия експеримент стъпка по стъпка.

В съвременната научна практика се набляга особено на това да се гарантира, че основната цел на експериментирането не е толкова „доказването“ на хипотезата, а по-скоро опитът за нейното опровергаване . Този критичен подход предотвратява приемането за истина на резултати, които биха могли да се дължат на случайност или неоткрити грешки. По този начин:

• Ако хипотезата е опровергава (тоест, данните не съответстват на очакваното), ще е необходимо формулира нова хипотеза което съвпада с новополучените данни.
• Ако хипотезата не може да бъде опровергана след множество опити и експерименти, тя ще се счита за добре подкрепено предложение, и ще бъде възможно да се премине към фазите на теоретизиране и обобщаване.

Ако експериментът потвърди предложената хипотеза, тогава тя може да се счита за правилна въз основа на доказателствата (въпреки че в науката остава възможността бъдещи експерименти да предоставят данни, които я оспорват). Ако обаче експериментът не успее да потвърди хипотезата, тогава тя би престанала да бъде издържана или поне би била сериозно поставена под въпрос.

Анализ на данни и организация на информацията

Според експеримента, е трябвало да се съберат поредица от данни, за да се позволи последващ подробен анализ . В тази междинна фаза, преди да се направят заключения, всички получени резултати се организират и интерпретират .

Анализът трябва да вземе предвид всички данни , независимо дали те съответстват на първоначалните ни очаквания. Това означава, че дори ако дадена част от данните не отговаря на очакванията ни, ние все пак трябва да я включим и анализираме, за да получим надеждни резултати в изследването.

За да се улесни тази задача, е обичайно да се използва:

• Таблици с данни които включват предприетите мерки.
• Graphics (стълбовидни диаграми, линейни диаграми, диаграми и др.), които ви позволяват да визуализирате тенденции или сравнения.
• Обобщаващи таблици където са подчертани най-подходящите резултати.
• Инструменти на статистически анализ когато разследването го изисква.

Целта е, въз основа на тази организация на информацията, да можем ясно да видим какво всъщност се е случило в експеримента и до каква степен резултатите подкрепят или противоречат на първоначалната хипотеза.

Заключение и интерпретация на резултатите

Накрая, трябва да се направи интерпретация на събраните и анализирани данни; по този начин може да се определи дали хипотезата е съвместима с резултатите или, напротив, тя трябва да бъде отхвърлена или променена.

Ако хипотезата е подкрепена от данните, се пише ясно заключение , обясняващо какво е открито, при какви условия и с каква степен на увереност. Това позволява формулирането на предварителна теория , която допринася с нови научни знания, поне докато не се докаже противното.

Ако резултатите противоречат на хипотезата, се прави и заключение, но в този случай то обикновено включва размисъл върху възможните причини за неуспеха (недостатъци в дизайна, неконтролирани променливи, неадекватни инструменти и др.) и предлага нови хипотези или насоки на изследване. Обичайно е, особено в образователната среда, студентите да бъдат поканени да помислят как процедурата може да бъде подобрена или какво биха променили, ако повторят експеримента.

В училищна среда учениците се насърчават да отговарят на въпроси като: Дали хипотезата е била вярна или не? Какви фактори биха могли да обяснят резултатите? Как бихме могли да повторим експеримента, за да получим още по-надеждни данни? Това последно размишление помага да се разбере, че научният метод е отворен и усъвършенстваем процес , а не механична рецепта.

Публикация, сравнение, научна теория и право

Дотук описахме основните стъпки на научния метод, както те обикновено се прилагат в повечето изследвания. За да стане знанието част от установената наука обаче , все още са необходими някои ключови елементи: публикуване и експертна оценка, интегриране в по-широка теория и, в определени случаи, превръщането му в научен закон.

Публикация и сравнение с други изследвания

След като изследването приключи и заключенията бъдат написани, следващата стъпка е споделянето на резултатите с научната общност. Това обикновено се прави чрез статии в специализирани списания , презентации на конференции или изследователски доклади.

Публикацията изпълнява много важна двойна цел:

• Тя позволява на разширяване на знанията налични, така че други изследователи да могат да разчитат на тези резултати за собствената си работа.
• Той прави теорията или откритията публично достояние, за да могат други учени прегледайте ги критичноПовторете експериментите и вижте дали ще стигнат до същите заключения.

Друга форма на валидиране е възпроизвеждането на публикувани по-рано изследвания ; т.е. провеждането на изследвания, проведени от друг учен, за да се тества тяхната хипотеза и да се види дали резултатите са верни при различни условия. Ако различни изследователски екипи, работещи независимо, получат последователни резултати при възпроизвеждане на изследването, увереността във валидността на хипотезата и теорията се увеличава. Обратно, ако други групи открият данни, които опровергават заключенията , ще е необходимо да се прегледа оригиналната работа, да се идентифицират потенциални грешки и, ако е необходимо, да се формулират нови хипотези.

Научна теория и право

Когато една хипотеза е подкрепена от множество изследвания в различни контексти и е интегрирана с други обяснения на свързани явления, тя може да доведе до научна теория . Теорията е широка обяснителна рамка , която организира много различни факти и наблюдения съгласно едни и същи принципи.

В някои области, когато дадена връзка между явления е била потвърдена многократно при много различни условия, тя може да бъде формулирана като научен закон . Законът описва накратко и точно как се държи определен аспект от реалността (например връзката между сила, маса и ускорение), въз основа на огромно количество натрупани наблюдения и експерименти.

Въпреки това, научните закони се считат за отворени за преразглеждане, ако се появят бъдещи данни, които ги оспорват. Това отношение на постоянно задаване на въпроси и отвореност към промяна е друга от големите силни страни на научния метод.

Има ли основни стъпки и допълнителни стъпки?

Един от аспектите, който може да породи най-много противоречия при определянето на стъпките на научния метод, е да се реши кои от тях трябва да се считат за задължителни и кои биха били просто допълнения , обогатяващи процеса.

Задължителните стъпки са тези, които присъстват във всеки вид научно изследване , независимо от дисциплината: наблюдение, формулиране на въпроса, хипотеза, експериментиране, анализ и заключения. Без тези основни елементи не бихме могли правилно да говорим за научен метод.

От друга страна, има стъпки, които някои автори считат за допълващи се , като например:

• Изрично признаване на проблемаОсвен просто наблюдение, изследователят ясно формулира проблема, който иска да реши, което помага за фокусиране на изследването.
• прогнозиОт хипотезата се извеждат специфични последствия, които трябва да се наблюдават, ако хипотезата е вярна. Тези прогнози служат като ръководство за проектиране на нови експерименти.
• Рецензиране от експерти и разпространение в неспециализирани медии: процеси, които, макар и не винаги изброени като формални „стъпки“, са от съществено значение за социално валидиране на научните знания.

Във всеки случай, всички тези допълнителни елементи служат като подсилване на необходимите стъпки, предоставяйки повече информация и увеличавайки солидността на изследването, но те не заместват основните етапи, които вече описахме.

В кои области се прилага научният метод?

Научният метод се прилага в широк спектър от области, не само в класическите природни науки. Някои от най-известните области са:

• естествени наукиФизика, химия, биология, геология, астрономия… Във всички тях целта е да се разберат явленията на физическия свят чрез… наблюдение, експериментиране и анализ на данни.
• Медицина и здравни науки: използва се за изследване на причини за заболявания, разработване на ефективни лечения, оценка на лекарства и подобряване на здравеопазването чрез контролирани клинични изпитвания.
• Инженерство и технологииИнженерите прилагат научния метод, за да проектни технически решения, тестване на прототипи, оптимизиране на производствените процеси и осигуряване на безопасността на конструкции и устройства.
• Социални наукиДисциплини като психология, социология, икономика и образование адаптират научния метод към сложността на човешкото поведение, използвайки анкети, контролирани експерименти, теренни проучвания и статистически анализ.
• Екологични наукиИзползва се за изучаване на ефектите на човешката дейност върху околната среда, да оценят въздействието на замърсителите, да разработят стратегии за опазване и да предложат политики, основани на доказателства.
• Земеделие и хранителни наукиНаучният метод е ключът към подобряването земеделски практикида се увеличат добивите на културите, да се разработят нови устойчиви сортове и да се гарантира продоволствена сигурност.

Отвъд тези области, научният метод може да се прилага и към ежедневни проблеми, като например отстраняване на проблеми в домакинството, сравняване на продукти или оптимизиране на ежедневните дейности. Всеки път, когато наблюдаваме проблем , обмисляме възможно обяснение, тестваме различни решения и избираме най-доброто, ние просто използваме същата логика, която ръководи науката.

Накратко, стъпките на научния метод, които описахме, предоставят ясно и структурирано ръководство за изследване на света около нас, повишаване на обективността на нашите заключения и изграждане, стъпка по стъпка, на все по-надеждни и полезни знания за цялото общество.