Strukturę procesu poznania naukowego określa jego metodologia. Ale co przez to rozumieć? Poznanie jest empiryczną metodą pozyskiwania wiedzy, która charakteryzowała rozwój nauki co najmniej od XVII wieku. Obejmuje uważną obserwację, co oznacza ścisły sceptycyzm co do tego, co jest obserwowane, biorąc pod uwagę, że założenia poznawcze dotyczące tego, jak działa świat, wpływają na to, jak dana osoba interpretuje postrzeganie.
Polega na formułowaniu hipotez poprzez indukcję na podstawie takich obserwacji; eksperymentalne i pomiarowe testy wniosków wyciągniętych z hipotez; oraz doprecyzowanie (lub eliminacja) hipotez na podstawie wyników eksperymentalnych. Są to zasady metody naukowej, w przeciwieństwie do zestawu kroków, które mają zastosowanie do wszystkich przedsięwzięć naukowych.
Aspekt teoretyczny
Chociaż istnieją różne typy i struktury wiedzy naukowej, ogólnie rzecz biorąc, istnieje ciągły proces, który obejmuje obserwacje świata przyrody. Ludzie naturalniesą dociekliwi, więc często zadają pytania o to, co widzą lub słyszą, i często wymyślają pomysły lub hipotezy dotyczące tego, dlaczego rzeczy są takie, jakie są. Najlepsze hipotezy prowadzą do przewidywań, które można przetestować na różne sposoby.
Najbardziej przekonujące testowanie hipotez pochodzi z rozumowania opartego na starannie kontrolowanych danych eksperymentalnych. W zależności od tego, jak dodatkowe testy pasują do prognoz, pierwotna hipoteza może wymagać doprecyzowania, modyfikacji, rozszerzenia, a nawet odrzucenia. Jeśli konkretne założenie zostanie bardzo dobrze potwierdzone, można opracować ogólną teorię, a także ramy teoretycznej wiedzy naukowej.
Aspekt proceduralny (praktyczny)
Chociaż procedury różnią się w zależności od kierunku studiów, często są one takie same dla różnych dziedzin. Proces metody naukowej polega na stawianiu hipotez (domysłach), wyprowadzaniu z nich przewidywań jako logicznych konsekwencji, a następnie przeprowadzaniu eksperymentów lub obserwacji empirycznych w oparciu o te przewidywania. Hipoteza to teoria oparta na wiedzy zdobytej podczas poszukiwania odpowiedzi na pytanie.
Może być konkretna lub szeroka. Naukowcy następnie testują założenia, przeprowadzając eksperymenty lub badania. Hipoteza naukowa musi być falsyfikowalna, co oznacza, że możliwe jest określenie możliwego wyniku eksperymentu lub obserwacji, który jest sprzeczny z wynikającymi z niej przewidywaniami. W przeciwnym razie hipoteza nie może być sensownie przetestowana.
Eksperyment
Celem eksperymentu jest ustalenie, czy obserwacje są zgodne lub sprzeczne z przewidywaniami wyprowadzonymi z hipotezy. Eksperymenty można przeprowadzać w dowolnym miejscu, od garażu po Wielki Zderzacz Hadronów w CERN. Istnieją jednak trudności w sformułowaniu metody. Chociaż metoda naukowa jest często przedstawiana jako ustalona sekwencja kroków, jest ona raczej zbiorem ogólnych zasad.
Nie wszystkie etapy mają miejsce w każdym badaniu naukowym (nie w tym samym stopniu) i nie zawsze są w tej samej kolejności. Niektórzy filozofowie i naukowcy twierdzą, że nie ma metody naukowej. Taka jest opinia fizyka Lee Smoliny i filozofa Paula Feyerabenda (w swojej książce Against the Method).
Problemy
Struktura wiedzy naukowej i poznania jest w dużej mierze zdeterminowana przez jej problemy. Odwieczne spory w historii nauki dotyczą:
- Racjonalizm, zwłaszcza w odniesieniu do René Descartes.
- Indukcjonizm i/lub empiryzm, jak to ujął Francis Bacon. Debata stała się szczególnie popularna wśród Izaaka Newtona i jego zwolenników;
- Hipoteza-deduktywizm, który wysunął się na pierwszy plan na początku XIX wieku.
Historia
Termin „metoda naukowa” lub „wiedza naukowa” pojawił się w XIX wieku, kiedy nastąpił znaczący rozwój instytucjonalny nauki i pojawiła się terminologia, która ustanowiła wyraźne granice między nauką a nie-nauką, takie pojęcia jak „ naukowiec” i „pseudonauka”. W latach 30. i 50. XIX wiekuW latach, gdy bakonizm był popularny, przyrodnicy tacy jak William Whewell, John Herschel, John Stuart Mill byli zaangażowani w dyskusje na temat „indukcji” i „faktów” i skupiali się na tym, jak generować wiedzę. Pod koniec XIX wieku debaty między realizmem a antyrealizmem miały miejsce jako potężne teorie naukowe, które wykraczały poza to, co obserwowalne, a także strukturę wiedzy naukowej i poznania.
Termin „metoda naukowa” rozpowszechnił się w XX wieku, pojawiając się w słownikach i podręcznikach naukowych, chociaż jego znaczenie nie osiągnęło naukowego konsensusu. Pomimo wzrostu w połowie XX wieku, pod koniec tego stulecia liczni wpływowi filozofowie nauki, tacy jak Thomas Kuhn i Paul Feyerabend, kwestionowali uniwersalność „metody naukowej” i tym samym w dużej mierze zastąpili pojęcie nauki jako jednorodnej i uniwersalna metoda wykorzystująca niejednorodną i lokalną praktykę. W szczególności Paul Feyerabend przekonywał, że istnieją pewne uniwersalne zasady nauki, które określają specyfikę i strukturę wiedzy naukowej.
Cały proces polega na stawianiu hipotez (teorii, przypuszczeń), wyprowadzaniu z nich przewidywań jako logicznych konsekwencji, a następnie przeprowadzaniu eksperymentów w oparciu o te przewidywania w celu ustalenia, czy pierwotna hipoteza była poprawna. Sformułowanie metody nastręcza jednak trudności. Chociaż metodę naukową często przedstawia się jako ustaloną sekwencję kroków, działania te najlepiej postrzegać jako ogólne zasady.
Nie wszystkie kroki mają miejsce w każdym naucebadania (nie w tym samym stopniu) i nie zawsze są wykonywane w tej samej kolejności. Jak zauważył naukowiec i filozof William Whewell (1794-1866), „pomysłowość, wgląd, geniusz” są potrzebne na każdym etapie. Strukturę i poziomy wiedzy naukowej sformułowano dokładnie w XIX wieku.
Ważność pytań
Pytanie może odnosić się do wyjaśnienia konkretnej obserwacji – „Dlaczego niebo jest niebieskie” – ale może być również otwarte – „Jak mogę opracować lek na tę konkretną chorobę”. Ten etap często obejmuje poszukiwanie i ocenę dowodów z poprzednich eksperymentów, osobistych obserwacji naukowych lub twierdzeń oraz pracy innych naukowców. Jeśli odpowiedź jest już znana, można zadać kolejne pytanie oparte na dowodach. Stosując metodę naukową do badań, zidentyfikowanie dobrego pytania może być bardzo trudne i wpłynąć na wynik badania.
Hipotezy
Założenie to teoria oparta na wiedzy zdobytej podczas formułowania pytania, które może wyjaśnić dane zachowanie. Hipoteza może być bardzo konkretna, taka jak zasada równoważności Einsteina lub „DNA wytwarza RNA wytwarza białko” Francisa Cricka, lub może być szeroka, na przykład nieznane gatunki życia żyjące w niezbadanych głębinach oceanów.
Hipoteza statystyczna to założenie dotyczące określonej populacji statystycznej. Na przykład populacją mogą być osoby z określoną chorobą. Teoria może głosić, że nowy lek wyleczy chorobę u niektórych z tych osób. Warunki są zwyklez hipotezami statystycznymi związane są hipotezy zerowe i alternatywne.
Null - założenie, że hipoteza statystyczna jest błędna. Na przykład, że nowy lek nic nie robi, a każdy lek jest spowodowany wypadkiem. Badacze zazwyczaj chcą wykazać, że wartość zerowa jest błędna.
Alternatywna hipoteza to pożądany rezultat, że lek działa lepiej niż przypadek. I ostatnia kwestia: teoria naukowa musi być falsyfikowalna, co oznacza, że możliwe jest określenie możliwego wyniku eksperymentu, który jest sprzeczny z przewidywaniami wyprowadzonymi z hipotezy; w przeciwnym razie nie można go w sposób znaczący zweryfikować.
Tworzenie teorii
Ten krok obejmuje określenie logicznych implikacji hipotezy. Następnie wybiera się jedną lub więcej prognoz do dalszych testów. Im mniej prawdopodobne jest, że przepowiednia jest prawdziwa przez zwykły zbieg okoliczności, tym bardziej będzie przekonująca, jeśli się spełni. Dowody są również silniejsze, jeśli odpowiedź na prognozę nie jest jeszcze znana, ze względu na wpływ stronniczości (patrz także komunikat).
W idealnym przypadku prognoza powinna również odróżniać hipotezę od prawdopodobnych alternatyw. Jeśli dwa założenia dają tę samą prognozę, spełnienie prognozy nie jest dowodem na jedno lub drugie. (Te stwierdzenia dotyczące względnej siły dowodów można wyprowadzić matematycznie przy użyciu twierdzenia Bayesa).
Testowanie hipotez
To jest badanie, czy rzeczywisty świat zachowuje się zgodnie z przewidywaniamihipoteza. Naukowcy (i inni) testują założenia, przeprowadzając eksperymenty. Celem jest ustalenie, czy obserwacje świata rzeczywistego są spójne lub sprzeczne z przewidywaniami wynikającymi z hipotezy. Jeśli się zgodzą, wzrasta zaufanie do teorii. W przeciwnym razie zmniejsza się. Konwencja nie gwarantuje, że hipoteza jest prawdziwa; przyszłe eksperymenty mogą ujawnić problemy.
Karl Popper poradził naukowcom, aby spróbowali sfałszować założenia, to znaczy znaleźć i przetestować eksperymenty, które wydają się najbardziej wątpliwe. Duża liczba udanych potwierdzeń nie jest rozstrzygająca, jeśli wynikają one z eksperymentów, które pozwalają uniknąć ryzyka.
Eksperyment
Eksperymenty powinny być zaprojektowane tak, aby zminimalizować możliwe błędy, zwłaszcza poprzez zastosowanie odpowiednich naukowych kontroli. Na przykład testy leczenia odwykowego są zwykle przeprowadzane jako testy podwójnie ślepej próby. Osoba, która może nieświadomie pokazać innym, które próbki są pożądanymi lekami testowymi, a które placebo, nie wie, które z nich. Takie wskazówki mogą wpływać na reakcje badanych, co wyznacza strukturę w konkretnym eksperymencie. Te formy badań są najważniejszą częścią procesu uczenia się. Są również interesujące z punktu widzenia badania jej (wiedzy naukowej) struktury, poziomów i formy.
Ponadto niepowodzenie eksperymentu niekoniecznie oznacza, że hipoteza jest błędna. Badania zawsze opierają się na kilku teoriach. Na przykład, czy sprzęt testowy działa prawidłowo ifiasko może być fiaskiem jednej z hipotez wspierających. Domysły i eksperymenty są integralną częścią struktury (i formy) wiedzy naukowej.
To drugie można wykonać w laboratorium uniwersyteckim, na kuchennym stole, na dnie oceanu, na Marsie (przy użyciu jednego z pracujących łazików) i gdzie indziej. Astronomowie prowadzą testy w poszukiwaniu planet wokół odległych gwiazd. Wreszcie, większość indywidualnych eksperymentów dotyczy bardzo konkretnych tematów ze względów praktycznych. W rezultacie dowody na szerszą tematykę zwykle gromadzą się stopniowo, zgodnie z wymogami struktury metodologii wiedzy naukowej.
Zbieranie i badanie wyników
Ten proces obejmuje określenie wyników eksperymentu i podjęcie decyzji, jak postępować. Przewidywania teorii są porównywane z przewidywaniami hipotezy zerowej, aby określić, kto jest w stanie najlepiej wyjaśnić dane. W przypadkach, gdy eksperyment jest powtarzany wiele razy, może być wymagana analiza statystyczna, taka jak test chi-kwadrat.
Jeśli dowody obalają przypuszczenie, wymagane jest nowe; jeśli eksperyment potwierdzi hipotezę, ale dane nie są wystarczająco mocne, aby uzyskać wysoki poziom ufności, należy przetestować inne przewidywania. Gdy teoria jest mocno poparta dowodami, można zadać nowe pytanie, aby zapewnić głębsze zrozumienie tego samego tematu. To również determinuje strukturę wiedzy naukowej, jej metody i formy.
Dowody od innych naukowców i doświadczenia częstouwzględnione na każdym etapie procesu. W zależności od złożoności eksperymentu zebranie wystarczającej ilości dowodów, a następnie z pewnością udzielenie odpowiedzi na pytanie może zająć wiele iteracji lub stworzyć wiele odpowiedzi na bardzo konkretne pytania, a następnie odpowiedzieć na jedno szersze. Ten sposób zadawania pytań determinuje strukturę i formy wiedzy naukowej.
Jeżeli eksperymentu nie można powtórzyć z uzyskaniem tych samych wyników, oznacza to, że oryginalne dane mogły być błędne. W rezultacie jeden eksperyment jest zwykle wykonywany kilka razy, zwłaszcza gdy występują zmienne niekontrolowane lub inne oznaki błędu eksperymentalnego. Aby uzyskać znaczące lub nieoczekiwane wyniki, inni naukowcy mogą również próbować odtworzyć je dla siebie, zwłaszcza jeśli będzie to ważne dla ich własnej pracy.
Zewnętrzna ocena naukowa, audyt, ekspertyza i inne procedury
Na czym opiera się autorytet struktury wiedzy naukowej, jej metod i form? Przede wszystkim na podstawie opinii ekspertów. Powstaje w wyniku oceny eksperymentu przez ekspertów, którzy zazwyczaj anonimowo przedstawiają swoją recenzję. Niektóre czasopisma wymagają od eksperymentatora dostarczenia listy możliwych recenzentów, zwłaszcza jeśli dziedzina jest wysoce wyspecjalizowana.
Recenzja nie potwierdza poprawności wyników, a jedynie, że w opinii recenzenta same eksperymenty były prawidłowe (na podstawie opisu dostarczonego przez eksperymentatora). Jeśli praca jest recenzowana, co czasami może wymagać nowych eksperymentówrecenzentów, zostanie on opublikowany w odpowiednim czasopiśmie naukowym. Konkretne czasopismo publikujące wyniki wskazuje na postrzeganą jakość pracy.
Nagrywanie i udostępnianie danych
Naukowcy zwykle są ostrożni przy zapisywaniu swoich danych, co jest wymogiem stawianym przez Ludwika Flecka (1896-1961) i innych. Chociaż zwykle nie jest to wymagane, mogą zostać poproszeni o dostarczenie raportów innym naukowcom, którzy chcą odtworzyć swoje oryginalne wyniki (lub część swoich oryginalnych wyników), obejmując wymianę wszelkich próbek eksperymentalnych, które mogą być trudne do uzyskania.
Klasyczny
Klasyczny model wiedzy naukowej pochodzi od Arystotelesa, który rozróżniał formy myślenia przybliżonego i dokładnego, nakreślił trójstronny schemat rozumowania dedukcyjnego i indukcyjnego, a także rozważał opcje złożone, takie jak wnioskowanie o strukturze wiedzy naukowej, jego metody i formy.
Model hipotetyczno-dedukcyjny
Ten model lub metoda jest proponowanym opisem metody naukowej. W tym przypadku przewidywania z hipotezy są kluczowe: jeśli założysz, że teoria jest poprawna, jakie są implikacje?
Jeżeli dalsze badania empiryczne nie wykażą, że te przewidywania są zgodne z obserwowanym światem, możemy stwierdzić, że założenie jest błędne.
Model pragmatyczny
Czas porozmawiać o filozofii struktury i metod poznania naukowego. Charles Sanders Pierce (1839-1914) scharakteryzowanybadania (badanie) nie są poszukiwaniem prawdy jako takiej, ale walką o oderwanie się od irytujących, powstrzymujących wątpliwości wywołanych niespodziankami, nieporozumieniami i tak dalej. Jego wniosek jest nadal aktualny. W istocie sformułował strukturę i logikę wiedzy naukowej.
Pearce wierzył, że powolne, niepewne podejście do eksperymentu może być niebezpieczne w kwestiach praktycznych, a metoda naukowa najlepiej nadaje się do badań teoretycznych. Które z kolei nie powinny być wchłaniane innymi metodami i praktycznymi celami. „Pierwszą zasadą” rozumu jest to, że aby się uczyć, należy dążyć do uczenia się, a co za tym idzie rozumieć strukturę wiedzy naukowej, jej metody i formy.
Korzyści
Koncentrując się na generowaniu wyjaśnień, Peirce opisał termin, którego się uczy, jako koordynację trzech rodzajów wnioskowania w celowym cyklu skupionym na rozwiązaniu wątpliwości:
- Wyjaśnienie. Niejasna wstępna, ale dedukcyjna analiza hipotezy w celu uczynienia jej części tak jasnymi, jak to możliwe, zgodnie z wymogami koncepcji i struktury metody wiedzy naukowej.
- Demonstracja. Rozumowanie dedukcyjne, procedura euklidesowa. Wyraźne wnioskowanie konsekwencji hipotezy jako przewidywań, dla indukcji do testowania, na temat dowodów, które należy znaleźć. Dochodzeniowa lub, jeśli to konieczne, teoretyczna.
- Indukcja. Stosowalność długoterminowa reguły indukcji wywodzi się z zasady (przy założeniu, że na ogół rozumowanie) jestże rzeczywistość jest tylko przedmiotem ostatecznej opinii, do której może doprowadzić odpowiednie badanie; cokolwiek taki proces kiedykolwiek doprowadzi, nie będzie prawdziwe. Indukcja obejmująca trwające testy lub obserwacje odbywa się zgodnie z metodą, która przy wystarczającej ochronie zmniejszy jej błąd poniżej dowolnego z góry określonego stopnia.
Metoda naukowa jest lepsza, ponieważ została specjalnie zaprojektowana, aby osiągnąć (ostatecznie) najbezpieczniejsze przekonania, na których można oprzeć najbardziej udane praktyki.
Wychodząc z założenia, że ludzie nie szukają prawdy per se, ale zamiast tłumić irytujące, powstrzymywać wątpliwości, Pierce pokazał, jak poprzez walkę niektórzy mogą być posłuszni prawdzie w imię uczciwości wiary, aby szukać jako przewodnika prawdy dla potencjalnej praktyki. Sformułował analityczną strukturę wiedzy naukowej, jej metody i formy.
