Научен метод: дефиниция, процес и основни стъпки

Критерий

Това, което отличава даден научен метод на изследване, е въпрос, известен като "критерий". Той е отговор на въпроса: има ли начин да се каже дали дадена концепция или теория е наука, за разлика от някакъв друг вид знание или убеждение? Съществуват много идеи за начина, по който трябва да се изрази. Логическите позитивисти смятаха, че една теория е научна, ако може да бъде проверена; но Карл Попър смяташе, че това е грешка. Той смята, че една теория не е научна, ако не съществува някакъв начин тя да бъде опровергана. От друга страна, Пол Файерабенд смяташе, че няма критерий. За него "всичко е позволено" или каквото работи, работи.

Учените се опитват да оставят реалността да говори сама за себе си. Те подкрепят дадена теория, когато прогнозите ѝ се потвърдят, и я оспорват, когато прогнозите ѝ се окажат неверни. Научните изследователи предлагат хипотези като обяснение на явленията и разработват експерименти за проверка на тези хипотези. Тъй като големите теории не могат да бъдат проверени директно, това става чрез проверка на предсказания, изведени от теорията. Тези стъпки трябва да могат да се повтарят, за да се предпазят от грешка или объркване от страна на всеки конкретен експериментатор.

Научното изследване по принцип има за цел да бъде възможно най-обективно. За да намалят пристрастното тълкуване на резултатите, учените публикуват своята работа и така споделят данни и методи с други учени.

Етапи

Науката и нещата, които не са наука (например псевдонауката), често се разграничават по това дали използват научния метод. Един от първите хора, които създават схема на етапите на научния метод, е Джон Стюарт Мил.

Няма един-единствен научен метод. Някои области на науката се основават на математически модели, като например физиката и науката за климата. Други области, като например много области на социалните науки, имат груби теории и разчитат повече на моделите, които се появяват от техните данни. Понякога учените се фокусират върху тестването и потвърждаването на хипотези, но е важно и откритото изследване. В някои научни области се използват лабораторни експерименти. Други събират наблюдения от реални ситуации. Много области на науката са количествени, като се набляга на цифровите данни и математическия анализ. Но в някои области, особено в социалните науки, се използват качествени методи, например интервюта или подробни наблюдения на поведението на хора или животни. Прекаленото съсредоточаване върху един вид метод може да ни накара да пренебрегнем знанието, получено чрез други методи.

Някои учебници се фокусират върху един-единствен стандартен "научен метод". Тази идея за единен научен метод до голяма степен се основава на експериментални, количествени области на науката, в които се проверяват хипотези. Тя не се прилага много добре в други области на науката. Често той се описва като редица стъпки:

1. Задайте въпрос за света. Всяка научна работа започва с въпрос, който трябва да се зададе, или с проблем, който трябва да се реши.^{I, p9} Понякога най-трудната част за един учен е да измисли правилния въпрос. Въпросът трябва да може да се отговори чрез експеримент.
2. Създайте хипотеза - един възможен отговор на въпроса. Хипотеза в науката е дума, която означава "обосновано предположение за това как работи нещо". Трябва да е възможно да се докаже, че тя е вярна или грешна. Например твърдение като "Синият цвят е по-добър от зеления" не е научна хипотеза. То не може да бъде доказано като правилно или погрешно. "Повече хора харесват синия цвят, отколкото зеления" обаче би могло да бъде научна хипотеза, защото човек може да попита много хора дали харесват синия цвят повече от зеления и да получи отговор в едната или другата посока.
3. Планирайте експеримент. Ако хипотезата е наистина научна, би трябвало да е възможно да се разработи експеримент, който да я провери. Експериментът трябва да може да покаже на учените дали хипотезата е погрешна; може да не им покаже дали хипотезата е правилна. В горния пример експериментът може да включва питане към много хора кои са любимите им цветове. Провеждането на експеримент обаче може да бъде много трудно. Какво ще стане, ако ключовият въпрос, който трябва да се зададе на хората, не е какви цветове харесват, а какви цветове мразят? Колко души трябва да бъдат попитани? Има ли начини за задаване на въпроса, които биха могли да променят резултата по начин, който не е бил очакван? Това са все въпроси, които учените трябва да си зададат, преди да направят експеримент и да го проведат. Обикновено учените искат да проверят само едно нещо в даден момент. За да направят това, те се опитват да направят всяка част от експеримента еднаква за всички, с изключение на нещото, което искат да тестват.
4. Експериментирайте и съберете данните. Тук ученият се опитва да проведе експеримента, който е планирал преди това. Понякога ученият получава нови идеи в хода на експеримента. Понякога е трудно да се разбере кога експериментът окончателно е приключил. Понякога експериментирането ще бъде много трудно. Някои учени прекарват по-голямата част от живота си в учене как да правят добри експерименти.
5. Въпроси защо. Обясненията са отговори на въпросите "защо".^{II, стр. 3}
6. Направете изводи от експеримента. Понякога резултатите не са лесни за разбиране. Понякога самите експерименти отварят нови въпроси. Понякога резултатите от даден експеримент могат да означават много различни неща. Всички тези въпроси трябва да се обмислят внимателно.
7. Предайте ги на другите. Ключов елемент на науката е споделянето на резултатите от експериментите, така че други учени да могат да използват знанията си и цялата наука да има полза. Обикновено учените не се доверяват на ново твърдение, ако други учени не са го разгледали първо, за да се уверят, че звучи като истинска наука. Това се нарича партньорска проверка ("партньор" тук означава "други учени"). Работата, която премине успешно партньорската проверка, се публикува в научно списание.

Въпреки че е написан като списък, учените могат да преминават напред и назад между различните етапи няколко пъти, преди да са удовлетворени от отговора.

Не всички учени използват горепосочения "научен метод" в ежедневната си работа. Понякога действителната научна работа не прилича на описаната по-горе.

Пример: разтваряне на захар във вода

Да речем, че ще открием влиянието на температурата върху начина, по който захарта се разтваря в чаша вода. По-долу е представен един от начините да направите това, следвайки научния метод стъпка по стъпка.

Цел

Захарта се разтваря по-бързо в гореща или в студена вода? Влияе ли температурата върху бързината на разтваряне на захарта? Това е въпрос, който бихме искали да зададем.

Планиране на експеримента

Един прост експеримент е да се разтвори захар във вода с различна температура и да се проследи колко време е необходимо на захарта да се разтвори. Това би било проверка на идеята, че скоростта на разтваряне варира в зависимост от кинетичната енергия на разтворителя.

Искаме да сме сигурни, че при всеки опит ще използваме точно едно и също количество вода и точно едно и също количество захар. Правим това, за да сме сигурни, че само температурата предизвиква ефекта. Може да се окаже например, че съотношението между захарта и водата също е фактор за скоростта на разтваряне. За да бъдем особено внимателни, можем също така да проведем опита така, че температурата на водата да не се променя по време на опита.

Това се нарича "изолиране на променлива". Това означава, че от факторите, които могат да окажат влияние, само един се променя в експеримента.

Провеждане на експеримента

Ще проведем експеримента в три опита, които са абсолютно еднакви, с изключение на температурата на водата.

1. Слагаме точно 25 грама захар в точно 1 литър вода, студена почти като лед. Не разбъркваме. Забелязваме, че е необходимо да минат 30 минути, преди цялата захар да се разтвори.
2. Поставяме точно 25 грама захар в точно 1 литър вода със стайна температура (20 °C). Не разбъркваме. Забелязваме, че е необходимо да минат 15 минути, преди цялата захар да се разтвори.
3. Поставяме точно 25 грама захар в точно 1 литър топла вода (50 °C). Не разбъркваме. Забелязваме, че захарта се разтваря за 4 минути.

Извличане на заключения

Един от начините, които улесняват разглеждането на резултатите, е да се състави таблица, в която да се изброят всички неща, които са се променяли при всяко провеждане на експеримента. Нашата може да изглежда така:

Ако всички останали части на експеримента бяха еднакви (не използвахме повече захар единия път, отколкото другия, не разбърквахме единия или другия път и т.н.), това би било много добро доказателство, че топлината влияе на това колко бързо се разтваря захарта.

Не можем обаче да сме сигурни, че няма нещо друго, което да го засяга. Пример за скрита причина може да бъде фактът, че захарта се разтваря по-бързо всеки път, когато в същия съд се разтвори повече захар. Това вероятно не е вярно, но ако беше така, би могло да направи резултатите абсолютно еднакви: три опита и последният ще бъде най-бърз. Засега нямаме причина да мислим, че това е вярно, но може би ще искаме да го отбележим като друг възможен отговор.

C.U.R.R.

За да покажете резултатите си с думи, един от начините е да използвате C.U.R.R. (Claim, evidence, reasoning, and revise - твърдение, доказателство, аргументация и преработка), който много ученици използват. Началните изречения за фазата включват, но не се ограничават до:

Твърдение: Отговорът на въпроса ми е/са...

Доказателства: Данните показват, че...

Обосновка: Мога да обясня това с...

Преразглеждане: Мога да подобря това, като...

Криза на репликацията

Кризата на възпроизвеждането (или кризата на възпроизводимостта) се отнася до криза в науката. Много често резултатът от даден научен експеримент е труден или невъзможен за повторение по-късно, било то от независими изследователи или от самите първоначални изследователи. Въпреки че кризата има дългогодишни корени, фразата е създадена в началото на 2010 г. като част от нарастващото осъзнаване на проблема.

Тъй като възпроизводимостта на експериментите е съществена част от научния метод, невъзможността за повторение на изследванията може да има сериозни последици.

Кризата с възпроизвеждането е особено широко обсъждана в областта на психологията (и по-специално социалната психология) и медицината, където са положени редица усилия за повторно изследване на класически резултати и за определяне на валидността на резултатите, а ако те са невалидни - на причините за неуспешното възпроизвеждане.

Неотдавнашните дискусии направиха този проблем по-известен.

Исторически аспекти

Елементи на научния метод са разработени от някои ранни изследователи на природата.

• "Смятаме за добър принцип да обясняваме явленията с възможно най-простата хипотеза." Птолемей (85-165 г.). Това е ранен пример за това, което наричаме бръснач на Окам.
• Ибн ал-Хайтам (Алхазен) (965-1039), Робърт Гросетест (1175-1253) и Роджър Бейкън (1214-1294) са постигнали известен напредък в развитието на научния метод.
• През XVII в. учените започват да се съгласяват, че експерименталният метод е основният начин за откриване на истината. Това е направено в Западна Европа от хора като Галилей, Кеплер, Хук, Бойл, Халей и Нютон. По същото време са изобретени микроскопът и телескопът (в Холандия) и е създадено Кралското дружество. Инструментите, обществата и издателската дейност са помогнали значително на науката.

Свързани страници

• Фалшифицируемост
• Исторически метод
• История на науката
• Философия на науката
• Метафилософия
• Сляп експеримент
• Псевдонаука