Что это такое? Почему это происходит? Как система выполняет это действие? Люди используют науку, когда хотят изучить работу мира природы. Мы невероятно любопытные существа. Наука - это способ изучения физических и природных явлений посредством наблюдения и экспериментирования. Это инструмент, который люди могут использовать, чтобы лучше понять вселенную, нашу планету и самих себя.
Наука и научный метод
Люди занимаются наукой десятки тысяч лет. На протяжении всей этой богатой истории наука развивалась по-разному, но в основном у нее были одни и те же основы: метод проб и ошибок, добавление к тому, что мы узнаем, и разработка новых теорий и методов. За последние четыре тысячи лет люди разработали полноценные системы письма, которые расширили наши возможности для передачи и сохранения информации. За тысячу лет развития письменности мы наблюдаем развитие более надежных систем философской мысли по всему миру. Поскольку мы исследовали реальность и человеческий опыт более формализованным образом, мы также видим заложенную основу для более формализованного способа заниматься наукой. В целом закладывая интеллектуальную основу для ответа на вопрос «Откуда мы знаем, что мы знаем?».
Чтобы помочь нам ответить на этот вопрос, греческий философ и мусульманский математик сыграли важную роль в разъяснении важности наблюдений и экспериментов. Аристотель дал нам один из первых систематических подходов к использованию научного исследования для исследования природы. Он использовал чисто эмпирический подход, основанный на наблюдениях за миром природы с помощью наших органов чувств, а затем использовал рассуждения для интерпретации того, что мы видим. Хасан ибн аль-Хайтам, известный на Западе как Альхазен, был одним из первых, кто выступал за экспериментирование, противоречащее современным идеалам, в которых доминировала аристотелевская философия.
На протяжении всего этого времени мы продолжали совершенствовать и добавлять различные философские концепции, чтобы помочь нам понять, как познавать вещи. В Стэнфордской энциклопедии философии они резюмируют: «Основная цель и метод исследования, обозначенные здесь, можно рассматривать как тему, продолжающуюся в течение следующих двух тысячелетий размышлений о правильном способе поиска знаний: внимательно наблюдать за природой, а затем искать правила. или принципы, которые объясняют или предсказывают его действие. К XVI веку была заложена интеллектуальная почва для научной революции. В течение следующих двух столетий была создана наука ближе, как мы ее понимаем сегодня.
Наука продолжает расширяться в головокружительном количестве областей и ниш. Есть много способов провести научное исследование эпистемологически непротиворечивым образом. Некоторые научные области имеют отличные друг от друга эпистемологические требования; в зависимости от того, какой наукой вы занимаетесь, какие подходы вы можете использовать и какие стандарты вам нужны. В широком смысле именно эти подходы имеют в виду ученые, когда говорят о «научном методе».
Научный метод
Когда большинство людей слышат о научном методе, они вспоминают многоэтапный процесс, которому их учили в школе. Хотя научное исследование может в общих чертах следовать шагам научного метода, это не обязательно. Научный метод - это не нерушимый закон, определяющий, что является наукой, а что - нет.
В книге «Природа науки в естественнонаучном образовании» Уильям МакКомас объясняет, что современная версия многоступенчатого научного метода могла появиться после публикации в 1945 году статьи, в которой подробно описывались некоторые действия ученых, когда они проведение расследований. Оттуда люди усовершенствовали список, расположили его в, казалось бы, логическом порядке, и новоявленный научный метод попал в учебники и общеизвестные факты. МакКомас продолжил объяснять свое мнение об истинно научном методе: «Внимательное изучение покажет, что ученые подходят к решению проблем с воображением, творческим подходом, предварительными знаниями и настойчивостью. Это, конечно, те же самые методы, которыми пользуются все эффективные специалисты по решению проблем. Урок, который необходимо усвоить, заключается в том, что наука ничем не отличается от других человеческих усилий, когда исследуются головоломки».
Принимая во внимание, что наблюдение и воспроизведение лежат в основе науки, научный метод является одним из способов проведения научного исследования. Он обеспечивает базовую основу того, как мы можем получать информацию и проверять реальность. Однако «научный метод» не высечен на камне - существует множество различных способов проведения научных исследований.
Каковы этапы научного метода?
Шаг первый: Задайте вопрос
Процесс открытия начинается с любопытства. Люди подключаются к этому внутреннему человеческому стремлению узнать больше об этом месте, которое мы называем домом. На протяжении тысячелетий люди отправлялись в это путешествие, задавая вопросы. Как правило, мы будем использовать вопросы, которые начинаются с вопроса о том, как, что, когда, где, что или почему исследовать интересную вещь, которую мы заметили, в том числе то, что мы заметили в других научных исследованиях. Задать хороший вопрос очень важно, потому что он закладывает основу для вашего подхода к ответу на него. Есть много способов задать хороший вопрос. Как правило, хороший вопрос - это конкретный вопрос, который можно проанализировать экспериментальным путем.
Примеры:
Планеты вращаются вокруг Земли или Солнца?
Объекты разной массы падают с одинаковой скоростью?
Существуют ли инопланетяне?
Шаг 2: Обзор литературы
Теперь, когда ваше любопытство возбудилось, приятно посмотреть, что делают другие люди в этой области. Люди проводят научные исследования тысячи лет, и за последние несколько столетий мы стали намного лучше документировать и обсуждать их. Все мы работаем вместе в цепочке, протянувшейся через тысячелетия, чтобы улучшить наше понимание мира. Сэр Исаак Ньютон однажды написал: «Если я и видел дальше, то потому, что стоял на плечах гигантов. На этом этапе важно собрать как можно больше информации, чтобы вы могли создать надлежащую основу для собственных исследований и экспериментов и посмотреть, что другие уже сделали, чтобы ответить на ваш вопрос или аналогичные вопросы. Возможно, ответ уже существует - или, возможно, кто-то уже прошел его часть. Следующий шаг является решающим и одним из самых фундаментальных аспектов науки: установление хорошей гипотезы.
Шаг 3. Выдвижение гипотезы
Гипотеза - это тип обоснованного прогноза, утверждение о том, что, по вашему мнению, происходит. Хорошая гипотеза может быть проверена и фальсифицируема. Возможность проверить гипотезу означает, что мы можем создать условия для ее проверки с помощью экспериментов или наблюдений. Наличие фальсифицируемой гипотезы означает, что ей можно опровергнуть или доказать ее ошибочность в эксперименте. Можно проводить научные исследования, не имея фальсифицируемой гипотезы, но вы должны быть более осторожны с тем, как вы интерпретируете свои данные.
Примеры:
Модель с центром на Солнце обеспечит большую точность движения планет, чем модель с центром на Земле?
Если я брошу два шара, один из которых в два раза тяжелее другого, то более тяжелый шар будет падать в два раза быстрее легкого?
Если я буду слушать узкополосные радиопередачи из космоса, укажет ли это на существование технически сложных существ где-то еще в галактике?
Шаг 4. Проверьте свою гипотезу экспериментальным путем
Хорошая гипотеза так же важна, как и планирование хорошего эксперимента. Ваш эксперимент должен быть честной проверкой вашей гипотезы, чтобы вы могли собрать полезные данные. Он должен быть воспроизводимым, позволяющим себе и другим повторить эксперимент с аналогичными результатами. Эта способность других получать те же результаты, проводя тот же эксперимент с использованием аналогичного оборудования и условий, является ключевым элементом науки. Так мы проверяем точность результатов. Во время проведения эксперимента вы можете настроить различные переменные, чтобы увидеть, повлияет ли это на результат. Вы должны изменять только одну переменную за раз и документировать свои действия.
Примеры:
Разработайте модель со всеми планетами и Землей, вращающимися вокруг Солнца, и посмотрите, сможете ли вы добиться видимого «обратного» движения планет по небу.
Проведите серию испытаний на падение, в ходе которых вы бросаете два предмета, один из которых в два раза тяжелее другого, с разной высоты
Используйте радиотелескопы для наблюдения за красными карликами, обладающими многими характеристиками, которые делают их главными местами поиска разумной жизни.
Шаг 5. Анализ данных и интерпретация результатов
Это забавная часть науки, когда вы смотрите на свои данные и пытаетесь выяснить, что на самом деле произошло, и поддерживает ли это или опровергает то, что, как вы думали, произойдет - вашу гипотезу. На этом этапе важно быть честным с данными и не манипулировать ими, чтобы сказать что-то, чего они не говорят. Очевидно, что данные могли либо поддержать гипотезу, либо опровергнуть ее, но не могли ни того, ни другого. Отсюда вы будете проходить шаги с третьего по пятый, пытаясь собрать более качественные данные и отрегулировать свою гипотезу, пока не получите значительный результат. Также важно помнить, что даже если эксперимент не подтверждает гипотезу, он увеличивает общую информацию о вопросе.
Примеры:
Поскольку планеты вращаются с разной скоростью, некоторые из них движутся быстрее, чем другие, что позволяет им «обходить» друг друга с точки зрения наблюдателя, находящегося в точке на плоской плоскости. Это кажущееся ретроградное движение можно более точно объяснить относительным движением каждой планеты, а не эпициклами. Это подтверждает гипотезу о том, что система с центром на Солнце является лучшим объяснением, чем система с центром на Земле.
Независимо от того, с какой высоты вы проводите испытание на падение, оба объекта падают с одинаковой скоростью и ударяются о землю в одно и то же время. Это опровергает гипотезу о том, что более тяжелые объекты падают быстрее, чем более легкие.
После прослушивания в течение года вы не смогли уловить инопланетный радиосигнал. Это опровергает идею о том, что найти сигналы было бы легко. Хотя это может означать, что нет никаких радиосигналов для обнаружения, это также не исключает этого. Вам нужен более чувствительный радиоприемник? Есть ли объяснение тому, почему радиосвязь во Вселенной встречается реже, чем мы предполагали? Есть ли вообще радиосигналы для обнаружения?
Шаг 6. Представьте свои выводы
Теперь ты расскажешь всем, что ты сделал. В зависимости от области науки, в которой вы проводите исследования, существуют разные способы сообщить о своих выводах. Вы можете опубликовать их в научном журнале, представить на школьной научной ярмарке или рассказать о них в ходе выступления перед другими учеными. Одна из основных целей науки - помочь другим узнать, как устроен мир, чтобы они могли проверить и развить вашу работу. Для достижения этого важна информация, и чем больше у нас хороших данных, тем лучше наше понимание. Информация хочет быть бесплатной, научные результаты должны быть открыты и доступны всем.