שיטה מדעית: 6 השלבים ומאפייניהם (דוגמה) - מַדָע - 2025

השיטה המדעית היא תהליך המשמש ענפי המדע כדי לבדוק השערה מדעית באמצעות תצפית, תשאול, השערת ניסוח, והתנסות. זו דרך רציונלית להשיג ידע אובייקטיבי ואמין.

לשיטה המדעית אפוא שורה של מאפיינים המגדירים אותה: התבוננות, ניסויים, ושאלת שאלות ותשובה עליהן. עם זאת, לא כל המדענים עוקבים אחר תהליך זה בדיוק. ניתן לבדוק בקלות כמה ענפים של מדע יותר מאחרים.

שלבי השיטה המדעית: שאלה, חקירה, ניסוח השערה, ניסוי, ניתוח נתונים, מסקנות.

לדוגמה, מדענים החוקרים כיצד הכוכבים משתנים כשהם מתבגרים או כיצד דינוזאורים עיכלו את מזונם לא יכולים לקדם את חיי הכוכב במיליון שנים או לבצע מחקרים ובדיקות עם דינוזאורים כדי לבחון את ההשערות שלהם.

כאשר לא ניתן לבצע ניסויים ישירים, מדענים משנים את השיטה המדעית. למרות שהיא משתנה כמעט בכל חקירה מדעית, המטרה היא זהה: לגלות יחסי סיבה ותוצאה על ידי שאילת שאלות, איסוף ובחינת נתונים ובדיקה אם ניתן לשלב את כל המידע הזמין לתשובה הגיונית.

מצד שני, מדען עובר לעתים קרובות שוב בשלבי השיטה המדעית, מכיוון שמידע, נתונים או מסקנות חדשים עשויים לגרום לנחוץ לעבור שוב את הצעדים.

לדוגמה, מדען עשוי להניח כי "אכילת יתר מאיצה הזדקנות", לערוך ניסוי ולהסיק מסקנה. לאחר מכן תוכל לעבור את הצעדים שוב, החל מהשערה נוספת, כמו "אכילת יותר מדי סוכר מאיצה את ההזדקנות."

מהי השיטה המדעית ולמה היא מיועדת?

השיטה המדעית היא שיטת חקירה אמפירית המשמשת להשגת ידע ומידע חדשים. "אמפירי" פירושו שהוא מבוסס על מציאות, משתמש בנתונים; זה ההפך מ"תיאורטי ". לכן מדענים משתמשים בשיטה המדעית כדי ללמוד על מציאות, איסוף נתונים וביצוע ניסויים. ניתן לחלק אותו לשישה שלבים / שלבים / שלבים החלים על כל סוגי המחקרים:

-שאלה על סמך התבוננות.

-חֲקִירָה.

- ניסוח ההשערה.

-התנסות.

ניתוח נתונים.

דחה או קבל את ההשערה (מסקנות).

בשלב הבא אראה את הצעדים הבסיסיים שננקטים בעת ביצוע חקירה. כדי שתבינו זאת טוב יותר, בסוף המאמר אשאיר דוגמא ליישום השלבים בניסוי ביולוגי; בגילוי מבנה ה- DNA.

המאפיינים העיקריים של השיטה המדעית

- השתמש בתצפית כנקודת מוצא.

- שאל שאלות ותשובות. כדי לנסח השערה, המדען שואל שאלות ותשובות באופן שיטתי, ומבקש ליצור קשרים בין גורמים להיבטים בהיבטי המציאות.

- דורש אימות, כלומר, יש לאמת את התוצאות על ידי מדענים שונים.

- מייצר מסקנות מופרכות. אם לא ניתן לאמת את המסקנות, לא ניתן ליישם את השיטה המדעית.

- מפיק תוצאות לשחזור; ניתן לשכפל את הניסויים על ידי מדענים כדי לנסות להשיג את אותן תוצאות.

- זה אובייקטיבי; זה מבוסס על ניסויים והתבוננות, ולא על דעות סובייקטיביות.

מהם השלבים של השיטה המדעית? ממה הם מורכבים ותכונותיהם

שלב 1 - שאל שאלה המבוססת על התצפית

השיטה המדעית מתחילה כאשר המדען / חוקר שואל שאלה לגבי משהו שהם צפו או על מה הם חוקרים: איך, מה, מתי, מי, מה, למה או איפה?

דוגמאות לתצפיות ושאלות:

- לואי פסטר ציין במיקרוסקופ כי תולעי המשי בדרום צרפת חלו במחלות הנגועות בטפילים.

- ביולוג צופה תחת המיקרוסקופ שנוכחותם של סוגים מסוימים של תאים משפרת את הסימפטומים של אבעבועות שחורות. אתה יכול לשאול, האם התאים האלה נלחמים בנגיף האבעבועות שחורות?

- אלברט איינשטיין, כשפתח את תיאוריית היחסות המיוחדת שלו, שאל את עצמו: מה היית רואה אם ​​היית יכול ללכת ליד קרן אור כשהיא מתפשטת בחלל?

שלב 2- חקירה

שלב זה מורכב מביצוע מחקר, איסוף מידע שיעזור לענות על השאלה. חשוב שהמידע שנאסף יהיה אובייקטיבי וממקורות אמינים. ניתן לחקור אותם דרך מסדי נתונים באינטרנט, בספריות, ספרים, ראיונות, מחקר, בין היתר.

ישנם מספר סוגים של התבוננות מדעית. הנפוצים ביותר הם ישירים ועקיפים.

שלב 3 - ניסוח השערה

השלב השלישי הוא ניסוח ההשערה. השערה היא אמירה שניתן להשתמש בה כדי לחזות את התוצאה של תצפיות עתידיות.

דוגמאות להשערות:

• שחקני כדורגל שמתאמנים באופן קבוע תוך ניצול זמן, מבקיעים שערים רבים יותר מאלו שמפספסים 15% מהאימונים.
• הורים חדשים שלמדו השכלה גבוהה הם ב 70% מהמקרים רגועים יותר בלידה.

על השערה שימושית לאפשר חיזויים על ידי הנמקה, כולל הנמקה דדוקטיבית. ההשערה יכולה לנבא את תוצאות ניסוי במעבדה או התבוננות בתופעה בטבע.

אם התחזיות אינן נגישות על ידי התבוננות או ניסיון, ההשערה עדיין לא ניתנת לבחינה והיא תישאר באותה מידה לא מדעית. מאוחר יותר, טכנולוגיה או תיאוריה חדשים עשויים לאפשר את הניסויים הנדרשים.

שלב 4- ניסוי

נסו מקרה עם בני אדם.

השלב הבא הוא ניסויים, כאשר מדענים מבצעים מה שנקרא ניסויים מדעיים, שבהם נבדקות השערות.

ניתן לבחון את התחזיות שההשערות מנסות לבצע. אם תוצאות הבדיקה עומדות בסתירה לתחזיות, ההשערות נשאלות והופכות פחות בר קיימא.

אם תוצאות הניסוי מאשרות את תחזיות ההשערות, ההשערות נחשבות כנכונות יותר, אך הן עלולות להיות שגויות ונשארות נתונות לניסויים נוספים.

כדי להימנע משגיאה תצפיתית בניסויים, נעשה שימוש בטכניקת בקרת הניסוי. טכניקה זו עושה שימוש בניגודיות בין מספר דגימות (או תצפיות) בתנאים שונים כדי לראות מה משתנה או מה נשאר זהה.

דוגמא

כדי לבחון את ההשערה "קצב הגידול של דשא אינו תלוי בכמות האור", יהיה עליכם לצפות ולקחת נתונים מעשב שאינו חשוף לאור.

זה נקרא "קבוצת ביקורת". הם זהים לקבוצות הניסוי האחרות, למעט המשתנה הנבדק.

חשוב לזכור שקבוצת הביקורת יכולה להשתנות רק מכל קבוצת ניסוי על ידי משתנה אחד. ככה תוכלו לדעת שזה המשתנה שמייצר שינויים או לא.

לדוגמה, דשא בחוץ בצל אינו ניתן להשוואה לדשא בשמש. גם לא עשב של עיר אחת מזה של עיר אחרת. ישנם משתנים בין שתי הקבוצות בנוסף לאור, כמו לחות אדמה ו- pH.

דוגמא נוספת לקבוצת ביקורת נפוצה מאוד

ניסויים בכדי לגלות אם תרופה יעילה בטיפול ברצוי נפוצים מאוד. לדוגמה, אם אתה רוצה לדעת את ההשפעות של אספירין, אתה יכול להשתמש בשתי קבוצות בניסוי ראשון:

• קבוצה ניסויית 1, אליה ניתן אספירין.
• קבוצת ביקורת 2, עם אותם מאפיינים כמו קבוצה 1, ולא סיפקה להם אספירין.

שלב 5: ניתוח נתונים

לאחר הניסוי נלקחים הנתונים שיכולים להיות בצורת מספרים, כן / לא, נוכח / נעדר או תצפיות אחרות.

האיסוף השיטתי והקפדני של מדידות ונתונים הוא ההבדל בין מדעי המדע כמו אלכימיה למדעים, כמו כימיה או ביולוגיה. ניתן לבצע מדידות בסביבה מבוקרת, כמו מעבדה, או על חפצים פחות או יותר בלתי נגישים או לא ניתנים להפעלה, כמו כוכבים או אוכלוסיות אנושיות.

מדידות דורשות לרוב מכשירים מדעיים מיוחדים כמו מדי חום, מיקרוסקופים, ספקטרוסקופים, מאיצי חלקיקים, וולטמטרים …

שלב זה כולל קביעת תוצאות הניסוי והחלטה על הפעולות הבאות לבצע. במקרים בהם ניסוי חוזר על עצמו פעמים רבות, יתכן שיהיה צורך בניתוח סטטיסטי.

אם הראיות דחו את ההשערה, יש צורך בהשערה חדשה. אם הנתונים מהניסוי תומכים בהשערה, אך העדויות אינן מספיק חזקות, יש לבחון תחזיות אחרות להשערה בעזרת ניסויים אחרים.

לאחר שההשערה נתמכת בחדות מהעדויות, ניתן לבקש שאלה מחקרית חדשה שתביא מידע נוסף על אותו נושא.

שלב 6: מסקנות. פרש את הנתונים וקיבל או דחה את ההשערה

עבור ניסויים רבים מסקנות מסקנות על בסיס ניתוח לא פורמלי של הנתונים. פשוט שאלו, האם הנתונים מתאימים להשערה? זו דרך לקבל או לדחות השערה.

עם זאת, עדיף ליישם ניתוח סטטיסטי על הנתונים, כדי לבסס מידה של 'קבלה' או 'דחייה'. מתמטיקה שימושית גם להערכת ההשפעות של טעויות מדידה וחוסר וודאות אחרות בניסוי.

אם ההשערה מתקבלת, לא מובטח שהיא ההשערה הנכונה. זה רק אומר שתוצאות הניסוי תומכות בהשערה. אפשר לשכפל את הניסוי ולקבל תוצאות שונות בפעם הבאה. ההשערה עשויה להסביר גם את התצפיות, אך היא ההסבר השגוי.

אם ההשערה נדחית, יתכן שזה סוף הניסוי או שניתן לעשות זאת שוב. אם תחזור על התהליך, יהיו לך יותר תצפיות ונתונים נוספים.

שלבים אחרים הם: 7- העברת תוצאות ו- 8- בדוק את התוצאות על ידי שכפול המחקר (שבוצע על ידי מדענים אחרים)

אם לא ניתן לחזור על ניסוי כדי להביא לאותן תוצאות, זה מרמז שהתוצאות המקוריות יכולות היו להיות שגויות. כתוצאה מכך מקובל לבצע ניסוי בודד מספר פעמים, במיוחד כאשר ישנם משתנים לא מבוקרים או אינדיקציות אחרות לשגיאה ניסיונית.

כדי להשיג תוצאות משמעותיות או מפתיעות, מדענים אחרים עשויים גם לנסות לשכפל את התוצאות עצמן, במיוחד אם תוצאות אלה חשובות לעבודתם.

דוגמא אמיתית לשיטה מדעית בגילוי מבנה ה- DNA

ההיסטוריה של גילוי מבנה ה- DNA היא דוגמא קלאסית לשלבי השיטה המדעית: בשנת 1950 היה ידוע שלירושה גנטית היה תיאור מתמטי, ממחקרי גרגור מנדל, וכי DNA הכיל מידע גנטי.

עם זאת, מנגנון האחסון של מידע גנטי (כלומר גנים) ב- DNA לא היה ברור.

חשוב לציין כי לא רק ווטסון וקריק השתתפו בגילוי מבנה ה- DNA, אף כי זכו בפרס נובל. מדענים רבים באותה תקופה תרמו ידע, נתונים, רעיונות ותגליות.

שאלה מהתצפיות

מחקר קודם שנעשה על DNA קבע את ההרכב הכימי שלו (ארבעת הנוקלאוטידים), את המבנה של כל אחד מהנוקלאוטידים ותכונות אחרות.

ה- DNA זוהה כמובילה של מידע גנטי על ידי הניסוי Avery-MacLeod-McCarty בשנת 1944, אך המנגנון של אופי המידע הגנטי ב- DNA לא היה ברור.

על כן השאלה יכולה להיות:

חֲקִירָה

האנשים המעורבים, כולל לינוס פאולינג, ווטסון או קריק, חקרו וחיפשו מידע; במקרה זה יתכן ומחקרי הזמן, הספרים והשיחות עם עמיתים.

הַשׁעָרָה

לינוס פאולינג הציע ש- DNA יכול להיות סליל משולש. השערה זו נחשבה גם על ידי פרנסיס קריק וג'יימס ד. ווטסון, אך הם השליכו אותה.

כאשר נודע לווטסון וקריק על ההשערה של פאולינג, הם הבינו מהנתונים הקיימים שזה לא בסדר, ופולינג הודה במהרה בקשייו במבנה זה. לכן המירוץ לגילוי מבנה ה- DNA היה לגלות את המבנה הנכון.

איזו תחזית הייתה ההשערה? אם ל- DNA היה מבנה סלילי, דפוס ההפרדה שלו ברנטגן היה בצורת X.

לפיכך, ההשערה לפיה ל- DNA מבנה סליל כפול תיבחן על פי תוצאות / נתונים של רנטגן, ובאופן ספציפי היא נבדקה על פי נתוני דיפרקציה של רנטגן שנמסרו על ידי רוזלינד פרנקלין, ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק בשנת 1953.

לְנַסוֹת

רוזלינד פרנקלין גיבשה DNA טהור וביצעה דיפרקציה של הרנטגן כדי לייצר תצלום 51. התוצאות הראו צורת רנטגן.

עדויות ניסיוניות התומכות במודל ווטסון וקריק הודגמו בסדרה של חמישה מאמרים שפורסמו ב- Nature.

מתוכם, העיתון פרנקלין וריימונד גוסלינג היה הפרסום הראשון עם נתוני דיפרקציה של רנטגן שתומכים במודל ווטסון וקריק.

ניתוח ומסקנות

כשראה ווטסון את דפוס הניתוק המפורט, הוא מיד זיהה אותו כסליל.

הוא וקריק ייצרו את המודל שלהם, תוך שימוש במידע זה יחד עם מידע שהיה ידוע בעבר על הרכב ה- DNA ועל אינטראקציות מולקולריות, כמו קשירת מימן.

הִיסטוֹרִיָה

מכיוון שקשה להגדיר בדיוק מתי החלה השימוש בשיטה המדעית, קשה לענות על השאלה מי יצר אותה.

השיטה והצעדים שלה התפתחו עם הזמן והמדענים שהשתמשו בה תרמו את תרומם, התפתחו ושכללו מעט לאט.

אריסטו והיוונים

אריסטו, אחד הפילוסופים המשפיעים ביותר בהיסטוריה, היה מייסד המדע האמפירי, כלומר תהליך בדיקת השערות מניסיון, ניסויים והתבוננות ישירה ועקיפה.

היוונים היו התרבות המערבית הראשונה שהחלה להתבונן ולמדוד כדי להבין וללמוד את תופעות העולם, אולם לא היה מבנה שכינה אותה השיטה המדעית.

מוסלמים ותור הזהב של האיסלאם

למעשה, התפתחות השיטה המדעית המודרנית החלה עם חוקרים מוסלמים בתקופת הזהב של האיסלאם, במאות העשרה עד ה -14. בהמשך, הפילוסוף-מדעני הנאורות המשיכו לעדן אותו.

בין כל החוקרים שתרמו, אלחסן (Abū 'Alī Al-Ḥasan ibn al-Ḥasan ibn Al-Hayṯam), היה התורם העיקרי, שנחשב על ידי כמה היסטוריונים כ"אדריכל השיטה המדעית ". בשיטה שלו היו השלבים הבאים, אתה יכול לראות את הדמיון שלה עם אלו שהוסברו במאמר זה:

- שמירה על עולם הטבע.

- הקבע / הגדר את הבעיה.

- ניסוח השערה.

-בחן את ההשערה באמצעות ניסויים.

הערך ונתח תוצאות.

-פרש את הנתונים והסקת מסקנות.

-פרסם את התוצאות.

רֵנֵסַנס

הפילוסוף רוג'ר בייקון (1214-1284) נחשב לאדם הראשון שהשתמש בהנמקה אינדוקטיבית כחלק מהשיטה המדעית.

במהלך הרנסנס פיתח פרנסיס בייקון את השיטה האינדוקטיבית דרך סיבה ותוצאה, ודקרט הציע כי ניכוי הוא הדרך היחידה ללמוד ולהבין.

ניוטון ומדע מודרני

אייזק ניוטון יכול להיחשב המדען ששכלל סופית את התהליך עד שהיום הוא ידוע. הוא הציע, והוציא לפועל, את העובדה שהשיטה המדעית נדרשת הן לשיטה הדדוקטיבית והן לאינדוקציה.

אחרי ניוטון היו מדענים גדולים אחרים שתרמו לפיתוח השיטה, כולל אלברט איינשטיין.

חֲשִׁיבוּת

השיטה המדעית חשובה מכיוון שזו דרך אמינה לרכוש ידע. זה מבוסס על בסיס טענות, תיאוריות וידע על נתונים, ניסויים ותצפיות.

לכן, חיוני לקידום החברה בטכנולוגיה, במדע בכלל, בבריאות ובכלל לייצר ידע תיאורטי ויישומים מעשיים.

לדוגמא, שיטת מדע זו מנוגדת לשיטה המבוססת על אמונה. באמונה, מאמינים במשהו על ידי מסורות, כתבים או אמונות, מבלי להיות מבוסס על ראיות שניתן להפריך, ולא ניתן לערוך ניסויים או תצפיות השוללים או מקבלים את אמונותיה של אותה אמונה.

בעזרת מדע, חוקר יכול לבצע את שלבי שיטה זו, להגיע למסקנות, להציג את הנתונים, וחוקרים אחרים יכולים לשכפל את הניסוי או התצפיות כדי לאמת אותם או לא.

הפניות

1. הרננדז סמפיירי, רוברטו; פרננדז קולאדו, קרלוס ובפטיסטה לוסיו, פילאר (1991). מתודולוגיית מחקר (מהדורה שנייה, 2001). מקסיקו DF, מקסיקו. מקגרו-היל.
2. קזילק, סי ג'יי ופירסון, דייוויד (2016, 28 ביוני). מהי השיטה המדעית? אוניברסיטת מדינת אריזונה, המכללה לאמנויות ומדעים ליברלים. ניגש ל- 15 בינואר 2017.
3. Lodico, Marguerite G.; ספאולדינג, דין ט. ו Voegtle, קתרין ה '(2006). שיטות במחקר חינוכי: מתיאוריה לתרגול (מהדורה שנייה, 2010). סן פרנסיסקו, ארצות הברית. ג'וססי-בס.
4. מרקז, עומר (2000). תהליך המחקר במדעי החברה. בארינס, ונצואלה. UNELLEZ.
5. Tamayo T., Mario (1987). תהליך המחקר המדעי (מהדורה שלישית, 1999). מקסיקו DF, מקסיקו. לימוזה.
6. Vera, Alirio (1999). ניתוח נתונים. סן כריסטובל, ונצואלה. האוניברסיטה הניסוי הלאומית בטצ'ירה (UNET).
7. וולפס, פרנק LH (2013). מבוא לשיטה המדעית. ניו יורק, ארה"ב. אוניברסיטת רוצ'סטר, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה. ניגש ל- 15 בינואר 2017.
8. וודקה, חוסה (1998, 24 בספטמבר). מהי "השיטה המדעית"? ריברסייד, ארצות הברית. אוניברסיטת קליפורניה, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה. ניגש ל- 15 בינואר 2017.
9. מרטין שוטווורת '(23 באפריל, 2009). מי המציא את השיטה המדעית? הוחזר ב- 23 בדצמבר 2017 מ- Explorable.com: explorable.com.