I 6 passi del metodo scientifico e le sue caratteristiche
Le fasi del metodo scientifico servono a rispondere a una domanda scientifica in modo organizzato e obiettivo. Implica l'osservazione del mondo e dei suoi fenomeni, arriva a una spiegazione di ciò che viene osservato, verifica se la spiegazione è valida e infine accetta o rifiuta la spiegazione.
Il metodo scientifico ha quindi una serie di caratteristiche che lo definiscono: osservazione, sperimentazione e domande e risposte a domande. Tuttavia, non tutti gli scienziati seguono esattamente questo processo. Alcuni rami della scienza possono essere più facilmente testati di altri.
Ad esempio, gli scienziati che studiano come le stelle cambiano quando invecchiano o come i dinosauri digeriscono il loro cibo non possono far avanzare la vita di una stella in un milione di anni o condurre studi e test con dinosauri per testare le loro ipotesi.
Quando la sperimentazione diretta non è possibile, gli scienziati modificano il metodo scientifico. Sebbene sia stato modificato quasi con ogni indagine scientifica, l'obiettivo è lo stesso: scoprire le relazioni di causa ed effetto ponendo domande, raccogliendo ed esaminando i dati e verificando se tutte le informazioni disponibili possano essere combinate in una risposta logica.
D'altra parte, spesso le fasi del metodo scientifico sono iterative; nuove informazioni, osservazioni o idee possono causare la ripetizione dei passaggi.
I protocolli del metodo scientifico possono essere suddivisi in sei fasi / fasi / fasi che si applicano a tutti i tipi di ricerca:
chiede
-osservazione
-Formulazione dell'ipotesi
-Experimentación
-Analisi dei dati
-Riposare o accettare l'ipotesi.
Di seguito mostrerò i passaggi fondamentali che vengono eseguiti quando si fa un'indagine. Per comprenderlo meglio, alla fine dell'articolo lascerò un esempio dell'applicazione dei passaggi di un esperimento di biologia; nella scoperta della struttura del DNA.
Quali sono i passaggi del metodo scientifico? Cosa sono e le loro caratteristiche
Step 1- Fai una domanda
Il metodo scientifico inizia quando lo scienziato / ricercatore fa una domanda su qualcosa che ha osservato o su cosa sta studiando: come, cosa, quando, chi, cosa, perché o dove?
Ad esempio, Albert Einstein, quando stava sviluppando la sua teoria della relatività speciale, si chiese: che cosa avrebbe visto se potesse camminare accanto a un raggio di luce mentre si diffondeva nello spazio?
Passaggio 2: osservazione
Questo passaggio consiste nel fare osservazioni e raccogliere informazioni che aiuteranno a rispondere alla domanda. Le osservazioni non dovrebbero essere informali, ma intenzionali con l'idea che le informazioni raccolte siano oggettive.
La raccolta sistematica e attenta delle misurazioni e dei dati è la differenza tra pseudoscienze, come l'alchimia e la scienza, come la chimica o la biologia.
Le misurazioni possono essere effettuate in un ambiente controllato, come un laboratorio, o su oggetti più o meno inaccessibili o non manipolabili, come stelle o popolazioni umane.
Le misure spesso richiedono strumenti scientifici specializzati come termometri, microscopi, spettroscopi, acceleratori di particelle, voltmetri ...
Esistono diversi tipi di osservazione scientifica. I più comuni sono diretti e indiretti.
Un esempio di osservazione sarebbe quello fatto da Louis Pasteur prima di sviluppare la sua teoria germinale delle malattie infettive. Sotto un microscopio, osservò che i bachi da seta del sud della Francia avevano malattie infette da parassiti.
Fase 3- Formulazione dell'ipotesi
Il terzo stadio è la formulazione dell'ipotesi. Un'ipotesi è un'affermazione che può essere utilizzata per prevedere l'esito di future osservazioni.
L'ipotesi nulla è un buon tipo di ipotesi per iniziare un'indagine. È una spiegazione suggerita di un fenomeno o di una proposta ragionata che suggerisce una possibile correlazione tra un insieme di fenomeni.
Un esempio di ipotesi nulla è: "la velocità con cui cresce l'erba non dipende dalla quantità di luce che riceve".
Esempi di ipotesi:
- I calciatori che si allenano regolarmente approfittando del tempo, segnano più gol di quelli che perdono il 15% di allenamento.
- I genitori per la prima volta che hanno studiato l'istruzione superiore sono 70% più rilassati alla nascita.
Un'ipotesi utile dovrebbe consentire le previsioni mediante il ragionamento, incluso il ragionamento deduttivo. L'ipotesi potrebbe prevedere il risultato di un esperimento in un laboratorio o l'osservazione di un fenomeno in natura. La previsione può anche essere statistica e trattare solo con le probabilità.
Se le previsioni non sono accessibili per osservazione o esperienza, l'ipotesi non è ancora verificabile e rimarrà in quella misura non scientifica. Successivamente, una nuova tecnologia o teoria potrebbe rendere possibili gli esperimenti necessari.
Passaggio 4. Sperimentazione
Il passo successivo è la sperimentazione, quando gli scienziati eseguono i cosiddetti esperimenti scientifici, in cui vengono testate le ipotesi.
Le previsioni che cercano di rendere l'ipotesi possono essere verificate con esperimenti. Se i risultati del test contraddicono le previsioni, le ipotesi vengono messe in discussione e diventano meno sostenibili.
Se i risultati sperimentali confermano le previsioni delle ipotesi, allora sono considerati più corretti, ma potrebbero essere sbagliati e comunque soggetti a nuovi esperimenti.
Per evitare l'errore di osservazione negli esperimenti, viene utilizzata la tecnica del controllo sperimentale. Questa tecnica utilizza il contrasto tra più campioni (o osservazioni) in condizioni diverse per vedere cosa varia o cosa rimane lo stesso.
esempio
Ad esempio, per verificare l'ipotesi nulla "il tasso di crescita dell'erba non dipende dalla quantità di luce", dovremmo osservare e prendere i dati dall'erba che non è esposta alla luce.
Questo è chiamato il "gruppo di controllo". Sono identici agli altri gruppi sperimentali, ad eccezione della variabile che viene studiata.
È importante ricordare che il gruppo di controllo può essere diverso da qualsiasi gruppo sperimentale in una variabile. In questo modo puoi sapere che è quella variabile che produce cambiamenti o no.
Ad esempio, non è possibile confrontare l'erba che si trova all'esterno all'ombra con l'erba al sole. Né l'erba di una città con quella di un'altra. Ci sono variabili tra i due gruppi oltre alla luce, come l'umidità del suolo e il pH.
Un altro esempio di gruppi di controllo molto comuni
Gli esperimenti per sapere se un farmaco ha l'efficacia per trattare ciò che si desidera sono molto comuni. Ad esempio, se vuoi conoscere gli effetti dell'aspirina potresti usare due gruppi in un primo esperimento:
- Gruppo sperimentale 1, a cui viene fornita l'aspirina.
- Controllo di gruppo 2, con le stesse caratteristiche del gruppo 1, a cui non è fornita l'aspirina.
Passaggio 5: analisi dei dati
Dopo l'esperimento, vengono acquisiti i dati, che possono essere sotto forma di numeri, sì / no, presenti / assenti o altre osservazioni.
È importante tenere conto dei dati che non erano previsti o che non erano desiderati. Molti esperimenti sono stati sabotati da ricercatori che non tengono conto dei dati che non corrispondono a quanto previsto.
Questo passaggio implica determinare quali risultati dell'esperimento mostrare e decidere le azioni successive da intraprendere. Le previsioni dell'ipotesi sono confrontate con quelle dell'ipotesi nulla, per determinare quale sia più capace di spiegare i dati.
Nei casi in cui un esperimento viene ripetuto molte volte, può essere necessaria un'analisi statistica.
Se la prova ha respinto l'ipotesi, è necessaria una nuova ipotesi. Se i dati sperimentali supportano l'ipotesi, ma l'evidenza non è abbastanza forte, altre previsioni dell'ipotesi dovrebbero essere testate con altri esperimenti.
Una volta che un'ipotesi è fortemente supportata da prove, è possibile chiedere una nuova domanda di ricerca per fornire maggiori informazioni sullo stesso argomento.
Step 6: Conclusioni. Interpretare i dati e accettare o rifiutare l'ipotesi
Per molti esperimenti, le conclusioni sono formate sulla base di un'analisi informale dei dati. Basta chiedere, i dati rientrano nell'ipotesi? è un modo di accettare o rifiutare un'ipotesi.
Tuttavia, è meglio applicare un'analisi statistica ai dati, per stabilire un grado di "accettazione" o "rifiuto". La matematica è anche utile per valutare gli effetti degli errori di misurazione e altre incertezze in un esperimento.
Se l'ipotesi è accettata, non è garantito che sia l'ipotesi corretta. Questo significa solo che i risultati dell'esperimento supportano l'ipotesi. È possibile duplicare l'esperimento e ottenere risultati diversi la volta successiva. L'ipotesi può anche spiegare le osservazioni, ma è la spiegazione errata.
Se l'ipotesi viene rifiutata, può essere la fine dell'esperimento o può essere eseguita di nuovo. Se il processo viene eseguito nuovamente, verranno eseguite più osservazioni e più dati.
Altre fasi sono: 7- Pubblica risultati e 8- Controlla i risultati replicando la ricerca (fatta da altri scienziati)
Se un esperimento non può essere ripetuto per produrre gli stessi risultati, ciò implica che i risultati originali avrebbero potuto essere errati. Di conseguenza, è comune che un singolo esperimento venga eseguito più volte, specialmente quando ci sono variabili incontrollate o altre indicazioni di errore sperimentale.
Per ottenere risultati significativi o sorprendenti, altri scienziati possono anche provare a replicare i risultati da soli, soprattutto se questi risultati sono importanti per il proprio lavoro.
Un vero esempio di metodo scientifico nella scoperta della struttura del DNA
La storia della scoperta della struttura del DNA è un classico esempio delle fasi del metodo scientifico: nel 1950 era noto che l'eredità genetica aveva una descrizione matematica, dagli studi di Gregor Mendel, e che il DNA conteneva informazioni genetiche.
Tuttavia, il meccanismo di memorizzazione delle informazioni genetiche (cioè i geni) nel DNA non era chiaro.
È importante ricordare che solo Watson e Crick hanno partecipato alla scoperta della struttura del DNA, sebbene abbiano ricevuto il premio Nobel. Hanno contribuito con la conoscenza, i dati, le idee e le scoperte di molti scienziati del tempo.
domanda
La precedente ricerca sul DNA aveva determinato la sua composizione chimica (i quattro nucleotidi), la struttura di ciascuno dei nucleotidi e altre proprietà.
Il DNA era stato identificato come portatore di informazioni genetiche dall'esperimento di Avery-MacLeod-McCarty nel 1944, ma il meccanismo di memorizzazione delle informazioni genetiche nel DNA non era chiaro.
La domanda potrebbe quindi essere:
Come vengono archiviate le informazioni genetiche nel DNA?
Osservazione e ipotesi
Tutto ciò che è stato studiato a quel tempo sul DNA era costituito da osservazioni. In questo caso, le osservazioni venivano spesso fatte con un microscopio o una radiografia.
Linus Pauling propose che il DNA potesse essere una tripla elica. Questa ipotesi è stata presa in considerazione anche da Francis Crick e James D. Watson, ma è stata scartata.
Quando Watson e Crick conoscevano l'ipotesi di Pauling, capirono dai dati esistenti che aveva torto e Pauling avrebbe presto ammesso le sue difficoltà con quella struttura. Pertanto, la gara per scoprire la struttura del DNA era scoprire la struttura corretta.
Che previsione farebbe l'ipotesi? Se il DNA avesse una struttura elicoidale, il suo modello di diffrazione dei raggi X sarebbe a forma di X.
Pertanto, l'ipotesi che il DNA abbia una struttura a doppia elica sarebbe testata con risultati / dati a raggi X. E 'stata specificatamente testata con dati di diffrazione a raggi X forniti da Rosalind Franklin, James Watson e Francis Crick nel 1953.
esperimento
Rosalind Franklin ha cristallizzato il DNA puro e ha eseguito la diffrazione dei raggi X per produrre la foto 51. I risultati hanno mostrato una forma a X.
In una serie di cinque articoli pubblicati su Nature, sono state dimostrate le prove sperimentali a sostegno del modello Watson e Crick.
Di questi, l'articolo di Franklin e Raymond Gosling, è stata la prima pubblicazione con dati di diffrazione a raggi X che supportava il modello Watson e Crick
Analisi e conclusioni
Quando Watson vide il dettagliato modello di diffrazione, lo riconobbe immediatamente come un'elica.
Lui e Crick hanno prodotto il loro modello, utilizzando queste informazioni insieme a informazioni precedentemente note sulla composizione del DNA e sulle interazioni molecolari, come i legami idrogeno.
storia
Poiché è difficile delineare esattamente quando è stato utilizzato il metodo scientifico, è difficile rispondere alla domanda su chi ha creato il metodo scientifico.
Il metodo e i suoi passaggi si sono evoluti nel tempo e gli scienziati che lo stavano usando hanno dato il loro contributo, evolvendosi e perfezionandosi a poco a poco.
Aristotele e i greci
Aristotele, uno dei più influenti filosofi della storia, fu il fondatore della scienza empirica, cioè il processo di testare le ipotesi dall'esperienza, dalla sperimentazione e dall'osservazione diretta e indiretta.
I Greci furono la prima civiltà occidentale che cominciò a osservare e misurare per comprendere e studiare i fenomeni del mondo, tuttavia non esisteva una struttura che la definisse un metodo scientifico.
Musulmani e l'età d'oro dell'Islam
In realtà, lo sviluppo del metodo scientifico moderno iniziò con studiosi musulmani durante l'età dell'oro dell'Islam, tra il X e il XIV secolo. Più tardi, i filosofi-scienziati dell'Illuminismo continuarono a perfezionarlo.
Tra tutti gli studiosi che hanno dato il loro contributo, Alhacén (Abū 'Alī al-Ḥasan ibn al-anasan ibn al-Hayṯam), è stato il principale contributore, considerato da alcuni storici come "l'architetto del metodo scientifico". Il suo metodo ha le seguenti fasi, puoi vedere la sua somiglianza con quelle spiegate in questo articolo:
-Osservazione del mondo naturale
-Stabilire / definire il problema.
-Formula un'ipotesi.
-Metti l'ipotesi attraverso la sperimentazione.
-Valutazione e analisi dei risultati.
-Interpretare i dati e trarre conclusioni.
-Pubblicare i risultati.
Rinascimento
Il filosofo Roger Bacon (1214 - 1284) è considerato la prima persona ad applicare il ragionamento induttivo come parte del metodo scientifico.
Durante il Rinascimento, Francis Bacon sviluppò il metodo induttivo attraverso la causa e l'effetto, e Descartes propose che la deduzione fosse l'unico modo per imparare e capire.
Newton e scienza moderna
Isaac Newton può essere considerato lo scienziato che ha raffinato il processo fino ad oggi come è noto. Propose e mise in pratica il fatto che il metodo scientifico avesse bisogno sia del metodo deduttivo sia di quello induttivo.
Dopo Newton, c'erano altri grandi scienziati che hanno contribuito allo sviluppo del metodo, tra cui Albert Einstein.
importanza
Il metodo scientifico è importante perché è un modo affidabile per acquisire conoscenza. Si basa sull'affermazione di affermazioni, teorie e conoscenze su dati, esperimenti e osservazioni.
Pertanto, è essenziale per il progresso della società nella tecnologia, nella scienza in generale, nella salute e in generale generare conoscenze teoriche e applicazioni pratiche.
Ad esempio, questo metodo scientifico è contrario a quello basato sulla fede. Con fede credi in qualcosa secondo tradizioni, scritti o credenze, senza fare affidamento su prove che possono essere confutate, né puoi fare esperimenti o osservazioni che negano o accettano le credenze di quella fede.
Con la scienza, un ricercatore può eseguire le fasi di questo metodo, raggiungere conclusioni, presentare i dati e altri ricercatori possono replicare quell'esperimento o le osservazioni per convalidarlo o meno.
