Що таке експериментальний науковий метод?

The експериментальний науковий метод є набором методів, які використовуються для дослідження явищ, набуття нових знань або коригування та інтеграції попередніх знань.

Він використовується в наукових дослідженнях і базується на систематичних спостереженнях, вимірюваннях, експериментах, формулюванні тестів і модифікації гіпотез. Цей загальний метод здійснюється не тільки в біології, але і в хімії, фізиці, геології та інших науках.

За допомогою експериментального наукового методу вчені намагаються передбачити і, можливо, керувати майбутніми подіями на основі нинішніх і минулих знань.

Також називається індуктивним методом, він найбільш часто використовується в науці дослідниками, що є частиною наукової методології. 

Вона характеризується тим, що дослідники можуть свідомо контролювати змінні, щоб розмежувати відносини між ними.

Ці змінні можуть бути залежними або незалежними, будучи фундаментальними для збору даних, які витягуються з експериментальної групи, а також їх поведінки. Це дозволяє розкласти свідомі процеси в їхніх елементах, виявити їхні можливі зв'язки і визначити закони цих зв'язків. 

Здатність робити точні прогнози залежить від семи кроків експериментального наукового методу.

Фази експериментального наукового методу

Ці спостереження повинні бути об'єктивними, а не суб'єктивними. Іншими словами, спостереження повинні бути в змозі перевірити інші вчені. Суб'єктивні спостереження, засновані на особистих думках і переконаннях, не є частиною галузі науки.

Приклади:

• Об'єктивна заява: в цій кімнаті температура становить 20 ° C.
• Суб'єктивне твердження: прохолодне в цій кімнаті.

Першим кроком у експериментальному науковому методі є об'єктивні спостереження. Ці спостереження ґрунтуються на конкретних фактах, які вже відбулися, і які можуть бути перевірені іншими як істинні або помилкові.

2. Гіпотеза

Спостереження розповідають про минуле чи теперішнє. Як вчені, ми хочемо мати можливість прогнозувати майбутні події. Тому ми повинні використовувати нашу здатність до розуму.

Вчені використовують свої знання про минулі події, щоб розробити загальний принцип або пояснення, щоб допомогти передбачити майбутні події.

Загальний принцип називається гіпотезою. Тип обґрунтованих міркувань називається індуктивним міркуванням (виведення узагальнення з конкретних деталей).

Гіпотеза повинна мати такі характеристики:

• Це повинен бути загальний принцип, який підтримується через простір і час.
• Це повинна бути попередня ідея.
• Ви повинні погодитися з наявними спостереженнями.
• Вона повинна бути якомога простішою.
• Він повинен бути перевіряним і потенційно помилковим. Іншими словами, повинен бути спосіб довести, що гіпотеза помилкова, спосіб спростувати гіпотезу.

Наприклад: "Деякі ссавці мають дві задні кінцівки" були б марною гіпотезою. Немає ніяких спостережень, які б не відповідали цій гіпотезі! На відміну від цього, "Всі ссавці мають дві задні кінцівки" - хороша гіпотеза.

Коли ми знаходимо китів, які не мають задніх кінцівок, ми б показали, що наша гіпотеза помилкова, ми сфальсифікували гіпотезу.

Коли гіпотеза передбачає причинно-наслідковий зв'язок, ми заявляємо, що наша гіпотеза вказує на відсутність ефекту. Гіпотеза, яка не впливає на будь-який ефект, називається нульовою гіпотезою. Наприклад, препарат Целебра не допомагає полегшити ревматоїдний артрит.

З розробки гіпотези, яка є попередньою і може бути або не може бути вірною, ми повинні зробити прогноз нашого дослідження і гіпотези.

Гіпотеза повинна бути широкою і повинна бути рівномірно застосована у часі та просторі. Вчені зазвичай не можуть перевірити всі можливі ситуації, коли можна застосувати гіпотезу. Наприклад, розглянемо гіпотезу: всі клітини рослин мають ядро.

Ми не можемо вивчити всі живі рослини і всі рослини, які жили, щоб побачити, чи є ця гіпотеза помилковою. Замість цього ми генеруємо прогноз, використовуючи дедуктивні міркування (генеруючи конкретне очікування узагальнення).

З нашої гіпотези, ми можемо зробити наступний прогноз: якщо я вивчу клітини трав'яного листа, кожен з них буде мати ядро.

Тепер давайте розглянемо гіпотезу препарату: препарат Целебра не допомагає зняти ревматоїдний артрит \ t.

Щоб перевірити цю гіпотезу, нам доведеться вибирати певний набір умов, а потім прогнозувати, що відбудеться в цих умовах, якщо гіпотеза була б вірною.

Умови, які ви бажаєте перевірити, це введені дози, тривалість прийому ліків, вік пацієнтів і кількість людей, які підлягають обстеженню..

Всі ці умови, які підлягають зміні, називаються змінними. Щоб виміряти ефект Celebra, нам необхідно виконати контрольований експеримент.

Експериментальна група піддається змінної, яку ми хочемо перевірити, і контрольна група не піддається цій змінної.

У контрольованому експерименті єдина змінна, яка має бути різною між двома групами, є змінною, яку ми хочемо перевірити.

Давайте зробимо прогноз на основі спостережень ефекту Celebra в лабораторії. Прогноз: Пацієнти, які страждають на ревматоїдний артрит, які приймають Celebra і пацієнти, які приймають плацебо (таблетка крохмалю замість препарату), не відрізняються за тяжкістю ревматоїдного артриту.

Ми знову повертаємося до нашого чуттєвого сприйняття, щоб зібрати інформацію. Ми розробили експеримент на основі нашого прогнозу.

Наш експеримент може бути таким: 1000 пацієнтів у віці від 50 до 70 років будуть випадковим чином розподілені на одну з двох груп по 500.

Дослідна група буде приймати Celebra чотири рази на день, а контрольна група буде приймати плацебо крохмалю чотири рази на день. Пацієнти не будуть знати, чи є їх таблетки Celebra або плацебо. Пацієнти приймають ліки протягом двох місяців.

Після закінчення двох місяців будуть проведені медичні тести, щоб визначити, чи змінюється гнучкість рук і пальців.

Наші експерименти дали наступні результати: 350 з 500 осіб, які приймали Celebra повідомили про зниження артриту в кінці періоду. 65 з 500 осіб, які приймали плацебо, повідомили про поліпшення.

Дані, здається, показують, що був значний вплив на Целебра. Ми повинні зробити статистичний аналіз для демонстрації ефекту. Такий аналіз показує, що існує статистично значущий ефект Celebra.

З нашого аналізу експерименту ми маємо два можливі результати: результати збігаються з прогнозом або не згодні з прогнозом.

У нашому випадку ми можемо відкинути наше прогнозування, що Целебра не має ефекту. Оскільки прогноз неправильний, ми повинні також відкинути гіпотезу, на якій вона базувалася.

Тепер наше завдання полягає в тому, щоб переформулювати гіпотезу таким чином, щоб вона відповідала наявній інформації. Тепер наша гіпотеза може бути: введення препарату Целебра зменшує ревматоїдний артрит порівняно з введенням плацебо.

З поточною інформацією ми приймаємо нашу гіпотезу як істинну. Чи показали ми, що це правда? Абсолютно ні! Завжди є інші пояснення, які можуть пояснити результати.

Цілком можливо, що більше 500 пацієнтів, які взяли Celebra, збиралися все одно поліпшити. Можливо, що більшість пацієнтів, які приймали Celebra, також їли банани щодня, а банани покращували артрит. Ви можете запропонувати незліченні інші пояснення.

Як ми можемо довести, що наша нова гіпотеза є істинною? Ми ніколи не зможемо Науковий метод не дозволяє довести гіпотезу.

Гіпотези можуть бути відхилені, і в цьому випадку гіпотеза вважається помилковою. Все, що ми можемо сказати про гіпотезу, що протистоїть, полягає в тому, що ми не знайшли доказу, щоб спростувати її.

Існує велика різниця між неможливістю спростувати і довести. Переконайтеся, що ви розумієте цю відмінність, оскільки вона є основою експериментального наукового методу. Так що ж ми зробимо з нашою попередньою гіпотезою??

В даний час ми приймаємо це як істинне, але щоб бути строгим, нам необхідно подати гіпотезу на більше тестів, які можуть довести, що це неправильно.

Наприклад, можна повторити експеримент, але змінити контрольну та експериментальну групи. Якщо гіпотеза залишається стояти після наших зусиль, щоб збити її, ми можемо відчувати себе більш впевненими у визнанні її як істини.

Однак ми ніколи не зможемо стверджувати, що гіпотеза є істинною. Швидше, ми сприймаємо це як вірне, тому що гіпотеза протистояла кільком експериментам, щоб довести, що вона є хибною.

Учені публікують свої знахідки в журналах і наукових книгах, в бесідах на національних і міжнародних зустрічах і в семінарах в коледжах і університетах.

Поширення результатів є важливою частиною експериментального наукового методу.

Дозвольте іншим людям перевірити ваші результати, розробити нові тести своєї гіпотези або застосувати отримані знання для вирішення інших проблем.

Список літератури

1. Achinstein P. Загальне введення. Наукові правила: історичне введення в наукові методи (2004). Університетська преса Джонса Хопкінса.
2. Beveridge W. Мистецтво наукового дослідження (1950). Мельбурн: Хайнеманн.
3. Блакстад О. Експериментальні дослідження (2008). Отримано з: www.explorable.com
4. Bright W. Вступ до наукових досліджень (1952). McGraw-Hill.
5. Науковий метод на практиці (2003). Cambridge University Press.
6. Джевонс В. Принципи науки: трактат з логіки і наукового методу (1958). Нью-Йорк: Публікації Дувра.
7. .