Ўвядзенне ў навуковы метад
Увядзенне ў навуковы метад
I. Навуковы метад складаецца з чатырох крокаў
1. Назіранне і апісанне з'явы ці групы з'яў.
2. Фармулёўка гіпотэзы для тлумачэння з'яў. У фізіцы, Гіпотэза часта прымае форму прычыннай механізм або матэматычнае стаўленне. 3. Выкарыстаньне гіпотэзы для прадказанні існавання іншых з'яў, або прадказаць колькасна вынікі новых назіранняў. 4. Выкананне эксперыментаў па праверцы прадказанняў некалькімі незалежнымі эксперыментатараў і правільна праведзеных эксперыментаў. Калі эксперыменты пацвярджаюць гіпотэзу ён можа прыйсці да разглядацца як тэорыя або закон прыроды (больш на канцэпцыі гіпотэзы, мадэлі, тэорыі і Закон ніжэй). Калі эксперыменты не пацвярджаюць гіпотэзу, яна павінна быць адхіленыя або зменены. Што з'яўляецца ключавым у апісанні навуковага метаду толькі што з'яўляецца предсказательная сіла (здольнасць, каб атрымаць больш з тэорыі чым вы паклалі ў, глядзіце таксама Курган, 1991) ад гіпотэзы або тэорыі, як праверана эксперыменту. Часта кажуць у навуцы, што тэорыі не можа быць даказана, толькі абвергнутыя. Існуе заўсёды магчымасць таго, што новае назіранне або новых Эксперымент будзе канфлікт з даўняй тэорыі.II. Праверка гіпотэз
Як толькі што заявіў, эксперыментальныя тэсты могуць прывесці альбо да пацверджання гіпотэзы, альбо да кіруючай з гіпотэзы. Навуковых Метад патрабуе, каб гіпотэзы выключыць або змяніць, калі яе прадказанні выразна і неаднаразова несумяшчальныя з эксперыментальнымі выпрабаваннямі. Акрамя таго, не Як бы элегантная тэорыя, яе прадказанні павінны пагадзіцца з эксперыментальнымі вынікі, калі мы лічым, што гэта правільнае апісанне прыроды. У фізікі, як і ў любы эксперыментальнай навуцы,эксперымент з'яўляецца вышэйшым і Эксперыментальная праверка гіпатэтычных прагнозаў з'яўляецца абсалютна неабходным. Эксперыменты могуць праверыць тэорыю непасрэдна (напрыклад, назіранне новых часціцы), альбо можа праверыць за наступствы, атрыманых з тэорыі з выкарыстаннем матэматыкі і логікі (хуткасць радыеактыўнага распаду працэс патрабуе існаванне новай часціцы). Адзначым, што неабходнасць эксперыменту таксама вынікае, што тэорыя павінна быць правяранай. Тэорыі, якія не могуць быць правераны, таму што, напрыклад, яны не маюць назіраныя наступствы (напрыклад, часціцы, характарыстыкі робяць яго ненаблюдаемой), не падпадаюць пад вызначэнне навуковых тэорый.
Калі прадказанні даўно тэорыі аказваюцца ў супярэчнасці з новымі эксперыментальнымі вынікамі, тэорыя можа быць адкінута як апісанне рэальнасць, але яна можа працягваць быць дастасавальныя ў абмежаваным дыяпазоне вымяраных параметраў. Напрыклад, законы класічнай механікі (Ньютана Законы) справядлівыя толькі пры хуткасцях, якія ўяўляюць цікавасць, нашмат менш, чым хуткасць святла (гэта значыць, у алгебраічнай форме, калі V /C <1). Так як гэта вобласць вялікая частка чалавечага вопыту, законы класічнай механіцы шырока, карысна і правільна ўжываць у вялікім дыяпазоне тэхнічных і навуковых праблем. Аднак у прыродзе мы назіраем у вобласці якіх V /C не з'яўляецца малым. Рухаў аб'ектаў у гэтай галіне, а таксама рух укласічнай вобласці, дакладна апісваецца праз раўнанняў тэорыі адноснасці Эйнштэйна. Мы лічым, у сувязі з эксперыментальнымі Выпрабаванні, што рэлятывісцкім тэорыі забяспечвае больш агульнага, і, такім чынам, больш дакладнай, апісанне прынцыпаў нашай Сусвету, чым Ранейкласічнай тэорыі. Акрамя таго, мы знаходзім, што рэлятывісцкім ўраўненні зводзіцца да класічных раўнаннях ў межах V /C <1. Акрамя таго, класічнай фізікі дзейнічае толькі на адлегласцях, значна больш, чым атамныя шалі (X >> 10 -8 т). Апісанне, якое мае месца ва ўсіх маштабах даўжынь даецца раўнаннямі квантавай механікі. Мы ўсе знаёмыя з тэорыямі, якія былі быць знішчаныя ў твар эксперыментальных доказаў. У вобласці астраноміі, зямля ў цэнтры апісанне планетарных арбіт быў скінуты сістэмы Каперніка, у дзе сонца быў змешчаны ў цэнтр шэраг канцэнтрычных, кругавой планетарных арбіт. Пазней гэтая тэорыя была змененая, так як вымярэння планет рухаў былі прызнаныя сумяшчальнымі з эліптычнай, а не круглыя, арбіты, а яшчэ пазней руху планет апынулася выводзяцца з Законы Ньютана. Памылка ў эксперыментах ёсць некалькі крыніц. Па-першае, ёсць памылкі ўласцівыя інструменты вымярэння. Паколькі гэты тып памылкі мае роўную верагоднасць вырабляць вымярэння вышэй або ніжэй, чым лікавасапраўднае значэнне, яна называецца выпадковая памылка. Па-другое, не з'яўляецца выпадковай або сістэматычнай памылкі, з-за фактараў, якія зрушэння выніку ў адным кірунку. Няма вымярэння, і, такім чынам, ні адзін эксперымент не можа быць абсалютна дакладным. У той жа час, у навуцы мы маем стандартныя спосабы ацэнкі і ў некаторых выпадках зніжэнне памылак. Такім чынам, важна для вызначэння дакладнасці вымярэнняў і асабліва, калі аб тым, колькасныя вынікі, па словах хібнасці вымярэнняў. Вымярэння без цытуе памылка не мае сэнсу. Параўнанне паміж эксперыментам і Тэорыя складаецца ў кантэксце эксперыментальных памылак. Навукоўцы спытаць, як многія стандартныя адхіленні вынікаў тэарэтычнага прадказанні ? Лі усе крыніцы сістэматычных і выпадковых памылак было правільна ацэнках ? Гэта абмяркоўваецца больш падрабязна ў дадатку на аналіз памылак і ў Статыстыка Лабараторыі 1.III. Тыповыя памылкі ва ўжыванні навуковага метаду
Як ужо гаварылася раней, навукова спробы метад звесткі да мінімуму Уплыў зрушэння вучонага аб выніках эксперыменту. Гэта значыць, пры праверцы гіпотэзы або тэорыі, навуковец, магчыма, перавага адным з вынікаў або іншага, і важна, каб гэты параметр не зрушэння Вынікі і іх інтэрпрэтацыя. Найбольш фундаментальная памылка з'яўляецца памылкай гіпотэзы для тлумачэння з'явы, без правядзення эксперыментальных выпрабаванняў. Часамздаровы сэнс ілогіка спакушаць нас паверыць, што не выпрабаванняў не патрабуецца. Ёсць мноства прыкладаў, пачынаючы з грэцкага філосафы і па гэты дзень.
Іншы распаўсюджанай памылкай з'яўляецца ігнараваць ці выключыць дадзеныя, якія не падтрымліваюць гіпотэзы. У ідэале, эксперыментатар адкрыты для магчымасці таго, што гіпотэза дакладная або няправільная. Часам, аднак, навукоўцам, магчыма, цвёрдае перакананне, што гіпотэза дакладная (або хлусня), ці адчувае унутраны ці знешняе ціск, каб атрымаць пэўны вынік. У гэтым выпадку, можа быць псіхалагічныя тэндэнцыі, каб знайсцінешта няправільна, такія як сістэматычныя эфекты, з дадзенымі, якія не падтрымліваюць чакання вучонага, у той час як дадзеныя, якія не згодны з гэтыя чаканні не могуць быць правераны, як старанна. Урок што ўсе дадзеныя павінны быць апрацаваны такім жа чынам. Яшчэ адна распаўсюджаная памылка ўзнікае з-за няздольнасці ацэнкі колькасна сістэматычнай памылкі (і ўсе памылкі). Ёсць шмат прыклады адкрыццяў, якія былі ўпушчаныя эксперыментатара, дадзеныя, якія змяшчаюцца новае з'ява, але растлумачыць яго прэч, як сістэматычнае фоне. З іншага боку, Ёсць шмат прыкладаў так званыхновых адкрыццяў, якая пазней апынуліся з-за сістэматычных памылак не даводзіцца напершаадкрывальнікаў. У полі, дзе ёсць актыўныя эксперыментаў і адкрытаму зносінам паміж членамі навуковай супольнасці, прадузятасці асобных асоб або груп можа скарачаюцца, таму што эксперыментальныя выпрабаванні паўтараюцца рознымі навукоўцамі якія могуць мець розныя прадузятасці. Акрамя таго, розныя тыпы эксперыментальных ўстаноўкі маюць розныя крыніцы сістэматычных памылак. За перыяд, які ахоплівае розных эксперыментальных выпрабаванняў (як правіла, па крайняй меры некалькі гадоў), кансенсус развіваецца ў грамадстве, якія эксперыментальныя вынікі вытрымалі выпрабаванне часу.IV. Гіпотэзы, мадэлі, тэорыі і законы
У фізіцы і іншым дысцыплінах, словыгіпотэза, Мадэль,тэорыі ізакон мець розныя канатацыі ў сувязі з стадыі прыняцця або веды пра гурт з'яў.
Гіпотэзы з'яўляецца абмежаваным заяву адносна прычын і наступстваў у канкрэтных сітуацый; гэта адносіцца і да нашай дзяржавы ведаў да эксперыментальная праца была выкананая і, магчыма, яшчэ да новага з'явы было прадказана. Каб узяць прыклад з паўсядзённага жыцця, выкажам здагадку, вы выявіце, што Ваш аўтамабіль не заводзіцца. Вы можаце сказаць:Мая машына не запускаецца з-за нізкім узроўні зараду акумулятара.Гэта ваша першая гіпотэза. Затым вы можаце праверыць агні засталіся на, або калі рухавік робіць пэўны гук, калі вы ўключаеце ключ запальвання. Вы маглі б на самай справе праверыць напружанне на клемах акумулятар. Калі вы выявіце, што батарэя не нізка, вы можа паспрабаваць іншая гіпотэза (стартар парушаецца,Гэта сапраўды не мая машына .) Слова мадэлі прызначаны для сітуацый, калі вядома, што гіпотэза мае па меншай меры абмежаваны тэрмін дзеяння. Часта двукоссі прыклад гэта Бор мадэль атама, у якім, у аналогіі з сонечнай сістэмы, электроны апісваюцца мае рухаюцца па кругавых арбітах вакол ядра. Гэта не дакладнае апісанне таго, што атамвыглядае, але мадэль атрымоўваецца матэматычна прадстаўляюць энергіі (але не правільна момантаў) квантавых станаў электрона ў найпростым выпадку, атама вадароду. Іншым прыкладам з'яўляецца закон Гука (якое павінна быць названа Гука Прынцып, або мадэлі Гука), які абвяшчае, што сіла, дзейсная на масу прыкладаецца да вясны прапарцыйна суме вясной расцягваецца. Мы ведаю, што гэты прынцып дзейнічае толькі для невялікага колькасці расцяжэння. Закон не калі вясной расцягваецца за яе мяжой пругкасці (гэта можа брэйк). Гэты прынцып, аднак, прыводзіць да прадказанню простыя гарманічныя руху, і, як мадэлі паводзін вясной, быў універсальным у надзвычай шырокім дыяпазоне ўжыванняў. Навуковай тэорыі ці закон ўяўляе гіпотэза, або група звязаных гіпотэз, якая была пацверджана шляхам шматразовых эксперыментальных выпрабаванняў. Тэорыі ў фізіцы часта фармулюецца ў тэрмінах некалькіх канцэпцый і раўнанняў, якія атаясамляюцца ззаконы прыроды, прапаноўваючы іх універсальную прымянімасць. Прымаюцца навуковыя тэорыі і законы становяцца часткай наша разуменне Сусвету і асновай для вывучэння менш добра разумеў галінах ведаў. Тэорыі не лёгка адкінуць, новыя адкрыцця першай мяркуецца, каб упісацца ў існуючыя тэарэтычныя асновы. Толькі тады, калі, пасля шматразовых эксперыментальных выпрабаванняў, новае з'ява не можа быць размешчаныя, што навукоўцы сур'езна пытанне тэорыі і спроба змяніць яго. Дзеянні, якое мы надаём навуковых тэорый, як прадстаўляюць рэаліі фізічнага свету з'яўляецца кантрастуе з павярхоўным несапраўдным маецца на ўвазе выраз:Гэта толькі тэорыя. Напрыклад, Малаверагодна, што чалавек будзе сысці з вышыннага будынка на здагадцы, што яны не будуць падаць, таму штоГравітацыя толькі тэорыі. Змены ў навуковай думкі і тэорыі ўзнікаюць, вядома, часам революционизирует наш погляд на свет (Kuhn, 1962). Зноў жа, ключавым фактарам для Змяненне навуковага метаду, і яго акцэнт на эксперымент.В. Ці існуюць абставіны, пры якіх навуковы метад не выкарыстоўваецца і ў дачыненні ?
Хоць навуковага метаду неабходна ў развіцці навуковых ведаў, гэта таксама карысна ў паўсядзённым вырашэння праблем. Што вы робіце, калі ваш тэлефон не працуе ? З'яўляецца Ці гэтая праблема ў трубку, кабеляў ўнутры Ваш дом, падключэнне звонку, або ў функцыянаванні тэлефоннай кампаніі ? Працэс можна прайсці, каб вырашыць гэтую праблему можа ўключаць навуковыя мыслення, і вынікі могуць супярэчыць вашыя першапачатковыя чаканні.
Як любы добры навуковец, вы можаце пытанне кола сітуацый (па-за навукі), у якіх навуковы метад можа быць ужыты. З таго, што было было сказана вышэй, мы вызначылі, што навуковы метад лепш за ўсё працуе ў сітуацыях дзе можна вылучыць з'ява цікавасць, шляхам ліквідацыі або ўліку для старонніх фактараў, а дзе можна неаднаразова выпрабаванні сістэмы Даследаванне пасля прыняцця абмежаваныя, кантраляваных змяненняў у ёй. Ёсць, вядома, акалічнасці, калі ніхто не можа ізаляваць з'яў або калі ніхто не можа паўтарыць вымярэння зноў і зноў. У такіх выпадках вынікі могуць залежаць, у прыватнасці па гісторыі сітуацыю. Гэта часта адбываецца ў сацыяльнага ўзаемадзеяння паміж людзьмі. Напрыклад, калі адвакат робіць аргументы перад журы ў судзе, ён або яна не можа паспрабаваць іншыя падыходы, паўтарыўшы Суд над і зноў перад той жа журы. У новае судовае разбіральніцтва, Журы склад будзе іншым. Нават ж журы слуханні новы набор аргументы нельга чакаць, каб забыць тое, што яны чулі раней.VI. Заключэнне
навуковага метаду непарыўна звязана з навукай, Працэс чалавечага запыт, які пранікае ў сучасную эпоху на многіх узроўнях. Хоць Метад здаецца простым і лагічным у апісанні, то, мабыць, не больш складанае пытанне, чым даведацца, як мы даведаемся рэчы. У гэтым Увядзенне, мы падкрэслілі, што навуковы метад адрознівае навукі ад іншых формаў тлумачэння з-за яго патрабаванні сістэматычных эксперыментаў. Мы таксама паспрабавалі паказаць на некаторыя з крытэрыі і метады, распрацаваныя вучонымі паменшыць уплыў асабістага і грамадскага зрушэння на навуковыя высновы. Далейшыя даследаванні Навуковы метад і іншыя аспекты навуковай практыкі можна знайсці ў спасылкі, пералічаныя ніжэй.
VII. Спіс літаратуры
1. Уілсан, Э. Bright. Увядзенне ў навукова-даследчы (McGraw-Hill, 1952).
2. Кун, Томас. Структура навуковых рэвалюцый (Універсітэт Чыкага Прэс, 1962). 3. Барроу, Джон. Тэорыі Усе (Oxford Univ. Press, 1991).Заўвагі, пытанні і /ці прапановы па электроннай пошце на wolfs@nsrl.rochester.edu .