Zinātniskā metode: definīcija, soļi, piemēri un nozīme zinātnē

Tas, kas atšķir zinātnisko pētījumu metodi, ir jautājums, ko sauc par "kritēriju". Tā ir atbilde uz jautājumu: vai ir veids, kā noteikt, vai jēdziens vai teorija ir zinātne, nevis kāda cita veida zināšanas vai ticība? Ir bijušas daudzas idejas par to, kā tas būtu jāizsaka. Loģiskie pozitīvisma piekritēji uzskatīja, ka teorija ir zinātniska, ja to var pārbaudīt, bet Karls Popers uzskatīja, ka tā ir kļūda. Viņš uzskatīja, ka teorija nav zinātniska, ja vien nav iespējams to atspēkot. No otras puses, Pauls Feijerabends uzskatīja, ka nav kritērija. Viņaprāt, "viss ir iespējams" jeb viss, kas darbojas, darbojas.

Zinātnieki cenšas ļaut realitātei runāt pašai par sevi. Viņi atbalsta teoriju, ja tās prognozes apstiprinās, un apstrīd to, ja prognozes izrādās nepatiesas. Zinātniskie pētnieki izvirza hipotēzes kā parādību skaidrojumus un veic eksperimentus, lai pārbaudītu šīs hipotēzes. Tā kā lielas teorijas nevar pārbaudīt tieši, to dara, pārbaudot no teorijas izrietošās prognozes. Šiem soļiem jābūt atkārtojamiem, lai pasargātu no kāda konkrēta eksperimentētāja kļūdas vai pārpratumiem.

Zinātniskais pētījums parasti ir paredzēts pēc iespējas objektīvāks. Lai mazinātu neobjektīvu rezultātu interpretāciju, zinātnieki publicē savu darbu un tādējādi dalās ar datiem un metodēm ar citiem zinātniekiem.

Zinātni un lietas, kas nav zinātne (piemēram, pseidozinātne), bieži vien izšķir pēc tā, vai tajās tiek izmantota zinātniskā metode. Viens no pirmajiem cilvēkiem, kas izveidoja zinātniskās metodes posmu izklāstu, bija Džons Stjuarts Mills.

Nav vienas zinātniskas metodes. Dažas zinātnes jomas, piemēram, fizika un klimata zinātne, ir balstītas uz matemātiskiem modeļiem. Citās jomās, piemēram, daudzās sociālo zinātņu jomās, ir aptuvenas teorijas un vairāk paļaujas uz modeļiem, kas izriet no datiem. Dažkārt zinātnieki koncentrējas uz hipotēžu pārbaudi un apstiprināšanu, taču svarīga ir arī atklāta izpēte. Dažās zinātnes jomās tiek izmantoti laboratorijas eksperimenti. Citas vāc novērojumus reālās situācijās. Daudzas zinātnes jomas ir kvantitatīvas, uzsverot skaitliskos datus un matemātisko analīzi. Taču dažās jomās, īpaši sociālajās zinātnēs, tiek izmantotas kvalitatīvas metodes, piemēram, intervijas vai detalizēti cilvēku vai dzīvnieku uzvedības novērojumi. Pārāk liela koncentrēšanās uz viena veida metodi var novest pie tā, ka mēs ignorējam zināšanas, kas iegūtas, izmantojot citas metodes.

Dažās mācību grāmatās galvenā uzmanība tiek pievērsta vienai standarta "zinātniskajai metodei". Šī ideja par vienotu zinātnisko metodi lielā mērā balstās uz eksperimentālām, hipotēžu pārbaudēm un kvantitatīvām zinātnes jomām. Tā nav labi piemērojama citām zinātnes jomām. Bieži vien tā tiek rakstīta kā vairāki soļi:

1. Uzdodiet jautājumu par pasauli. Katrs zinātniskais darbs sākas ar jautājumu vai problēmu, kas jārisina.^{I, p9} Dažreiz zinātniekam visgrūtāk ir tikai izdomāt pareizo jautājumu. Uz šo jautājumu ir jāatbild ar eksperimenta palīdzību.
2. Izveidojiet hipotēzi - vienu no iespējamām atbildēm uz jautājumu. Hipotēze zinātnē ir vārds, kas nozīmē "pamatots pieņēmums par to, kā kaut kas darbojas". Ir jābūt iespējai pierādīt tās pareizību vai nepareizību. Piemēram, apgalvojums "Zilā krāsa ir labāka par zaļo" nav zinātniska hipotēze. To nevar pierādīt kā pareizu vai nepareizu. Tomēr apgalvojums "Vairāk cilvēkiem patīk zilā krāsa nekā zaļā" varētu būt zinātniska hipotēze, jo varētu jautāt daudziem cilvēkiem, vai viņiem zilā krāsa patīk vairāk nekā zaļā, un iegūt vienu vai otru atbildi.
3. Izstrādājiet eksperimentu. Ja hipotēze ir patiesi zinātniska, vajadzētu būt iespējai izstrādāt eksperimentu, lai to pārbaudītu. Eksperimentam būtu jāspēj zinātniekam pateikt, vai hipotēze ir nepareiza; tas nedrīkst zinātniekam pateikt, vai hipotēze ir pareiza. Iepriekš minētajā piemērā eksperiments varētu ietvert jautājumu uzdošanu daudziem cilvēkiem par to, kādas ir viņu mīļākās krāsas. Tomēr eksperimenta veikšana var būt ļoti sarežģīta. Ko darīt, ja galvenais jautājums, kas jāuzdod cilvēkiem, nav, kādas krāsas viņiem patīk, bet kādas krāsas viņi ienīst? Cik daudziem cilvēkiem ir jājautā? Vai ir veidi, kā uzdot jautājumu, kas varētu mainīt rezultātu tā, kā nebija paredzēts? Šie visi ir jautājumi, kas zinātniekiem ir jāuzdod, pirms viņi veic eksperimentu. Parasti zinātnieki vēlas pārbaudīt tikai vienu lietu vienlaikus. Lai to izdarītu, viņi cenšas, lai visas eksperimenta daļas būtu vienādas visiem, izņemot to, ko viņi vēlas pārbaudīt.
4. Veiciet eksperimentus un vāciet datus. Šeit zinātnieks mēģina veikt iepriekš izstrādāto eksperimentu. Dažkārt eksperimenta gaitā zinātniekam rodas jaunas idejas. Dažreiz ir grūti noteikt, kad eksperiments beidzot ir beidzies. Dažreiz eksperimentēšana būs ļoti sarežģīta. Daži zinātnieki lielāko daļu savas dzīves pavada, mācoties, kā veikt labus eksperimentus.
5. Kāpēc - jautājumi. Paskaidrojumi ir atbildes uz jautājumiem kāpēc. ^{II, 3. lpp.}
6. Izdariet secinājumus no eksperimenta. Dažreiz rezultātus nav viegli saprast. Dažreiz eksperimenti paši par sevi atklāj jaunus jautājumus. Dažreiz eksperimenta rezultāti var nozīmēt daudz dažādu lietu. Visi šie jautājumi ir rūpīgi jāpārdomā.
7. Sniedziet tos citiem. Būtisks zinātnes elements ir dalīšanās ar eksperimentu rezultātiem, lai citi zinātnieki varētu izmantot iegūtās zināšanas un visa zinātne gūtu labumu. Parasti zinātnieki neuzticas jaunam apgalvojumam, ja vien citi zinātnieki to vispirms nav pārbaudījuši, lai pārliecinātos, ka tas izklausās pēc īstas zinātnes. To sauc par salīdzinošo pārskatīšanu ("salīdzinošais" šeit nozīmē "citi zinātnieki"). Darbi, kas izturējuši salīdzinošo pārskatīšanu, tiek publicēti zinātniskajā žurnālā.

Lai gan saraksta veidā, zinātnieki var vairākas reizes pāriet starp dažādiem soļiem, pirms ir apmierināti ar atbildi.

Ne visi zinātnieki savā ikdienas darbā izmanto iepriekš minēto "zinātnisko metodi". Dažkārt faktiskais zinātniskais darbs nemaz neizskatās pēc iepriekš aprakstītā.

Pieņemsim, ka vēlamies noskaidrot, kā temperatūra ietekmē cukura šķīdību glāzē ūdens. Zemāk ir aprakstīts viens no veidiem, kā to izdarīt, soli pa solim ievērojot zinātnisko metodi.

Mērķis

Vai cukurs ātrāk izšķīst karstā vai aukstā ūdenī? Vai temperatūra ietekmē to, cik ātri cukurs izšķīst? Šo jautājumu mēs, iespējams, vēlamies uzdot.

Eksperimenta plānošana

Viens vienkāršs eksperiments ir izšķīdināt cukuru dažādas temperatūras ūdenī un sekot līdzi tam, cik ilgā laikā cukurs izšķīst. Tas būtu tests, lai pārbaudītu, ka šķīdināšanas ātrums mainās atkarībā no šķīdinātāja kinētiskās enerģijas.

Mēs vēlamies pārliecināties, ka katrā izmēģinājumā tiek izmantots tieši tāds pats ūdens daudzums un tieši tāds pats cukura daudzums. Mēs to darām, lai pārliecinātos, ka efektu izraisa tikai temperatūra. Varētu būt, piemēram, ka šķīdināšanas ātrumu ietekmē arī cukura un ūdens attiecība. Lai būtu īpaši uzmanīgi, eksperimentu varētu veikt tā, lai ūdens temperatūra eksperimenta laikā nemainītos.

To sauc par "mainīgā izolēšanu". Tas nozīmē, ka no visiem faktoriem, kuriem varētu būt ietekme, eksperimentā tiek mainīts tikai viens.

Eksperimenta veikšana

Mēs veiksim eksperimentu trijos izmēģinājumos, kas ir pilnīgi vienādi, izņemot ūdens temperatūru.

1. Tieši 1 litrā ūdens, kas ir gandrīz tikpat auksts kā ledus, ieberam tieši 25 gramus cukura. Nemaisām. Mēs redzam, ka paiet 30 minūtes, līdz viss cukurs izšķīst.
2. Tieši 1 litrā istabas temperatūras ūdens (20 °C) ieberam tieši 25 gramus cukura. Nemaisām. Mēs redzam, ka paiet 15 minūtes, līdz viss cukurs ir izšķīdis.
3. Tieši 1 litrā silta ūdens (50 °C) ieberam tieši 25 gramus cukura. Nemaisām. Mēs redzam, ka paiet 4 minūtes, līdz viss cukurs izšķīst.

Secinājumu izdarīšana

Viens no veidiem, kas atvieglo rezultātu pārskatīšanu, ir izveidot tabulu, kurā uzskaitītas visas lietas, kas mainījās katru reizi, kad tika veikts eksperiments. Mūsu tabula varētu izskatīties šādi:

Ja visas pārējās eksperimenta daļas būtu tādas pašas (vienā reizē mēs neizmantojām vairāk cukura nekā otrā, nemaisījām vienā vai otrā reizē utt.), tad tas būtu ļoti labs pierādījums tam, ka karstums ietekmē to, cik ātri cukurs izšķīst.

Tomēr mēs nevaram droši zināt, vai to neietekmē vēl kaut kas cits. Slēpta cēloņa piemērs varētu būt tas, ka cukurs izšķīst ātrāk ikreiz, kad tajā pašā traukā izšķīdina vairāk cukura. Iespējams, ka tas nav taisnība, bet, ja tā būtu taisnība, tad rezultāti varētu būt tieši tādi paši: trīs mēģinājumi, un pēdējais būtu ātrākais. Mums pagaidām nav iemesla domāt, ka tā ir taisnība, bet mēs varētu to atzīmēt kā vēl vienu iespējamo atbildi.

Replikācijas krīze (vai atkārtojamības krīze) ir krīze zinātnē. Ļoti bieži zinātnisku eksperimentu rezultātus vēlāk ir grūti vai neiespējami atkārtot vai nu neatkarīgiem pētniekiem, vai pašiem sākotnējiem pētniekiem. Lai gan krīzei ir senas saknes, frāze tika izveidota 2010. gadu sākumā, pieaugot izpratnei par šo problēmu.

Tā kā eksperimentu atkārtojamība ir būtiska zinātniskās metodes sastāvdaļa, nespēja atkārtot pētījumus var radīt nopietnas sekas.

Replikācijas krīze ir īpaši plaši apspriesta psiholoģijas (un jo īpaši sociālās psiholoģijas) un medicīnas jomā, kur ir veikti vairāki centieni atkārtoti izpētīt klasiskos rezultātus un mēģināt noteikt gan rezultātu derīgumu, gan, ja tie ir nederīgi, iemeslus, kādēļ replikācija nav izdevusies.

Nesen notikušajās diskusijās šī problēma ir kļuvusi zināmāka.

Daži pirmie dabas pētnieki izstrādāja zinātniskās metodes elementus.

• "Mēs uzskatām par labu principu izskaidrot parādības ar pēc iespējas vienkāršāku hipotēzi." Ptolemajs (85-165 mūsu ēras). Šis ir agrīns piemērs tam, ko mēs saucam par Oskama skuvekli.
• Ibn al-Hajtams (Alhazens) (965-1039), Roberts Grosseteste (1175-1253) un Rodžers Bēkons (1214-1294) - visi viņi guva zināmus panākumus zinātniskās metodes attīstībā.
• 17. gadsimtā zinātnieki sāka vienoties, ka eksperimentālā metode ir galvenais veids, kā atrast patiesību. Rietumeiropā to darīja tādi cilvēki kā Galilejs, Keplers, Hūks, Boils, Hallijs un Ņūtons. Tajā pašā laikā tika izgudroti mikroskops un teleskops (Holandē), un tika izveidota Karaliskā biedrība. Instrumenti, biedrības un izdevējdarbība ievērojami palīdzēja zinātnei.

• Falsificējamība
• Zinātnes vēsture
• Zinātnes filozofija
• Aklais eksperiments