Vedecká metóda: definícia, postup, kroky a princípy experimentálneho výskumu

To, čo odlišuje vedeckú metódu skúmania, je otázka známa ako "kritérium". Je to odpoveď na otázku: Existuje spôsob, ako zistiť, či je nejaký pojem alebo teória vedou, na rozdiel od iného druhu poznania alebo presvedčenia? Existuje mnoho názorov, ako by sa malo vyjadriť. Logickí pozitivisti si mysleli, že teória je vedecká, ak sa dá overiť; Karl Popper si však myslel, že je to omyl. Domnieval sa, že teória nie je vedecká, ak neexistuje spôsob, ako by sa dala vyvrátiť. Na druhej strane Paul Feyerabend si myslel, že neexistuje žiadne kritérium. Podľa neho "všetko ide", alebo čokoľvek funguje, funguje.

Vedci sa snažia, aby realita hovorila sama za seba. Podporujú teóriu, keď sa jej predpovede potvrdia, a spochybňujú ju, keď sa jej predpovede ukážu ako nepravdivé. Vedeckí výskumníci ponúkajú hypotézy ako vysvetlenia javov a navrhujú experimenty na overenie týchto hypotéz. Keďže veľké teórie nemožno testovať priamo, robí sa to testovaním predpovedí odvodených z teórie. Tieto kroky sa musia dať opakovať, aby sa predišlo omylom alebo zámene konkrétneho experimentátora.

Vedecké skúmanie má byť vo všeobecnosti čo najobjektívnejšie. Aby sa znížila neobjektívnosť interpretácie výsledkov, vedci svoju prácu publikujú, a tak sa o údaje a metódy delia s ostatnými vedcami.

Veda a veci, ktoré nie sú vedou (napríklad pseudoveda), sa často rozlišujú podľa toho, či používajú vedeckú metódu. Jedným z prvých ľudí, ktorí vytvorili prehľad krokov vedeckej metódy, bol John Stuart Mill.

Neexistuje jediná vedecká metóda. Niektoré oblasti vedy sú založené na matematických modeloch, napríklad fyzika a klimatológia. Iné oblasti, ako napríklad mnohé oblasti spoločenských vied, majú hrubé teórie a spoliehajú sa viac na modely, ktoré vyplývajú z ich údajov. Niekedy sa vedci zameriavajú na testovanie a potvrdzovanie hypotéz, ale dôležité je aj otvorené skúmanie. Niektoré vedné oblasti využívajú laboratórne experimenty. Iné zhromažďujú pozorovania z reálnych situácií. Mnohé oblasti vedy sú kvantitatívne, kladú dôraz na číselné údaje a matematickú analýzu. Niektoré oblasti, najmä spoločenské vedy, však využívajú kvalitatívne metódy, ako sú rozhovory alebo podrobné pozorovania správania ľudí alebo zvierat. Prílišné zameranie sa na jeden druh metódy môže viesť k tomu, že budeme ignorovať poznatky získané pomocou iných metód.

Niektoré učebnice sa zameriavajú na jednu štandardnú "vedeckú metódu". Táto predstava o jednotnej vedeckej metóde je do veľkej miery založená na experimentálnych, kvantitatívnych oblastiach vedy, v ktorých sa testujú hypotézy. Na ostatné oblasti vedy sa príliš neuplatňuje. Často sa o nej píše ako o niekoľkých krokoch:

1. Položte otázku o svete. Každá vedecká práca sa začína otázkou alebo problémom, ktorý treba vyriešiť.^{I, p9} Niekedy je pre vedca najťažšie práve vymyslieť správnu otázku. Na otázku by sa malo dať odpovedať pomocou experimentu.
2. Vytvorte hypotézu - jednu z možných odpovedí na otázku. Hypotéza vo vede je slovo, ktoré znamená "kvalifikovaný odhad o tom, ako niečo funguje". Malo by byť možné dokázať jej správnosť alebo nesprávnosť. Napríklad tvrdenie typu "Modrá farba je lepšia ako zelená" nie je vedeckou hypotézou. Nedá sa dokázať, či je správne alebo nie. "Viac ľudí má rado modrú farbu ako zelenú" by však mohlo byť vedeckou hypotézou, pretože by sa dalo spýtať mnohých ľudí, či majú radšej modrú ako zelenú farbu, a dospieť k jednej alebo druhej odpovedi.
3. Navrhnite experiment. Ak je hypotéza skutočne vedecká, malo by byť možné navrhnúť experiment na jej overenie. Experiment by mal byť schopný povedať vedcovi, či je hypotéza nesprávna; nemusí mu povedať, či je hypotéza správna. V uvedenom príklade by experiment mohol zahŕňať opýtanie sa mnohých ľudí, aké sú ich obľúbené farby. Uskutočniť experiment však môže byť veľmi ťažké. Čo ak kľúčovou otázkou, ktorú treba ľuďom položiť, nie je, aké farby majú radi, ale aké farby neznášajú? Koľkých ľudí sa treba opýtať? Existujú spôsoby položenia otázky, ktoré by mohli zmeniť výsledok spôsobom, ktorý sa neočakával? To všetko sú otázky, ktoré si vedci musia položiť predtým, ako urobia experiment a uskutočnia ho. Zvyčajne chcú vedci testovať vždy len jednu vec. Aby to dosiahli, snažia sa, aby každá časť experimentu bola rovnaká pre všetkých, okrem veci, ktorú chcú testovať.
4. Experimentujte a zbierajte údaje. Tu sa vedec pokúsi spustiť experiment, ktorý predtým navrhol. Niekedy vedec počas experimentu dostane nové nápady. Niekedy je ťažké zistiť, kedy sa experiment konečne skončí. Niekedy bude experimentovanie veľmi náročné. Niektorí vedci strávia väčšinu svojho života učením sa, ako robiť dobré experimenty.
5. Otázky prečo. Vysvetlenia sú odpoveďami na otázky prečo. ^{II, s3}
6. Vyvodiť závery z experimentu. Niekedy nie je ľahké pochopiť výsledky. Niekedy samotné experimenty otvárajú nové otázky. Niekedy môžu výsledky experimentu znamenať veľa rôznych vecí. O všetkých týchto otázkach je potrebné dôkladne premýšľať.
7. Oznámte ich ostatným. Kľúčovým prvkom vedy je zdieľanie výsledkov experimentov, aby ostatní vedci mohli tieto poznatky sami využívať a aby z toho mala prospech celá veda. Vedci zvyčajne nedôverujú novým tvrdeniam, pokiaľ ich predtým nepreskúmali iní vedci, aby sa uistili, že to znie ako skutočná veda. Toto sa nazýva peer review ("peer" tu znamená "ostatní vedci"). Práca, ktorá prejde vzájomným hodnotením, sa uverejní vo vedeckom časopise.

Aj keď je napísaný ako zoznam, vedci môžu niekoľkokrát prejsť medzi jednotlivými krokmi, kým budú s odpoveďou spokojní.

Nie všetci vedci používajú vyššie uvedenú "vedeckú metódu" pri svojej každodennej práci. Niekedy sa skutočná vedecká práca vôbec nepodobá na vyššie uvedené.

Povedzme, že chceme zistiť vplyv teploty na spôsob, akým sa cukor rozpúšťa v pohári vody. Nižšie uvádzame jeden zo spôsobov, ako to urobiť, pričom postupujeme krok za krokom podľa vedeckej metódy.

Cieľ

Rozpúšťa sa cukor rýchlejšie v horúcej alebo studenej vode? Má teplota vplyv na rýchlosť rozpúšťania cukru? Túto otázku by sme si mohli položiť.

Plánovanie experimentu

Jedným z jednoduchých pokusov je rozpúšťanie cukru vo vode s rôznou teplotou a sledovanie času potrebného na rozpustenie cukru. Tým by sa overila myšlienka, že rýchlosť rozpúšťania sa mení v závislosti od kinetickej energie rozpúšťadla.

Chceme sa uistiť, že v každom pokuse použijeme presne rovnaké množstvo vody a presne rovnaké množstvo cukru. Robíme to preto, aby sme sa uistili, že samotná teplota spôsobuje účinok. Môže sa napríklad stať, že na rýchlosť rozpúšťania bude mať vplyv aj pomer cukru a vody. Aby sme boli mimoriadne opatrní, môžeme pokus vykonať aj tak, aby sa teplota vody počas pokusu nemenila.

Tento postup sa nazýva "izolovanie premennej". To znamená, že z faktorov, ktoré môžu mať vplyv, sa v experimente mení len jeden.

Spustenie experimentu

Experiment vykonáme v troch pokusoch, ktoré sú úplne rovnaké, s výnimkou teploty vody.

1. Do presne 1 litra vody studenej takmer ako ľad dáme presne 25 gramov cukru. Nemiešame. Zistíme, že trvá 30 minút, kým sa všetok cukor rozpustí.
2. Do 1 litra vody izbovej teploty (20 °C) dáme presne 25 gramov cukru. Nemiešame. Zistíme, že trvá 15 minút, kým sa všetok cukor rozpustí.
3. Do 1 litra teplej vody (50 °C) dáme presne 25 gramov cukru. Nemiešame. Zistíme, že trvá 4 minúty, kým sa všetok cukor rozpustí.

Vyvodzovanie záverov

Jedným zo spôsobov, ktorý uľahčuje prehľad výsledkov, je vytvoriť ich tabuľku, v ktorej budú uvedené všetky veci, ktoré sa zmenili pri každom spustení experimentu. Naša by mohla vyzerať takto:

Ak by všetky ostatné časti experimentu boli rovnaké (nepoužili by sme raz viac cukru ako inokedy, nemiešali by sme raz viac, inokedy menej atď.), potom by to bol veľmi dobrý dôkaz, že teplo ovplyvňuje rýchlosť rozpúšťania cukru.

Nemôžeme si však byť istí, či na to nemá vplyv aj niečo iné. Príkladom skrytej príčiny môže byť to, že cukor sa rozpúšťa rýchlejšie vždy, keď sa v tom istom hrnci rozpustí viac cukru. Pravdepodobne to nie je pravda, ale ak by to pravda bola, mohlo by to spôsobiť, že výsledky by boli presne rovnaké: tri pokusy a posledný by bol najrýchlejší. V tejto chvíli nemáme dôvod myslieť si, že je to pravda, ale mohli by sme si to všimnúť ako ďalšiu možnú odpoveď.

Kríza replikácie (alebo kríza replikovateľnosti) sa týka krízy vo vede. Veľmi často sa stáva, že výsledok vedeckého experimentu je neskôr ťažké alebo nemožné zopakovať, a to buď nezávislými výskumníkmi, alebo samotnými pôvodnými výskumníkmi. Hoci má kríza dlhodobé korene, toto slovné spojenie vzniklo začiatkom roka 2010 ako súčasť rastúceho povedomia o tomto probléme.

Keďže reprodukovateľnosť experimentov je základnou súčasťou vedeckej metódy, neschopnosť opakovať štúdie môže mať vážne dôsledky.

Kríza replikácie bola obzvlášť široko diskutovaná v oblasti psychológie (a najmä sociálnej psychológie) a v medicíne, kde sa vyvinulo množstvo snáh o opätovné skúmanie klasických výsledkov a snahu určiť platnosť výsledkov, a ak sú neplatné, tak aj dôvody neúspechu replikácie.

Nedávne diskusie tento problém lepšie objasnili.

Prvky vedeckej metódy vypracovali niektorí prví študenti prírody.

• "Považujeme za dobrú zásadu vysvetľovať javy čo najjednoduchšou hypotézou." Ptolemaios (85 - 165 n. l.). Toto je raný príklad toho, čo nazývame Occamova britva.
• Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) a Roger Bacon (1214-1294) dosiahli určitý pokrok v rozvoji vedeckých metód.
• Vedci sa v 17. storočí začali zhodovať na tom, že experimentálna metóda je hlavným spôsobom, ako nájsť pravdu. V západnej Európe to urobili muži ako Galileo, Kepler, Hooke, Boyle, Halley a Newton. V tom istom čase bol vynájdený mikroskop a ďalekohľad (v Holandsku) a vznikla Kráľovská spoločnosť. Prístroje, spoločnosti a vydavateľstvá výrazne pomohli vede.

• Falzifikovateľnosť
• História vedy
• Filozofia vedy
• Slepý experiment