Ποια είναι η πειραματική επιστημονική μέθοδος;

Το πειραματική επιστημονική μέθοδος είναι ένα σύνολο τεχνικών που χρησιμοποιούνται για τη διερεύνηση φαινομένων, την απόκτηση νέων γνώσεων ή τη διόρθωση και ενσωμάτωση της προηγούμενης γνώσης.

Χρησιμοποιείται στην επιστημονική έρευνα και βασίζεται στη συστηματική παρατήρηση, τη μέτρηση, τον πειραματισμό, τη διατύπωση δοκιμασιών και την τροποποίηση υποθέσεων. Αυτή η γενική μέθοδος διεξάγεται όχι μόνο στη βιολογία, αλλά στη χημεία, τη φυσική, τη γεωλογία και άλλες επιστήμες.

Μέσω της πειραματικής επιστημονικής μεθόδου, οι επιστήμονες προσπαθούν να προβλέψουν και ίσως να ελέγξουν τα μελλοντικά γεγονότα που βασίζονται στη σημερινή και την προηγούμενη γνώση.

Επίσης ονομάζεται επαγωγική μέθοδος, είναι η πιο χρησιμοποιούμενη μέσα στην επιστήμη από τους ερευνητές, γεγονός που αποτελεί μέρος της επιστημονικής μεθοδολογίας. 

Χαρακτηρίζεται επειδή οι ερευνητές μπορούν να ελέγξουν σκόπιμα τις μεταβλητές προκειμένου να οριοθετήσουν τις σχέσεις μεταξύ τους.

Αυτές οι μεταβλητές μπορούν να εξαρτώνται ή να είναι ανεξάρτητες, είναι θεμελιώδεις για τη συλλογή των δεδομένων που εξάγονται από μια πειραματική ομάδα, καθώς και για τη συμπεριφορά τους. Αυτό επιτρέπει να αποσυντεθούν οι συνειδητές διαδικασίες στα στοιχεία τους, να ανακαλύψουν τις πιθανές συνδέσεις τους και να καθορίσουν τους νόμους αυτών των συνδέσεων. 

Η ικανότητα για ακριβείς προβλέψεις εξαρτάται από τα επτά στάδια της πειραματικής επιστημονικής μεθόδου.

Φάσεις της πειραματικής επιστημονικής μεθόδου

Αυτές οι παρατηρήσεις πρέπει να είναι αντικειμενικές, όχι υποκειμενικές. Με άλλα λόγια, οι παρατηρήσεις πρέπει να μπορούν να ελεγχθούν από άλλους επιστήμονες. Οι υποκειμενικές παρατηρήσεις, που βασίζονται σε προσωπικές απόψεις και πεποιθήσεις, δεν ανήκουν στον τομέα της επιστήμης.

Παραδείγματα:

• Αντικειμενική δήλωση: Σε αυτό το δωμάτιο η θερμοκρασία είναι στους 20 ° C.
• Υποκειμενική δήλωση: δροσερό σε αυτό το δωμάτιο.

Το πρώτο βήμα στην πειραματική επιστημονική μέθοδο είναι να κάνουμε αντικειμενικές παρατηρήσεις. Αυτές οι παρατηρήσεις βασίζονται σε συγκεκριμένα γεγονότα που έχουν ήδη συμβεί και τα οποία μπορούν να επαληθευτούν από άλλους ως αληθή ή ψευδή.

2- Υπόθεση

Παρατηρήσεις μας λένε για το παρελθόν ή το παρόν. Ως επιστήμονες, θέλουμε να μπορούμε να προβλέψουμε μελλοντικά γεγονότα. Επομένως, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε την ικανότητά μας να αιτιολογούμε.

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τις γνώσεις τους για παρελθόντα γεγονότα για να αναπτύξουν μια γενική αρχή ή μια εξήγηση για να βοηθήσουν να προβλέψουν μελλοντικά γεγονότα.

Η γενική αρχή ονομάζεται υπόθεση. Ο τύπος της σχετικής συλλογιστικής ονομάζεται επαγωγικός συλλογισμός (που παράγει μια γενίκευση από συγκεκριμένες λεπτομέρειες).

Μια υπόθεση πρέπει να έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Πρέπει να είναι μια γενική αρχή που διατηρείται διαμέσου του χώρου και του χρόνου.
• Πρέπει να είναι μια δοκιμαστική ιδέα.
• Πρέπει να συμφωνείτε με τις διαθέσιμες παρατηρήσεις.
• Θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν απλούστερη.
• Πρέπει να είναι επαληθεύσιμη και ενδεχομένως ψευδής. Με άλλα λόγια, πρέπει να υπάρχει ένας τρόπος να αποδειχθεί ότι η υπόθεση είναι ψευδής, ένας τρόπος να διαψευσθεί η υπόθεση.

Για παράδειγμα: "Ορισμένα θηλαστικά έχουν δύο πίσω άκρα" θα ήταν μια άχρηστη υπόθεση. Δεν υπάρχει καμία παρατήρηση που να μην ταιριάζει με αυτήν την υπόθεση! Αντίθετα, "όλα τα θηλαστικά έχουν δύο οπίσθια άκρα" είναι μια καλή υπόθεση.

Όταν βρούμε φάλαινες, που δεν έχουν πίσω άκρα, θα δείξαμε ότι η υπόθεση μας είναι ψευδής, έχουμε παραποιήσει την υπόθεση.

Όταν μια υπόθεση υποδηλώνει μια σχέση αιτίου-αποτελέσματος, δηλώνουμε την υπόθεσή μας να υποδείξουμε ότι δεν υπάρχει κανένα αποτέλεσμα. Μια υπόθεση, η οποία δεν επηρεάζει κανένα αποτέλεσμα, ονομάζεται μηδενική υπόθεση. Για παράδειγμα, το φάρμακο Celebra δεν βοηθά στην ανακούφιση της ρευματοειδούς αρθρίτιδας.

Από την εκπόνηση της υπόθεσης που είναι τυχαία και μπορεί να είναι ή δεν μπορεί να είναι αλήθεια, πρέπει να κάνουμε μια πρόβλεψη για την έρευνά μας και την υπόθεση.

Η υπόθεση πρέπει να είναι ευρεία και πρέπει να μπορεί να εφαρμοστεί ομοιόμορφα σε χρόνο και χώρο. Οι επιστήμονες συνήθως δεν μπορούν να ελέγξουν όλες τις πιθανές καταστάσεις όπου θα μπορούσε να εφαρμοστεί μια υπόθεση. Για παράδειγμα, εξετάστε την υπόθεση: Όλα τα φυτικά κύτταρα έχουν έναν πυρήνα.

Δεν μπορούμε να εξετάσουμε όλα τα ζωντανά φυτά και όλα τα φυτά που έχουν ζήσει για να δούμε αν αυτή η υπόθεση είναι ψευδής. Αντ 'αυτού, παράγουμε μια πρόβλεψη χρησιμοποιώντας απαγωγική συλλογιστική (δημιουργώντας μια συγκεκριμένη προσδοκία μιας γενίκευσης).

Από την υπόθεση μας, μπορούμε να κάνουμε την ακόλουθη πρόβλεψη: αν εξετάσω τα κύτταρα ενός φύλλου γρασιδιού, ο καθένας θα έχει έναν πυρήνα.

Τώρα, ας εξετάσουμε την υπόθεση του φαρμάκου: το φάρμακο Celebra δεν βοηθά στην ανακούφιση της ρευματοειδούς αρθρίτιδας.

Για να δοκιμάσουμε αυτήν την υπόθεση, θα έπρεπε να επιλέξουμε ένα συγκεκριμένο σύνολο συνθηκών και στη συνέχεια να προβλέψουμε τι θα συνέβαινε κάτω από αυτές τις συνθήκες αν η υπόθεση ήταν αληθινή.

Οι συνθήκες που μπορεί να θέλετε να εξετάσετε είναι οι χορηγούμενες δόσεις, η διάρκεια της λήψης φαρμάκων, οι ηλικίες των ασθενών και ο αριθμός των ατόμων που θα εξεταστούν..

Όλες αυτές οι συνθήκες που υπόκεινται σε αλλαγή ονομάζονται μεταβλητές. Για να μετρήσουμε το αποτέλεσμα της Celebra, πρέπει να εκτελέσουμε ένα ελεγχόμενο πείραμα.

Η πειραματική ομάδα υποβάλλεται στη μεταβλητή που θέλουμε να εξετάσουμε και η ομάδα ελέγχου δεν εκτίθεται σε αυτή τη μεταβλητή.

Σε ένα ελεγχόμενο πείραμα, η μόνη μεταβλητή που πρέπει να είναι διαφορετική μεταξύ των δύο ομάδων είναι η μεταβλητή που θέλουμε να ελέγξουμε.

Ας κάνουμε μια πρόβλεψη με βάση τις παρατηρήσεις του αποτελέσματος της Celebra στο εργαστήριο. Πρόβλεψη είναι: Οι ασθενείς που πάσχουν ρευματοειδή αρθρίτιδα που λαμβάνουν Style και των ασθενών που έλαβαν εικονικό φάρμακο (ένα δισκίο άμυλο αντί του φαρμάκου) δεν διαφέρουν στη σοβαρότητα της ρευματοειδούς αρθρίτιδας.

Επιστρέφουμε ξανά στην αισθητηριακή μας αντίληψη για τη συλλογή πληροφοριών. Σχεδιάσαμε ένα πείραμα με βάση την πρόβλεψή μας.

Το πείραμά μας θα μπορούσε να είναι το εξής: 1000 ασθενείς ηλικίας 50 έως 70 ετών θα τοποθετηθούν τυχαία σε μία από τις δύο ομάδες των 500.

Η πειραματική ομάδα θα λάβει Celebra τέσσερις φορές την ημέρα και η ομάδα ελέγχου θα πάρει ένα εικονικό φάρμακο με άμυλο τέσσερις φορές την ημέρα. Οι ασθενείς δεν θα γνωρίζουν εάν τα δισκία τους είναι Celebra ή εικονικό φάρμακο. Οι ασθενείς θα λάβουν το φάρμακο για δύο μήνες.

Στο τέλος των δύο μηνών, θα πραγματοποιηθούν ιατρικές εξετάσεις για να προσδιοριστεί εάν η ευκαμψία των βραχιόνων και των δακτύλων έχει αλλάξει.

Το πείραμά μας παρήγαγε τα ακόλουθα αποτελέσματα: 350 από τα 500 άτομα που έλαβαν Celebra ανέφεραν μειωμένη αρθρίτιδα στο τέλος της περιόδου. 65 από τα 500 άτομα που έλαβαν το εικονικό φάρμακο ανέφεραν βελτίωση.

Τα στοιχεία φαίνεται να δείχνουν ότι υπήρξε σημαντική επίδραση στην Celebra. Πρέπει να κάνουμε μια στατιστική ανάλυση για να αποδείξουμε το αποτέλεσμα. Μια τέτοια ανάλυση αποκαλύπτει ότι υπάρχει μια στατιστικά σημαντική επίδραση της Celebra.

Από την ανάλυση του πειράματος έχουμε δύο πιθανά αποτελέσματα: τα αποτελέσματα συμπίπτουν με την πρόβλεψη ή διαφωνούν με την πρόβλεψη.

Στην περίπτωσή μας, μπορούμε να απορρίψουμε την πρόβλεψή μας ότι η Celebra δεν έχει καμία επίδραση. Επειδή η πρόβλεψη είναι λάθος, πρέπει επίσης να απορρίψουμε την υπόθεση επί της οποίας βασίστηκε.

Το καθήκον μας τώρα είναι να επαναλάβουμε την υπόθεση με τρόπο που να συμβαδίζει με τις διαθέσιμες πληροφορίες. Η υπόθεση μας θα μπορούσε τώρα να είναι: η χορήγηση του Celebra μειώνει τη ρευματοειδή αρθρίτιδα σε σύγκριση με τη χορήγηση ενός εικονικού φαρμάκου.

Με τις τρέχουσες πληροφορίες, αποδεχόμαστε την υπόθεσή μας ως αληθινή. Έχουμε δείξει ότι είναι αλήθεια; Απολύτως όχι! Υπάρχουν πάντα άλλες εξηγήσεις που μπορούν να εξηγήσουν τα αποτελέσματα.

Είναι πιθανό ότι περισσότεροι από 500 ασθενείς που πήραν Celebra θα βελτιωθούν ούτως ή άλλως. Είναι πιθανό ότι περισσότεροι από τους ασθενείς που έλαβαν Celebra έτρωγαν επίσης μπανάνες κάθε μέρα και ότι οι μπανάνες βελτίωσαν την αρθρίτιδα. Μπορείτε να προτείνετε αμέτρητες άλλες εξηγήσεις.

Πώς μπορούμε να αποδείξουμε ότι η νέα μας υπόθεση είναι αλήθεια; Ποτέ δεν θα είμαστε σε θέση Η επιστημονική μέθοδος δεν επιτρέπει να αποδειχθεί οποιαδήποτε υπόθεση.

Οι υποθέσεις μπορούν να απορριφθούν και στην περίπτωση αυτή η υπόθεση θεωρείται ψευδής. Το μόνο που μπορούμε να πούμε για μια υπόθεση που αντιστέκεται είναι ότι δεν βρήκαμε μια απόδειξη για να την αντικρούσουμε.

Υπάρχει μεγάλη διαφορά μεταξύ του ότι δεν μπορείς να διαψεύξεις και να αποδείξεις. Βεβαιωθείτε ότι καταλαβαίνετε αυτή τη διάκριση, καθώς είναι η βάση της πειραματικής επιστημονικής μεθόδου. Τι θα κάνουμε με την προηγούμενη υπόθεση;?

Αυτή τη στιγμή το αποδεχόμαστε ως αληθινό, αλλά για να είμαστε αυστηροί, πρέπει να υποβάλουμε την υπόθεση σε περισσότερες δοκιμές που μπορούν να αποδείξουν ότι είναι λάθος.

Για παράδειγμα, θα μπορούσαμε να επαναλάβουμε το πείραμα αλλά να αλλάξουμε την ομάδα ελέγχου και πειραματισμού. Εάν η υπόθεση παραμείνει ανύπαρκτη μετά από τις προσπάθειές μας να το χτυπήσουμε, μπορούμε να αισθανόμαστε πιο σίγουροι ότι το αποδεχόμαστε ως αλήθεια.

Ωστόσο, δεν θα μπορέσουμε ποτέ να επιβεβαιώσουμε ότι η υπόθεση είναι αλήθεια. Αντίθετα, το αποδεχόμαστε ως αληθινό επειδή η υπόθεση αντιστάθηκε σε αρκετά πειράματα για να αποδείξει ότι είναι ψευδής.

Οι επιστήμονες δημοσιεύουν τα ευρήματά τους σε περιοδικά και επιστημονικά βιβλία, σε συζητήσεις σε εθνικές και διεθνείς συναντήσεις και σε σεμινάρια σε κολέγια και πανεπιστήμια.

Η διάδοση των αποτελεσμάτων αποτελεί ουσιαστικό μέρος της πειραματικής επιστημονικής μεθόδου.

Επιτρέψτε σε άλλα άτομα να επαληθεύσουν τα αποτελέσματά σας, να αναπτύξουν νέες δοκιμές της υπόθεσής σας ή να εφαρμόσουν τις γνώσεις που έχουν αποκτήσει για την επίλυση άλλων προβλημάτων.

Αναφορές

1. Achinstein P. Γενική εισαγωγή. Οι κανόνες της επιστήμης: μια ιστορική εισαγωγή στις επιστημονικές μεθόδους (2004). Πανεπιστημιακός Τύπος Johns Hopkins.
2. Beveridge W. Η τέχνη της επιστημονικής έρευνας (1950). Μελβούρνη: Heinemann.
3. Blakstad O. Πειραματική έρευνα (2008). Ανακτήθηκε από: www.explorable.com
4. Bright W. Εισαγωγή στην επιστημονική έρευνα (1952). McGraw-Hill.
5. Gauch H. Επιστημονική μέθοδος στην πράξη (2003). Cambridge University Press.
6. Jevons W. Οι αρχές της επιστήμης: μια πραγματεία για τη λογική και την επιστημονική μέθοδο (1958). Νέα Υόρκη: Εκδόσεις Dover.
7. .