Vetenskaplig metod – vad är det? Definition, principer och steg

Vad som utmärker en vetenskaplig undersökningsmetod är en fråga som kallas "kriteriet". Det är ett svar på frågan: Finns det ett sätt att avgöra om ett begrepp eller en teori är vetenskap, till skillnad från någon annan typ av kunskap eller tro? Det har funnits många idéer om hur det ska uttryckas. Logiska positivister ansåg att en teori var vetenskaplig om den kunde verifieras, men Karl Popper ansåg att detta var ett misstag. Han ansåg att en teori inte var vetenskaplig om det inte fanns något sätt att motbevisa den. Å andra sidan ansåg Paul Feyerabend att det inte fanns något kriterium. För honom var allting tillåtet, eller vad som helst som fungerar, fungerar.

Forskarna försöker låta verkligheten tala för sig själv. De stöder en teori när dess förutsägelser bekräftas och ifrågasätter den när dess förutsägelser visar sig vara felaktiga. Vetenskapliga forskare erbjuder hypoteser som förklaringar till fenomen och utformar experiment för att testa dessa hypoteser. Eftersom stora teorier inte kan testas direkt görs det genom att testa förutsägelser som härleds från teorin. Dessa steg måste kunna upprepas för att undvika misstag eller förvirring från en enskild försökspersons sida.

Vetenskapliga undersökningar är i allmänhet avsedda att vara så objektiva som möjligt. För att minska partiska tolkningar av resultaten publicerar forskarna sitt arbete och delar på så sätt data och metoder med andra forskare.

Vetenskap och saker som inte är vetenskap (t.ex. pseudovetenskap) skiljs ofta åt genom att de använder sig av den vetenskapliga metoden. En av de första som skapade en översikt över stegen i den vetenskapliga metoden var John Stuart Mill.

Det finns inte en enda vetenskaplig metod. Vissa vetenskapsområden bygger på matematiska modeller, t.ex. fysik och klimatforskning. Andra områden, t.ex. många samhällsvetenskapliga områden, har grova teorier och förlitar sig mer på de mönster som framträder ur deras data. Ibland fokuserar forskare på att testa och bekräfta hypoteser, men öppen utforskning är också viktig. Inom vissa vetenskapliga områden används laboratorieexperiment. Andra samlar in observationer från verkliga situationer. Många vetenskapsområden är kvantitativa och betonar numeriska data och matematisk analys. Men på vissa områden, särskilt inom samhällsvetenskapen, används kvalitativa metoder, t.ex. intervjuer eller detaljerade observationer av människors eller djurs beteende. Om vi fokuserar för mycket på en typ av metod kan det leda till att vi ignorerar kunskap som producerats med hjälp av andra metoder.

Vissa läroböcker fokuserar på en enda standardiserad "vetenskaplig metod". Denna idé om en enda vetenskaplig metod är till stor del baserad på experimentella, hypotesprövande och kvantitativa områden inom vetenskapen. Den är inte särskilt bra för andra vetenskapsområden. Den skrivs ofta som ett antal steg:

1. Ställ en fråga om världen. Allt vetenskapligt arbete börjar med att man har en fråga att ställa eller ett problem att lösa.^{I, p9} Ibland är det svåraste för en vetenskapsman att bara komma på rätt fråga. Frågan bör kunna besvaras med hjälp av ett experiment.
2. Skapa en hypotes - ett möjligt svar på frågan. En hypotes inom vetenskapen är ett ord som betyder "en kvalificerad gissning om hur något fungerar". Det ska vara möjligt att bevisa att den är rätt eller fel. Ett påstående som "Blått är en bättre färg än grönt" är till exempel inte en vetenskaplig hypotes. Det går inte att bevisa att det är rätt eller fel. "Fler människor tycker om färgen blått än grönt" skulle dock kunna vara en vetenskaplig hypotes, eftersom man kan fråga många människor om de tycker mer om blått än grönt och få ett svar på det ena eller andra sättet.
3. Utforma ett experiment. Om hypotesen verkligen är vetenskaplig bör det vara möjligt att utforma ett experiment för att testa den. Ett experiment bör kunna tala om för forskaren om hypotesen är felaktig, men inte om hypotesen är riktig. I exemplet ovan skulle ett experiment kunna innebära att man frågar många människor vilka deras favoritfärger är. Att göra ett experiment kan dock vara mycket svårt. Tänk om den viktigaste frågan att ställa till människor inte är vilka färger de tycker om, utan vilka färger de hatar? Hur många människor måste man fråga? Finns det sätt att ställa frågan på som skulle kunna ändra resultatet på ett sätt som man inte förväntat sig? Detta är alla typer av frågor som vetenskapsmän måste ställa sig innan de gör ett experiment. Vanligtvis vill forskare bara testa en sak åt gången. För att göra detta försöker de göra varje del av experimentet likadan för alla, utom för den sak som de vill testa.
4. Experimentera och samla in data. Här försöker forskaren genomföra det experiment som han eller hon har planerat tidigare. Ibland får forskaren nya idéer medan experimentet pågår. Ibland är det svårt att veta när ett experiment slutligen är över. Ibland är det mycket svårt att experimentera. Vissa forskare ägnar större delen av sitt liv åt att lära sig hur man gör bra experiment.
5. Frågor om varför. Förklaringar är svar på varför-frågor. ^{II, s3}
6. Dra slutsatser av experimentet. Ibland är resultaten inte lätta att förstå. Ibland öppnar experimenten i sig nya frågor. Ibland kan resultaten från ett experiment betyda många olika saker. Allt detta måste man tänka igenom noggrant.
7. Meddela dem till andra. En viktig del av vetenskapen är att dela med sig av resultaten av experimenten så att andra forskare kan använda sig av kunskapen och hela vetenskapen kan dra nytta av den. Vanligtvis litar forskare inte på ett nytt påstående om inte andra forskare först har granskat det för att se till att det låter som riktig vetenskap. Detta kallas peer review ("peer" betyder här "andra forskare"). Arbete som klarar peer review publiceras i en vetenskaplig tidskrift.

Även om det är skrivet som en lista kan forskarna gå fram och tillbaka mellan olika steg ett antal gånger innan de är nöjda med svaret.

Det är inte alla vetenskapsmän som använder den ovan nämnda "vetenskapliga metoden" i sitt dagliga arbete. Ibland ser det faktiska vetenskapliga arbetet inte alls ut som ovan.

Låt oss säga att vi ska ta reda på hur temperaturen påverkar hur socker löses upp i ett glas vatten. Nedan följer ett sätt att göra detta, genom att följa den vetenskapliga metoden steg för steg.

Mål

Löser sig socker snabbare i varmt eller kallt vatten? Påverkar temperaturen hur snabbt sockret löses upp? Detta är en fråga som vi kanske vill ställa.

Planering av försöket

Ett enkelt experiment kan vara att lösa upp socker i vatten med olika temperaturer och att hålla reda på hur lång tid det tar för sockret att lösas upp. Detta skulle vara ett test av idén att upplösningshastigheten varierar beroende på lösningsmedlets rörelseenergi.

Vi vill vara säkra på att använda exakt samma mängd vatten i varje försök och exakt samma mängd socker. Vi gör detta för att försäkra oss om att endast temperaturen orsakar effekten. Det kan till exempel vara så att förhållandet mellan socker och vatten också är en faktor som påverkar upplösningshastigheten. För att vara extra försiktiga kan vi också köra försöket så att vattentemperaturen inte ändras under försöket.

Detta kallas "isolering av en variabel". Det innebär att av de faktorer som kan ha en effekt är det bara en som ändras i experimentet.

Att genomföra experimentet

Vi kommer att göra experimentet i tre försök som är exakt likadana, med undantag för vattentemperaturen.

1. Vi häller exakt 25 gram socker i exakt 1 liter vatten som är nästan iskallt. Vi rör inte om. Vi märker att det tar 30 minuter innan allt socker har lösts upp.
2. Vi lägger exakt 25 gram socker i exakt 1 liter rumstempererat vatten (20 °C). Vi rör inte om. Vi märker att det tar 15 minuter innan allt socker har lösts upp.
3. Vi lägger exakt 25 gram socker i exakt 1 liter varmt vatten (50 °C). Vi rör inte om. Vi märker att det tar 4 minuter innan allt socker har lösts upp.

Att dra slutsatser

Ett sätt att göra det lätt att se resultaten är att göra en tabell med alla de saker som förändrades varje gång vi utförde experimentet. Vår tabell kan se ut så här:

Om alla andra delar av experimentet var likadana (vi använde inte mer socker den ena gången än den andra, vi rörde inte om den ena eller den andra gången osv.) skulle detta vara ett mycket bra bevis för att värme påverkar hur snabbt socker löses upp.

Vi kan dock inte vara säkra på att det inte finns något annat som påverkar den. Ett exempel på en dold orsak kan vara att socker löses upp snabbare varje gång mer socker löses upp i samma kruka. Detta är förmodligen inte sant, men om det vore så skulle det kunna ge exakt samma resultat: tre försök, och det sista skulle vara snabbast. Vi har ingen anledning att tro att detta är sant i nuläget, men vi kanske vill notera det som ett annat möjligt svar.

C.U.R.R.

Ett sätt att visa dina resultat med ord är att använda C.U.R.R. (Claim, evidence, reasoning, revise), som många elever använder. Meningsstartare för fasen inkluderar, men är inte begränsade till:

Påstående: Svaret på min fråga är/är...

Bevis: Uppgifterna visar...

Motivering: Jag kan förklara detta med...

Revidera: Jag kan förbättra detta genom att...

Replikationskrisen (eller replikerbarhetskrisen) är en kris inom vetenskapen. Mycket ofta är resultatet av ett vetenskapligt experiment svårt eller omöjligt att replikera senare, antingen av oberoende forskare eller av de ursprungliga forskarna själva. Även om krisen har långvariga rötter myntades uttrycket i början av 2010-talet som en del av en växande medvetenhet om problemet.

Eftersom reproducerbarhet av experiment är en viktig del av den vetenskapliga metoden kan oförmågan att replikera studier få allvarliga konsekvenser.

Replikationskrisen har diskuterats särskilt mycket inom psykologin (särskilt socialpsykologin) och medicinen, där man har gjort ett antal försök att på nytt undersöka klassiska resultat och försöka fastställa både resultatens giltighet och, om de är ogiltiga, orsakerna till att de inte har kunnat replikeras.

De senaste diskussionerna har gjort detta problem mer känt.

Vissa tidiga naturstudenter utarbetade element av den vetenskapliga metoden.

• "Vi anser att det är en god princip att förklara fenomenen med en så enkel hypotes som möjligt." Ptolemaios (85-165 e.Kr.). Detta är ett tidigt exempel på vad vi kallar Occams rakkniv.
• Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) och Roger Bacon (1214-1294) gjorde alla vissa framsteg i utvecklingen av den vetenskapliga metoden.
• På 1600-talet började vetenskapsmännen enas om att den experimentella metoden är det viktigaste sättet att finna sanningen. Detta gjordes i Västeuropa av män som Galileo, Kepler, Hooke, Boyle, Halley och Newton. Samtidigt uppfanns mikroskopet och teleskopet (i Holland) och Royal Society bildades. Instrumenten, sällskapen och utgivningen var alla till stor hjälp för vetenskapen.

• Falsifierbarhet
• Historisk metod
• Vetenskapens historia
• Vetenskapsfilosofi
• Metafilosofi
• Blindförsök
• Pseudovetenskap