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Wissenschaftliche Methode - Biologie

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1. Beschreibung der wissenschaftlichen Methode

Eines der Ziele der Wissenschaft ist es, Erklärungen darüber zu finden, wie die natürliche Welt (alle Dinge, die wir sehen oder erleben) funktioniert. Obwohl es andere Systeme zum Verstehen und Erklären der Welt um uns herum gibt (wie Religion und traditionelle Überzeugungen), unterscheidet sich die Wissenschaft von diesen dadurch, dass wissenschaftliche Erklärungen auf Naturgesetzen basieren. Naturgesetze sind Muster in der Natur, die Zielsetzung (nicht abhängig von Glauben, Autorität oder Meinung), sind testbar (kann durch Experimente nachgewiesen werden) und sind konsistent (die gleichen Bedingungen führen zu den gleichen Ergebnissen).

Die 4 Schritte der wissenschaftlichen Methode

Um mehr über die Natur zu erfahren, verwenden Wissenschaftler ein vierstufiges Verfahren namens wissenschaftliche Methode. Die vier Schritte der wissenschaftlichen Methode sind unten aufgeführt. Um die wissenschaftliche Methode zu veranschaulichen, ist unter jedem Schritt ein Beispiel in Kursivschrift aufgeführt, das ein Entomologe (ein auf Insekten spezialisierter Biologe) verwenden könnte.

Schritt 1: Beobachtungen & Fragen

Beobachten Sie etwas in der Natur und stellen Sie eine Frage, wie es funktioniert. Der Teil der Natur, der beobachtet und untersucht wird, ist normalerweise das Gebiet, auf das sich der Wissenschaftler spezialisiert hat. Ein Entomologe beispielsweise würde Fragen zur Funktionsweise von Insekten stellen.

„Der Lebenszyklus einer Fruchtfliege beträgt etwa 30 Tage (bei 29 Grad Celsius). Wie wirken sich Temperaturänderungen auf den Lebenszyklus einer Fruchtfliege aus?“

Schritt 2: Hypothese

Stellen Sie eine Hypothese (eine begründete Vermutung) auf, die versucht, die Frage zu beantworten. Eine nützliche Hypothese ist a testbar Stellungnahme.

„Wenn die Temperatur der Umgebung einer Fruchtfliege gesenkt wird, verlängert sich die Zeit, die die Fruchtfliege braucht, um ihren Lebenszyklus abzuschließen.“

Schritt 3: Experimentieren

Entwerfen und führen Sie ein Experiment durch, das in der Lage ist, die Hypothese zu testen. Mit anderen Worten, das Experiment muss so gestaltet sein, dass es Ergebnisse liefert, die die Hypothese entweder eindeutig unterstützen oder eindeutig falsifizieren (widerlegen). Es hilft, „Wenn-Dann“-Vorhersagen basierend auf Ihrer Hypothese zu verwenden.

„Platzieren Sie 100 Fruchtfliegen bei 18 Grad Celsius für eine Generation. Platzieren Sie auch 100 Fruchtfliegen bei 29 Grad Celsius für eine Generation. Wenn die Hypothese stimmt, werden die Fruchtfliegen, die sich bei 18 Grad Celsius entwickeln, ihren Lebenszyklus nach den Fruchtfliegen, die bei 29 Grad Celsius platziert werden, beenden."

Schritt 4: Ergebnisse analysieren und Schlussfolgerungen formulieren

Lehnen Sie die Hypothese ab, wenn die Ergebnisse nicht mit der Hypothese übereinstimmen, oder akzeptieren Sie die Hypothese als möglicherweise wahr, wenn die Ergebnisse mit der Hypothese übereinstimmen. Beachten Sie, dass die Hypothese nicht „als wahr bewiesen“ ist, auch wenn die Ergebnisse sie unterstützen. Dies liegt daran, dass es andere Erklärungen als die Hypothese für das experimentelle Ergebnis geben kann.

Wenn sich zum Beispiel die bei 18 Grad Celsius gehaltenen Fruchtfliegen langsamer entwickeln, kann es sein, dass ihr Futter nicht so weich ist, was den Fruchtfliegen die Nahrungsaufnahme bei der niedrigeren Temperatur erschwert, sie weniger Nahrung fressen und somit wachsen Langsamer.

Wenn die experimentellen Ergebnisse die Hypothese nicht stützen, kann die Hypothese modifiziert und zusätzliche Experimente durchgeführt werden, um die neue oder überarbeitete Hypothese zu testen.

Abbildung (PageIndex{1}). (CC BY-NC-SA)

Entwerfen eines guten Experiments

Der schwierigste Teil der wissenschaftlichen Methode ist normalerweise der dritte Schritt, der Entwurf und die Durchführung eines Experiments, um die Hypothese zu testen. Ein gut konzipiertes Experiment sollte alle der folgenden Merkmale beinhalten:

1. Eine unabhängige Variable. Die unabhängige Variable ist der Teil des Experiments, den der Wissenschaftler ändert oder manipuliert, um zu sehen, welcher Effekt auftritt.

„Die Temperatur ist die unabhängige Variable, denn genau diese ändert das Experiment, um seine Wirkung zu sehen.“

2. Eine abhängige Variable. Die abhängige Variable ist der Teil des Experiments, der sich aufgrund der Änderung der unabhängigen Variablen ändert. Mit anderen Worten, die abhängige Variable ist der Effekt, der durch die Änderung der unabhängigen Variablen auftritt.

„Die Länge des Lebenszyklus der Fruchtfliegen ist die abhängige Variable, da sich der Entwicklungszeitpunkt aufgrund der Temperatur voraussichtlich ändern wird.“

3. Eine experimentelle Gruppe. Die experimentelle Gruppe ist die Gruppe von Probanden, bei denen die unabhängige Variable auf ein ungewöhnliches oder Testniveau gesetzt ist.

„Die bei 18 Grad Celsius platzierten Fruchtfliegen sind die Versuchsgruppe, da getestet wird, wie sich eine niedrigere Temperatur auf den Lebenszyklus von Fruchtfliegen auswirkt.“

4. Eine Kontrollgruppe. Eine Kontrollgruppe ist die Gruppe von Versuchspersonen im Experiment, mit der die Versuchsgruppe verglichen wird. Für die Kontrollgruppe wird die unabhängige Variable auf ein normales oder normales Niveau gesetzt (das Null sein kann, wenn dies als normales Niveau angesehen wird).

„Die bei 29 Grad gehaltenen Fruchtfliegen sind die Kontrollgruppe, da dies die optimale Temperatur für die Entwicklung von Fruchtfliegen ist.“

Einige Experimente umfassen Dinge, die als Positivkontrollen und Negativkontrollen bezeichnet werden. Diese unterscheiden sich geringfügig von Kontrollgruppen. Positiv- und Negativkontrollen dienen dem Nachweis, dass das Experiment korrekt funktioniert. EIN Positive Kontrolle ist ein Teil des Experiments, der bewusst auf ein positives Ergebnis ausgerichtet ist. Es zeigt, dass das Experiment in der Lage ist, ein positives Ergebnis zu liefern, wenn es soll. EIN Negativkontrolle ist ein Teil des Experiments, der ein negatives Ergebnis liefern soll. Es zeigt, dass das Experiment in der Lage ist, ein negatives Ergebnis zu produzieren, wenn es soll.

5. Das Experiment sollte Wiederholungen enthalten. Dies bedeutet, dass es in der Experimentalgruppe und der Kontrollgruppe mehr als eine Person geben sollte. Wieso den? Im Allgemeinen gilt: Je mehr Wiederholungen, desto unwahrscheinlicher ist es, dass Ihre Ergebnisse auf zufällige Zufälle zurückzuführen sind.

„Die Versuchsgruppe und die Kontrollgruppe enthielten jeweils 100 Fruchtfliegen.“

6. Das Experiment sollte gut definiert sein. Ein Aspekt von „gut definiert“ ist, dass das Verfahren (die Schritte) aufgeschrieben und klar beschrieben werden müssen. Der wahre Test eines gut geschriebenen experimentellen Verfahrens besteht darin, dass ein anderer Wissenschaftler es genau nach den schriftlichen Anweisungen duplizieren könnte. Ein weiterer Aspekt von „gut definiert“ ist, dass alles im Experiment, wie Materialien, Chemikalien, Ausrüstung, Umweltbedingungen und die Versuchspersonen (die am Experiment beteiligten Organismen) so genau wie möglich beschrieben werden sollte. Alle Faktoren, die in der Versuchs- und Kontrollgruppe gleich gehalten werden, heißen standardisierte Variablen. Ein weiterer Aspekt von „gut definiert“ ist, dass alle Teile des Experiments quantifiziert werden sollten. Das heißt, sie sollten in Zahlen gemessen werden.

a) Alle Fruchtfliegen in diesem Versuch sind von derselben Art (Drosophila melanogaster). Alle Fruchtfliegen wurden in Plastikfläschchen mit Standard-Maismehl-Medium und einem Wattestopfen gegeben. Alle Fruchtfliegen erhielten 16 Stunden pro Tag künstliches Sonnenlicht.

b) Eine Gruppe von 100 Fruchtfliegen (die Versuchsgruppe) wurde in einen auf 18 Grad Celsius eingestellten Inkubator gegeben.

c) Eine Gruppe von 100 Fruchtfliegen (die Kontrollgruppe) wurde in einen auf 29 Grad Celsius eingestellten Inkubator gegeben.

d) Um die Länge des Lebenszyklus der Fruchtfliegen genau zu bestimmen, wurden 100 adulte Fliegen 2 Tage lang Eier legen lassen und dann aus den Fläschchen entnommen. Die Fläschchen wurden täglich überwacht, um das Stadium des Lebenszyklus der Nachkommen der ursprünglichen erwachsenen Fruchtfliegen zu bestimmen. Das Ende des Lebenszyklus wurde als der Zeitpunkt erfasst, an dem die Hälfte der Fruchtfliegen geschlüpft war (Erwachsene schlüpfen aus der Puppenhülle).

Was ist eine wissenschaftliche Theorie?

"Es ist nur eine Theorie." Unser alltäglicher Gebrauch des Begriffs Theorie impliziert oft eine bloße Vermutung oder etwas, das nicht bewiesen ist. Eine wissenschaftliche Theorie impliziert jedoch, dass etwas bewiesen wurde und allgemein als wahr akzeptiert wird. EIN wissenschaftliche Theorie ist eine Erklärung für Naturereignisse, die auf einer Vielzahl von Beobachtungen beruht und mehrfach verifiziert wurde. Theorien helfen Wissenschaftlern, große Datenmengen zu erklären.

Eine Theorie unterscheidet sich von einer Hypothese dadurch, dass sie viel breiter angelegt ist und durch eine viel größere Menge an Beweisen gestützt wird. Denken Sie daran, dass eine Hypothese eine fundierte Vermutung ist, die auf Beobachtungen basiert, aber noch nicht bewiesen wurde.

Theorien werden zwar nicht so leicht verworfen, da sie auf einem umfangreichen Beweismaterial basieren, aber manchmal müssen Wissenschaftler wissenschaftliche Theorien ändern oder sogar ablehnen, wenn neue Forschungsmethoden Ergebnisse liefern, die nicht mit der aktuellen Theorie übereinstimmen.


Tutorial zur wissenschaftlichen Methode von Dr. Katherine Harris ist lizenziert unter a Creative Commons Namensnennung-Keine kommerzielle Nutzung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Unported-Lizenz.

Dieses Tutorial wurde durch den Titel V-STEM Grant #P031S090007 finanziert.


Inhalt

Wichtige Debatten in der Wissenschaftsgeschichte betreffen den Rationalismus, insbesondere wie er von René Descartes Induktivismus und/oder Empirismus vertreten wird, wie von Francis Bacon argumentiert, und der bei Isaac Newton und seinen Anhängern und dem Hypothetik-Deduktivismus, der in den Vordergrund trat, zu besonderer Bedeutung gelangte im frühen 19. Jahrhundert.

Der Begriff "wissenschaftliche Methode" entstand im 19. Jahrhundert, als eine bedeutende institutionelle Entwicklung der Wissenschaft stattfand und Terminologien auftauchten, die klare Grenzen zwischen Wissenschaft und Nicht-Wissenschaft setzten, wie "Wissenschaftler" und "Pseudowissenschaft". [16] Während der 1830er und 1850er Jahre, als der Baconianismus populär war, führten Naturforscher wie William Whewell, John Herschel, John Stuart Mill Debatten über „Induktion“ und „Fakten“ und konzentrierten sich darauf, wie man Wissen generiert. [16] Im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert wurde eine Debatte über Realismus vs. Antirealismus geführt, als mächtige wissenschaftliche Theorien über den Bereich des Beobachtbaren hinausgingen. [17]

Der Begriff "wissenschaftliche Methode" wurde im 20. Jahrhundert populär und tauchte in Wörterbüchern und wissenschaftlichen Lehrbüchern auf, obwohl es wenig wissenschaftlichen Konsens über seine Bedeutung gab. [16] Obwohl es Mitte des 20. Jahrhunderts ein Wachstum gab, hatten in den 1960er und 1970er Jahren zahlreiche einflussreiche Wissenschaftsphilosophen wie Thomas Kuhn und Paul Feyerabend die Universalität der "wissenschaftlichen Methode" in Frage gestellt und damit den Begriff weitgehend ersetzt der Wissenschaft als homogene und universelle Methode, wobei sie eine heterogene und lokale Praxis ist. [16] Insbesondere Paul Feyerabend in der 1975er Erstausgabe seines Buches Gegen Methode, argumentierte dagegen, dass es universelle Regeln der Wissenschaft gebe. [17] Spätere Beispiele sind der Aufsatz "There Is No Scientific Method" des Physikers Lee Smolin aus dem Jahr 2013 [18] und das Kapitel des Wissenschaftshistorikers Daniel Thurs im Buch von 2015 Newtons Apple und andere Mythen über die Wissenschaft, die zu dem Schluss kam, dass die wissenschaftliche Methode ein Mythos oder bestenfalls eine Idealisierung ist. [19] Die Philosophen Robert Nola und Howard Sankey in ihrem Buch von 2007 Theorien der wissenschaftlichen Methode, sagte, dass Debatten über wissenschaftliche Methoden weitergehen, und argumentierte, dass Feyerabend trotz des Titels von Gegen Methode, bestimmte Methodenregeln akzeptiert und versucht, diese Regeln mit einer Meta-Methodik zu begründen. [20]

Die wissenschaftliche Methode ist der Prozess, durch den Wissenschaft durchgeführt wird. [21] Wie in anderen Forschungsgebieten kann die Wissenschaft (durch die wissenschaftliche Methode) auf Vorwissen aufbauen und im Laufe der Zeit ein differenzierteres Verständnis ihrer Studienthemen entwickeln. [22] [23] [24] [25] [26] [27] Dieses Modell liegt der wissenschaftlichen Revolution zugrunde. [28]

Das allgegenwärtige Element der wissenschaftlichen Methode ist die Empirie. Dies steht im Gegensatz zu stringenten Formen des Rationalismus: Die wissenschaftliche Methode verkörpert, dass Vernunft allein ein bestimmtes wissenschaftliches Problem nicht lösen kann. Eine starke Formulierung der wissenschaftlichen Methode ist nicht immer auf eine Form der Empirie ausgerichtet, bei der die empirischen Daten in Form von Erfahrungen oder anderen abstrahierten Wissensformen in der aktuellen wissenschaftlichen Praxis präsentiert werden, jedoch die Verwendung wissenschaftlicher Modellierung und das Vertrauen auf abstrakte Typologien und Theorien werden normalerweise akzeptiert. Die wissenschaftliche Methode ist notwendigerweise auch Ausdruck einer Ablehnung von Behauptungen, die z.B. Offenbarung, politische oder religiöse Dogmen, Berufungen auf Traditionen, allgemein verbreitete Überzeugungen, gesunder Menschenverstand oder vor allem gegenwärtige Theorien sind die einzig möglichen Mittel, um die Wahrheit zu beweisen.

Verschiedene frühe Ausdrucksformen des Empirismus und der wissenschaftlichen Methode finden sich im Laufe der Geschichte, beispielsweise bei den antiken Stoikern Epikur, [29] Alhazen, [30] Roger Bacon und William of Ockham. Ab dem 16. Jahrhundert wurden Experimente von Francis Bacon befürwortet und von Giambattista della Porta, [31] Johannes Kepler, [32] und Galileo Galilei durchgeführt. [33] Eine besondere Entwicklung wurde durch theoretische Arbeiten von Francisco Sanches, [34] John Locke, George Berkeley und David Hume unterstützt.

Das im 20. Jahrhundert formulierte hypothetisch-deduktive Modell [35] ist das Ideal, obwohl es seit seiner Einführung erheblich überarbeitet wurde (für eine formellere Diskussion siehe § Elemente der wissenschaftlichen Methode). Staddon (2017) argumentiert, dass es ein Fehler ist, Regeln zu befolgen [36], die am besten durch sorgfältiges Studium von Beispielen wissenschaftlicher Untersuchung erlernt werden.

Verfahren

Der Gesamtprozess umfasst das Aufstellen von Vermutungen (Hypothesen), das Ableiten von Vorhersagen daraus als logische Konsequenzen und das anschließende Durchführen von Experimenten basierend auf diesen Vorhersagen, um festzustellen, ob die ursprüngliche Vermutung richtig war. [4] Bei einer formelhaften Methodenaussage gibt es jedoch Schwierigkeiten. Obwohl die wissenschaftliche Methode oft als eine feste Abfolge von Schritten dargestellt wird, sind diese Maßnahmen besser als allgemeine Prinzipien zu betrachten. [9] Nicht alle Schritte finden bei jeder wissenschaftlichen Untersuchung (auch nicht in gleichem Maße) statt, und sie werden nicht immer in der gleichen Reihenfolge durchgeführt. Wie der Wissenschaftler und Philosoph William Whewell (1794–1866) feststellte, sind bei jedem Schritt „Erfindung, Scharfsinn [und] Genie“ [10] erforderlich.

Formulierung einer Frage

Die Frage kann sich auf die Erklärung einer bestimmten Beobachtung beziehen, wie in "Warum ist der Himmel blau?" kann aber auch ein offenes Ende haben, wie in "Wie kann ich ein Medikament entwickeln, um diese spezielle Krankheit zu heilen?" Diese Phase beinhaltet häufig das Auffinden und Bewerten von Beweisen aus früheren Experimenten, persönlichen wissenschaftlichen Beobachtungen oder Behauptungen sowie der Arbeit anderer Wissenschaftler. Wenn die Antwort bereits bekannt ist, kann eine andere Frage gestellt werden, die auf den Beweisen aufbaut. Bei der Anwendung der wissenschaftlichen Methode auf die Forschung kann die Bestimmung einer guten Frage sehr schwierig sein und das Ergebnis der Untersuchung beeinflussen. [37]

Hypothese

Eine Hypothese ist eine Vermutung, die auf Erkenntnissen basiert, die bei der Formulierung der Frage gewonnen wurden und die ein bestimmtes Verhalten erklären können. Die Hypothese könnte sehr spezifisch sein, zum Beispiel Einsteins Äquivalenzprinzip oder Francis Cricks "DNA macht RNA macht Proteine" [38] oder sie könnte weit gefasst sein, beispielsweise leben unbekannte Arten des Lebens in den unerforschten Tiefen der Ozeane. Eine statistische Hypothese ist eine Vermutung über eine gegebene statistische Population. Zum Beispiel könnte die Bevölkerung sein Menschen mit einer bestimmten Krankheit. Die Vermutung könnte lauten, dass ein neues Medikament die Krankheit bei einigen dieser Menschen heilen wird. Begriffe, die üblicherweise mit statistischen Hypothesen in Verbindung gebracht werden, sind Nullhypothese und Alternativhypothese. Eine Nullhypothese ist die Vermutung, dass die statistische Hypothese zum Beispiel falsch ist, dass das neue Medikament nichts bewirkt und dass jede Heilung durch Zufall verursacht wird. Forscher wollen normalerweise zeigen, dass die Nullhypothese falsch ist. Die Alternativhypothese ist das gewünschte Ergebnis, dass das Medikament besser abschneidet als der Zufall. Ein letzter Punkt: Eine wissenschaftliche Hypothese muss falsifizierbar sein, d. h. man kann ein mögliches Ergebnis eines Experiments identifizieren, das den aus der Hypothese abgeleiteten Vorhersagen widerspricht, ansonsten kann es nicht sinnvoll überprüft werden.

Vorhersage

In diesem Schritt werden die logischen Konsequenzen der Hypothese bestimmt. Eine oder mehrere Vorhersagen werden dann für weitere Tests ausgewählt. Je unwahrscheinlicher, dass eine Vorhersage einfach durch Zufall richtig wäre, desto überzeugender wäre sie, wenn die Vorhersage erfüllt wäre auch Nachwort). Idealerweise muss die Vorhersage auch die Hypothese von wahrscheinlichen Alternativen unterscheiden, wenn zwei Hypothesen dieselbe Vorhersage treffen, ist die Beobachtung, dass die Vorhersage korrekt ist, kein Beweis für die eine gegenüber der anderen. (Diese Aussagen über die relative Stärke von Beweisen können mathematisch mit dem Satz von Bayes abgeleitet werden). [39]

Testen

Dies ist eine Untersuchung, ob sich die reale Welt so verhält, wie von der Hypothese vorhergesagt. Wissenschaftler (und andere Menschen) testen Hypothesen, indem sie Experimente durchführen. Der Zweck eines Experiments besteht darin, festzustellen, ob Beobachtungen der realen Welt mit den Vorhersagen einer Hypothese übereinstimmen oder diesen widersprechen. Stimmen sie zu, steigt das Vertrauen in die Hypothese, ansonsten sinkt es. Die Vereinbarung garantiert nicht, dass die Hypothese wahr ist. Zukünftige Experimente können Probleme aufdecken. Karl Popper riet Wissenschaftlern, zu versuchen, Hypothesen zu falsifizieren, d. h. diejenigen Experimente zu suchen und zu testen, die am zweifelhaftesten erscheinen. Viele erfolgreiche Bestätigungen überzeugen nicht, wenn sie aus Experimenten resultieren, die Risiken vermeiden. [7] Experimente sollten so gestaltet sein, dass mögliche Fehler minimiert werden, insbesondere durch den Einsatz geeigneter wissenschaftlicher Kontrollen. Beispielsweise werden Tests zu medizinischen Behandlungen üblicherweise als Doppelblindtests durchgeführt. Testpersonal, das den Testpersonen unwissentlich verraten könnte, welche Proben die gewünschten Testmedikamente und welche Placebos sind, wird nicht darüber informiert, welche Proben es sind. Solche Hinweise können die Antworten der Testpersonen verzerren. Darüber hinaus bedeutet das Scheitern eines Experiments nicht unbedingt, dass die Hypothese falsch ist. Experimente hängen immer von mehreren Hypothesen ab, z. B. dass das Testgerät ordnungsgemäß funktioniert, und ein Fehler kann ein Fehler einer der Hilfshypothesen sein. (Siehe die Duhem-Quine-These.) Experimente können in einem College-Labor, auf einem Küchentisch, am Large Hadron Collider des CERN, auf dem Grund eines Ozeans, auf dem Mars (mit einem der funktionierenden Rover) usw. durchgeführt werden . Astronomen führen Experimente durch und suchen nach Planeten um ferne Sterne. Schließlich befassen sich die meisten Einzelexperimente aus Praktikabilitätsgründen mit sehr spezifischen Themen. Infolgedessen werden in der Regel nach und nach Erkenntnisse über breitere Themen gesammelt.

Analyse

Dies beinhaltet die Bestimmung, was die Ergebnisse des Experiments zeigen und die Entscheidung über die nächsten zu ergreifenden Maßnahmen. Die Vorhersagen der Hypothese werden mit denen der Nullhypothese verglichen, um festzustellen, welche die Daten besser erklären kann.In Fällen, in denen ein Experiment viele Male wiederholt wird, kann eine statistische Analyse wie ein Chi-Quadrat-Test erforderlich sein. Wenn die Beweise die Hypothese falsifiziert haben, ist eine neue Hypothese erforderlich, wenn das Experiment die Hypothese unterstützt, die Beweise jedoch nicht stark genug für eine hohe Zuverlässigkeit sind, müssen andere Vorhersagen aus der Hypothese getestet werden. Sobald eine Hypothese stark durch Beweise gestützt wird, kann eine neue Frage gestellt werden, um weitere Erkenntnisse zu demselben Thema zu gewinnen. Hinweise anderer Wissenschaftler und Erfahrungen fließen häufig in jede Phase des Prozesses ein. Abhängig von der Komplexität des Experiments können viele Iterationen erforderlich sein, um genügend Beweise zu sammeln, um eine Frage sicher zu beantworten, oder um viele Antworten auf sehr spezifische Fragen aufzubauen, um eine einzige umfassendere Frage zu beantworten.

DNA-Beispiel

Die Grundelemente der wissenschaftlichen Methode werden an folgendem Beispiel aus der Entdeckung der DNA-Struktur verdeutlicht:

  • Frage: Frühere Untersuchungen der DNA hatten ihre chemische Zusammensetzung (die vier Nukleotide), die Struktur jedes einzelnen Nukleotids und andere Eigenschaften bestimmt. Röntgenbeugungsmuster von DNA von Florence Bell in ihrem Ph.D. These (1939) waren ähnlich (wenn auch nicht so gut wie) "Foto 51", aber diese Forschung wurde durch die Ereignisse des Zweiten Weltkriegs unterbrochen. DNA war 1944 durch das Avery-MacLeod-McCarty-Experiment als Träger genetischer Information identifiziert worden, [40] aber der Mechanismus, wie genetische Information in der DNA gespeichert wird, war unklar.
  • Hypothese: Linus Pauling, Francis Crick und James D. Watson stellten die Hypothese auf, dass die DNA eine helikale Struktur hat. [41]
  • Vorhersage: Wenn DNA eine helikale Struktur hätte, wäre ihr Röntgenbeugungsmuster X-förmig. [42][43] Diese Vorhersage wurde unter Verwendung der Mathematik der Helixtransformation bestimmt, die von Cochran, Crick und Vand [44] (und unabhängig von Stokes) abgeleitet wurde. Diese Vorhersage war ein mathematisches Konstrukt, völlig unabhängig vom vorliegenden biologischen Problem.
  • Experiment: Rosalind Franklin verwendete reine DNA, um eine Röntgenbeugung durchzuführen, um Foto 51 zu erzeugen. Die Ergebnisse zeigten eine X-Form.
  • Analyse: Als Watson das detaillierte Beugungsmuster sah, erkannte er es sofort als Helix. [45][46] Er und Crick erstellten dann ihr Modell, indem sie diese Informationen zusammen mit den zuvor bekannten Informationen über die Zusammensetzung der DNA, insbesondere Chargaffs Regeln der Basenpaarung, verwendeten. [47]

Die Entdeckung wurde zum Ausgangspunkt für viele weitere Studien zum Erbgut, etwa auf dem Gebiet der Molekulargenetik, und wurde 1962 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Jeder Schritt des Beispiels wird später im Artikel genauer untersucht.

Andere Komponenten

Die wissenschaftliche Methode umfasst auch andere Komponenten, die erforderlich sind, selbst wenn alle Iterationen der obigen Schritte abgeschlossen sind: [48]

Reproduzieren

Wenn ein Experiment nicht wiederholt werden kann, um dieselben Ergebnisse zu erzielen, bedeutet dies, dass die ursprünglichen Ergebnisse möglicherweise falsch waren. Daher ist es üblich, dass ein einzelnes Experiment mehrmals durchgeführt wird, insbesondere wenn es unkontrollierte Variablen oder andere Anzeichen für experimentelle Fehler gibt. Bei signifikanten oder überraschenden Ergebnissen können auch andere Wissenschaftler versuchen, die Ergebnisse für sich selbst zu replizieren, insbesondere wenn diese Ergebnisse für ihre eigene Arbeit wichtig wären. [49] Die Replikation ist zu einem umstrittenen Thema in der Sozial- und Biomedizin geworden, wo Behandlungen an Gruppen von Individuen verabreicht werden. Typischerweise ein Versuchsgruppe bekommt die Behandlung, z. B. ein Medikament, und die Kontrollgruppe bekommt ein Placebo. John Ioannidis wies 2005 darauf hin, dass die verwendete Methode zu vielen Erkenntnissen geführt hat, die nicht reproduziert werden können. [50]

Externe Überprüfung

Das Peer-Review-Verfahren beinhaltet die Bewertung des Experiments durch Experten, die ihre Meinung in der Regel anonym äußern. Einige Zeitschriften verlangen, dass der Experimentator Listen mit möglichen Peer-Reviewern bereitstellt, insbesondere wenn das Fachgebiet hoch spezialisiert ist. Peer-Review bescheinigt nicht die Richtigkeit der Ergebnisse, sondern nur, dass die Versuche selbst nach Ansicht des Gutachters fehlerfrei waren (basierend auf der Beschreibung des Versuchsleiters). Wenn die Arbeit ein Peer-Review besteht, was gelegentlich neue Experimente erfordern kann, die von den Gutachtern angefordert werden, wird sie in einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht. Die jeweilige Zeitschrift, die die Ergebnisse veröffentlicht, weist auf die wahrgenommene Qualität der Arbeit hin. [51]

Datenaufzeichnung und -freigabe

Wissenschaftler sind bei der Aufzeichnung ihrer Daten typischerweise vorsichtig, eine Forderung, die von Ludwik Fleck (1896–1961) und anderen gefördert wurde. [52] Obwohl dies normalerweise nicht erforderlich ist, werden sie möglicherweise aufgefordert, diese Daten anderen Wissenschaftlern zur Verfügung zu stellen, die ihre ursprünglichen Ergebnisse (oder Teile ihrer ursprünglichen Ergebnisse) replizieren möchten, bis hin zur gemeinsamen Nutzung von experimentellen Proben, die möglicherweise schwer zu erhalten sind. [53]

Wissenschaftliche Forschung zielt im Allgemeinen darauf ab, Wissen in Form von überprüfbaren Erklärungen zu gewinnen, mit denen Wissenschaftler die Ergebnisse zukünftiger Experimente vorhersagen können. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, das untersuchte Thema besser zu verstehen und dieses Verständnis später zu nutzen, um in seine kausalen Mechanismen einzugreifen (z. B. um Krankheiten zu heilen). Je besser eine Erklärung für Vorhersagen ist, desto nützlicher kann sie häufig sein, und desto wahrscheinlicher wird sie weiterhin eine Reihe von Beweisen besser erklären als ihre Alternativen. Die erfolgreichsten Erklärungen – solche, die unter einer Vielzahl von Umständen genaue Vorhersagen machen – werden oft als wissenschaftliche Theorien bezeichnet.

Die meisten experimentellen Ergebnisse bewirken keine großen Veränderungen des menschlichen Verständnisses Verbesserungen des theoretischen wissenschaftlichen Verständnisses resultieren typischerweise aus einem allmählichen Entwicklungsprozess im Laufe der Zeit, manchmal über verschiedene Bereiche der Wissenschaft hinweg. [54] Wissenschaftliche Modelle unterscheiden sich in dem Umfang, in dem sie experimentell getestet wurden und wie lange, und in ihrer Akzeptanz in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Im Allgemeinen werden Erklärungen im Laufe der Zeit akzeptiert, wenn sich Beweise zu einem bestimmten Thema anhäufen, und die fragliche Erklärung erweist sich bei der Erklärung der Beweise als aussagekräftiger als ihre Alternativen. Häufig formulieren nachfolgende Forscher die Erklärungen im Laufe der Zeit neu oder kombinierten Erklärungen zu neuen Erklärungen.

Tow sieht die wissenschaftliche Methode als einen evolutionären Algorithmus, der auf Wissenschaft und Technologie angewendet wird. [55]

Eigenschaften wissenschaftlicher Forschung

Wissenschaftliche Erkenntnisse sind eng mit empirischen Erkenntnissen verknüpft und können fälschungsanfällig bleiben, wenn neue experimentelle Beobachtungen mit dem Gefundenen nicht vereinbar sind. Das heißt, keine Theorie kann jemals als endgültig angesehen werden, da neue problematische Beweise entdeckt werden könnten. Wenn solche Beweise gefunden werden, kann eine neue Theorie vorgeschlagen werden, oder (häufiger) wird festgestellt, dass Modifikationen der vorherigen Theorie ausreichen, um die neuen Beweise zu erklären. Die Stärke einer Theorie kann argumentiert werden [ von wem? ], um sich darauf zu beziehen, wie lange es bestanden hat, ohne dass seine Grundprinzipien wesentlich geändert wurden.

Theorien können auch von anderen Theorien subsumiert werden. Zum Beispiel erklärten Newtons Gesetze Tausende von Jahren wissenschaftlicher Beobachtungen der Planeten fast perfekt. Allerdings wurden diese Gesetze dann als Sonderfälle einer allgemeineren Theorie (Relativität) bestimmt, die sowohl die (bisher ungeklärten) Ausnahmen von Newtons Gesetzen erklärte als auch andere Beobachtungen wie die Ablenkung von Licht durch die Schwerkraft vorhersagte und erklärte. So können in bestimmten Fällen unabhängige, unzusammenhängende, wissenschaftliche Beobachtungen verbunden werden, vereint durch Prinzipien zunehmender Erklärungskraft. [56] [57]

Da neue Theorien umfassender sein können als ihre Vorgänger und somit mehr erklären können als frühere, könnten Nachfolgetheorien einen höheren Standard erfüllen, indem sie eine größere Menge an Beobachtungen erklären als ihre Vorgänger. [56] Zum Beispiel erklärt die Evolutionstheorie die Vielfalt des Lebens auf der Erde, wie sich Arten an ihre Umgebung anpassen und viele andere Muster, die in der natürlichen Welt beobachtet wurden [58] [59] bilden die moderne evolutionäre Synthese. In späteren Modifikationen hat es auch Aspekte vieler anderer Gebiete wie der Biochemie und der Molekularbiologie subsumiert.

Überzeugungen und Vorurteile

Die wissenschaftliche Methodik weist oft an, dass Hypothesen wo immer möglich unter kontrollierten Bedingungen getestet werden. Dies ist in bestimmten Bereichen, beispielsweise in den Biowissenschaften, häufig möglich, in anderen Bereichen, beispielsweise in der Astronomie, schwieriger.

Die Praxis der experimentellen Kontrolle und Reproduzierbarkeit kann dazu führen, dass die potenziell schädlichen Auswirkungen der Umstände und bis zu einem gewissen Grad persönliche Voreingenommenheit verringert werden. Vorhandene Überzeugungen können beispielsweise die Interpretation von Ergebnissen verändern, da dies bei der Bestätigungsverzerrung eine Heuristik ist, die eine Person mit einer bestimmten Überzeugung dazu führt, Dinge als Verstärkung ihrer Überzeugung zu sehen, selbst wenn ein anderer Beobachter anderer Meinung sein könnte (mit anderen Worten, Menschen neigen dazu, das zu beobachten, was sie zu beobachten erwarten).

Ein historisches Beispiel ist der Glaube, dass die Beine eines galoppierenden Pferdes an dem Punkt gespreizt sind, an dem keines der Pferdebeine den Boden berührt, bis dieses Bild von seinen Anhängern in Gemälden aufgenommen wird. Die ersten Stop-Action-Bilder eines Pferdegalopps von Eadweard Muybridge zeigten jedoch, dass dies falsch ist und dass die Beine stattdessen zusammengezogen sind. [60]

Eine weitere wichtige menschliche Voreingenommenheit, die eine Rolle spielt, ist die Vorliebe für neue, überraschende Aussagen (siehe Appell an die Neuheit), die zu einer Suche nach Beweisen für die Wahrheit des Neuen führen kann. [61] Schlecht bestätigte Überzeugungen können über eine weniger strenge Heuristik geglaubt und darauf reagiert werden. [62]

Goldhaber und Nieto veröffentlichten 2010 die Beobachtung, dass, wenn theoretische Strukturen mit „vielen eng benachbarten Fächern durch die Verknüpfung theoretischer Konzepte beschrieben werden, die theoretische Struktur eine Robustheit erhält, die ein Umstürzen immer schwerer – wenn auch nie unmöglich – macht“. [57] Wenn eine Erzählung konstruiert ist, werden ihre Elemente leichter zu glauben. [63] Zum narrativen Fehlschluss siehe auch Fleck 1979, S. 27: „Wörter und Ideen sind ursprünglich phonetische und mentale Äquivalenzen der mit ihnen zusammenfallenden Erfahrungen. . Solche Protoideen sind zunächst immer zu breit und ungenügend spezialisiert. gebildet wurde, bietet sie dauerhaften Widerstand gegen alles, was ihr widerspricht." Manchmal werden diese Elemente angenommen a priori, oder einen anderen logischen oder methodischen Fehler in dem Prozess enthalten, der sie letztendlich hervorgebracht hat. Donald M. MacKay hat diese Elemente im Hinblick auf die Grenzen der Messgenauigkeit analysiert und sie mit instrumentellen Elementen in einer Kategorie von Messungen in Beziehung gesetzt. [64]

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die grundlegende Methode der wissenschaftlichen Untersuchung zu skizzieren. Die wissenschaftliche Gemeinschaft und die Wissenschaftsphilosophen sind sich im Allgemeinen über die folgende Einteilung der Methodenkomponenten einig. Diese methodischen Elemente und die Organisation von Verfahren sind eher für die Naturwissenschaften als für die Sozialwissenschaften charakteristisch. Nichtsdestotrotz wird der Zyklus des Formulierens von Hypothesen, des Testens und Analysierens der Ergebnisse und des Formulierens neuer Hypothesen dem unten beschriebenen Zyklus ähneln.

Die wissenschaftliche Methode ist ein iterativer, zyklischer Prozess, bei dem Informationen ständig überarbeitet werden. [65] [66] Es ist allgemein anerkannt, Wissensfortschritte durch die folgenden Elemente in unterschiedlichen Kombinationen oder Beiträgen zu entwickeln: [67] [68]

  • Charakterisierungen (Beobachtungen, Definitionen und Messungen des Untersuchungsgegenstandes)
  • Hypothesen (theoretische, hypothetische Erklärungen von Beobachtungen und Messungen des Subjekts)
  • Vorhersagen (induktive und deduktive Schlussfolgerungen aus der Hypothese oder Theorie)
  • Experimente (Tests aller oben genannten)

Jedes Element der wissenschaftlichen Methode wird einem Peer Review auf mögliche Fehler unterzogen. Diese Aktivitäten beschreiben nicht alles, was Wissenschaftler tun, sondern beziehen sich hauptsächlich auf experimentelle Wissenschaften (z. B. Physik, Chemie und Biologie). Die oben genannten Elemente werden im Bildungssystem oft als "wissenschaftliche Methode" gelehrt. [69]

Die wissenschaftliche Methode ist kein einzelnes Rezept: Sie erfordert Intelligenz, Vorstellungskraft und Kreativität. [70] In diesem Sinne handelt es sich nicht um eine sinnlose Reihe von Standards und Verfahren, die zu befolgen sind, sondern um einen fortlaufenden Zyklus, in dem ständig nützlichere, genauere und umfassendere Modelle und Methoden entwickelt werden. Als Einstein beispielsweise die Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie entwickelte, widerlegte er Newtons Principia. Im Gegenteil, wenn man das astronomisch Massive, das Federleichte und das Extrem Schnelle aus Einsteins Theorien herausnimmt – alles Phänomene, die Newton nicht hätte beobachten können – bleiben Newtons Gleichungen übrig. Einsteins Theorien sind Erweiterungen und Verfeinerungen von Newtons Theorien und erhöhen somit das Vertrauen in Newtons Arbeit.

Als Leitfaden für das Vorgehen wird manchmal ein linearisiertes, pragmatisches Schema der oben genannten vier Punkte angeboten: [71]

  1. Definiere eine Frage
  2. Informationen und Ressourcen sammeln (beobachten)
  3. Bilden Sie eine erklärende Hypothese
  4. Testen Sie die Hypothese, indem Sie ein Experiment durchführen und Daten auf reproduzierbare Weise sammeln
  5. Analysieren Sie die Daten
  6. Interpretieren Sie die Daten und ziehen Sie Schlussfolgerungen, die als Ausgangspunkt für eine neue Hypothese dienen
  7. Ergebnisse veröffentlichen
  8. Wiederholungstest (wird häufig von anderen Wissenschaftlern durchgeführt)

Der iterative Zyklus, der dieser Schritt-für-Schritt-Methode innewohnt, geht von Punkt 3 zu Punkt 6 zurück zu Punkt 3.

Während dieses Schema eine typische Hypothesen-/Testmethode skizziert, [72] behaupten viele Philosophen, Historiker und Wissenschaftssoziologen, einschließlich Paul Feyerabend, dass solche Beschreibungen wissenschaftlicher Methoden wenig Bezug zu der Art und Weise haben, wie Wissenschaft tatsächlich praktiziert wird.

Charakterisierungen

Die wissenschaftliche Methode hängt von immer ausgefeilteren Charakterisierungen der Untersuchungsgegenstände ab. (Die Themen kann auch aufgerufen werden ungelöste Probleme oder der Unbekannte.) Zum Beispiel vermutete Benjamin Franklin richtigerweise, dass das Feuer von St. Elmo elektrisch sei, aber es bedurfte einer langen Reihe von Experimenten und theoretischen Änderungen, um dies zu beweisen. Bei der Suche nach den relevanten Eigenschaften der Probanden kann sorgfältiges Nachdenken auch einige Definitionen und Beobachtungen mit sich bringen. Die Beobachtungen erfordern oft sorgfältige Messungen und/oder Zählungen.

Die systematische, sorgfältige Sammlung von Messungen oder Zählungen relevanter Größen ist oft der entscheidende Unterschied zwischen Pseudowissenschaften wie der Alchemie und Naturwissenschaften wie Chemie oder Biologie. Wissenschaftliche Messungen werden normalerweise tabellarisch, grafisch oder kartografiert, und statistische Manipulationen wie Korrelation und Regression werden an ihnen durchgeführt. Die Messungen können in einer kontrollierten Umgebung wie einem Labor oder an mehr oder weniger unzugänglichen oder nicht manipulierbaren Objekten wie Sternen oder menschlichen Populationen durchgeführt werden. Die Messungen erfordern oft spezialisierte wissenschaftliche Instrumente wie Thermometer, Spektroskope, Teilchenbeschleuniger oder Voltmeter, und der Fortschritt eines wissenschaftlichen Gebiets ist normalerweise eng mit ihrer Erfindung und Verbesserung verbunden.

Ich bin es nicht gewohnt, schon nach ein oder zwei Beobachtungen etwas mit Sicherheit zu sagen.

Unsicherheit

Messungen in wissenschaftlichen Arbeiten werden in der Regel auch von Schätzungen ihrer Unsicherheit begleitet. Die Unsicherheit wird oft durch wiederholte Messungen der gewünschten Größe geschätzt. Unsicherheiten können auch unter Berücksichtigung der Unsicherheiten der einzelnen zugrunde gelegten Größen berechnet werden. Die Anzahl der Dinge, wie die Anzahl der Menschen in einer Nation zu einem bestimmten Zeitpunkt, kann aufgrund von Einschränkungen bei der Datenerfassung ebenfalls eine Unsicherheit aufweisen. Oder Zählungen können eine Stichprobe gewünschter Mengen darstellen, mit einer Unsicherheit, die von der verwendeten Stichprobenmethode und der Anzahl der entnommenen Stichproben abhängt.

Definition

Messungen erfordern den Einsatz von Funktionierende Definitionen der entsprechenden Mengen. Das heißt, eine wissenschaftliche Größe wird dadurch beschrieben oder definiert, wie sie gemessen wird, im Gegensatz zu einer vageren, ungenaueren oder "idealisierten" Definition. Zum Beispiel kann elektrischer Strom, gemessen in Ampere, operativ als die Masse von Silber definiert werden, die in einer bestimmten Zeit auf einer Elektrode in einer elektrochemischen Vorrichtung abgeschieden wird, die ausführlich beschrieben wird. Die operative Definition einer Sache beruht oft auf Vergleichen mit Standards: Die operative Definition von "Masse" beruht letztendlich auf der Verwendung eines Artefakts, wie beispielsweise eines bestimmten Kilogramms Platin-Iridium, das in einem Labor in Frankreich aufbewahrt wird.

Die wissenschaftliche Definition eines Begriffs unterscheidet sich manchmal erheblich von seinem natürlichen Sprachgebrauch. Zum Beispiel überschneiden sich Masse und Gewicht in der Bedeutung im allgemeinen Diskurs, haben aber in der Mechanik unterschiedliche Bedeutungen. Wissenschaftliche Größen werden oft durch ihre Maßeinheiten charakterisiert, die später bei der Vermittlung der Arbeit mit konventionellen physikalischen Einheiten beschrieben werden können.

Neue Theorien werden manchmal entwickelt, nachdem festgestellt wurde, dass bestimmte Begriffe zuvor nicht ausreichend klar definiert wurden. Zum Beispiel beginnt Albert Einsteins erster Artikel über Relativität mit der Definition der Gleichzeitigkeit und der Mittel zur Bestimmung der Länge. Diese Ideen wurden von Isaac Newton mit "Ich definiere Zeit, Raum, Ort und Bewegung nicht als allgemein bekannt" übersprungen. Einsteins Aufsatz zeigt dann, dass sie (nämlich absolute Zeit und Länge unabhängig von der Bewegung) Annäherungen waren. Francis Crick warnt uns, dass es bei der Charakterisierung eines Themas jedoch verfrüht sein kann, etwas zu definieren, wenn es nicht verstanden wird. [74] In Cricks Bewusstseinsstudien fand er es tatsächlich einfacher, Bewusstsein im visuellen System zu studieren, als beispielsweise den freien Willen zu studieren. Sein warnendes Beispiel war das Gen, das das Gen vor Watson und Cricks bahnbrechender Entdeckung der Struktur der DNA viel weniger verstanden hatte. Es wäre kontraproduktiv gewesen, vor ihnen viel Zeit mit der Definition des Gens zu verbringen.

DNA-Charakterisierungen

Die Geschichte der Entdeckung der Struktur der DNA ist ein klassisches Beispiel für die Elemente der wissenschaftlichen Methode: 1950 war bekannt, dass die genetische Vererbung, beginnend mit den Studien von Gregor Mendel, eine mathematische Beschreibung hatte und dass die DNA genetische Informationen enthielt ( Oswald Averys Transformationsprinzip). [40] Der Mechanismus der Speicherung genetischer Informationen (d. h. Gene) in der DNA war jedoch unklar. Forscher in Braggs Labor an der Universität Cambridge machten Röntgenbeugungsbilder von verschiedenen Molekülen, angefangen bei Salzkristallen bis hin zu komplizierteren Substanzen.Anhand von jahrzehntelang sorgfältig zusammengetragenen Hinweisen, angefangen bei der chemischen Zusammensetzung, wurde festgestellt, dass die physikalische Struktur der DNA charakterisiert werden kann und die Röntgenbilder das Vehikel sein sollten. [75] ..2. DNA-Hypothesen

Ein weiteres Beispiel: Präzession von Merkur

Das Charakterisierungselement kann ausgedehnte und umfangreiche Studien erfordern, sogar Jahrhunderte. Es dauerte Tausende von Jahren an Messungen von chaldäischen, indischen, persischen, griechischen, arabischen und europäischen Astronomen, um die Bewegung des Planeten Erde vollständig aufzuzeichnen. Newton konnte diese Messungen in die Konsequenzen seiner Bewegungsgesetze einbeziehen. Aber das Perihel der Umlaufbahn des Planeten Merkur weist eine Präzession auf, die nicht vollständig durch die Newtonschen Bewegungsgesetze erklärt werden kann (siehe Diagramm rechts), wie Leverrier 1859 feststellte die Dinge, die Albert Einstein als möglichen frühen Test seiner Allgemeinen Relativitätstheorie einfielen. Seine relativistischen Berechnungen stimmten viel besser mit der Beobachtung überein als die Newtonsche Theorie. Der Unterschied beträgt ungefähr 43 Bogensekunden pro Jahrhundert.

Hypothesenentwicklung

Eine Hypothese ist eine vorgeschlagene Erklärung eines Phänomens oder alternativ ein begründeter Vorschlag, der eine mögliche Korrelation zwischen oder zwischen einer Reihe von Phänomenen vorschlägt.

Normalerweise haben Hypothesen die Form eines mathematischen Modells. Manchmal, aber nicht immer, können sie auch als existenzielle Aussagen formuliert werden, die sagen, dass ein bestimmter Fall des untersuchten Phänomens einige charakteristische und kausale Erklärungen hat, die die allgemeine Form universeller Aussagen haben, die besagen, dass jede Instanz des Phänomens eine besondere Eigenschaft.

Wissenschaftlern steht es frei, alle verfügbaren Ressourcen – ihre eigene Kreativität, Ideen aus anderen Bereichen, induktives Denken, Bayessche Schlussfolgerungen usw. – zu verwenden, um sich mögliche Erklärungen für ein zu untersuchendes Phänomen vorzustellen. Albert Einstein hat einmal festgestellt, dass "es keine logische Brücke zwischen Phänomenen und ihren theoretischen Prinzipien gibt". [77] Charles Sanders Peirce, eine Seite von Aristoteles (Vorherige Analysen, 2.25) beschrieb die beginnenden Stadien der Untersuchung, angestiftet durch die "Irritation des Zweifels", um eine plausible Vermutung zu wagen, als abduktives Denken. Die Geschichte der Wissenschaft ist gefüllt mit Geschichten von Wissenschaftlern, die behaupten, einen "Inspirationsblitz" oder eine Ahnung zu haben, was sie dann motivierte, nach Beweisen zu suchen, um ihre Idee zu stützen oder zu widerlegen. Michael Polanyi hat diese Kreativität zum Kernstück seiner Methodendiskussion gemacht.

Der Erfolg einer Hypothese oder ihr Dienst an der Wissenschaft liegt nicht nur in ihrer wahrgenommenen "Wahrheit" oder ihrer Fähigkeit, eine Vorgängeridee zu verdrängen, zu subsumieren oder zu reduzieren, sondern vielleicht mehr in ihrer Fähigkeit, die Forschung anzuregen, die erhellen wird . kahle Vermutungen und vage Bereiche.

Im Allgemeinen neigen Wissenschaftler dazu, nach Theorien zu suchen, die "elegant" oder "schön" sind. Wissenschaftler verwenden diese Begriffe oft, um auf eine Theorie zu verweisen, die den bekannten Tatsachen folgt, aber dennoch relativ einfach und leicht zu handhaben ist. Occams Rasiermesser dient als Faustregel für die Auswahl der wünschenswertesten unter einer Gruppe von gleichermaßen erklärenden Hypothesen.

Um den Bestätigungsfehler zu minimieren, der sich aus der Annahme einer einzelnen Hypothese ergibt, betont die starke Inferenz die Notwendigkeit, mehrere alternative Hypothesen zu unterhalten. [79]

DNA-Hypothesen

Linus Pauling schlug vor, dass die DNA eine Tripelhelix sein könnte. [80] Diese Hypothese wurde auch von Francis Crick und James D. Watson in Betracht gezogen, aber verworfen. Als Watson und Crick von Paulings Hypothese erfuhren, erkannten sie aus den vorhandenen Daten, dass Pauling falsch lag [81] und dass Pauling bald seine Schwierigkeiten mit dieser Struktur zugeben würde. Das Rennen war also im Gange, um die richtige Struktur herauszufinden (außer dass Pauling zu dem Zeitpunkt nicht bemerkte, dass er in einem Rennen war) ..3. DNA-Vorhersagen

Vorhersagen aus der Hypothese

Jede nützliche Hypothese ermöglicht Vorhersagen durch Argumentation, einschließlich deduktiver Argumentation. Es könnte das Ergebnis eines Experiments in einer Laborumgebung oder die Beobachtung eines Phänomens in der Natur vorhersagen. Die Vorhersage kann auch statistisch sein und nur mit Wahrscheinlichkeiten umgehen.

Es ist wichtig, dass das Ergebnis der Prüfung einer solchen Vorhersage derzeit nicht bekannt ist. Nur in diesem Fall erhöht ein erfolgreiches Ergebnis die Wahrscheinlichkeit, dass die Hypothese wahr ist. Wenn das Ergebnis bereits bekannt ist, wird es als Konsequenz bezeichnet und sollte bereits bei der Formulierung der Hypothese berücksichtigt werden.

Sind die Vorhersagen nicht durch Beobachtung oder Erfahrung zugänglich, so ist die Hypothese noch nicht überprüfbar und bleibt insofern im engeren Sinne unwissenschaftlich. Eine neue Technologie oder Theorie könnte die notwendigen Experimente möglich machen. Während beispielsweise eine Hypothese über die Existenz anderer intelligenter Arten mit wissenschaftlich fundierten Spekulationen überzeugen kann, kann kein bekanntes Experiment diese Hypothese überprüfen. Daher kann die Wissenschaft selbst wenig über die Möglichkeit sagen. In Zukunft könnte eine neue Technik einen experimentellen Test ermöglichen und die Spekulation würde dann Teil der anerkannten Wissenschaft werden.

DNA-Vorhersagen

James D. Watson, Francis Crick und andere stellten die Hypothese auf, dass DNA eine helikale Struktur hat. Dies implizierte, dass das Röntgenbeugungsmuster der DNA "x-förmig" wäre. [43] [82] Diese Vorhersage folgte aus der Arbeit von Cochran, Crick und Vand [44] (und unabhängig von Stokes). Das Cochran-Crick-Vand-Stokes-Theorem lieferte eine mathematische Erklärung für die empirische Beobachtung, dass Beugung an helikalen Strukturen x-förmige Muster erzeugt.

In ihrer ersten Veröffentlichung stellten Watson und Crick auch fest, dass die von ihnen vorgeschlagene Doppelhelix-Struktur einen einfachen Mechanismus für die DNA-Replikation bereitstellt, und schreiben: Material". [83] ..4. DNA-Experimente

Ein weiteres Beispiel: Allgemeine Relativitätstheorie

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie macht mehrere spezifische Vorhersagen über die beobachtbare Struktur der Raumzeit, beispielsweise dass Licht in einem Gravitationsfeld gebogen wird und dass das Ausmaß der Biegung in präziser Weise von der Stärke dieses Gravitationsfeldes abhängt. Arthur Eddingtons Beobachtungen während einer Sonnenfinsternis im Jahr 1919 unterstützten die Allgemeine Relativitätstheorie und nicht die Newtonsche Gravitation. [84]

Experimente

Sobald Vorhersagen gemacht sind, können sie durch Experimente gesucht werden. Widersprechen die Testergebnisse den Vorhersagen, werden die zugrunde liegenden Hypothesen in Frage gestellt und weniger haltbar. Manchmal werden die Experimente falsch durchgeführt oder sind im Vergleich zu einem entscheidenden Experiment nicht sehr gut konzipiert. Wenn die experimentellen Ergebnisse die Vorhersagen bestätigen, werden die Hypothesen mit größerer Wahrscheinlichkeit als richtig erachtet, können aber dennoch falsch sein und weiter getestet werden. Die experimentelle Kontrolle ist eine Technik zum Umgang mit Beobachtungsfehlern. Diese Technik verwendet den Kontrast zwischen mehreren Proben (oder Beobachtungen) unter unterschiedlichen Bedingungen, um zu sehen, was variiert oder gleich bleibt. Wir variieren die Bedingungen für jede Messung, um zu isolieren, was sich geändert hat. Mills Kanons können uns dann helfen herauszufinden, was der wichtige Faktor ist. [85] Die Faktorenanalyse ist eine Technik, um den wichtigen Faktor in einem Effekt zu entdecken.

Je nach Vorhersage können die Experimente unterschiedliche Formen haben. Es kann ein klassisches Experiment im Labor, eine Doppelblindstudie oder eine archäologische Ausgrabung sein. Sogar ein Flugzeug von New York nach Paris zu nehmen, ist ein Experiment, das die aerodynamischen Hypothesen testet, die für den Bau des Flugzeugs verwendet wurden.

Wissenschaftler nehmen eine Haltung der Offenheit und Rechenschaftspflicht der Experimentierenden an. Detaillierte Aufzeichnungen sind unerlässlich, um die Aufzeichnung und Berichterstattung über die Versuchsergebnisse zu unterstützen und die Wirksamkeit und Integrität des Verfahrens zu unterstützen. Sie werden auch helfen, die experimentellen Ergebnisse zu reproduzieren, wahrscheinlich von anderen. Spuren dieses Ansatzes finden sich bei Hipparchos (190–120 v. Chr.) bei der Bestimmung eines Wertes für die Präzession der Erde, während kontrollierte Experimente bei al-Battani [86] [ bessere Quelle benötigt ] (853–929) und Alhazen (965–1039). [87] : S.444 für seine Farbexperimente

DNA-Experimente

Watson und Crick zeigten einem Team vom Kings College – Rosalind Franklin, Maurice Wilkins und Raymond Gosling – einen ersten (und falschen) Vorschlag für die Struktur der DNA. Franklin entdeckte sofort die Mängel, die den Wassergehalt betrafen. Später sah Watson Franklins detaillierte Röntgenbeugungsbilder, die eine X-Form zeigten [88] und konnte bestätigen, dass die Struktur helixförmig war. [45] [46] Dies entfachte Watsons und Cricks Modellbau und führte zu der richtigen Struktur. ..1. DNA-Charakterisierungen

Bewertung und Verbesserung

Die wissenschaftliche Methode ist iterativ. In jedem Stadium ist es möglich, seine Genauigkeit und Präzision zu verfeinern, so dass einige Überlegungen den Wissenschaftler dazu bringen, einen früheren Teil des Prozesses zu wiederholen. Das Versäumnis, eine interessante Hypothese zu entwickeln, kann dazu führen, dass ein Wissenschaftler das betrachtete Thema neu definiert. Wenn eine Hypothese keine interessanten und überprüfbaren Vorhersagen liefert, kann dies dazu führen, dass die Hypothese oder die Definition des Themas überdacht wird. Wenn ein Experiment nicht zu interessanten Ergebnissen führt, kann ein Wissenschaftler die experimentelle Methode, die Hypothese oder die Definition des Themas überdenken.

Andere Wissenschaftler können ihre eigene Forschung beginnen und jederzeit in den Prozess einsteigen. Sie könnten die Charakterisierung übernehmen und ihre eigene Hypothese formulieren, oder sie könnten die Hypothese übernehmen und ihre eigenen Vorhersagen ableiten. Häufig wird das Experiment nicht von der Person durchgeführt, die die Vorhersage gemacht hat, und die Charakterisierung basiert auf Experimenten, die von jemand anderem durchgeführt wurden. Veröffentlichte Ergebnisse von Experimenten können auch als Hypothese dienen, die ihre eigene Reproduzierbarkeit vorhersagt.

DNA-Iterationen

Nach beträchtlichen fruchtlosen Experimenten, die von ihrem Vorgesetzten davon abgehalten wurden, weiterzumachen, und zahlreichen Fehlstarts, [89] [90] [91] konnten Watson und Crick die essentielle Struktur der DNA durch konkrete Modellierung der physikalischen Formen der Nukleotide, die umfassen es. [47] [92] Sie orientierten sich an den von Linus Pauling abgeleiteten Bindungslängen und an den Röntgenbeugungsbildern von Rosalind Franklin. ..DNA-Beispiel

Bestätigung

Wissenschaft ist ein soziales Unternehmen, und wissenschaftliche Arbeit wird von der wissenschaftlichen Gemeinschaft tendenziell akzeptiert, wenn sie bestätigt wurde. Entscheidend ist, dass experimentelle und theoretische Ergebnisse von anderen innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft reproduziert werden müssen. Forscher haben ihr Leben für diese Vision gegeben Georg Wilhelm Richmann wurde von einem Kugelblitz (1753) getötet, als er versuchte, das Drachenflug-Experiment von Benjamin Franklin von 1752 zu replizieren. [93]

Zum Schutz vor schlechter Wissenschaft und betrügerischen Daten werden staatliche Forschungseinrichtungen wie die National Science Foundation und wissenschaftliche Zeitschriften, einschließlich Natur und Wissenschaft, haben eine Richtlinie, dass Forscher ihre Daten und Methoden archivieren müssen, damit andere Forscher die Daten und Methoden testen und auf der bisherigen Forschung aufbauen können. Die Archivierung wissenschaftlicher Daten kann in mehreren nationalen Archiven in den USA oder im World Data Center erfolgen.

Klassisches Modell

Das klassische Modell der wissenschaftlichen Untersuchung stammt von Aristoteles, [94] der die Formen des approximativen und exakten Denkens unterschied, das dreifache Schema der abduktiven, deduktiven und induktiven Inferenz darlegte und auch die zusammengesetzten Formen wie das Argumentieren analog behandelte.

Hypothetisch-deduktives Modell

Das hypothetisch-deduktive Modell oder die Methode ist eine vorgeschlagene Beschreibung der wissenschaftlichen Methode. Dabei stehen Vorhersagen aus der Hypothese im Mittelpunkt: Welche Konsequenzen ergeben sich, wenn man davon ausgeht, dass die Hypothese wahr ist?

Wenn eine anschließende empirische Untersuchung nicht zeigt, dass diese Konsequenzen oder Vorhersagen der beobachtbaren Welt entsprechen, kann die Hypothese als falsch geschlussfolgert werden.

Pragmatisches Modell

Im Jahr 1877 [22] charakterisierte Charles Sanders Peirce (1839–1914) die Untersuchung im Allgemeinen nicht als Streben nach Wahrheit an sich sondern als das Bemühen, sich von irritierenden, hemmenden Zweifeln, die aus Überraschungen, Meinungsverschiedenheiten und dergleichen entstanden sind, zu lösen und zu einem sicheren Glauben zu gelangen, der der Glaube ist, nach dem man bereit ist zu handeln. Er fasste wissenschaftliche Forschung als Teil eines breiteren Spektrums und als Ansporn, wie Forschung im Allgemeinen, durch tatsächliche Zweifel, nicht bloß verbale oder hyperbolische Zweifel, die er für fruchtlos hielt. [95] Er skizzierte vier Methoden zur Klärung von Meinungen, geordnet vom am wenigsten zum erfolgreichsten:

  1. Die Methode der Hartnäckigkeit (Politik des Festhaltens an der ursprünglichen Überzeugung) – die Trost und Entschlossenheit bringt, aber dazu führt, dass man versucht, gegensätzliche Informationen und die Ansichten anderer zu ignorieren, als ob die Wahrheit an sich privat und nicht öffentlich wäre. Es widerspricht dem gesellschaftlichen Impuls und gerät leicht ins Stocken, da man durchaus merken kann, wann die Meinung eines anderen so gut ist wie die eigene. Seine Erfolge können glänzen, neigen aber dazu, vorübergehend zu sein. [96]
  2. Die Methode der Autorität – die Meinungsverschiedenheiten überwindet, aber manchmal brutal. Ihre Erfolge können majestätisch und langlebig sein, aber sie können nicht gründlich genug wirken, um Zweifel auf unbestimmte Zeit zu unterdrücken, insbesondere wenn die Menschen von der Gegenwart und Vergangenheit anderer Gesellschaften erfahren.
  3. Die Methode der a priori – die Konformität weniger brutal fördert, sondern Meinungen als so etwas wie Geschmack fördert, die in Gesprächen und Perspektivenvergleichen im Sinne des „Vernunftgefälligen“ entstehen. Dabei hängt es von der Mode in Paradigmen ab und dreht sich im Laufe der Zeit. Sie ist intellektueller und respektabler, stützt sich aber wie die ersten beiden Methoden auf zufällige und kapriziöse Überzeugungen, die manche Geister dazu bringen, daran zu zweifeln.
  4. Die wissenschaftliche Methode – die Methode, bei der sich das Forschen für fehlbar hält und sich selbst absichtlich prüft und kritisiert, korrigiert und verbessert.

Peirce vertrat die Ansicht, dass langsame, stolpernde Rationalisierung in praktischen Angelegenheiten dem Instinkt und dem traditionellen Gefühl gefährlich unterlegen sein kann und dass die wissenschaftliche Methode am besten für die theoretische Forschung geeignet ist, [97] die wiederum nicht durch die anderen Methoden und praktischen Zwecke der Vernunft behindert werden sollte "erste Regel" ist, dass man, um zu lernen, den Wunsch haben zu lernen, und als Folge davon darf man dem Forschen nicht den Weg versperren. [98] Die wissenschaftliche Methode übertrifft die anderen dadurch, dass sie bewusst so konzipiert ist, dass sie – schließlich – zu den sichersten Überzeugungen gelangt, auf denen die erfolgreichsten Praktiken basieren können. Ausgehend von der Idee, dass Menschen nicht die Wahrheit suchen an sich aber anstatt irritierende, hemmende Zweifel zu unterdrücken, zeigte Peirce, wie durch den Kampf einige dazu kommen können, sich um der Integrität des Glaubens willen der Wahrheit zu unterwerfen, als Wahrheit die Führung einer potentiellen Praxis richtig zu ihrem gegebenen Ziel zu suchen und sich mit die wissenschaftliche Methode. [22] [25]

Für Peirce impliziert rationale Untersuchung Voraussetzungen über die Wahrheit, und das Reale bedeutet für die Vernunft, als Prinzip der Selbstregulation des Denkers vorauszusetzen (und zumindest zu hoffen), dass das Reale auffindbar und unabhängig von unseren Meinungsverschiedenheiten ist. In diesem Sinne definierte er Wahrheit als die Übereinstimmung eines Zeichens (insbesondere eines Satzes) mit seinem Gegenstand und pragmatisch nicht als den tatsächlichen Konsens einer bestimmten, endlichen Gemeinschaft (so dass eine Untersuchung einer Expertenbefragung gleichkäme). , sondern als die endgültige Meinung, die alle Ermittler möchten erreichen früher oder später aber immer noch zwangsläufig, wenn sie die Ermittlungen weit genug treiben würden, auch wenn sie von unterschiedlichen Punkten ausgehen. [99] Gleichzeitig definierte er das Reale als das Objekt eines wahren Zeichens (sei es eine Möglichkeit oder Qualität, eine Realität oder eine rohe Tatsache oder eine Notwendigkeit oder Norm oder ein Gesetz), was es unabhängig von der Meinung einer endlichen Gemeinschaft ist und hängt pragmatisch nur von der endgültigen Meinung ab, die in einer ausreichenden Untersuchung bestimmt ist. Das ist ein Ziel so weit oder nah wie die Wahrheit selbst für dich oder mich oder die gegebene endliche Gemeinschaft. Daher läuft seine Untersuchungstheorie auf "Do the science" hinaus. Diese Vorstellungen von Wahrheit und Realem beinhalten die Idee einer Gemeinschaft, die sowohl ohne bestimmte Grenzen (und damit potenziell selbstkorrigierend, soweit erforderlich) als auch zu einer bestimmten Erkenntnissteigerung fähig ist. [100] Als Schlußfolgerung: "Die Logik wurzelt im sozialen Prinzip", da sie von einem in gewissem Sinne unbegrenzten Standpunkt abhängt. [101]

Mit besonderem Augenmerk auf die Generierung von Erklärungen skizzierte Peirce die wissenschaftliche Methode als Koordination von drei Arten von Schlussfolgerungen in einem zielgerichteten Zyklus, der darauf abzielte, Zweifel auszuräumen, wie folgt (in §III–IV in „Ein vernachlässigtes Argument“ [4], sofern nicht anders notiert):

  1. Entführung (oder Rücknahme). Raten, Rückschluss auf erklärende Hypothesen zur Auswahl der besten, die es wert sind, ausprobiert zu werden. Von der Entführung unterscheidet Peirce die Induktion, indem sie auf der Grundlage von Tests den Wahrheitsanteil der Hypothese ableitet. Jede Untersuchung, sei es nach Ideen, rohen Tatsachen oder Normen und Gesetzen, ergibt sich aus überraschenden Beobachtungen in einem oder mehreren dieser Bereiche (und zum Beispiel in jedem Stadium einer bereits laufenden Untersuchung). Alle Erklärungsinhalte von Theorien stammen aus der Entführung, die eine neue oder fremde Idee errät, um auf einfache und wirtschaftliche Weise ein überraschendes oder kompliziertes Phänomen zu erklären. Oftmals rät selbst ein gut vorbereiteter Verstand falsch. Aber der Erfolgsfaktor unserer Vermutungen geht weit über den reinen Zufall hinaus und scheint aus der Abstimmung auf die Natur durch entwickelte oder angeborene Instinkte geboren zu sein, zumal beste Vermutungen optimal plausibel und einfach sind im Sinne, sagte Peirce, des "Einfachen und Natürlichen". “, wie durch Galileis natürliches Licht der Vernunft und im Unterschied zu „logischer Einfachheit“. Die Entführung ist die fruchtbarste, aber am wenigsten sichere Art der Schlussfolgerung. Ihre allgemeine Begründung ist induktiv: Sie ist oft genug erfolgreich, und ohne sie gibt es keine Hoffnung, die (oft generationenübergreifende) Suche nach neuen Wahrheiten ausreichend zu beschleunigen. [102] Die koordinative Methode führt von der Annahme einer plausiblen Hypothese zur Beurteilung ihrer Testbarkeit[103] und der Frage, wie ihr Versuch die Untersuchung selbst einsparen würde. [104] Peirce nennt seinen Pragmatismus "die Logik der Entführung". [105] Seine pragmatische Maxime lautet: „Überlegen Sie, welche Wirkungen Sie sich vorstellen können, die möglicherweise praktische Bedeutung haben. [99] Sein Pragmatismus ist eine Methode, begriffliche Verwirrungen fruchtbar zu reduzieren, indem er die Bedeutung jeder Konzeption mit den denkbaren praktischen Implikationen der konzipierten Wirkungen ihres Objekts gleichsetzt – eine Methode der experimentellen mentalen Reflexion, die der Bildung von Hypothesen förderlich und deren Überprüfung förderlich ist. Es begünstigt die Effizienz.Da die Hypothese unsicher ist, muss sie praktische Implikationen haben, die zumindest zu mentalen Tests führen und sich in der Wissenschaft für wissenschaftliche Tests eignen. Eine einfache, aber unwahrscheinliche Vermutung kann, wenn sie nicht kostspielig auf Falschheit zu testen ist, an erster Stelle zum Testen gehören. Eine Vermutung ist an sich einen Test wert, wenn sie eine instinktive Plausibilität oder eine begründete objektive Wahrscheinlichkeit aufweist, während eine subjektive Wahrscheinlichkeit, obwohl begründet, irreführend verführerisch sein kann. Vermutungen können aufgrund ihrer Vorsicht (für die Peirce das Spiel Twenty Questions als Beispiel angeführt hat), ihrer Breite und Komplexität strategisch ausgewählt werden. [106] Man kann hoffen, nur das zu entdecken, was die Zeit ohnehin durch ausreichende Erfahrung eines Lernenden offenbaren würde, also gilt es, es zu beschleunigen. Die Ökonomie der Forschung fordert sozusagen den Sprung der Entführung und regiert ihre Kunst. [104]
  2. Abzug. Zwei Stufen:
    1. Erklärung. Unklar vorausgesetzte, aber deduktive Analyse der Hypothese, um ihre Teile so klar wie möglich zu machen.
    2. Demonstration: Deduktive Argumentation, euklidische Vorgehensweise. Explizite Ableitung der Konsequenzen der Hypothese als Vorhersagen, für die Induktion zum Testen, über zu findende Beweise. Korollarisch oder bei Bedarf theoretisch.
    1. Einstufung. Unklar vorausgesetzte, aber induktive Einordnung von Erfahrungsgegenständen unter allgemeine Ideen.
    2. Bewährung: direkte induktive Argumentation. Grob (die Aufzählung von Instanzen) oder graduell (neue Schätzung des Wahrheitsanteils in der Hypothese nach jedem Test). Die graduelle Induktion ist qualitativ oder quantitativ, wenn qualitativ, dann abhängig von Gewichtungen von Qualitäten oder Charakteren [108], wenn quantitativ, dann abhängig von Messungen oder von Statistiken oder von Zählungen.
    3. Sentential Induktion. ". die durch induktive Schlussfolgerungen die verschiedenen Prüfungen einzeln bewertet, dann ihre Kombinationen, dann eine Selbstbewertung dieser Bewertungen selbst vornimmt und das endgültige Urteil über das Gesamtergebnis fällt".

    Invariante Erklärung

    In einem TED-Vortrag 2009 legte Deutsch ein Kriterium für wissenschaftliche Erklärungen dar, das darin besteht, Invarianten zu formulieren: neue Informationen oder unerwartete Bedingungen]". [109]

    "Eine schlechte Erklärung ist leicht zu variieren." [109] : Minute 11:22 "Die Suche nach schwer zu variierenden Erklärungen ist der Ursprung allen Fortschritts" [109] : Minute 15:05 "Das die Wahrheit besteht aus schwer zu variierenden Aussagen über die Realität ist die wichtigste Tatsache über die physische Welt." [109] : Minute 16:15

    Invarianz als grundlegender Aspekt einer wissenschaftlichen Wirklichkeitsbetrachtung war schon lange Teil der Wissenschaftsphilosophie: zum Beispiel Friedel Weinerts Buch Der Wissenschaftler als Philosoph (2004) stellte die Präsenz des Themas in vielen Schriften ab der Wende zum 20. Jahrhundert fest, wie etwa Werken von Henri Poincaré (1902), Ernst Cassirer (1920), Max Born (1949 und 1953), Paul Dirac (1958) , Olivier Costa de Beauregard (1966), Eugene Wigner (1967), Lawrence Sklar (1974), Michael Friedman (1983), John D. Norton (1992), Nicholas Maxwell (1993), Alan Cook (1994), Alistair Cameron Crombie (1994), Margaret Morrison (1995), Richard Feynman (1997), Robert Nozick (2001) und Tim Maudlin (2002). [110]

    Auf komplexe Systeme angewandte Wissenschaft kann Elemente wie Transdisziplinarität, Systemtheorie und wissenschaftliche Modellierung beinhalten. Das Santa Fe Institute untersucht solche Systeme. [111] Murray Gell-Mann verknüpft diese Themen mit Message Passing. [112]

    Im Allgemeinen kann es schwierig sein, die wissenschaftliche Methode stringent auf verschiedene, miteinander verbundene Systeme und große Datensätze anzuwenden. Insbesondere Praktiken, die im Rahmen von Big Data verwendet werden, wie beispielsweise Predictive Analytics, können als im Widerspruch zur wissenschaftlichen Methode stehen. [113]

    Häufig wird die wissenschaftliche Methode nicht nur von einer einzelnen Person, sondern auch von mehreren direkt oder indirekt zusammenarbeitenden Personen angewendet. Eine solche Zusammenarbeit kann als wichtiges Element einer wissenschaftlichen Gemeinschaft angesehen werden. Innerhalb einer solchen Umgebung werden verschiedene Standards der wissenschaftlichen Methodik verwendet.

    Peer-Review-Bewertung

    Wissenschaftliche Zeitschriften verwenden ein Verfahren von Peer-Review, in dem die Manuskripte von Wissenschaftlern von Redakteuren wissenschaftlicher Zeitschriften an (in der Regel ein bis drei, meist anonyme) fachkundige Mitwissenschaftler zur Begutachtung eingereicht werden. In einigen Zeitschriften wählt die Zeitschrift selbst die Gutachter aus, während in anderen (insbesondere bei extrem spezialisierten Zeitschriften) der Manuskriptautor möglicherweise Gutachter empfiehlt. Die Gutachter können eine Veröffentlichung empfehlen oder nicht, oder sie empfehlen eine Veröffentlichung mit vorgeschlagenen Änderungen oder manchmal eine Veröffentlichung in einer anderen Zeitschrift. Dieser Standard wird von verschiedenen Zeitschriften in unterschiedlichem Maße praktiziert und kann dazu führen, dass die Literatur frei von offensichtlichen Fehlern bleibt und die Qualität des Materials allgemein verbessert wird, insbesondere in den Zeitschriften, die den Standard am strengsten anwenden. Das Peer-Review-Verfahren kann Grenzen haben, wenn es um Forschung außerhalb des konventionellen wissenschaftlichen Paradigmas geht: Probleme des "Gruppendenkens" können die offene und faire Beratung einiger neuer Forschungen beeinträchtigen. [114]

    Dokumentation und Replikation

    Manchmal können Experimentatoren während ihrer Experimente systematische Fehler machen, aus verschiedenen Gründen von Standardmethoden und -praktiken (pathologische Wissenschaft) abweichen oder in seltenen Fällen absichtlich falsche Ergebnisse melden. Gelegentlich könnten deshalb andere Wissenschaftler versuchen, die Experimente zu wiederholen, um die Ergebnisse zu duplizieren.

    Archivierung

    Forscher praktizieren manchmal die Archivierung wissenschaftlicher Daten, beispielsweise in Übereinstimmung mit den Richtlinien staatlicher Förderagenturen und wissenschaftlicher Zeitschriften. In diesen Fällen können detaillierte Aufzeichnungen ihrer experimentellen Verfahren, Rohdaten, statistischen Analysen und Quellcode aufbewahrt werden, um die Methodik und Praxis des Verfahrens zu belegen und mögliche zukünftige Versuche zur Reproduktion des Ergebnisses zu unterstützen. Diese Verfahrensprotokolle können auch bei der Konzeption neuer Experimente zum Testen der Hypothese hilfreich sein und können sich für Ingenieure als nützlich erweisen, die die möglichen praktischen Anwendungen einer Entdeckung untersuchen könnten.

    Datenübertragung

    Wenn zusätzliche Informationen benötigt werden, bevor eine Studie reproduziert werden kann, kann der Autor der Studie gebeten werden, diese bereitzustellen. Sie können diese zur Verfügung stellen, oder wenn der Autor die Weitergabe von Daten verweigert, können Einsprüche an die Herausgeber der Zeitschrift, die die Studie veröffentlicht haben, oder an die Institution, die die Forschung finanziert hat, gerichtet werden.

    Einschränkungen

    Da ein Wissenschaftler nicht aufzeichnen kann alles die in einem Experiment stattfanden, werden Fakten, die nach ihrer offensichtlichen Relevanz ausgewählt wurden, berichtet. Dies kann später unvermeidlich zu Problemen führen, wenn ein vermeintlich irrelevantes Merkmal in Frage gestellt wird. Heinrich Hertz gab zum Beispiel nicht die Größe des Raums an, in dem die Maxwell-Gleichungen getestet wurden, was sich später als eine kleine Abweichung in den Ergebnissen herausstellte. Das Problem ist, dass Teile der Theorie selbst angenommen werden müssen, um die experimentellen Bedingungen auszuwählen und anzugeben. Die Beobachtungen werden daher manchmal als „theoriegeladen“ bezeichnet.

    Analytische Philosophie

    Die Wissenschaftsphilosophie befasst sich mit der zugrunde liegenden Logik der wissenschaftlichen Methode, mit dem, was Wissenschaft von Nicht-Wissenschaft unterscheidet, und die in der Wissenschaft implizite Ethik. Es gibt Grundannahmen, die von mindestens einem prominenten Wissenschaftler aus der Philosophie abgeleitet wurden und die die Grundlage der wissenschaftlichen Methode bilden – nämlich dass die Realität objektiv und konsistent ist, dass der Mensch die Fähigkeit hat, die Realität genau wahrzunehmen, und dass es rationale Erklärungen für Elemente gibt der realen Welt. [115] Diese Annahmen des methodologischen Naturalismus bilden eine Grundlage, auf der sich die Wissenschaft gründen kann. Logisch-positivistische, empiristische, falsifikationistische und andere Theorien haben diese Annahmen kritisiert und alternative Darstellungen der Logik der Wissenschaft gegeben, aber jede wurde auch selbst kritisiert.

    Thomas Kuhn beschäftigte sich in seinem Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen, und stellte fest, dass sich die tatsächlich von Wissenschaftlern verwendete Methode dramatisch von der damals befürworteten Methode unterschied. Seine Beobachtungen der wissenschaftlichen Praxis sind im Wesentlichen soziologisch und sprechen nicht darüber, wie Wissenschaft in anderen Zeiten und Kulturen praktiziert wird oder praktiziert werden kann.

    Norwood Russell Hanson, Imre Lakatos und Thomas Kuhn haben sich intensiv mit dem "theoriegeladenen" Charakter der Beobachtung beschäftigt. Hanson (1958) prägte zuerst den Begriff für die Idee, dass jede Beobachtung vom konzeptionellen Rahmen des Beobachters abhängt, und nutzte den Gestaltbegriff, um zu zeigen, wie Vorurteile sowohl die Beobachtung als auch die Beschreibung beeinflussen können. [116] Er eröffnet Kapitel 1 mit einer Diskussion der Golgi-Körper und ihrer anfänglichen Zurückweisung als Artefakt der Färbetechnik und einer Diskussion von Brahe und Kepler, die trotz des gleichen physiologischen Phänomens die Morgendämmerung beobachten und einen „anderen“ Sonnenaufgang sehen. Kuhn [117] und Feyerabend [118] erkennen die bahnbrechende Bedeutung seiner Arbeit an.

    Kuhn (1961) sagte, dass der Wissenschaftler im Allgemeinen eine Theorie im Sinn hat, bevor er Experimente entwirft und durchführt, um empirische Beobachtungen zu machen, und dass der "Weg von der Theorie zur Messung fast nie rückwärts gegangen werden kann". Dies impliziert, dass die Art der Theorieprüfung von der Natur der Theorie selbst diktiert wird, was Kuhn (1961, S. 166) zu der These veranlasste, dass „sobald sie von einem Beruf übernommen wurde, keine Theorie mehr als quantitativ überprüfbar ist“. Prüfungen, die es noch nicht bestanden hat". [119]

    Postmoderne und Wissenschaftskriege

    Paul Feyerabend untersuchte in ähnlicher Weise die Geschichte der Wissenschaft und wurde dazu gebracht, zu leugnen, dass Wissenschaft ein echter methodischer Prozess ist. In seinem Buch Gegen Methode er argumentiert, dass wissenschaftlicher Fortschritt nicht das Ergebnis der Anwendung einer bestimmten Methode. Im Wesentlichen sagt er, dass man für jede spezifische Methode oder Norm der Wissenschaft eine historische Episode finden kann, in der ihre Verletzung zum Fortschritt der Wissenschaft beigetragen hat. Wenn also Anhänger der wissenschaftlichen Methode eine einzige allgemeingültige Regel ausdrücken wollen, meint Feyerabend scherzhaft, dann sollte es „alles geht“. [120] Kritiken wie seine führten zu dem starken Programm, einer radikalen Herangehensweise an die Wissenschaftssoziologie.

    Die postmoderne Wissenschaftskritik war selbst Gegenstand intensiver Kontroversen. Diese anhaltende Debatte, die als Wissenschaftskriege bekannt ist, ist das Ergebnis widersprüchlicher Werte und Annahmen zwischen dem postmodernen und dem realistischen Lager. Während Postmodernisten behaupten, dass wissenschaftliches Wissen einfach ein anderer Diskurs ist (beachten Sie, dass dieser Begriff in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung hat) und nicht für irgendeine Form von fundamentaler Wahrheit repräsentativ ist, behaupten Realisten in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, dass wissenschaftliches Wissen echte und grundlegende Wahrheiten über die Realität offenbart. Viele Bücher wurden von Wissenschaftlern geschrieben, die sich diesem Problem annehmen und die Behauptungen der Postmodernisten in Frage stellen, während sie die Wissenschaft als legitime Methode zur Ableitung von Wahrheit verteidigen. [121]

    Anthropologie und Soziologie

    In Anthropologie und Soziologie hat Karin Knorr Cetina im Anschluss an die Feldforschung in einem akademischen wissenschaftlichen Labor von Latour und Woolgar eine vergleichende Studie zweier wissenschaftlicher Gebiete (nämlich Hochenergiephysik und Molekularbiologie) durchgeführt, um zu dem Schluss zu kommen, dass die epistemischen Praktiken und Argumentationen in beiden wissenschaftliche Gemeinschaften sind unterschiedlich genug, um das Konzept der "epistemischen Kulturen" einzuführen, im Widerspruch zu der Vorstellung, dass eine sogenannte "wissenschaftliche Methode" einzigartig und ein verbindendes Konzept ist. [122]

    Die Rolle des Zufalls bei der Entdeckung

    Es wird geschätzt, dass zwischen 33 % und 50 % aller wissenschaftlichen Entdeckungen über etwas stolpern, anstatt gesucht. Dies mag erklären, warum Wissenschaftler so oft sagen, dass sie Glück hatten. [123] Louis Pasteur wird das berühmte Sprichwort zugeschrieben, dass "Glück begünstigt den vorbereiteten Geist", aber einige Psychologen haben begonnen zu untersuchen, was es bedeutet, im wissenschaftlichen Kontext "auf Glück vorbereitet" zu sein. Die Forschung zeigt, dass Wissenschaftlern verschiedene Heuristiken beigebracht werden, die dazu neigen, den Zufall und das Unerwartete zu nutzen. [123] [124] Das nennt Nassim Nicholas Taleb "Antifragilität", während einige Untersuchungssysteme angesichts menschlicher Fehler, menschlicher Voreingenommenheit und Zufälligkeit fragil sind, die wissenschaftliche Methode mehr als widerstandsfähig oder hart ist – sie profitiert tatsächlich von einer solchen Zufälligkeit in vielen Wege (es ist antifragil). Taleb glaubt, dass je antifragiler das System ist, desto mehr wird es in der realen Welt gedeihen. [26]

    Der Psychologe Kevin Dunbar sagt, dass der Entdeckungsprozess oft damit beginnt, dass Forscher Fehler in ihren Experimenten finden. Diese unerwarteten Ergebnisse führen dazu, dass Forscher versuchen, das zu beheben, was sie denken ist ein Fehler in ihrer Methode. Schließlich entscheidet der Forscher, dass der Fehler zu hartnäckig und systematisch ist, um ein Zufall zu sein. Die stark kontrollierten, vorsichtigen und neugierigen Aspekte der wissenschaftlichen Methode machen sie daher gut geeignet, um solche hartnäckigen systematischen Fehler zu identifizieren. An dieser Stelle wird der Forscher beginnen, über theoretische Erklärungen für den Fehler nachzudenken, wobei er oft die Hilfe von Kollegen aus verschiedenen Fachgebieten in Anspruch nimmt. [123] [124]

    Wissenschaft ist der Prozess des Sammelns, Vergleichens und Bewertens vorgeschlagener Modelle anhand von Observablen. Ein Modell kann eine Simulation, eine mathematische oder chemische Formel oder eine Reihe von vorgeschlagenen Schritten sein. Wissenschaft ist wie Mathematik insofern, als Forscher beider Disziplinen versuchen zu unterscheiden, was ist bekannt von was ist Unbekannt in jedem Stadium der Entdeckung. Modelle, sowohl in Naturwissenschaften als auch in Mathematik, müssen intern konsistent sein und sollten es auch sein falsifizierbar (Anfechtungsfähig). In der Mathematik muss eine Aussage zu einem solchen Zeitpunkt noch nicht bewiesen werden, diese Aussage würde als Vermutung bezeichnet. Aber wenn eine Aussage mathematisch bewiesen ist, gewinnt diese Aussage eine Art von Unsterblichkeit, die von Mathematikern hoch geschätzt wird und für die einige Mathematiker ihr Leben widmen. [125]

    Mathematisches und wissenschaftliches Arbeiten können sich gegenseitig inspirieren. [126] Zum Beispiel entstand der technische Begriff der Zeit in der Wissenschaft, und Zeitlosigkeit war ein Kennzeichen eines mathematischen Themas. Aber heute ist die Poincaré-Vermutung unter Verwendung der Zeit als mathematisches Konzept bewiesen, in dem Objekte fließen können (siehe Ricci-Fluss).

    Dennoch bleibt der Zusammenhang zwischen Mathematik und Realität (und damit Wissenschaft, soweit sie die Realität beschreibt) im Dunkeln. Eugene Wigners Papier, Die unvernünftige Wirksamkeit der Mathematik in den Naturwissenschaften, ist ein sehr bekannter Bericht eines Nobelpreisträgers über das Thema. Tatsächlich haben einige Beobachter (darunter einige bekannte Mathematiker wie Gregory Chaitin und andere wie Lakoff und Núñez) vorgeschlagen, dass die Mathematik das Ergebnis von Voreingenommenheit der Praktiker und menschlicher Einschränkungen (einschließlich kultureller) ist, ähnlich wie die Postmoderne Sicht der Wissenschaft.

    George Pólyas Arbeiten zum Problemlösen, [127] der Konstruktion mathematischer Beweise und Heuristiken [128] [129] zeigen, dass sich die mathematische Methode und die wissenschaftliche Methode im Detail unterscheiden, sich aber dennoch in der Verwendung von iterativen oder rekursiven Schritten ähneln.

    Nach Ansicht von Pólya Verstehen bedeutet, unbekannte Definitionen in eigenen Worten wiederzugeben, auf geometrische Figuren zurückzugreifen und zu hinterfragen, was wir bereits wissen und nicht wissen Analyse, die Pólya von Pappus übernimmt, [130] beinhaltet die freie und heuristische Konstruktion plausibler Argumente, das Zurückarbeiten vom Ziel aus und das Entwerfen eines Plans für die Konstruktion des Beweises Synthese ist die strenge euklidische Darstellung der Schritt-für-Schritt-Details [131] des Beweises Rezension bedeutet, das Ergebnis und den eingeschlagenen Weg zu überdenken und zu überprüfen.

    Auf die Frage, wie er zu seinen Theoremen gekommen sei, antwortete Gauß einmal "durch planmässiges Tattonieren". [132]

    Imre Lakatos argumentierte, dass Mathematiker tatsächlich Widerspruch, Kritik und Revision als Prinzipien zur Verbesserung ihrer Arbeit verwenden. [133] Ähnlich wie in der Wissenschaft, wo die Wahrheit gesucht, aber keine Gewissheit gefunden wird, in Beweise und Widerlegungen (1976) versuchte Lakatos zu beweisen, dass kein Theorem der informellen Mathematik endgültig oder perfekt ist. Dies bedeutet, dass wir nicht glauben sollten, dass ein Theorem letztendlich wahr ist, nur dass noch kein Gegenbeispiel gefunden wurde. Sobald ein Gegenbeispiel, d. h. eine Entität, die dem Satz widerspricht/nicht erklärt wird, gefunden wird, passen wir den Satz an und erweitern möglicherweise den Geltungsbereich. Dies ist eine kontinuierliche Art und Weise, wie sich unser Wissen durch die Logik und den Prozess von Beweisen und Widerlegungen ansammelt. (Wenn jedoch für einen Zweig der Mathematik Axiome angegeben werden, behauptete Lakatos, dass Beweise aus diesen Axiomen tautologisch, d.Beweise und Widerlegungen, 1976).)

    Lakatos schlug eine Darstellung des mathematischen Wissens vor, die auf Polyas Idee der Heuristik basierte. In Beweise und Widerlegungen, gab Lakatos einige Grundregeln für das Finden von Beweisen und Gegenbeispielen zu Vermutungen. Er dachte, dass mathematische „Gedankenexperimente“ ein gültiger Weg sind, um mathematische Vermutungen und Beweise zu entdecken. [134]

    Zusammenhang mit Statistiken

    Wenn die wissenschaftliche Methode Statistiken als Teil ihres Arsenals verwendet, gibt es mathematische und praktische Probleme, die sich nachteilig auf die Zuverlässigkeit der Ergebnisse wissenschaftlicher Methoden auswirken können. Dies wird in einem populären wissenschaftlichen Artikel aus dem Jahr 2005 mit dem Titel „Why Most Published Research Findings Are False“ von John Ioannidis beschrieben, der als grundlegend für das Gebiet der Metawissenschaften gilt. [135] Viele Forschungen in den Metawissenschaften versuchen, eine schlechte Nutzung von Statistiken zu erkennen und ihre Nutzung zu verbessern.

    Die besonders angesprochenen Punkte sind statistischer Art („Je kleiner die Studien in einem wissenschaftlichen Bereich, desto weniger wahrscheinlich sind die Forschungsergebnisse wahr“ und „Je größer die Flexibilität bei Designs, Definitionen, Ergebnissen und Analysemethoden in einem wissenschaftlichen Bereich, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Forschungsergebnisse zutreffen. mit mehr wissenschaftlichen Teams), desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Forschungsergebnisse wahr sind.") Daher: "Die meisten Forschungsergebnisse sind für die meisten Forschungsdesigns und für die meisten Gebiete falsch" und "Wie gezeigt, ist die Mehrheit der modernen biomedizinischen Forschung in Betrieb in Bereichen mit sehr geringer Vor- und Nachstudienwahrscheinlichkeit für wahre Befunde." Allerdings: „Trotzdem werden die meisten neuen Entdeckungen weiterhin aus hypothesengenerierender Forschung mit geringen oder sehr niedrigen Chancen vor der Studie stammen“, was bedeutet, dass *neue* Entdeckungen aus Forschungen stammen werden, die zu Beginn dieser Forschung niedrig oder sehr waren geringe Chancen (eine geringe oder sehr geringe Chance) auf Erfolg.Wenn also die wissenschaftliche Methode zur Erweiterung der Wissensgrenzen verwendet wird, wird die Erforschung von Gebieten außerhalb des Mainstreams die neuesten Erkenntnisse liefern.


    Hypothese

    Denken Sie daran, dass a Hypothese ist eine vorgeschlagene Erklärung, die getestet werden kann. Eine Hypothese ist NICHT die Frage, die du zu beantworten versuchst – es ist das, was du denkst, dass die Antwort auf die Frage lauten wird und warum. Um ein Problem zu lösen, können mehrere Hypothesen aufgestellt werden. Eine Hypothese könnte beispielsweise lauten: „Das Licht geht nicht an, weil die Glühbirne durchgebrannt ist.“ Es könnte jedoch andere Antworten auf die Frage geben, und daher können andere Hypothesen vorgeschlagen werden. Eine zweite Hypothese könnte lauten: „Das Licht geht nicht an, weil die Lampe nicht angeschlossen ist“ oder „Das Licht geht nicht an, weil der Strom ausfällt“. Eine Hypothese sollte auf glaubwürdigen Hintergrundinformationen basieren. Eine Hypothese ist NICHT nur eine Vermutung (nicht einmal eine fundierte), obwohl sie auf Ihrer vorherigen Erfahrung basieren kann (wie in dem Beispiel, in dem das Licht nicht angeht). Im Allgemeinen sollten Hypothesen in der Biologie auf einer glaubwürdigen, referenzierten Informationsquelle basieren.

    Eine Hypothese muss sein testbar um sicherzustellen, dass es gültig ist. Zum Beispiel ist eine Hypothese, die davon abhängt, was ein Hund denkt, nicht überprüfbar, weil wir nicht sagen können, was ein Hund denkt. Es sollte auch sein falsifizierbar, Dies bedeutet, dass es durch experimentelle Ergebnisse widerlegt werden kann. Ein Beispiel für eine nicht falsifizierbare Hypothese ist „Rot ist eine bessere Farbe als Blau“. Es gibt kein Experiment, das zeigen könnte, dass diese Aussage falsch ist. Um eine Hypothese zu testen, führt ein Forscher ein oder mehrere Experimente durch, die darauf ausgelegt sind, eine oder mehrere der Hypothesen zu eliminieren. Das ist wichtig: eine Hypothese kann widerlegt oder eliminiert, aber nie bewiesen werden. Die Wissenschaft beschäftigt sich nicht mit Beweisen wie die Mathematik. Wenn ein Experiment eine Hypothese nicht widerlegt, wird diese Erklärung (die Hypothese) als Antwort auf die Frage unterstützt. Das bedeutet jedoch nicht, dass wir später keine bessere Erklärung finden oder ein besseres Experiment entwerfen, das die erste Hypothese falsifiziert und zu einer besseren führt.


    Wissenschaftliche Methode - Biologie

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      Wie die wissenschaftliche Methode funktioniert

      Die wissenschaftliche Methode versucht, den Einfluss von Voreingenommenheit oder Vorurteilen beim Experimentator zu minimieren. Selbst die Wissenschaftler mit den besten Absichten können sich der Voreingenommenheit nicht entziehen. Es resultiert aus persönlichen Überzeugungen sowie kulturellen Überzeugungen, was bedeutet, dass jeder Mensch Informationen basierend auf seiner eigenen Erfahrung filtert. Leider kann dieser Filterprozess dazu führen, dass ein Wissenschaftler ein Ergebnis einem anderen vorzieht. Für jemanden, der versucht, ein Problem im Haus zu lösen, ist es keine große Sache, solchen Vorurteilen zu erliegen. Aber in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, wo Ergebnisse überprüft und dupliziert werden müssen, müssen Verzerrungen um jeden Preis vermieden werden.

      Das ist die Aufgabe der wissenschaftlichen Methode. Es bietet einen objektiven, standardisierten Ansatz zur Durchführung von Experimenten und verbessert so deren Ergebnisse. Durch die Verwendung eines standardisierten Ansatzes bei ihren Untersuchungen können Wissenschaftler sicher sein, dass sie sich an die Fakten halten und den Einfluss persönlicher Vorurteile einschränken. Selbst mit einer so strengen Methodik machen einige Wissenschaftler immer noch Fehler. Sie können beispielsweise eine Hypothese mit einer Erklärung eines Phänomens verwechseln, ohne Experimente durchzuführen. Oder sie können Fehler, wie z. B. Messfehler, nicht genau berücksichtigen. Oder sie können Daten ignorieren, die die Hypothese nicht unterstützen.

      Gregor Mendel (1822-1884), ein österreichischer Priester, der die Vererbung von Merkmalen bei Erbsenpflanzen untersuchte und Pionierarbeit bei der Erforschung der Genetik leistete, ist möglicherweise einem Fehler zum Opfer gefallen, der als . bekannt ist Bestätigungsfehler. Bestätigungsfehler sind die Tendenz, Daten zu sehen, die eine Hypothese unterstützen, während Daten ignoriert werden, die dies nicht tun. Einige argumentieren, dass Mendel mit einer kleinen Stichprobengröße ein bestimmtes Ergebnis erzielte und dann weiter Daten sammelte und zensierte, um sicherzustellen, dass sein ursprüngliches Ergebnis bestätigt wurde. Obwohl nachfolgende Experimente Mendels Hypothese bestätigt haben, stellen viele Menschen seine Experimentiermethoden immer noch in Frage.

      Meistens funktioniert die wissenschaftliche Methode jedoch gut und funktioniert gut. Wenn eine Hypothese oder eine Gruppe verwandter Hypothesen durch wiederholte experimentelle Tests bestätigt wurde, kann sie zu einem Theorie, die man sich als den Goldschatz am Ende der wissenschaftlichen Methode Regenbogen vorstellen kann. Theorien sind viel breiter angelegt als Hypothesen und besitzen eine enorme Vorhersagekraft. Die Relativitätstheorie zum Beispiel sagte die Existenz von Schwarzen Löchern voraus, lange bevor es Beweise für diese Idee gab. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eines der Ziele der Wissenschaft nicht darin besteht, Theorien als richtig, sondern als falsch zu beweisen. In diesem Fall muss eine Theorie modifiziert oder ganz verworfen werden.


      Sind Sie und Ihre Schüler Wissenschaftsdetektive?

      Der Schulungsraum für Wissenschaftsdetektive ist eine unterhaltsame Möglichkeit, Schülern von der Grundschule bis zum College die wissenschaftliche Methode beizubringen. Es ist auch eine großartige Möglichkeit, Fähigkeiten zur Problemlösung aufzubauen. Basierend auf einem beliebten "Raumflucht"-Genre von Online-Spielen betreten die Spieler einen dunklen Raum und müssen eine Reihe von Problemen lösen, um zu entkommen.

      Sobald der Spieler aus dem ersten Raum entkommt, trifft er auf eine Zusammenfassung der Schritte, die er unternommen hat, um zu entkommen, und wie diese Schritte mit den Schritten der wissenschaftlichen Methode übereinstimmen. Am Ende des Spiels kann der Spieler die Ergebnisse seiner Trainingsraumübung zur Überprüfung ausdrucken. Wenn es als Aufgabe verwendet wird, können die Schüler den Ausdruck an ihren Lehrer senden, um zu zeigen, wie sie in der Aktivität abgeschnitten haben.

      Das Spiel verbindet sich dann mit einem Folgespiel, The Case of the Mystery Images, in dem die Schüler ihre neuen Detektivfähigkeiten üben können. Ihnen wird eine Reihe von Bildern gezeigt, über die sie Hypothesen aufstellen müssen, um im Spiel voranzukommen. Sie können ihre Arbeit in diesem Spiel auch ausdrucken.


      WWW: Die wissenschaftliche Methode

      Jedes Quartal, CBE𠅋iowissenschaften Bildung macht auf mehrere Websites von pädagogischem Interesse für die Life-Science-Community aufmerksam. Die Zeitschrift befürwortet oder garantiert nicht die Richtigkeit der Informationen auf einer der aufgeführten Websites. Wenn Sie die Auswahl kommentieren oder zukünftige Aufnahmen vorschlagen möchten, senden Sie bitte eine Nachricht an [email protected] Die unten aufgeführten Seiten wurden zuletzt am 1. Dezember 2005 aufgerufen.

      Die Themenauswahl der wissenschaftlichen Methode für die Kolumne dieses Quartals wurde teilweise durch die jüngste Überarbeitung der K�-Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht durch das Kansas State Board of Education am 8. November 2005 veranlasst ( Abbildung 1 ).

      Kansas State Board of Education.

      Viele haben die November-Aktionen des Kansas State Board of Education so interpretiert, dass sie die Lehre von ȁintelligentem Design” als Alternative zur biologischen Evolution ermöglichen. Die vom Vorstand befürworteten wissenschaftlichen Standards können von der oben genannten Website heruntergeladen werden. Ein Teil ihrer Gründe für die Änderung wird unten dargestellt.

      In Bezug auf die wissenschaftliche Theorie der biologischen Evolution fordern die Lehrplanstandards, dass die Studierenden die besten Beweise für die moderne Evolutionstheorie kennenlernen, aber auch Bereiche kennenlernen, in denen Wissenschaftler die Theorie wissenschaftlich kritisieren. Diese Curriculumstandards spiegeln das Ziel des Boards wider: 1) den Schülern zu helfen, das gesamte Spektrum der wissenschaftlichen Ansichten zu diesem Thema zu verstehen, 2) das kritische Denken und das Verständnis der wissenschaftlichen Methode zu verbessern, indem sie die Schüler ermutigen, unterschiedliche und gegensätzliche wissenschaftliche Erkenntnisse zu studieren und 3) sicherzustellen, dass der naturwissenschaftliche Unterricht in unserem Staat "säkular, neutral und nicht ideologisch" ist.

      Während die Debatte über die Maßnahmen des Kansas State Board of Education andauert, muss die Rolle der wissenschaftlichen Methode im Wissenschaftsprozess für viele geklärt werden.

      Die wissenschaftliche Methode ist die wichtigste Methode, mit der biologisches Wissen gewonnen und verbreitet wird. So grundlegend die wissenschaftliche Methode auch sein mag, ihre historische Entwicklung ist wenig verstanden, ihre Definition ist variabel und ihr Einsatz ist uneinheitlich. Wissenschaftlicher Fortschritt kann ohne die Beschränkungen erfolgen, die durch die formale Anwendung der wissenschaftlichen Methode auferlegt werden. Dieser Bericht untersucht Webressourcen, die sich mit der Definition, Geschichte und Verwendung der wissenschaftlichen Methode befassen.

      Ein guter Ausgangspunkt für diese Odyssee ist die Organisation namens Science Service. Science Service, eine gemeinnützige Organisation mit Sitz in Washington, DC, ist vor allem als Herausgeber von . bekannt Wissenschaftsnachrichten und als Veranstalter der Internationalen Fachmesse für Wissenschaft und Technik. Zur Förderung der Hochschulwissenschaft stellt Science Service eine Webseite zur Verfügung, die die wissenschaftliche Methode beschreibt ( Abbildung 2 ).

      Man kann eine sorgfältig formulierte Beschreibung der wissenschaftlichen Methode finden, die aus den folgenden Schritten besteht: Problem/Zweck, Hypothese, Vorgehensweise, Materialien, Beobachtung/Daten/Ergebnisse, Analyse und Schlussfolgerung. Die meisten würden zustimmen, dass diese Darstellung der wissenschaftlichen Methode für einen angehenden jungen Wissenschaftler angemessen wäre, insbesondere für einen, der ein Science-Fair-Projekt vorbereitet.

      Eine weitere Organisation, die den naturwissenschaftlichen Unterricht für das K�-Publikum fördert, ist eMINTS (verbessert Missouris Instructional Networked Teaching Strategies Abbildung 3 ).

      Diese von drei Behörden in Missouri (University of Missouri, Missouri Department of Elementary and Secondary Education und Missouri Department of Higher Education) entwickelte Organisation setzt sich für Folgendes ein: 𠇎MINTs verändert die Art und Weise, wie Lehrer unterrichten und Schüler lernen. Sein Unterrichtsmodell bietet einen forschungsbasierten Ansatz zur Organisation des Unterrichts und kann in jedem Fachgebiet auf jedem Niveau eingesetzt werden.” eMINTS bietet eine Seite über die wissenschaftliche Methode. http://www.emints.org/ethemes/resources/S00000408.shtml

      Diese eMINTS-Webseite zur wissenschaftlichen Methode bietet Links zu sehr hochwertigem und traditionellem Material, das Aktivitäten wie “Schwimmt Seife?” und das Scramble der wissenschaftlichen Methode umfasst. Einer der verfügbaren Links führt zur Discovery School, die von Discovery Communications verwaltet wird (Abbildung 4).

      Science Fair Central bietet eine fünfstufige Erklärung für die wissenschaftliche Methode: Forschung, Problem, Hypothese, Projektexperiment und Projektabschluss. Das Material stammt aus Janice VanCleaves Leitfaden zu den besten Science Fair-Projekten, eine Veröffentlichung von John Wiley & Sons (New York).

      Jede der drei oben aufgeführten Websites bietet eine traditionelle und allgemein akzeptierte Sichtweise der wissenschaftlichen Methode, wie sie zur Unterstützung von Unterrichtsaktivitäten zu finden ist. Die meisten Menschen stimmen darin überein, dass man Wissenschaft betreiben muss, um Wissenschaft zu verstehen. Das Argument fährt fort, dass man, um Wissenschaft zu betreiben, die wissenschaftliche Methode anwenden muss, als ob es eine Form des Katechismus wäre, mit starker Betonung der Schritte, die von der wissenschaftlichen Methode verwendet werden. Ein Beispiel für die Betonung der Schritte zur Methode finden Sie auf der folgenden Website ( Abbildung 5 ):

      Frank Wolfs Einführung in die wissenschaftliche Methode.

      Dr. Frank Wolfs vom Department of Physics and Astronomy der University of Rochester (Rochester, NY) stellt einen Anhang zu wissenschaftlichen Methoden zu den Laborhandbüchern zur Verfügung, die mit den Physikeinführungskursen des College in Rochester verbunden sind. Er, wie viele seiner wissenschaftlichen Kollegen, stellt fest, dass die wissenschaftliche Methode vier Schritte umfasst: 1) Beobachtung und Beschreibung eines Phänomens oder einer Gruppe von Phänomenen 2) Formulierung einer Hypothese zur Erklärung der Phänomene (in der Physik nimmt die Hypothese oft die Form eines kausalen Mechanismus oder einer mathematischen Beziehung) 3) Verwendung der Hypothese, um die Existenz anderer Phänomene vorherzusagen oder die Ergebnisse neuer Beobachtungen quantitativ vorherzusagen und 4) Durchführung experimenteller Tests der Vorhersagen durch mehrere unabhängige Experimentatoren und ordnungsgemäß durchgeführte Experimente .

      Das Laborhandbuch für meinen Embryologie- oder Histologiekurs könnte eine ähnliche Aussage haben. Während wir unsere Schüler in den Wald der Wissenschaft führen, kodifizieren wir den Prozess als vorgeschriebene Schritte, und diese Schritte müssen wie Brotkrumen durch den Wald befolgt werden. Diese Unterrichtspraxis führt dazu, dass die Menschen Wissenschaft als formelhaft und vielleicht weniger als einen kreativen Prozess betrachten, als sie wirklich ist. Diese Tendenz, den Prozess pedantisch zu machen, wird durch die Informationen auf der folgenden Website veranschaulicht (Abbildung 6):

      Lambert Dolphins Schritte in der wissenschaftlichen Methode.

      Lambert Dolphin aus Palo Alto, CA, legt die wissenschaftliche Methode in Form eines Flussdiagramms dar. Dolphin vermischt diese Darstellung wissenschaftlicher Methodik auch mit einer Diskussion über persönliche Philosophie und Religion.

      Ein weiteres Beispiel für die Einbindung der wissenschaftlichen Methode in eine persönliche Philosophie ist mit der folgenden Website verbunden (Abbildung 7).

      Norman W. Edmunds Idee der wissenschaftlichen Methode.

      Norman W. Edmund ist der Gründer des bekannten Edmund Scientific (Tonawanda, NY), einem Versandhaus für Wissenschaftsbedarf. Sein Unternehmen wurde verkauft und in ein neues Unternehmen namens Scientifics eingegliedert. Edmund betrachtet die wissenschaftliche Methode 𠇍ie größte Idee aller Zeiten.” Er definiert die wissenschaftliche Methode wie folgt: Aktivitäten), die in der Master-Methode vorkommen, mit der wir Wissen in allen Bereichen erwerben, verfeinern, erweitern und anwenden.”

      Die Verwendung des Begriffs wissenschaftliche Methode durch den Wissenschaftsdienst und eMINTS würde im Bereich der naturwissenschaftlichen Bildung allgemein akzeptiert. Die Verwendung von Dolphin und Edmund wäre für viele problematisch. Und in der gängigen Praxis, wie sie in den Physiklaborhandbüchern dargestellt wird, wird die wissenschaftliche Methode als starrer Prozess dargestellt, der wie eine religiöse Doktrin verfolgt wird. Diese Praktiken führen uns zurück zum Kansas Board of Education: “säkular, neutral und nichtideologisch.” An dieser Stelle ist es an der Zeit, Charles Darwin zu besuchen.

      Dr. Ian C. Johnston vom Department of Liberal Studies am Malaspina University-College (Nanaimo, British Columbia, Kanada) hat ein Handbuch für Studierende der Geisteswissenschaften verfasst, die sich mit Wissenschaftsgeschichte beschäftigen. Er gibt seine Interpretationen zu den Ursprüngen der Evolutionstheorie und gibt damit Einblicke in die wissenschaftliche Methode ( Abbildung 8 ).

      Ian C. Johnstons Interpretationen der Ursprünge der Evolutionstheorie.

      Darwins Verzögerung bei der Veröffentlichung seiner Theorie war auf andere Faktoren als das stürmische politische Klima zurückzuführen. Denn was er vorschlug, markierte eine bedeutende Abkehr von der konventionellen englischen empirischen Wissenschaft. Im Zentrum der Naturphilosophie in England stand, wie wir bereits gesehen haben, der Schwerpunkt auf Beobachtung und Experiment. Auch wenn die meisten Wissenschaftler nicht genau der Baconschen Betonung der primären Rolle der empirischen Beobachtung folgten, erkannten sie dennoch die entscheidende Bedeutung der experimentellen Überprüfung bestimmter Hypothesen.

      Diese Forderung stellte Darwin vor ein schwerwiegendes methodisches Problem, einfach weil er eine Theorie vorschlug, in der direkte Beobachtung und Experiment eindeutig unmöglich waren, zumindest in dem Sinne, dass ein Biologe die Hypothese der natürlichen Auslese bestätigen konnte, indem er sie in der Wirkung von signifikanten eine Art in eine andere verwandeln. Offensichtlich war aufgrund der Zeitspanne und der oft winzigen Abfolge von Variationen, durch die sich eine Art aus einer ganz anders aussehenden Art (z.

      Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, entwickelte Darwin ein neues wissenschaftliches Verfahren, das heute als hypothetisch-deduktive Methode bekannt ist. Er entwickelte zunächst eine Theorie, die sich auf Analogie und Deduktion stützte, um eine plausible Erklärung ohne direkte empirische Beweise zu organisieren, und wandte diese Theorie dann auf eine breite Palette von Tatsachen an, um die Erklärungskraft seiner Vorschläge zu demonstrieren.

      Johnston erinnert uns daran, dass sich die wissenschaftliche Methode im Laufe der Zeit weiterentwickelt hat und dass die lange Lücke zwischen Darwins Beagle-Reise und der Veröffentlichung der Entstehung der Arten hatte mit den Einschränkungen der damaligen Methodik der Wissenschaft zu tun. Da wir sowohl Ironie als auch Humor darin fanden, dass Darwin zur Entwicklung der wissenschaftlichen Methode beiträgt, wandten wir uns an Google (htpp://www.google.com), um nach einer Geschichte der wissenschaftlichen Methode zu suchen.

      Michael James hat einen interessanten Aufsatz zur Geschichte der wissenschaftlichen Methode vorgelegt. Der Aufsatz wird häufig von vielen Suchmaschinen gefunden (Abbildung 9).

      Michael James' Essay zur Geschichte der wissenschaftlichen Methode.

      James ist Doktorand im Fachbereich Humangeographie an der Open University in England. Er schließt seinen Aufsatz mit folgendem Gedanken ab: 𠇏ür jeden Einzelnen erwirbt die Wissenschaft systematisches Wissen über die Wahrheit und die Gesetze natürlicher oder physikalischer Phänomene, die die Welt beherrschen. Die Wissenschaft klassifiziert nach bestimmten Regeln. „Wissenschaftlich“ zu sein bedeutet, mit den Prinzipien der Wissenschaft übereinzustimmen und darin gut unterwiesen zu sein. Die Art und Weise, mit geordneten Mitteln zu einem Ziel zu gelangen, ist „Methode“. Der Anschein, dass die Verwendung wissenschaftlicher Methoden einfach logisch ist, kann irreführend sein, es gibt keine komplexere Frage, wie wir zu unseren Gedanken kommen.” Es scheint, als würde James argumentieren, dass das Flussdiagramm, das die wissenschaftliche Methode zeigt, das Denken nicht abdeckt in den Prozess eingebunden.

      Die mittlerweile allgegenwärtige Wikipedia, die Internet-Enzyklopädie, bietet eine Reihe von Portalen zur Geschichte der wissenschaftlichen Methode ( Abbildung 10 ).

      Wikipedia-Eintrag zu Karl Popper.

      Francis Bacon, ein Zeitgenosse Shakespeares, entwickelte eine Methode des wissenschaftlichen Denkens und der Untersuchung, die mehrere Jahrhunderte lang weit verbreitet war. Johnston (oben) spielt darauf an, dass Darwin sich mit der Baconschen Methode auseinandersetzen musste. Karl Popper hat die hypothetisch-deduktive Methode im 20. Jahrhundert entwickelt und in ihrer Praxis wird die Hypothese falsifiziert. Es ist der Fälschungsgedanke, der stark zum heutigen Missverständnis darüber beiträgt, was Wissenschaft ist und wie die moderne Version der wissenschaftlichen Methode verwendet wird. Das Thema der Fälschung ist auch der Punkt, an dem das Kansas Board of Education in Dantes Göttliche Komödie und steigt hinab ins Inferno.Das Ziel des Boards ist es, den Studierenden zu helfen, die gesamte Bandbreite der wissenschaftlichen Ansichten zu diesem Thema zu verstehen.”

      Wie viele Naturwissenschaftslehrer oder Naturwissenschaftler kennen den Wiener Kreis der Wissenschaftsphilosophen der 1920er Jahre? Diese Personen entwickelten eine Sicht der analytischen Philosophie einschließlich des logischen Positivismus. Karl Popper führte die Revolte gegen den logischen Positivismus des Wiener Kreises an. Wie viele verstehen die Idee des Bestätigungsholismus, bei dem eine Hypothesenfälschung rückgängig gemacht werden kann? Wer von den Befürwortern und Kritikern der Evolutionstheorie hat Lakatos und Feyerabends Modifikation der Popperschen Ideen gelesen? Das Kansas Board of Education möchte „kritisches Denken und das Verständnis der wissenschaftlichen Methode fördern“. Abbildung 11).

      Ein Vergleich von Poppers, Kuhns und Feyerabends Ideen über wissenschaftliche Theorien.

      Die wissenschaftliche Methode hat sich weiterentwickelt. Die wissenschaftliche Methode hat auch Kritiker. Ein Ort, an dem Kritik verzeichnet wird, ist die Website, die als bekannt ist Wissenschaft Hobbyist. William J. Beaty, ein Elektroingenieur am Department of Chemistry der University of Washington (Seattle, WA) betreibt diese Site. Er hat eine Seite auf der Website mit dem Titel “Ten Myths of Science: Reexamining What We Think We Know. ” ( Abbildung 12 ).

      Zehn Mythen der Wissenschaft: Überprüfung dessen, was wir zu wissen glauben.

      McComas argumentiert, dass 𠇊 General and Universal Scientific Method Exists” ein Mythos ist.

      Die Vorstellung, dass alle Forscher einer gemeinsamen Reihe von Schritten folgen, muss zu den am weitesten verbreiteten Mythen der Wissenschaft gehören, da eine solche Liste in den einführenden Kapiteln vieler wissenschaftlicher Texte vor dem College erscheint. Dieser Mythos ist seit seinem Vorschlag des Statistikers Karl Pearson (1937) Teil der Folklore der Schulwissenschaft. Die für die wissenschaftliche Methode aufgeführten Schritte variieren von Text zu Text, umfassen aber in der Regel a) das Problem definieren, b) Hintergrundinformationen sammeln, c) eine Hypothese bilden, d) Beobachtungen machen, e) die Hypothese testen und f) Schlussfolgerungen ziehen . Einige Texte schließen ihre Liste der Schritte der wissenschaftlichen Methode ab, indem sie als letzte Zutat die Mitteilung der Ergebnisse aufführen.

      Einer der Gründe für den weit verbreiteten Glauben an eine allgemeine wissenschaftliche Methode kann die Art sein, wie Ergebnisse zur Veröffentlichung in Forschungszeitschriften präsentiert werden. Der standardisierte Stil lässt den Anschein erwecken, dass Wissenschaftler einem Standardforschungsplan folgen. Medawar (1990) reagierte auf den üblichen Stil von Forschungsarbeiten, indem er die wissenschaftliche Arbeit als Betrug bezeichnete, da der Abschlussbericht der Zeitschrift selten die tatsächliche Art und Weise beschreibt, in der das Problem untersucht wurde.

      Wissenschaftsphilosophen, die Arbeitswissenschaftler studiert haben, haben gezeigt, dass keine Forschungsmethode universell angewendet wird (Carey, 1994 Gibbs & Lawson, 1992 Chalmers, 1990 Gjertsen, 1989). Die Vorstellung von einer einzigen wissenschaftlichen Methode ist so weit verbreitet, dass viele Studenten enttäuscht sein müssen, wenn sie entdecken, dass Wissenschaftler keine gerahmte Kopie der Schritte der wissenschaftlichen Methode hoch über jedem Labortisch hängen.

      Bei genauerem Hinsehen wird sich zeigen, dass Wissenschaftler mit Fantasie, Kreativität, Vorwissen und Ausdauer an Probleme herangehen und diese lösen. Dies sind natürlich die gleichen Methoden, die von allen Problemlösern verwendet werden. Die Lektion, die man daraus lernen muss, ist, dass sich die Wissenschaft bei der Untersuchung von Rätseln nicht von anderen menschlichen Bemühungen unterscheidet.

      Ein ungewöhnlicher Ort, um einen Diskurs über die wissenschaftliche Methode zu finden, ist Dharma-Haven, ein Ort, der sich mit tibetischer Medizin und westlicher Wissenschaft beschäftigt. Dr. Terry Halwes aus New Haven, CT, betreibt die Site und veröffentlicht eine Vielzahl interessanter Aufsätze. Einer davon beschäftigt sich mit dem Mythos der wissenschaftlichen Methode ( Abbildung 13 ).

      Der Mythos der wissenschaftlichen Methode.

      Halwes argumentiert wie folgt: �s Verfahren, das als „die wissenschaftliche Methode“ gelehrt wird, ist völlig irreführend. Viel interessanter ist es, zu untersuchen, was Wissenschaftler tatsächlich tun. 𠇍ie Site ist umfangreich und manchmal weitläufig, wirft jedoch interessante Beobachtungen auf.

      Es gibt keine so einzigartige Standardmethode —wissenschaftlicher Fortschritt erfordert viele Methoden�r den Studenten in Einführungskursen in die Naturwissenschaften wird beigebracht, dass 'Die wissenschaftliche Methode' ein einfaches Verfahren ist, bei dem aus Theorien abgeleitete Hypothesen getestet werden, um diese Theorien zu testen. Das „hypothetisch-deduktive“ Schema, das den Schülern vermittelt wird, wurde überhaupt nicht als Methode entwickelt: Es sollte eine logische Analyse sein, wie wissenschaftliche Theorien von Evidenz gestützt werden, und es wurde in einem Prozess entwickelt, der eine Berücksichtigung des Prozesses bewusst ausschließt der Entdeckung in der Wissenschaft.

      Eine weitere Kritik an der wissenschaftlichen Methode findet sich an der University of New South Wales. Dr. John A. Schuster vom Department of History and Philosophy of Science stellt eine Webressource mit dem Titel The Scientific Revolution: An Introduction to the History and Philosophy of Science (Abbildung 14) bereit.

      Die wissenschaftliche Revolution: Eine Einführung in die Geschichte und Philosophie der Wissenschaft.

      Schusters Kapitel 9 ist entzückend und muss vollständig gelesen werden. Die folgenden zwei Auszüge geben den Geschmack seiner Argumente:

      Methode ist eine großartige Geschichte, die eine wunderbare Geschichte von mindestens 2500 Jahren hat, die bis zu Aristoteles zurückreicht, der die allgemein akzeptierte Methodengeschichte erfand. Im 17. Jahrhundert haben wir Leute wie Francis Bacon, Galileo, Newton, die diese Geschichte aktualisiert und genehmigt haben. Die Geschichte der Methode hat eine echte Funktion in der Wissenschaft, die uns leider nicht sagen soll, wie Wissenschaft gemacht wird. Tatsächlich besteht ihre Aufgabe darin, uns in die Irre zu führen, wie Wissenschaft gemacht wird. Die Methode funktioniert wie ein kultureller Mythos, der Wissenschaft und Wissenschaftler schützt, weil sie es ihnen ermöglicht, Nichtwissenschaftlern zu sagen, warum sie (Wissenschaftler) besonders sind und warum sie in Ruhe gelassen werden sollten. Der Mythos besagt, dass es in der Wissenschaft einen Weg gibt, Dinge zu tun, die Menschen außerhalb der Wissenschaft nicht kennen oder nicht richtig anwenden können. Und so gibt es in diesem Jahrhundert, obwohl diese Geschichte kritisiert wurde, Philosophen und andere Leute, die uns immer noch sagen wollen, dass die wissenschaftliche Methode existiert. Sie glauben, dass eine andere Version der wissenschaftlichen Methode entwickelt werden kann, die praktikabel ist, eine, die endlich die richtige Version ist. Mit anderen Worten, Menschen wie ich liegen falsch, wenn endlich eine gute Version der Methode verfügbar ist. Im 20. Jahrhundert ist eine neue Methodengeschichte des 20. Jahrhunderts entstanden. Ihr Autor, Sir Karl Popper, der bedeutendste Wissenschaftsphilosoph dieses Jahrhunderts, wollte sich allem, worüber wir gerade gesprochen haben, entziehen und verwerfen. Viele gebildete Leute glauben, dass es ihm gelungen ist und dass eine Poppersche Version der Methode funktioniert und tatsächlich zu allen Zeiten und an allen Orten die wahre Methode der Wissenschaft war. Wir werden nun sehen, was diese neue Methodengeschichte beinhaltet, was ihre unbestrittenen Stärken sind und warum wir am Ende wahrscheinlich feststellen müssen, dass sie, wie alle vorherigen Methodengeschichten, von Aristoteles bis Newton, nur als Mythos und rhetorische Verpackung fungiert.

      All dies führt zum dritten Ziel des Kansas Board of Education: “ sicherzustellen, dass der naturwissenschaftliche Unterricht in unserem Staat „säkular, neutral und nichtideologisch“ ist.” Geht es in der Wissenschaft darum, Entscheidungen zu treffen? Dieses Experiment ist richtig. Dieses Experiment ist falsch. Diese Schlussfolgerung ist richtig. Diese Schlussfolgerung ist falsch. Basierend auf diesen Entscheidungen schreitet die Wissenschaft voran. Wenn naturwissenschaftlicher Unterricht “neutral,” sein soll, kann man keine Entscheidungen treffen. Auf die Ergebnisse getesteter Hypothesen kann nicht reagiert werden. Handeln bedeutet, dass man nicht mehr neutral sein kann. Eine Definition von Ideologie ist 𠇍ie Ideen und die Denkweise, die für eine Gruppe, eine soziale Klasse oder ein Individuum charakteristisch sind.” Keine Ideologie zu haben bedeutet, dass die Gruppe keine Ideen oder Denkweise hat. Man könnte annehmen, dass das Kansas Board of Education möchte, dass die Wissenschaft keine Denkweise hat, sozusagen keine wissenschaftliche Methode, denn eine Methode zu haben ist ein Ausdruck von Ideologie. Wenn Wissenschaftler sich auf ein bestimmtes Naturphänomen einig sind, ist es dann ideologisch, dieser “Theorie” zuzustimmen und danach zu handeln?

      Konzentriert man sich auf die wissenschaftliche Methode, ist diese präskriptiv oder deskriptiv? Natürlich ist die Antwort ja und nein. Es beschreibt einen Prozess, durch den Wissenschaft gemacht werden kann. Und doch sind viele gültige Experimente in der heutigen Wissenschaft nicht hypothesengetrieben. Wenn ein Experiment nicht hypothesengetrieben ist, folgt es dann der wissenschaftlichen Methode? Kann Wissenschaft nur durch Schritte durchgeführt werden, die mit der wissenschaftlichen Methode verbunden sind? In gewisser Weise wird die Methode also als präskriptiv behandelt. Wenn die Wissenschaft das Baby ist, ist die wissenschaftliche Methode dann das Badewasser? Ist das Risiko, das Baby zu verlieren, zu groß, wenn wir das Badewasser wegschütten?

      Die wissenschaftliche Methode ist eine bequeme Möglichkeit, Schüler in den Prozess der Wissenschaft einzuführen. Es ist eine Annäherung. Wenn der Schüler reifer wird, sollte auch die Art und Weise, wie wir lehren, was die wissenschaftliche Methode ausmacht, reifen, um weniger Schwarzweiß und mehr Grau einzubeziehen. Wir vertrauen darauf, dass dieser kurze Überblick über Webressourcen zum Thema wissenschaftliche Methode Ihren Schülern helfen wird, den Prozess der Wissenschaft und ihre Beziehung zu ihrer Philosophie besser zu verstehen.


      Der Beginn der Methode

      Was macht Wissenschaft, Wissenschaft? Die Details variieren enorm über Zeit, Raum und Studienrichtung. Für Aristoteles war ihre Grundlage die passive Naturbeobachtung. In der Moderne geht es oft auch um Experimente. Abgesehen davon sind laut der Stanford Encyclopedia of Philosophy die häufigsten Elemente „induktives und deduktives Denken sowie die Bildung und Prüfung von Hypothesen und Theorien“.

      Bacon – oft als „Vater des Empirismus“ bezeichnet – betrachtete diese Strategien als intellektuelles Werkzeug für den Fall, dass unsere eigenen kognitiven Fähigkeiten nachlassen. „Die freie Hand und der sich selbst überlassene Verstand besitzen wenig Macht“, schreibt er in den Anfangszeilen des Novum Organum („Neues Organon“ – eine Anspielung auf die logische Abhandlung des Aristoteles, das Organon, in der er vielleicht die ersten Leitlinien für wissenschaftliche Untersuchung). „Wirkungen werden durch Instrumente und Hilfen erzeugt“, fährt Bacon fort, „wozu das Verständnis nicht weniger als die Hand braucht.“

      Wie Mikroskop und Teleskop dem bloßen Auge verborgene Sphären der Wirklichkeit offenbaren, so gewährt uns die wissenschaftliche Methode dem kurzsichtigen Menschen einen Einblick in die tiefere Struktur der Natur. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da sich die Wissenschaft oft mit Objekten und Prozessen beschäftigt, die unzugänglich sind, sei es physikalisch (der Mittelpunkt der Erde), zeitlich (die Evolution des Lebens) oder intellektuell (Quantenmechanik).

      Abgesehen von seiner Methode machte Bacon selbst keine größeren Entdeckungen. Aber ein Zeitgenosse von ihm, Galileo Galilei – manchmal auch „Vater der Wissenschaft“ genannt – nutzte die neue Methode in seinen berühmten Bewegungsexperimenten und astronomischen Beobachtungen. Dann kam der nächste Superstar der Wissenschaft, Isaac Newton, mit seinen monumentalen Bewegungs- und Gravitationsgesetzen. In der Principia Mathematica formulierte Newton sogar seine eigenen methodischen Regeln, die „regulae philosophandi“ für wissenschaftliche Überlegungen.


      Wie wenden Wissenschaftler die wissenschaftliche Methode im wirklichen Leben an?

      Obwohl der obige Prozess ziemlich starr klingt, ist er eigentlich ziemlich flüssig und anpassungsfähig. Manche Wissenschaftler führen nie wirklich echte „Experimente“ durch und konzentrieren sich stattdessen auf andere Dinge. Taxonomen beispielsweise konzentrieren sich darauf, wie Organismen am besten klassifiziert werden können. Sie durchlaufen nicht den gesamten Prozess des Hypothesentests und der Datenanalyse für das, was für das Verfassen von Forschungsarbeiten und Hausarbeiten sehr wichtig ist, die häufig College- und Universitätsstudenten zugewiesen werden. Nur professionelle akademische Autoren, die für das Schreiben von Forschungsarbeiten arbeiten, verwenden wissenschaftliche Methoden beim Schreiben.

      Ohne die wissenschaftliche Methode könnten die Leute zufällige Erklärungen für Probleme ohne echte Daten erfinden, um sie zu belegen. Dank der wissenschaftlichen Methode ist die Summe des menschlichen Wissens enorm gewachsen und wird unser Leben hoffentlich weiter verbessern.


      Schau das Video: Die Wissenschaftliche Methode: Schritte, Beispiele, Tips und eine Aufgabe (August 2022).