Наблюдение — дефиниция, методи, точност и научни инструменти
Наблюдение: дефиниция, методи и повишаване на точността чрез научни инструменти — спектрометри, камери, часовници и др. за обективни и възпроизводими данни.
Наблюдението е дейност на интелигентно живо същество (напр. човек), което усеща и усвоява знанието за дадено явление в рамките на своите предишни знания и представи.
Наблюдението е нещо повече от самия акт на наблюдение: Наблюдението изисква да се наблюдава и да се търси знание.
Наблюденията, които идват от самоопределящи се инструменти, често са ненадеждни. Такива наблюдения е трудно да се възпроизведат, защото могат да варират дори по отношение на едни и същи стимули. Затова те не са много полезни в точните науки като физиката, които изискват инструменти, които не се самоопределят. Поради това често се налага използването на различни инженерни инструменти като: спектрометри, осцилоскопи, камери, телескопи, интерферометри, магнетофони, термометри и др., както и инструменти като часовници, везни, които помагат за подобряване на точността, качеството и полезността на информацията, получена от дадено наблюдение.
Точността и огромният успех на науката се дължат преди всичко на точността и обективността (т.е. повторяемостта) на наблюденията на реалността, която науката изследва.
Методи на наблюдение
Наблюдението може да бъде организирано по много различни начини в зависимост от целите и контекста. Основните подходи включват:
- Естествено (натуралистично) наблюдение — записване на явленията в техния естествен контекст без намеса.
- Контролирано (лабораторно) наблюдение — провеждане на наблюдение при зададени условия, където променливите се контролират от изследователя.
- Участващо и неучастващо наблюдение — при участващото наблюдателят е част от средата; при неучастващото той остава външен наблюдател.
- Структурирано (със стандартен протокол) и неструктурирано наблюдение — първото използва формуляри и скали, второто позволява по-открит запис на наблюдаваното.
- Качествено и количествено наблюдение — качественото описва свойства и връзки; количественото дава числови измервания и статистическа обработка.
- Дистанционно наблюдение и автоматизирани системи — използване на сателити, датчици, камери и други устройства за запис без непосредствен човешки контакт.
Точност, обективност и повторяемост
Критични за научното наблюдение са точността (колко близко е измерването до истинската стойност) и прецизността (вътрешна последователност на повторните измервания). Основни фактори, които влияят върху тях, са:
- Грешки на наблюдателя — субективни оценки, пристрастие, умора или липса на обучение.
- Грешки на инструмента — калибровка, ограничен динамичен диапазон, шум и износване.
- Външни условия — температура, влажност, смущения, вибрации и други фактори, които променят измерването.
- Статистически фактори — пробация, размер на извадката, случайни грешки и методи за анализ (напр. доверителни интервали, тестове за значимост).
За да се подобри надеждността, науката прилага калибровка по проследими стандарти (метрология), стандартизирани протоколи, контрол на качеството, междупроектни сравнения и оценка на междунаблюдателната съгласуваност. Оценката на неопределеността (uncertainty) става част от доклада за измерване и дава реалистична представа за границите на достоверност.
Научни инструменти и тяхната роля
Инструментите разширяват сетивата и правят възможни прецизни измервания. Вече изброените примери са често използвани в експерименталната и наблюдателната практика:
- Спектрометри — анализират спектрално съдържание за определяне на химичен състав, енергийни нива и др.
- Осцилоскопи — визуализират електрически сигнали във времето и подпомагат измерване на честота, амплитуда и форма на вълната.
- Камери — от оптични до специализирани (инфрачервени, рентгенови) за запис на визуална информация.
- Телескопи — за наблюдение на далечни астрономически обекти, често в комбинация със спектрометри и камери.
- Интерферометри — измерват много малки разлики в пътя на вълни и позволяват висока пространствена резолюция.
- Магнетофони и други аудио записващи устройства — полезни при акустични наблюдения и архивиране на устни свидетелства.
- Термометри — измерват температурата; налични са от прости до високо-прецизни термометри за лабораторна метрология.
- Часовници и везни — фундаментални за измерване на време и маса; синхронизация и точност на времето са критични в много експерименти.
Съвременните системи често комбинират хардуер и софтуер: датчици, цифрови записващи устройства, алгоритми за филтриране и обработка, бази данни и инструменти за анализ и визуализация. Автоматизацията и дистанционното наблюдение намаляват човешките грешки и позволяват събиране на големи обеми данни (big data) за по-задълбочен анализ.
Практически съвети за надеждно наблюдение
- Ясно дефинирайте какво ще наблюдавате и как ще се измерва (операционализирайте променливите).
- Използвайте калибрирани и подходящи инструменти; проверявайте и документирайте калибровките.
- Разработете стандартни протоколи за запис и обучение на наблюдателите.
- При възможност прилагайте слепи/двойно-слепи методи, контролни групи и случайно разпределение за намаляване на пристрастия.
- Архивирайте суровите данни и метаданните (време, място, условия, версия на софтуер и др.).
- Оценявайте и докладвайте неопределеността и възможните източници на грешка.
- Сравнявайте резултатите с независими измервания или репликации, за да установите повторяемост.
Наблюдението е основен инструмент за натрупване на знание: добре проектираното и документирано наблюдение прави данните полезни, обективни и възпроизводими — качества, които стоят в основата на научния напредък.
Ролята на наблюдението в научния метод
Научният метод се отнася до техниките за изследване на явленията, придобиване на нови знания или коригиране и интегриране на предишни знания. За да бъде наречен научен, методът на изследване трябва да се основава на събиране на наблюдаеми, емпирични и измерими доказателства, подчинени на специфични принципи на разсъждение. Научният метод се състои от събиране на данни чрез наблюдение и експериментиране, както и от формулиране и проверка на хипотези.
Въпреки че процедурите се различават в различните области на изследване, разпознаваеми характеристики отличават научното изследване от другите методологии на познанието. Научните изследователи предлагат хипотези като обяснения на явленията и разработват експериментални изследвания за проверка на тези хипотези. Тези стъпки трябва да могат да се повтарят, за да се предскажат надеждно всички бъдещи резултати. Теориите, които обхващат по-широки области на изследване, могат да свържат много хипотези в последователна структура. Това от своя страна може да помогне за формирането на нови хипотези или за поставянето на групи хипотези в контекст.
Сред другите аспекти, които се споделят от различните области на изследване, е убеждението, че процесът трябва да бъде обективен, за да се намали тенденциозното тълкуване на резултатите. Друго основно очакване е да се документират, архивират и споделят всички данни и методология, така че да са на разположение за внимателна проверка от други учени, като по този начин се дава възможност на други изследователи да проверят резултатите, като се опитат да ги възпроизведат. Тази практика, наречена пълно оповестяване, позволява също така да се установят статистически мерки за надеждността на тези данни.
Тестване и подобрение
Научният процес е итеративен. На всеки етап е възможно някакво съображение да накара учените да повторят по-ранна част от процеса. Неуспехът да се развие интересна хипотеза може да накара ученият да дефинира отново разглеждания от него предмет. Неуспехът на дадена хипотеза да доведе до интересни и проверими прогнози може да доведе до преразглеждане на хипотезата или на определението на предмета. Неуспехът на експеримента да даде интересни резултати може да доведе до преразглеждане на експерименталния метод, на хипотезата или на определението на предмета от страна на учените.
Други учени могат да започнат собствени изследвания и да се включат в процеса на всеки етап. Те могат да възприемат характеристиката и да формулират собствена хипотеза или да възприемат хипотезата и да изведат собствени прогнози. Често експериментът не се прави от човека, който е направил прогнозата, и характеристиката се основава на експерименти, направени от някой друг. Публикуваните резултати от експерименти също могат да служат като хипотеза, предвиждаща собствената им възпроизводимост.
Въпроси и отговори
В: Какво е наблюдение?
О: Наблюдението е дейност на интелигентно живо същество (например човек), което усеща и усвоява знанията за дадено явление в рамките на своите предишни знания и представи.
В: По какво се различава наблюдението от простото наблюдаване?
О: Наблюдението изисква нещо повече от самото наблюдение; то включва активно търсене на знания, често чрез експериментиране.
В: Защо наблюденията, които се извършват от самоопределящи се инструменти, са ненадеждни?
О: Самоопределящите се инструменти могат да дадат различни резултати, дори когато са подложени на един и същ стимул, което ги прави трудни за възпроизвеждане и не много полезни за точни науки като физиката, които изискват точни измервания.
В: Какви видове инженерни инструменти се използват за подобряване на точността и качеството на информацията, получена чрез наблюдение?
О: Примери за инженерни инструменти са спектрометрите, осцилоскопите, камерите, телескопите, интерферометрите, магнетофоните, термометрите и т.н., както и инструменти като часовници и везни, които помагат за повишаване на точността и полезността.
Въпрос: Как е постигната точността в науката?
О: Точността и успехът на науката се дължат на точните и обективни (т.е. повторяеми) наблюдения, направени върху реалността, изследвана от науката.
обискирам