Vědecká metoda označuje soubor kroků, strategií a technik používaných k objevování platných a ověřitelných znalostí o tématech souvisejících s jakoukoli vědou. Aby byl výzkum považován za vědecký, musí být založen na pozorovatelných zkušenostech , důkladném měření dat a logickém uvažování , přičemž se musí vždy vyhýbat subjektivitě a osobním předsudkům.
Kroky nebo fáze vědecké metody se mohou lišit a dokonce se liší v závislosti na výzkumu a oblasti vědy, ve které se provádí (některé se mnohem snáze ověřují než jiné). Z tohoto důvodu, spolu s touhou ukázat kroky, které je třeba dodržovat těm, kteří se zajímají o provádění tohoto typu výzkumu, jsme připravili tento rozšířený článek, který podrobně vysvětluje, co je vědecká metoda, jaké jsou její fáze, jaké charakteristiky musí splňovat a jak se vůbec uplatňuje v každodenním životě.
Co je to vlastně vědecká metoda?
Vědecká metoda je systematická metodologie , která spočívá v aplikaci souboru postupů a fází k získání nových znalostí nebo potvrzení stávajících znalostí. Je to pracovní metoda vědy a je založena na několika základních pilířích:
- Empirismusvždy součástí pozorovatelná fakta a měřitelné, buď přímo smysly, nebo pomocí přístrojů.
- Spolehlivé měření: použití nástroje a nástroje které umožňují přesnou kvantifikaci studovaných jevů.
- RacionalitaVysvětlení musí být logické a souvislé, založené na vědeckých principech a zákonech, nikoli na názorech.
- Objektivitasnaží se izolovat osobní předsudky výzkumníkazaměření na data, která může vědecká komunita přijmout.
- Systematičnost: následuje po pořadí a hierarchii kroků které umožňují pokrok od pozorování k formulaci teorií a zákonů.
- Fakticitavždy je založeno na ověřitelná fakta prostřednictvím zkušeností a experimentování.
Tento proces je navržen tak, aby jakákoli studie provedená podle jeho pokynů mohla být replikována jinými výzkumníky . Tato reprodukovatelnost nám umožňuje ověřit, zda výsledky platí za různých podmínek, míst nebo časů, a je jedním z hlavních kritérií pro rozlišení vědeckých poznatků od pouhého názoru nebo přesvědčení.
Jaké jsou kroky vědecké metody?
Kroky nebo fáze této metody jsou obvykle prezentovány v mírně odlišných formátech v závislosti na oboru, ale v podstatě sledují stejnou cestu. V původním článku jsme nastínili: otázky, pozorování, formulace hypotéz, experimentování, analýza a závěr . V současné vědecké praxi se často přidávají další důležité fáze, jako je publikace a porovnání výsledků, formulace teorií a v některých případech stanovení vědeckých zákonů.
Všechny tyto kroky slouží k vyhodnocení tématu , návrhu řešení, jeho důkladnému testování a vyvození solidních závěrů. Nyní se budeme podrobněji zabývat každou fází a integrovat jak klasickou strukturu, tak i další prvky, které obohacují a posilují vědeckou metodu.
Zeptejte se na správnou otázku
Pro zahájení výzkumu pomocí vědecké metody je nutné formulovat konkrétní otázku k danému tématu. Tato otázka by měla:
- Být příbuzný s pozorovatelný jev (ne s názory nebo morálními úsudky).
- Aby bylo možné obdržet odpověď prostřednictvím data a experimentyne pouhou reflexí.
- Aby to stačilo přesné a omezené aby se to dalo udělat realisticky.
Pro snazší pochopení použijeme několik každodenních příkladů vědeckých otázek:
- Které sklo má větší vodní kapacita?
- Proč dřevo plave na vodě?
- Jak to ovlivňuje teplota Jak rychle se šumivé tablety rozpouštějí?
- Jaký druh mýdla je nejúčinnější pro odstraňte skvrnu Konkrétně?
Ve vzdělávacích nebo úvodních vědeckých kontextech je velmi užitečné vést studenty k tomu, aby se naučili rozlišovat mezi vědeckými otázkami (na které lze odpovědět experimenty) a otázkami, které závisí pouze na vkusu, hodnotách nebo názorech , a které proto nezapadají do vědecké metody.
Pozorování a vyšetřování
Jakmile je otázka formulována, je nutné se zastavit a provést pečlivé pozorování a předběžný výzkum , aby se shromáždilo co nejvíce dat pro její zodpovězení. Tato počáteční fáze sběru dat zahrnuje jak přímé pozorování jevu, tak i přehled předchozích prací (knih, článků, zpráv atd.).
Vědecké pozorování slouží k vysvětlení, proč se něco děje, nebo k řešení jakékoli jiné otázky týkající se jevu, a to za pomoci dat shromážděných různými způsoby. Lze jej rozdělit na tři typy: nesystematické, polosystematické a systematické . Systematické pozorování se však nejčastěji používá v rámci vědecké metody.
- Nesystematické pozorováníTo se týká pozorování prováděného bez jakéhokoli předchozího plánování nebo organizace; to znamená, že jednoduše pozorujeme problém a snažíme se shromáždit veškerá data, která by mohla být zajímavá. Jedná se o konvenčnější typ pozorování. spontánní a průzkumné.
- Polosystematické pozorováníJe charakterizován tím, že nejprve musí být nakresleny čáry cíle pozorováníaby bylo snazší vědět, co hledá. Nicméně ne všechny aspekty, které je třeba sledovat, byly dosud striktně organizovány.
- Systematické pozorováníNejrozšířenější metoda ve vědeckém výzkumu. Umožňuje s pomocí předchozího plánování cíle nebo aspektů, které mají být hodnoceny, sběr dat specifičtějším způsobemJe nutné kategorizovat všechny faktory pozorování (mimo jiné chování, fakta, události, jevy v různých oblastech) a používat přehledné záznamové nástroje (tabulky, kontrolní seznamy, měřicí přístroje atd.).
Během této fáze jsou také identifikovány a definovány různé proměnné studie :
- Nezávislé proměnné: ten, který výzkumník upravuje nebo kontroluje, aby zjistil jeho účinek (například teplota vody).
- Závislá proměnnáto, co se v důsledku toho měří nebo pozoruje (například doba potřebná k rozpuštění tablety).
- Řídicí proměnnéty faktory, které musí zůstat konstantní aby byl test spravedlivý (typ tablety, objem vody, typ sklenice atd.).
Čím je tato fáze pozorování a výzkumu důslednější, tím menší je pravděpodobnost chyb v pozdějších fázích a tím spolehlivější budou získané výsledky.
Výrok hypotézy
Toto je jeden z kroků vědecké metody, kde je nutné nalézt provizorní vysvětlení pro zodpovězení položené otázky, a to s přihlédnutím k datům shromážděným pozorováním nebo výzkumem. Toto vysvětlení se nazývá hypotéza.
Hypotéza je tedy tvrzení, které se pokouší vysvětlit pozorovaná fakta. Může existovat jedna nebo více alternativních hypotéz , ale žádnou z nich nelze považovat za zcela pravdivou, dokud není ověřena experimenty.
V moderní vědě se často zdůrazňuje, že hypotéza musí být vyvratitelná nebo falzifikovatelná : to znamená, že musí být formulována tak, aby bylo možné najít data nebo experiment, který ji vyvrací. Pokud hypotézu nelze otestovat nebo vyvrátit, nespadá do rámce vědecké metody.
Při formulování hypotézy doporučujeme následující klasické tipy, které jsou obzvláště užitečné ve vzdělávacím kontextu:
- Jasně identifikujte problém.
- Oddělte co víš (pozorované účinky) čeho Pořád nechápeš (možné příčiny).
- Hledejte „rozumný předpoklad„který propojuje to, co víte, s tím, co se snažíte vysvětlit.“
- Použijte strukturu „Pokud X, pak Ykde „X“ je navrhovaná příčina a „Y“ je pozorovaný následek. Tímto způsobem se stanoví jasný vztah mezi měnícími se podmínkami a očekávaným výsledkem.
Například když se setkáme s problémem, proč jedna rostlina roste méně než jiná, hypotéza by mohla znít: „Pokud jedna rostlina dostává méně slunečního světla , pak poroste pomaleji než jiná, která dostává světla více.“ Tato formulace umožňuje navrhnout specifický experiment k jejímu ověření.
To je snadný a jednoduchý způsob, jak formulovat hypotézu v několika krocích, ale existují i pokročilejší strategie (například dedukce z předchozích teorií nebo matematických modelů). V každém případě je důležité, aby hypotéza byla jasná, konkrétní a testovatelná.
Experimentování
Experimenty jsou nezbytnou součástí vědecké metody , protože umožňují výzkumníkům testovat hypotézy založené na definovaných proměnných. To znamená, že výzkumník musí manipulovat s nezávislými proměnnými ( kauzálními proměnnými ), aby pozoroval různé účinky, které se mohou vyskytnout v závislých proměnných , s cílem objektivně měřit jejich změny.
Experimentování si dále klade za cíl znovu vytvořit situaci za kontrolovaných podmínek, kde musí být splněny nezbytné požadavky a přítomny prvky tvořící objekt studie. Je důležité podrobně popsat použitý postup , aby jakýkoli jiný výzkumník mohl stejný experiment krok za krokem reprodukovat.
V současné vědecké praxi se klade zvláštní důraz na to, aby hlavním cílem experimentování nebylo ani tak „dokázat“ hypotézu, ale spíše pokusit se ji vyvrátit . Tento kritický přístup zabraňuje tomu, aby byly za pravdivé výsledky, které by mohly být způsobeny náhodou nebo nezjištěnými chybami. Tedy:
- Pokud je hypotéza vyvrací (tj. data neodpovídají očekávání), bude nutné formulovat novou hypotézu což souhlasí s nově získanými údaji.
- Pokud hypotézu nelze vyvrátit ani po několika pokusech a experimentech, bude považována za dobře podložený návrh, a bude možné postoupit do fází teoretizování a zobecňování.
Pokud experiment ověří navrhovanou hypotézu, pak ji lze na základě důkazů považovat za správnou (ačkoli ve vědě zůstává možnost, že budoucí experimenty mohou poskytnout data, která ji zpochybňují). Pokud však experiment hypotézu nepotvrdí, pak by přestala být udržitelná, nebo by alespoň byla vážně zpochybněna.
Analýza dat a organizace informací
Podle experimentu měla být shromážděna řada datových bodů, které by umožnily následnou podrobnou analýzu . V této mezifáze, před vyvozením závěrů, jsou všechny získané výsledky uspořádány a interpretovány .
Analýza musí zohlednit všechna data bez ohledu na to, zda odpovídají našim původním očekáváním. To znamená, že i když nějaký údaj neodpovídá našim očekáváním, musíme ho stále zahrnout a analyzovat , abychom dosáhli spolehlivých výsledků výzkumu.
Pro usnadnění tohoto úkolu se běžně používá:
- Datové tabulky které zahrnují přijatá opatření.
- Grafika (sloupcové grafy, spojnicové grafy, diagramy atd.), které umožňují vizualizovat trendy nebo srovnání.
- Souhrnné tabulky kde jsou zvýrazněny nejrelevantnější výsledky.
- Nástroje statistická analýza když to vyšetřování vyžaduje.
Cílem je, abychom na základě této organizace informací jasně viděli, co se v experimentu skutečně stalo a do jaké míry výsledky podporují nebo vyvracejí původní hypotézu.
Závěr a interpretace výsledků
Nakonec je nutné provést interpretaci shromážděných a analyzovaných dat; tímto způsobem lze určit, zda je hypotéza v souladu s výsledky , nebo zda by naopak měla být zamítnuta či upravena.
Pokud je hypotéza podpořena daty, je napsán jasný závěr vysvětlující, co bylo objeveno, za jakých podmínek a s jakou mírou spolehlivosti. To umožňuje formulovat provizorní teorii , která přispívá k novým vědeckým poznatkům, alespoň dokud se neprokáže opak.
Pokud výsledky odporují hypotéze, je vyvozen také závěr, ale v tomto případě obvykle zahrnuje reflexi možných příčin selhání (nedostatky v návrhu, nekontrolované proměnné, nedostatečné nástroje atd.) a návrhy nových hypotéz nebo směrů výzkumu. Je běžné, zejména ve vzdělávacím prostředí, vyzvat studenty k zamyšlení nad tím, jak by se dal postup vylepšit nebo co by změnili, kdyby experiment zopakovali.
Ve školním prostředí jsou studenti povzbuzováni k odpovědím na otázky typu: Byla hypotéza správná, či nikoli? Jaké faktory by mohly vysvětlit výsledky? Jak bychom mohli experiment zopakovat, abychom získali ještě robustnější data? Tato závěrečná reflexe pomáhá pochopit, že vědecká metoda je otevřený a vylepšitelný proces , nikoli mechanický recept.
Publikace, srovnání, vědecká teorie a právo
Doposud jsme popsali základní kroky vědecké metody tak, jak se obvykle používají ve většině výzkumů. Aby se však znalosti staly součástí zavedené vědy , je stále zapotřebí několik klíčových prvků: publikace a vzájemné hodnocení, integrace do širší teorie a v určitých případech jejich transformace do vědeckého zákona.
Publikace a srovnání s jinými studiemi
Jakmile je výzkum dokončen a jsou sepsány závěry, dalším krokem je sdílení výsledků s vědeckou komunitou. To se obvykle děje prostřednictvím článků ve specializovaných časopisech , prezentací na konferencích nebo výzkumných zpráv.
Publikace plní velmi důležitý dvojí účel:
- Umožňuje rozšířit znalosti k dispozici, aby se na tyto výsledky mohli spoléhat i ostatní výzkumníci ve své práci.
- Zveřejní teorii nebo zjištění, aby je mohli vidět i ostatní vědci. kriticky je zhodnoťteOpakujte experimenty a zjistěte, zda dospějí ke stejným závěrům.
Další formou validace je replikace dříve publikovaného výzkumu , tj. provedení výzkumu, který provedl jiný vědec, aby ověřil svou hypotézu a zjistil, zda výsledky platí za různých podmínek. Pokud různé výzkumné týmy pracující nezávisle na sobě dosáhnou při replikaci studie konzistentních výsledků , zvyšuje se důvěra v platnost hypotézy a teorie. Naopak, pokud jiné skupiny naleznou data, která závěry vyvracejí , bude nutné původní práci zkontrolovat, identifikovat potenciální chyby a v případě potřeby formulovat nové hypotézy.
Vědecká teorie a právo
Pokud je hypotéza podpořena četnými studiemi v různých kontextech a je integrována s dalšími vysvětleními souvisejících jevů, může vést k vědecké teorii . Teorie je široký vysvětlující rámec , který organizuje mnoho různých faktů a pozorování podle stejných principů.
V některých oblastech, pokud byl vztah mezi jevy opakovaně ověřen za velmi rozmanitých podmínek, lze jej formulovat jako vědecký zákon . Zákon stručně a přesně popisuje , jak se chová určitý aspekt reality (například vztah mezi silou, hmotností a zrychlením), a to na základě obrovského množství nashromážděných pozorování a experimentů.
Přesto jsou vědecké zákony považovány za otevřené revizi, pokud se objeví budoucí data, která je zpochybňují. Tento postoj neustálého zpochybňování a otevřenosti ke změnám je další z velkých silných stránek vědecké metody.
Existují základní kroky a další kroky?
Jedním z aspektů, které mohou vyvolat největší kontroverze při definování kroků vědecké metody, je rozhodnutí, které z nich by měly být považovány za povinné a které by byly pouze doplňky , které proces obohacují.
Povinné kroky jsou ty, které jsou přítomny v jakémkoli typu vědeckého výzkumu bez ohledu na obor: pozorování, formulace otázky, hypotéza, experimentování, analýza a závěry. Bez těchto základních prvků bychom nemohli správně hovořit o vědecké metodě.
Na druhou stranu existují kroky, které někteří autoři považují za doplňkové , jako například:
- Explicitní uznání problémuKromě pouhého pozorování výzkumník jasně formuluje problém, který chce řešit, což pomáhá zaměřit výzkum.
- PředpovědiZ hypotézy se odvozují specifické důsledky, které by měly být pozorovány, pokud je hypotéza pravdivá. Tyto předpovědi slouží jako vodítko pro navrhování nových experimentů.
- Vzájemné hodnocení a šíření v nespecializovaných médiíchprocesy, které, ačkoli nejsou vždy uvedeny jako formální „kroky“, jsou nezbytné pro sociální validace vědeckých poznatků.
V každém případě všechny tyto dodatečné prvky slouží jako posílení nezbytných kroků, poskytují více informací a zvyšují solidnost výzkumu, ale nenahrazují základní fáze, které jsme již popsali.
V jakých oblastech se uplatňuje vědecká metoda?
Vědecká metoda se uplatňuje v široké škále oborů, nejen v klasických přírodních vědách. Mezi nejvýznamnější oblasti patří:
- Přírodní vědyFyzika, chemie, biologie, geologie, astronomie… Cílem všech z nich je porozumět jevům fyzikálního světa prostřednictvím… pozorování, experimentování a analýza dat.
- Lékařství a zdravotnictvípoužívá se k vyšetřování příčiny onemocnění, vyvíjet účinné léčebné postupy, hodnotit léky a zlepšovat zdravotní péči prostřednictvím kontrolovaných klinických studií.
- Inženýrství a technologieInženýři aplikují vědeckou metodu na návrhová technická řešení, testování prototypů, optimalizace výrobních procesů a zajištění bezpečnosti konstrukcí a zařízení.
- Společenské vědyDisciplíny jako psychologie, sociologie, ekonomie a pedagogika přizpůsobují vědeckou metodu složitosti lidského chování pomocí průzkumů, kontrolovaných experimentů, terénních studií a statistické analýzy.
- Environmentální vědyPoužívá se ke studiu účinků lidská činnost na životní prostředí, posuzovat dopad znečišťujících látek, navrhovat strategie ochrany a navrhovat politiky založené na důkazech.
- Zemědělství a potravinářstvíVědecká metoda je klíčem ke zlepšení zemědělských postupůzvýšit výnosy plodin, vyvinout nové rezistentní odrůdy a zajistit zajištění potravin.
Kromě těchto oblastí lze vědeckou metodu aplikovat i na každodenní problémy, jako je řešení problémů v domácnosti, porovnávání produktů nebo optimalizace každodenních činností. Pokaždé, když pozorujeme problém , zvažujeme možné vysvětlení, testujeme různá řešení a vybereme to, které funguje nejlépe, jednoduše používáme stejnou logiku, která vede vědu.
Stručně řečeno, kroky vědecké metody, které jsme popsali, poskytují jasný a strukturovaný návod pro zkoumání světa kolem nás, zvyšují objektivitu našich závěrů a krok za krokem budují stále spolehlivější a užitečnější znalosti pro celou společnost.