Videnskabelig metode: Definition, principper og trin-for-trin-guide

Det, der kendetegner en videnskabelig undersøgelsesmetode, er et spørgsmål, der er kendt som "kriteriet". Det er et svar på spørgsmålet: Er der en måde at afgøre, om et begreb eller en teori er videnskabelig, i modsætning til en anden form for viden eller tro? Der har været mange idéer om, hvordan det skal udtrykkes. Logiske positivister mente, at en teori var videnskabelig, hvis den kunne verificeres, men Karl Popper mente, at dette var en fejltagelse. Han mente, at en teori ikke var videnskabelig, medmindre der var en måde, hvorpå den kunne tilbagevises. På den anden side mente Paul Feyerabend, at der ikke fandtes noget kriterium. For ham var alting tilladt, eller hvad der virker, virker.

Forskere forsøger at lade virkeligheden tale for sig selv. De støtter en teori, når dens forudsigelser bekræftes, og udfordrer den, når dens forudsigelser viser sig at være forkerte. Videnskabelige forskere opstiller hypoteser som forklaringer på fænomener og udarbejder eksperimenter for at afprøve disse hypoteser. Da store teorier ikke kan testes direkte, sker det ved at teste forudsigelser, der er afledt af teorien. Disse trin skal kunne gentages for at sikre mod fejl eller forvirring hos en bestemt forsøgsdeltager.

Videnskabelige undersøgelser skal generelt være så objektive som muligt. For at mindske tendentiøse fortolkninger af resultaterne offentliggør forskerne deres arbejde og deler således data og metoder med andre forskere.

Man skelner ofte mellem videnskab og ting, der ikke er videnskab (f.eks. pseudovidenskab), efter om de anvender den videnskabelige metode. En af de første, der udarbejdede en oversigt over den videnskabelige metodes trin, var John Stuart Mill.

Der findes ikke én videnskabelig metode. Nogle videnskabsområder er baseret på matematiske modeller, f.eks. fysik og klimaforskning. Andre områder, som f.eks. mange samfundsvidenskabelige områder, har grove teorier og er mere afhængige af de mønstre, der fremkommer af deres data. Nogle gange fokuserer videnskabsfolk på at afprøve og bekræfte hypoteser, men det er også vigtigt med en åben udforskning. Nogle videnskabelige områder anvender laboratorieeksperimenter. Andre indsamler observationer fra situationer i den virkelige verden. Mange videnskabelige områder er kvantitative og lægger vægt på numeriske data og matematisk analyse. Men på nogle områder, især inden for samfundsvidenskab, anvendes kvalitative metoder, f.eks. interviews eller detaljerede observationer af menneskers eller dyrs adfærd. Hvis vi fokuserer for meget på én slags metode, kan det føre til, at vi ignorerer viden, der er produceret ved hjælp af andre metoder.

Nogle lærebøger fokuserer på en enkelt, standardiseret "videnskabelig metode". Denne idé om en enkelt videnskabelig metode er i høj grad baseret på eksperimentelle, hypotesetestende, kvantitative områder af videnskaben. Den gælder ikke særlig godt for andre videnskabelige områder. Den er ofte skrevet som en række trin:

1. Stil et spørgsmål om verden. Alt videnskabeligt arbejde begynder med at have et spørgsmål at stille eller et problem at løse.^{I, p9} Nogle gange er det sværeste for en videnskabsmand at finde på det rigtige spørgsmål. Spørgsmålet skal kunne besvares ved hjælp af et eksperiment.
2. Opstil en hypotese - et muligt svar på spørgsmålet. En hypotese inden for videnskab er et ord, der betyder "et kvalificeret gæt om, hvordan noget fungerer". Det skal være muligt at bevise, at den er rigtig eller forkert. For eksempel er et udsagn som "Blå er en bedre farve end grøn" ikke en videnskabelig hypotese. Den kan ikke bevises at være rigtig eller forkert. "Flere mennesker kan lide farven blå end grøn" kunne dog være en videnskabelig hypotese, fordi man kunne spørge mange mennesker, om de kan lide blå mere end grøn, og komme frem til et svar på den ene eller den anden måde.
3. Udform et eksperiment. Hvis hypotesen er virkelig videnskabelig, bør det være muligt at udforme et eksperiment til at teste den. Et eksperiment skal kunne fortælle forskeren, om hypotesen er forkert, men ikke nødvendigvis, om hypotesen er rigtig. I eksemplet ovenfor kunne et eksperiment bestå i at spørge mange mennesker, hvad deres yndlingsfarver er. Det kan dog være meget vanskeligt at lave et eksperiment. Hvad nu hvis det vigtigste spørgsmål, man skal stille folk, ikke er, hvilke farver de kan lide, men hvilke farver de hader? Hvor mange mennesker skal man så spørge? Er der måder at stille spørgsmålet på, som kan ændre resultatet på en måde, som ikke var forventet? Det er alle de typer spørgsmål, som videnskabsmænd er nødt til at stille, før de laver et eksperiment og udfører det. Normalt ønsker videnskabsmænd kun at teste én ting ad gangen. For at gøre dette forsøger de at gøre alle dele af et eksperiment ens for alle, undtagen for den ting, de vil teste.
4. Eksperimentér og indsaml data. Her forsøger forskeren at udføre det eksperiment, som han/hun har designet i forvejen. Nogle gange får forskeren nye idéer, mens eksperimentet foregår. Nogle gange er det svært at vide, hvornår et eksperiment endelig er afsluttet. Nogle gange vil det være meget vanskeligt at eksperimentere. Nogle videnskabsmænd bruger det meste af deres liv på at lære at lave gode eksperimenter.
5. Hvorfor-spørgsmål. Forklaringer er svar på hvorfor-spørgsmål.^{II, s3}
6. Træk konklusioner af forsøget. Nogle gange er resultaterne ikke lette at forstå. Nogle gange åbner eksperimenterne i sig selv op for nye spørgsmål. Nogle gange kan resultaterne fra et eksperiment betyde mange forskellige ting. Alle disse ting skal overvejes nøje.
7. Formidle dem til andre. Et centralt element i videnskaben er at dele resultaterne af eksperimenterne, så andre forskere kan bruge deres viden, og hele videnskaben kan drage fordel heraf. Normalt stoler videnskabsfolk ikke på en ny påstand, medmindre andre videnskabsfolk først har kigget den igennem for at sikre sig, at den lyder som ægte videnskab. Dette kaldes peer review ("peer" betyder her "andre videnskabsmænd"). Arbejder, der består peer review, bliver offentliggjort i et videnskabeligt tidsskrift.

Selv om det er skrevet som en liste, kan forskerne gå frem og tilbage mellem de forskellige trin et antal gange, før de er tilfredse med svaret.

Det er ikke alle videnskabsmænd, der anvender den ovennævnte "videnskabelige metode" i deres daglige arbejde. Nogle gange ligner det faktiske videnskabelige arbejde slet ikke ovenstående.

Lad os sige, at vi skal finde ud af, hvordan temperaturen påvirker den måde, hvorpå sukker opløses i et glas vand. Nedenfor er en måde at gøre dette på, hvor vi følger den videnskabelige metode trin for trin.

Mål

Opløses sukker hurtigere i varmt vand eller koldt vand? Har temperaturen indflydelse på, hvor hurtigt sukkeret opløses? Det er et spørgsmål, som vi måske vil stille.

Planlægning af forsøget

Et simpelt eksperiment kunne være at opløse sukker i vand med forskellige temperaturer og holde styr på, hvor lang tid det tager for sukkeret at opløses. Dette ville være en test af idéen om, at opløsningshastigheden varierer i forhold til opløsningsmidlets kinetiske energi.

Vi vil sikre os, at vi bruger nøjagtig den samme mængde vand i hvert forsøg og nøjagtig den samme mængde sukker. Det gør vi for at sikre, at det er temperaturen alene, der forårsager effekten. Det kan f.eks. være, at forholdet mellem sukker og vand også spiller en rolle for opløsningshastigheden. For at være ekstra forsigtig kan vi også udføre forsøget, så vandtemperaturen ikke ændres under forsøget.

Dette kaldes at "isolere en variabel". Det betyder, at kun én af de faktorer, der kan have en virkning, ændres i forsøget.

Gennemførelse af forsøget

Vi vil udføre forsøget i tre forsøg, som er nøjagtig ens, bortset fra vandets temperatur.

1. Vi hælder præcis 25 gram sukker i præcis 1 liter vand, der er næsten iskoldt. Vi rører ikke rundt. Vi bemærker, at det tager 30 minutter, før alt sukkeret er opløst.
2. Vi hælder præcis 25 gram sukker i præcis 1 liter vand med stuetemperatur (20 °C). Vi rører ikke rundt. Vi bemærker, at det tager 15 minutter, før alt sukkeret er opløst.
3. Vi hælder præcis 25 gram sukker i præcis 1 liter varmt vand (50 °C). Vi rører ikke rundt. Vi bemærker, at det tager 4 minutter, før alt sukkeret er opløst.

Træning af konklusioner

En måde at gøre det nemt at se resultaterne på er at lave en tabel med alle de ting, der ændrede sig, hver gang vi kørte eksperimentet. Vores kunne se således ud:

Hvis alle andre dele af forsøget var ens (vi brugte ikke mere sukker den ene gang end den anden, vi rørte ikke rundt den ene eller den anden gang osv.), ville det være et meget godt bevis for, at varme påvirker, hvor hurtigt sukker opløses.

Vi kan dog ikke vide med sikkerhed, at der ikke er noget andet, der påvirker den. Et eksempel på en skjult årsag kunne være, at sukker opløses hurtigere, hver gang der opløses mere sukker i den samme gryde. Dette er sandsynligvis ikke sandt, men hvis det var, kunne det gøre resultaterne nøjagtig ens: tre forsøg, og det sidste ville være hurtigst. Vi har ingen grund til at tro, at dette er sandt på nuværende tidspunkt, men vi vil måske notere det som et andet muligt svar.

C.U.R.R.R.

En måde at vise dine resultater med ord på er at bruge C.U.R.R. (Claim, evidence, reasoning and revise), som mange elever bruger. Sætningsstartere til fasen omfatter, men er ikke begrænset til:

Påstand: Svaret på mit spørgsmål er/er...

Bevismateriale: Dataene viser...

Begrundelse: Jeg kan forklare dette med...

Revidere: Jeg kan forbedre dette ved at...

Replikationskrisen (eller replikationskrisen) henviser til en krise inden for videnskaben. Meget ofte er resultatet af et videnskabeligt eksperiment vanskeligt eller umuligt at gentage senere, enten af uafhængige forskere eller af de oprindelige forskere selv. Selv om krisen har lange rødder, blev udtrykket opfundet i begyndelsen af 2010'erne som led i en voksende bevidsthed om problemet.

Da reproducerbarheden af eksperimenter er en væsentlig del af den videnskabelige metode, kan det have alvorlige konsekvenser, hvis man ikke kan gentage undersøgelser.

Replikationskrisen er blevet diskuteret særligt meget inden for psykologi (og især socialpsykologi) og medicin, hvor man har gjort en række forsøg på at genundersøge klassiske resultater og forsøge at fastslå både resultaternes gyldighed og, hvis de er ugyldige, årsagerne til den manglende replikation.

De seneste diskussioner har gjort dette problem mere kendt.

Nogle af de tidlige naturforskere udarbejdede elementer af den videnskabelige metode.

• "Vi anser det for et godt princip at forklare fænomenerne med den enkleste hypotese, der er mulig." Ptolemæus (85-165 e.Kr.). Dette er et tidligt eksempel på det, vi kalder Occams barberkniv.
• Ibn al-Haytham (Alhazen) (965-1039), Robert Grosseteste (1175-1253) og Roger Bacon (1214-1294) gjorde alle fremskridt med hensyn til at udvikle den videnskabelige metode.
• I det 17. århundrede begyndte videnskabsfolk at blive enige om, at den eksperimentelle metode er den vigtigste måde at finde sandheden på. Dette blev gjort i Vesteuropa af mænd som Galileo, Kepler, Hooke, Boyle, Halley og Newton. Samtidig blev mikroskopet og teleskopet opfundet (i Holland), og Royal Society blev dannet. Instrumenter, selskaber og udgivelser var alle til stor hjælp for videnskaben.

• Falsificerbarhed
• Historisk metode
• Videnskabens historie
• Videnskabsfilosofi
• Metafilosofi
• Blindt forsøg
• Pseudovidenskab