Teaduslik meetod

Teaduslik meetod viitab viisidele, kuidas uurida nähtusi, saada uusi teadmisi, parandada vigu ja eksimusi ning testida teooriaid.

Oxford English Dictionary ütleb, et teaduslik meetod on: "meetod või protseduur, mis on iseloomustanud loodusteadust alates 17. sajandist ja mis seisneb süstemaatilises vaatluses, mõõtmises ja eksperimendis ning hüpoteeside püstitamises, kontrollimises ja muutmises".

Teadlane kogub empiirilisi ja mõõdetavaid tõendeid ning kasutab usaldusväärseid põhjendusi. Uued teadmised vajavad sageli kohandamist või sobitamist varasemate teadmistega.

Théodore Gericault' (1791-1824) maal "Epsomi derby" (1821) kujutab hobuste võiduajamist. Kõigi hobuste jalad on õhus, ükski hobuse jalg ei puuduta maad.

Muybridge'i 1878. aasta fotod "The Horse in Motion" (Hobune liikumises) kasutati vastuseks küsimusele, kas galopeeriva hobuse kõik neli jalga on kunagi korraga maast lahti. See näitab fotograafia kasutamist eksperimentaalse vahendina teaduses.

Kriteerium

Teaduslikku uurimismeetodit eristab küsimus, mida nimetatakse "kriteeriumiks". See on vastus küsimusele: kas on võimalik kindlaks teha, kas mingi mõiste või teooria on teadus, erinevalt mingist muust teadmisest või uskumusest? On olnud palju ideid selle kohta, kuidas seda tuleks väljendada. Loogilised positivistid arvasid, et teooria on teaduslik, kui seda saab kontrollida; Karl Popper aga arvas, et see on viga. Ta arvas, et teooria ei ole teaduslik, kui seda ei saa mingil viisil ümber lükata. Teisalt arvas Paul Feyerabend, et mingit kriteeriumi ei ole olemas. Tema jaoks kehtib "anything goes" ehk mis iganes toimib, see toimib.

Teadlased püüavad lasta tegelikkusel enda eest rääkida. Nad toetavad teooriat, kui selle ennustused leiavad kinnitust, ja seavad selle kahtluse alla, kui selle ennustused osutuvad valeks. Teadlased esitavad nähtuste seletamiseks hüpoteese ja kavandavad eksperimente nende hüpoteeside kontrollimiseks. Kuna suuri teooriaid ei saa otseselt testida, tehakse seda teooriast tuletatud ennustuste testimise teel. Need sammud peavad olema korratavad, et vältida eksimusi või eksimusi mõne konkreetse eksperimendi poolt.

Teadusliku uurimise eesmärk on üldiselt olla võimalikult objektiivne. Tulemuste erapooliku tõlgendamise vähendamiseks avaldavad teadlased oma tööd ja jagavad seega andmeid ja meetodeid teiste teadlastega.

Etapid

Teadust ja asju, mis ei ole teadus (näiteks pseudoteadus), eristatakse sageli selle järgi, kas nad kasutavad teaduslikku meetodit. Üks esimesi inimesi, kes koostas teadusliku meetodi etappide ülevaate, oli John Stuart Mill.

Ei ole olemas ühte teaduslikku meetodit. Mõned teadusvaldkonnad põhinevad matemaatilistel mudelitel, näiteks füüsika ja kliimateadus. Teistes valdkondades, näiteks paljudes sotsiaalteaduste valdkondades, on teooriad umbkaudsed ja nad tuginevad rohkem andmetest tulenevatele mustritele. Mõnikord keskenduvad teadlased hüpoteeside testimisele ja kinnitamisele, kuid oluline on ka avatud uurimine. Mõned teadusvaldkonnad kasutavad laboratoorset katsetamist. Teised koguvad vaatlusi reaalsetest olukordadest. Paljud teadusvaldkonnad on kvantitatiivsed, rõhutades arvandmeid ja matemaatilist analüüsi. Kuid mõnes valdkonnas, eriti sotsiaalteadustes, kasutatakse kvalitatiivseid meetodeid, näiteks intervjuud või inimeste või loomade käitumise üksikasjalikud vaatlused. Liigne keskendumine ühele meetodile võib viia selleni, et ignoreerime teadmisi, mis on saadud teiste meetodite abil.

Mõned õpikud keskenduvad ühele, standardsele "teaduslikule meetodile". See idee ühest teaduslikust meetodist põhineb suuresti eksperimentaalsetel, hüpoteese testivatel, kvantitatiivsetel teadusvaldkondadel. See ei kehti väga hästi teiste teadusvaldkondade kohta. Sageli kirjutatakse see mitmete sammudena:

Esitage küsimus maailma kohta. Kogu teaduslik töö algab küsimusest, mida esitada, või probleemist, mida lahendada.^{I, p9} Mõnikord on teadlase jaoks kõige raskem osa lihtsalt õige küsimuse väljamõtlemine. Küsimus peaks olema vastatav eksperimendi abil.
Koostage hüpotees - üks võimalik vastus küsimusele. Teaduses on hüpotees sõna, mis tähendab "haritud oletus selle kohta, kuidas miski toimib". Seda peaks olema võimalik tõestada, kas see on õige või vale. Näiteks selline väide nagu "Sinine on parem värv kui roheline" ei ole teaduslik hüpotees. Seda ei saa tõestada, et see on õige või vale. "Sinine värv meeldib rohkematele inimestele kui roheline" võiks aga olla teaduslik hüpotees, sest võiks küsida paljudelt inimestelt, kas neile meeldib sinine värv rohkem kui roheline, ja saada vastuse nii või teisiti.
Kavandage eksperiment. Kui hüpotees on tõeliselt teaduslik, peaks olema võimalik kavandada katse selle testimiseks. Eksperiment peaks teadlasele ütlema, kas hüpotees on vale; see ei pruugi öelda, kas hüpotees on õige. Ülaltoodud näite puhul võiks eksperiment hõlmata paljude inimeste küsitlemist nende lemmikvärvide kohta. Eksperimendi tegemine võib aga olla väga keeruline. Mis siis, kui põhiküsimus, mida inimestelt küsida, ei ole mitte see, millised värvid neile meeldivad, vaid milliseid värve nad vihkavad? Kui paljudelt inimestelt tuleb küsida? Kas on võimalusi küsimuse esitamiseks, mis võivad muuta tulemust ootamatul viisil? Need on kõik sellised küsimused, mida teadlased peavad küsima, enne kui nad eksperimendi teevad ja seda ellu viivad. Tavaliselt tahavad teadlased katsetada ainult ühte asja korraga. Selleks püüavad nad eksperimendi iga osa teha kõigile ühesuguseks, välja arvatud asi, mida nad tahavad testida.
Katsetage ja koguge andmeid. Siinkohal püüab teadlane viia läbi katse, mille ta on eelnevalt kavandanud. Mõnikord saab teadlane katse käigus uusi ideid. Mõnikord on raske teada, millal katse lõplikult lõpeb. Mõnikord on eksperimenteerimine väga raske. Mõned teadlased veedavad suurema osa oma elust, et õppida, kuidas teha häid katseid.
Miks-küsimused. Selgitused on vastused miks-küsimustele. ^{II, lk 3}
Tehke eksperimendi põhjal järeldusi. Mõnikord ei ole tulemusi lihtne mõista. Mõnikord avavad katsed ise uusi küsimusi. Mõnikord võivad eksperimendi tulemused tähendada palju erinevaid asju. Kõiki neid tuleb hoolikalt läbi mõelda.
Teavitage neist teisi. Teaduse põhielement on katsete tulemuste jagamine, et teised teadlased saaksid neid teadmisi ise kasutada ja kogu teadus saaks sellest kasu. Tavaliselt ei usalda teadlased uut väidet, kui teised teadlased ei ole seda kõigepealt üle vaadanud, et veenduda, et see kõlab nagu tõeline teadus. Seda nimetatakse eksperdihinnanguks ("eksperdihinnang" tähendab siinkohal "teisi teadlasi"). Töö, mis läbib eksperdihinnangu, avaldatakse teadusajakirjas.

Kuigi see on kirjutatud loeteluna, võivad teadlased mitu korda erinevate sammude vahel edasi-tagasi liikuda, enne kui nad on vastusega rahul.

Mitte kõik teadlased ei kasuta oma igapäevatöös eespool nimetatud "teaduslikku meetodit". Mõnikord ei sarnane tegelik teadustöö sugugi eespool kirjeldatuga.

Näide: suhkru lahustamine vees

Oletame, et me tahame välja selgitada temperatuuri mõju sellele, kuidas suhkur lahustub klaasis vees. Allpool on esitatud üks võimalus seda teha, järgides samm-sammult teaduslikku meetodit.

Eesmärk

Kas suhkur lahustub kiiremini kuumas või külmas vees? Kas temperatuur mõjutab seda, kui kiiresti suhkur lahustub? See on küsimus, mida me võiksime küsida.

Eksperimendi kavandamine

Üks lihtne katse oleks suhkru lahustamine erineva temperatuuriga vees ja selle jälgimine, kui palju aega kulub suhkru lahustumiseks. See oleks katse, mille käigus saaks kontrollida, et lahustumise kiirus sõltub lahusti kineetilisest energiast.

Tahame veenduda, et kasutame igas katses täpselt sama palju vett ja täpselt sama palju suhkrut. Teeme seda selleks, et veenduda, et ainult temperatuur põhjustab mõju. Näiteks võib olla, et ka suhkru ja vee suhe mõjutab lahustumise kiirust. Et olla eriti ettevaatlik, võime katse ka nii läbi viia, et vee temperatuur katse ajal ei muutuks.

Seda nimetatakse "muutuja isoleerimiseks". See tähendab, et eksperimendis muudetakse ainult ühte võimalikku mõju avaldavatest teguritest.

Eksperimendi läbiviimine

Teeme katse kolmel katsel, mis on täpselt samad, välja arvatud vee temperatuur.

Paneme täpselt 25 grammi suhkrut täpselt 1 liitrisse peaaegu jääkülma vette. Me ei sega. Märkame, et kulub 30 minutit, enne kui kogu suhkur on lahustunud.
Paneme täpselt 25 grammi suhkrut täpselt 1 liitrisse toatemperatuurilisse (20 °C) vette. Me ei sega. Märkame, et kulub 15 minutit, enne kui kogu suhkur on lahustunud.
Paneme täpselt 25 grammi suhkrut täpselt 1 liitrisse sooja vett (50 °C). Me ei sega. Märkame, et kulub 4 minutit, enne kui kogu suhkur on lahustunud.

Järelduste tegemine

Üks viis, mis muudab tulemuste nägemise lihtsaks, on teha neist tabel, kus on loetletud kõik asjad, mis muutusid iga kord, kui me katset läbi viisime. Meie võiks välja näha nii:

Temperatuur	Lahustumisaeg
1 °C	30 min
20 °C	15 min
50 °C	4 min

Kui kõik muud katsete osad oleksid samad (me ei kasutanud ühel korral rohkem suhkrut kui teisel korral, me ei seganud ühel või teisel korral jne), siis oleks see väga hea tõend selle kohta, et soojus mõjutab suhkru kiiret lahustumist.

Me ei saa siiski kindlalt teada, et seda ei mõjuta midagi muud. Näide varjatud põhjuse kohta võib olla see, et suhkur lahustub kiiremini iga kord, kui samasse potti lahustatakse rohkem suhkrut. Tõenäoliselt ei ole see tõsi, kuid kui see oleks nii, siis võiks tulemused olla täpselt samad: kolm katset ja viimane neist oleks kõige kiirem. Meil ei ole praegu põhjust arvata, et see on tõsi, kuid me võiksime seda teise võimaliku vastusena märkida.

Replikatsioonikriis

Replikatsioonikriis (või replitseeritavuse kriis) viitab kriisile teaduses. Väga sageli on teadusliku eksperimendi tulemust raske või võimatu hiljem kas sõltumatute teadlaste või algsete teadlaste endi poolt korrata. Kuigi kriisil on pikaajalised juured, võeti see mõiste kasutusele 2010. aastate alguses osana probleemi teadvustamisest.

Kuna katsete reprodutseeritavus on teadusliku meetodi oluline osa, võib uuringute kordamise võimetus olla tõsiste tagajärgedega.

Kordamiskriisi on eriti laialdaselt arutatud psühholoogia (ja eriti sotsiaalpsühholoogia) ja meditsiini valdkonnas, kus on tehtud mitmeid jõupingutusi klassikaliste tulemuste uuesti uurimiseks ja püütud kindlaks teha nii tulemuste kehtivust kui ka, kui need on kehtetud, kordamise ebaõnnestumise põhjuseid.

Hiljutised arutelud on seda probleemi paremini teadvustanud.

Ajaloolised aspektid

Teadusliku meetodi elemente töötasid välja mõned varajased loodusteadlased.

"Peame heaks põhimõtteks seletada nähtusi võimalikult lihtsa hüpoteesiga." Ptolemaios (85-165 pKr). See on varajane näide sellest, mida me nimetame Occami habemeajaks.
Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) ja Roger Bacon (1214-1294) tegid kõik teatavaid edusamme teadusliku meetodi arendamisel.
Teadlased hakkasid 17. sajandil nõustuma, et eksperimentaalne meetod on peamine viis tõe leidmiseks. Seda tegid Lääne-Euroopas sellised mehed nagu Galileo, Kepler, Hooke, Boyle, Halley ja Newton. Samal ajal leiutati (Hollandis) mikroskoop ja teleskoop ning loodi Kuninglik Selts. Instrumendid, seltsid ja kirjastamine aitasid teadusele väga palju kaasa.

Seotud leheküljed

Küsimused ja vastused

K: Mis on teaduslik meetod?

V: Teaduslik meetod on viis, kuidas uurida nähtusi, saada uusi teadmisi, parandada vigu ja eksimusi ning testida teooriaid. See koosneb süstemaatilisest vaatlusest, mõõtmisest ja eksperimendist ning hüpoteeside püstitamisest, testimisest ja muutmisest.

K: Kuidas kasutab teadlane teaduslikku meetodit?

V: Teadlane kasutab teaduslikku meetodit, kogudes empiirilisi ja mõõdetavaid tõendeid ning kasutades usaldusväärseid põhjendusi.

K: Mis on teadusliku meetodi eesmärk?

V: Teadusliku meetodi eesmärk on uurida nähtusi, saada uusi teadmisi, parandada vigu ja eksimusi ning testida teooriaid.

K: Millal tekkis teadusliku meetodi mõiste?

V: Teadusliku meetodi mõiste tekkis 17. sajandil.

K: Kuidas sobivad uued teadmised olemasolevatesse teadmistesse?

V: Uued teadmised vajavad sageli kohandamist või sobitamist varasemate teadmistega.

K: Millised on näited teadusliku meetodi abil tehtud tegevustest? V: Teadusliku meetodi abil tehtavate tegevuste hulka kuuluvad näiteks süstemaatiline vaatlus, mõõtmine, katsetamine, hüpoteeside püstitamine, nende õigsuse või kehtivuse kontrollimine ja vajaduse korral muutmine.