Научный метод в астрономии: обзор и примеры

Что такое научный метод?

Научный метод — это процедура, используемая для научного объяснения вопросов о мире. В нем описывается, как можно провести эксперимент для сбора эмпирических данных, которые можно использовать для ответа на вопрос. Ученый планирует свой эксперимент на основе предварительных исследований, которые позволяют ему сформировать гипотезу, предсказывающую, что может произойти. Когда эксперимент будет завершен, они будут использовать свои данные для формирования вывода.

  • Вопрос: проблема, которую учёный хочет решить
  • Справочная информация: информация, уже доступная в результате других экспериментов, она может помочь ученому узнать о теме.
  • Гипотеза: предлагаемое объяснение, которое можно проверить эмпирически.
  • Эксперимент: научный тест, который предоставляет эмпирические данные для конкретной гипотезы.
  • Эмпирические данные: информация, которую можно проверить путем наблюдения и/или опыта.
  • Заключение: ответ на вопрос исследования, предложенный данными, которые могут поддержать или опровергнуть гипотезу.

Кто это изобрел?

Научный метод развивался и менялся во многих отношениях на протяжении многих лет. Он использовался неофициально с древних времен, но большинство источников приписывают его первую документацию сэру Фрэнсису Бэкону в 1620 году.

  • Некоторые говорят, что Аристотель или Галилей первыми использовали научный метод, но, хотя они, безусловно, использовали эмпирическую науку, они не описали подобную процедуру.
  • Мусульманский ученый Ибн аль-Хайсам впервые наметил ряд шагов задолго до Бэкона в начале 1000-х годов и даже рекомендовал повторить их, чтобы обеспечить достоверность данных.
  • Исаак Ньютон помог усовершенствовать этот процесс после Бэкона в конце 1600-х годов и подчеркнул важность индуктивных и дедуктивных рассуждений.
  • Каждый учёный, который модифицирует процесс в соответствии со своими экспериментами и открывает новые знания, даже сегодня является частью эволюции этого метода.
  • Каждый учёный должен использовать научный метод в качестве руководства для разработки собственного эксперимента.

Вариации в разных дисциплинах

Шаги научного метода следуют одной и той же общей схеме, но существуют некоторые различия между методами, которые используют психологи, по сравнению с методами физиков, геологов и т. д. Даже внутри каждой дисциплины будут различия в зависимости от того, что они изучают.

  • Психологи, изучающие человеческое поведение, возможно, смогут использовать опрос как часть своего экспериментального плана, в то время как экологи, изучающие поведение пчел, должны будут использовать другие методы.
  • Ученым, изучающим вымершие виды, придется использовать совсем другие инструменты.
  • Философы не будут собирать количественные данные, как генетики, а вместо этого сосредоточатся на качественных данных.

Каковы шесть шагов научного метода?

Научный метод состоит из следующих частей:

  1. Задайте вопрос
  2. Провести фоновое исследование
  3. Сформулируйте гипотезу
  4. Спланируйте и проведите эксперимент
  5. Анализируйте данные
  6. Делать вывод

Каков первый шаг научного метода?

1. Вопрос

Вопрос всегда стоит на первом месте. Этот шаг включает в себя наблюдение за чем-то в мире и формулировке вопроса об этом. Этот вопрос может касаться того, почему происходит это явление, как оно происходит, что это такое, как оно связано с другими вещами и т. д.

  • Почему у некоторых людей развивается деменция?
  • Откуда гуси знают, что на зимовку нужно лететь на юг?

После первого шага иногда происходят изменения. Иногда гипотеза появляется быстро, еще до того, как будут проведены предварительные исследования; иногда экспериментальная установка определяется во время фонового исследования, до выдвижения гипотезы. Здесь шаги перечислены в стандартном порядке, но помните, что он может отличаться.

2. Предыстория

Фон должен быть следующим. Здесь ученый исследует имеющиеся знания по теме исследования. Ученый всегда должен использовать заслуживающие доверия источники. Предпочтительно им следует просмотреть другие эксперименты, проведенные в области исследования, и проанализировать эти результаты в отношении вопроса первого шага. Например, исследователем может быть:

  • Поиск справочной информации о растении/животном/окружающей среде, которую они изучают.
  • Исследование экспериментальных установок, которые могут быть полезны для проверки их вопроса.

3. Гипотеза

Как только учёный соберет достаточную исходную информацию, он сможет сформулировать гипотезу. Это обоснованное предсказание, отвечающее на вопрос. Оно должно быть конкретным и проверяемым. Часто их можно сформулировать в форме утверждения «Если, то». Например:

  • Если растение находится под солнечным светом в течение 8 часов, то оно вырастет выше, чем растения с меньшим воздействием солнечного света.
  • Если ребенок переживает травму, то у него больше шансов на депрессию, чем у ребенка, который не пережил травму.

4. Эксперимент

Для получения достоверных выводов жизненно важно разработать эксперимент, который точно проверит гипотезу. Если гипотеза касается высоты растения, то эксперимент не может измерить, сколько листьев вырастает у растения.

Эксперименты должны контролироваться всеми способами, за исключением независимой переменной (IV) или тестируемого изменения. Зависимая переменная (DV) – это то, что будет измеряться в эксперименте. Ее корреляция с независимой переменной будет тем, что необходимо найти.

  • Чтобы проверить, приведет ли воздействие химического вещества к более высокому уровню заболеваемости раком, экспериментальная установка может быть следующей: IV = воздействие химического вещества, DV = распространенность рака. Две группы мышей одного возраста и пола кормят одинаковым количеством еды и воды и содержат в одинаковых клетках. Единственная разница состоит в том, что одна группа подвергается воздействию химического вещества, а другая нет. Затем экспериментатор может посмотреть, у скольких мышей рак в каждой группе, и сравнить цифры.
  • Если рассматривать влияние физических упражнений на диабет, эксперимент может выглядеть следующим образом: IV = 1 час ходьбы каждый день в течение месяца, DV = уровень сахара в крови в состоянии покоя. У двух групп взрослых с диабетом 2 типа, малоподвижным образом жизни и отсутствием других сопутствующих заболеваний измеряли уровень сахара в крови в состоянии покоя. В течение следующего месяца одна группа ходит по одному часу в умеренном темпе каждый день, а другая группа не меняет своих привычек (в обеих группах не может быть никаких изменений в диете или чем-либо еще, кроме добавления ходьбы). В конце месяца обе группы снова проверяют уровень сахара в крови в покое и измеряют изменения.

5. Анализ

После сбора данных их необходимо проанализировать, чтобы определить, являются ли какие-либо различия существенными. Значимость очень важна в науке; она определяется посредством статистического тестирования и сообщает ученым, действительно ли наблюдаемые ими различия обусловлены независимой переменной или они могут быть вызваны случайностью.

Если разница очень мала или в каждой экспериментальной группе наблюдаются большие различия, то статистика может определить разницу как незначительную.
Также, возможно, что разница будет не такой уж большой, но все же будет существенной из-за IV.

6. Заключение

После того, как данные проанализированы, ученый может определить, поддерживают или отвергают предложенную гипотезу.

Если данные подтверждают гипотезу, то ее следует повторно проверить на точность. Если данные отвергают гипотезу, экспериментатор может проверить альтернативные объяснения вопроса. Тем не менее, научный метод никогда не заканчивается, он всегда возвращается назад.

Не было существенной разницы в агрессивном поведении собак с каштановым цветом шерсти и собак с черной шерстью. Гипотеза была поддержана.

Учащиеся с СДВГ демонстрировали значительно более высокий уровень разочарования в классе по сравнению со студентами без СДВГ. Гипотеза была отвергнута.

Примеры научных методов

Хотя научный метод является стандартным для любого вида научного или профессионального эксперимента, он очень часто используется и в повседневной жизни. Вот несколько примеров использования этого метода в разных ситуациях:

Интернет у Василия не работает.

  • Вопрос: Почему его компьютер не имеет соединения с Интернетом?
  • Предыстория: он спрашивает своих коллег, работает ли у них Интернет. Он запускает сканирование на своем компьютере для устранения неполадок.
  • Гипотеза: Если не работает интернет, то необходимо перезагрузить роутер.
  • Эксперимент: Василий сбрасывает настройки маршрутизатора, но не сбрасывает и не меняет какие-либо настройки на своем компьютере.
  • Анализ: Интернет снова начинает работать должным образом.
  • Вывод: Гипотеза подтвердилась, проблема в роутере.

Многие люди страдают от болезни Альцгеймера.

  1. Вопрос: Вызывается ли болезнь Альцгеймера ежедневным употреблением кофе?
  2. Предыстория: Ученый читает предыдущие исследования болезни Альцгеймера и потенциальных ее причин, изучает влияние кофеина и т. д.
  3. Гипотеза: Если человек пьет кофе каждый день, то у него больше шансов заболеть болезнью Альцгеймера, чем у человека, который этого не делает.
  4. Эксперимент: Опрос проводился с одной группой пациентов с болезнью Альцгеймера и одной группой взрослых того же возраста/социально-экономического/общего состояния здоровья без деменции. Они сравнили уровень ежедневного потребления кофе между группами.
  5. Анализ: Был проведен статистический анализ различий между группами, чтобы увидеть, было ли статистически значимо больше ежедневно пьющих кофе в группе с болезнью Альцгеймера, чем в группе без деменции.
  6. Вывод: Гипотеза была отвергнута, статистически значимой разницы в частоте употребления кофе между группами не выявлено.

Формирование научной теории

Гипотезы редко доказываются в науке. Таким образом, ученым важно всегда сохранять открытость к другим возможностям. В какой-то момент все лучшие ученые думали, что Солнце вращается вокруг Земли и что мухи могут появляться из воздуха, но эти идеи оказались ошибочными в ходе аналогичных научных испытаний.

Ученые могут прийти к консенсусу в объяснении чего-либо, но они должны оставить место для ошибок и возможность того, что будущие открытия докажут их неправоту. По этой причине эксперименты проводятся для подтверждения или отклонения гипотез, а не для их доказательства или опровержения.

После того, как гипотеза подтверждена значительным количеством рецензируемых экспериментов, гипотезу можно превратить в теорию.

Рецензирование происходит, когда ученые, работающие в той же области, что и предлагаемая публикация, оценивают работу и могут либо согласиться с тем, что она кажется заслуживающей доверия, либо поднять вопросы и предложить изменения для достижения достоверности эксперимента. После того, как гипотеза прошла всестороннюю рецензирование, она может стать научной теорией или объяснением мира природы, которое объединяет факты и гипотезы и подтверждается эмпирическими исследованиями.

  • Научная теория гораздо серьезнее, чем думают некоторые. Теория в разговорной речи может описывать любую идею о том, почему или что такое что-то, но научная теория пользуется сильной поддержкой и широко считается верной. Чтобы опровергнуть теорию, потребуются крупные открытия и, возможно, новые технологии.

Чтобы подчеркнуть важность, приведем некоторые общие научные «теории»:

  • Теория гравитации Эйнштейна
  • Теория эволюции
  • Теория большого взрыва

Научный метод: убеждения и предубеждения

Предвзятость становится проблемой, когда ученые позволяют своим убеждениям фильтровать данные.

Научный метод создан, чтобы попытаться избежать предвзятости, вызванной личными убеждениями, но он не идеален. Предубеждения — это предубеждения в отношении результата, которые могут повлиять на интерпретацию данных.

  • Если кто-то использует предвзятость при формировании своей гипотезы, это может не оказать большого влияния на достоверность эксперимента, но если он использует предвзятость при сборе данных и формировании своих выводов? Это может привести к серьезным проблемам с точностью и достоверностью их утверждений.

Вот пример того, как предвзятость может подорвать доверие к результатам эксперимента:

Кристина изучает взаимосвязь между курением сигарет и развитием рака легких.

  • Кристина любит курить сигареты и не верит, что это вызывает рак.
  • Когда она собрала данные своего эксперимента, цифры были близки.
  • Первый статистический тест, который она провела, показал значительную корреляцию между курением сигарет и раком, но когда она провела второй тест, никакой значимой корреляции не было обнаружено. Она решила использовать тест, который не показал никаких различий в ее работе, поскольку он соответствовал ее убеждениям.

Чтобы избежать этой ошибки, ученые используют экспертную оценку и повторное тестирование, чтобы отмечать подобные ошибки и исправлять их до того, как данные эксперимента будут опубликованы или приняты как действительные.

Итог урока

На этом уроке были рассмотрены следующие ключевые термины:

  • Научный метод: серия шагов, используемых учеными для ответа на вопросы о мире.
  • Вопрос: проблема, на которую пытается ответить эксперимент.
  • Справочная информация: данные предыдущих тестов, доступные в книгах/журналах/Интернете, которые могут предоставить информацию о предмете эксперимента.
  • Гипотеза: потенциальный ответ на исследовательский вопрос, который можно проверить.
  • Эксперимент: тест, предоставляющий данные, непосредственно отвечающие на вопрос.
  • Эмпирические данные: информация, полученная посредством опыта или наблюдения.
  • Заключение: поддержка или опровержение гипотезы эксперимента, выдвинутой на основе данных эксперимента.
  • Независимая переменная: вещь, проверяемая в эксперименте, должна быть единственной изменяемой переменной.
  • Зависимая переменная: вещь, измеряемая в эксперименте.
  • Значимость: статистическое определение того, является ли наблюдаемое изменение случайным.
  • Экспертная оценка: ученые на местах оценивают работу и определяют ее достоверность
  • Научная теория: гипотеза, широко поддерживаемая эмпирическими исследованиями.
  • Предубеждения: причина предубеждений в отношении определенного результата.

Эти основные идеи являются важными выводами из этого урока:

Научный метод — это процедура, используемая учеными для ответа на вопросы и предоставления объяснений. Этот метод со временем развивался и менялся, став той процедурой, которой он является сегодня. Конкретные шаги и их порядок варьируются в зависимости от эксперимента, для которого он используется, и дисциплины, в которой он используется. Шаги научного метода:

  • Придумай вопрос
  • Провести фоновое исследование
  • Создать гипотезу
  • Провести эксперимент
  • Анализ данных
  • Сформируйте вывод

Эксперименты, которые следуют этой процедуре, можно воспроизводить, и если гипотеза подтверждается достаточное количество раз, она может стать теорией. Предвзятости могут сделать эксперимент недействительным, если они влияют на то, как ученый следует этой процедуре.

Часто задаваемые вопросы

Каковы шесть основных этапов научного метода?

Шесть этапов научного метода заключаются в следующем: 1. Задайте вопрос, 2. Соберите предварительные исследования, 3. Выскажите гипотезу, 4. Спланируйте эксперимент, 5. Проанализируйте данные и 6. Сформируйте вывод.

Что такое научный метод?

Научный метод — это методическое руководство, которое люди могут использовать при проведении эмпирического эксперимента, чтобы узнать больше о мире.

Поделитесь материалом
Автор статьи: Наталья Венедиктова
Наталья Венедиктова
Историк-исскусствовед, специалист в области истории, географии и искусства. Много путешествовала, изучала эволюцию художественных стилей, культурные контексты произведений и влияние искусства на общественные и исторические процессы.
Наталья Венедиктова опубликовал статей: 315

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *