Informace

1.1: Vědecká metoda - biologie


Biologové a další vědci studují svět pomocí formálního procesu označovaného jako the vědecká metoda. Vědeckou metodu poprvé zdokumentoval Sir Francis Bacon (1561–1626) z Anglie a lze ji aplikovat téměř na všechny studijní obory. Vědecká metoda je založena na pozorování, které pak vede k otázce a vývoji hypotézy, která na tuto otázku odpovídá. Vědec pak může navrhnout experiment k testování navrhované hypotézy a předpovědět výsledek experimentu, pokud je navrhovaná hypotéza pravdivá. V následujících částech použijeme jednoduchý příklad vědecké metody, založený na jednoduchém pozorování příliš teplé třídy.

Návrh hypotézy

Hypotéza je jednou z možných odpovědí na otázku, která vyplývá z pozorování. V našem případě je pozorováno, že ve třídě je příliš teplo, a otázka, která z toho vyplývá, je proč ve třídě je příliš teplo. Jedna (z mnoha) hypotéz je „Ve třídě je teplo, protože nikdo nezapnul klimatizaci“. Další hypotéza by mohla znít: „Ve třídě je teplo, protože topení je nastaveno příliš vysoko“.

Jakmile je hypotéza vyvinuta, vědec poté provede předpověď, která je podobná hypotéze, ale obecně se řídí formátem „If. pak . . ” V našem případě může předpověď vyplývající z první hypotézy znít „Li klimatizace je zapnutá, pak ve třídě už nebude příliš teplo. “ Počáteční kroky vědecké metody (pozorování predikce) jsou naznačeny na obrázku 1.1.1.

Obrázek ( PageIndex {1} ): Příklad prvních kroků vědecké metody. Obrázek od L Gerhart-Barley

Testování hypotézy

Platná hypotéza musí být testovatelná. Mělo by být také falšovatelné, což znamená, že může být vyvráceno experimentálními výsledky. Důležité je, že věda netvrdí, že něco „dokazuje“, protože vědecká porozumění jsou vždy předmětem změn s dalšími informacemi. Aby testoval hypotézu, výzkumník provede jeden nebo více experimentů určených k odstranění jedné nebo více hypotéz. Každý experiment bude mít jednu nebo více proměnných a jednu nebo více kontrol. Proměnná je jakákoli část experimentu, která se může během experimentu měnit nebo měnit. Kontrolní skupina obsahuje všechny vlastnosti experimentální skupiny, kromě toho, že není dána manipulace, která testuje hypotézu. Pokud se tedy výsledky experimentální skupiny liší od kontrolní skupiny, rozdíl musí být způsoben hypotetickou manipulací, nikoli nějakým vnějším faktorem. Proměnné a ovládací prvky hledejte v následujících příkladech. K otestování první hypotézy by student zjistil, zda je zapnutá klimatizace. Pokud je klimatizace zapnutá, ale nefunguje, pak by měla být hypotéza, že klimatizace zapnuta nebyla, zamítnuta. K otestování druhé hypotézy mohl student zkontrolovat nastavení topné jednotky ve třídě. Pokud je topná jednotka nastavena na vhodnou teplotu, pak by tato hypotéza měla být také zamítnuta. Každá hypotéza by měla být testována provedením příslušných experimentů. Uvědomte si, že odmítnutí jedné hypotézy neurčuje, zda ostatní hypotézy lze přijmout; jednoduše eliminuje jednu hypotézu, která není platná. Pomocí vědecké metody jsou hypotézy, které jsou v rozporu s experimentálními údaji, odmítnuty.

I když je tento příklad „teplé třídy“ založen na pozorovacích výsledcích, jiné hypotézy a experimenty mohou mít jasnější kontroly. Například se student může zúčastnit vyučování v pondělí a uvědomit si, že měl potíže se soustředit na přednášku. Jedním z postřehů, které by tuto událost vysvětlily, by mohlo být: „Když snídám před třídou, dokážu lépe věnovat pozornost.“ Student by pak mohl navrhnout experiment s kontrolou, aby otestoval tuto hypotézu.

Cvičení ( PageIndex {1} )

V níže uvedeném příkladu se vědecká metoda používá k řešení každodenního problému. Objednejte si kroky vědecké metody (číslované položky) s postupem řešení každodenního problému (položky s písmeny). Je hypotéza na základě výsledků experimentu správná? Pokud je nesprávný, navrhněte alternativní hypotézy.

  1. Pozorování
  2. Otázka
  3. Hypotéza (odpověď)
  4. Předpověď
  5. Experiment
  6. Výsledek
  1. Autobaterie je vybitá.
  2. Pokud je baterie vybitá, světlomety se také nezapnou.
  3. Moje auto nenastartuje
  4. Zapínám přední světla.
  5. Světlomety fungují.
  6. Proč auto nenastartuje?
Odpovědět

C, F, A, B, D, E

Vědecká metoda se může zdát příliš rigidní a strukturovaná; flexibilita však existuje. Vědecký proces často není tak lineární, jak naznačuje vědecká metoda, a experimentální výsledky často inspirují k novému přístupu, zvýrazňují vzorce nebo témata ve studijním systému nebo generují zcela nová a odlišná pozorování a otázky. V našem příkladu v teplé třídě by testování hypotézy klimatizace například mohlo odhalit důkazy o chybném zapojení ve třídě. Toto pozorování by pak mohlo inspirovat k dalším otázkám souvisejícím s dalšími elektrickými problémy ve třídě, jako je nekonzistentní bezdrátový přístup k internetu, vadné fungování audio/vizuálního vybavení, nefunkční zásuvky, blikající osvětlení atd. Všimněte si také, že vědeckou metodu lze použít na řešení problémů, které nemusí mít nutně vědecký charakter.


1.1: Vědecká metoda - biologie

Věda se zabývá testovatelnými znalostmi o fyzikálních jevech ve vesmíru. Cílem vědy je pochopit, jak vesmír funguje. Biologie se zaměřuje na porozumění živým věcem. Aby vědci získali znalosti o přírodě a fyzikálních jevech, používají konkrétní přístup zvaný metoda vědeckého zkoumání nebo vědecká metoda.

Vědecká metoda je nejlepším přístupem k porozumění přírodnímu světu a předpovídání přírodních jevů. Důkazy pro toto tvrzení lze nalézt v úspěších vědecky podložených technologií. Vezměte si třeba léky. Před 17. stoletím byla většina lékařských postupů založena na lidových tradicích nebo na myšlenkách propagovaných náboženskými vůdci. Některé z těchto předvědeckých náprav fungovaly, ale proces objevování nových léčebných postupů byl pomalý a nahodilý systém pokusů a omylů. Neúčinná ošetření byla často přijímána jednoduše proto, že neexistoval jasný postup pro jejich hodnocení. Dnes s vědecky podloženou medicínou a postupy veřejného zdraví jsme získali nebývalou kontrolu nad ohroženími našeho zdraví. Podle Centra pro kontrolu nemocí se průměrná délka života ve Spojených státech od roku 1900 prodloužila o více než 30 let.

Vědecké bádání nevytlačilo víru, intuici a sny. Tyto tradice a způsoby poznání mají emocionální hodnotu a poskytují morální vedení mnoha lidem. Předsudky, pocity, hluboké přesvědčení, staré tradice nebo sny však nelze přijmout přímo jako vědecky platné. Místo toho se věda omezuje na myšlenky, které lze testovat pomocí ověřitelných pozorování. Nadpřirozená tvrzení, že události jsou způsobeny duchy, ďábly, Bohem nebo jinými duchovními entitami, nelze tímto způsobem testovat.

Praxe

Váš přítel vidí tento obrázek kruhu hub a vzrušeně vám řekne, že to bylo způsobeno vílami tančícími v kruhu na trávě předchozí noci. Může být vysvětlení vašeho přítele studováno pomocí vědeckého procesu?


Výsledky experimentování a interpretace

Vědecký experiment je pečlivě organizovaný postup, při kterém vědec zasahuje do systému, aby něco změnil, poté pozoruje a interpretuje výsledek změny. Vědecký průzkum často zahrnuje provádění experimentů, i když ne vždy. Například vědec studující chování páření berušek může začít podrobným pozorováním páření berušek v jejich přirozeném prostředí. Přestože tento výzkum nemusí být experimentální, je vědecký: zahrnuje pečlivé a ověřitelné pozorování přírodního světa. Tentýž vědec by pak mohl léčit některé berušky hormonem, jehož hypotéza předpokládá, že spustí páření, a sledovat, zda se tyto berušky pářily dříve nebo častěji než neléčené. To by bylo kvalifikováno jako experiment, protože vědec nyní provádí změnu systému a pozoruje účinky.

RECENZE VIDEA

Toto video poskytuje další přehled vědecké metody:


1.1 Věda a svět přírody

Přečtěte si prosím těchto pár pomocných látek, které vám pomohou a usnadní studium.

Pokud provádíte stránky sešitu, které doprovázejí toto učivo, a potřebujete rychle najít odpověď, můžete použít funkci „najít“ ve svém prohlížeči. Podržte na klávesnici „Ctrl“ (Ctrl) a stiskněte klávesu f. Nyní můžete rychle vyhledat výraz, který vám pomůže rychleji vyplnit pracovní listy.

Nepřeskočte také čtení cílů lekce a slovní zásoby na začátku kapitol, bez ohledu na to, jak lákavé to může být. Čím více se váš mozek dostane do kontaktu s materiálem, tím snadněji se bude učit.

Nepřeskakujte videa a činnosti zesilovače, pokud je neoznačím jako volitelné! Jsou tu proto, aby vám poskytly šanci rozpoutat různé sady mozkových buněk / cest. Čím více způsobů se můžete naučit (vidět, slyšet, říkat, dělat), tím lépe si udržíte to, co studujete. Pokud s kapitolou opravdu zápasíte nebo si ji chcete ještě lépe zapamatovat, zkuste si ji přečíst nahlas pro sebe.

Pamatujte, že zkratky vám nepomohou a dlouhodobě vám jen uškodí. Pokud se tento materiál naučíte co nejlépe TEĎ, budete mít mnohem snazší čas, když budete jednou sedět na hodině biologie na vysoké škole. I když už nikdy nebudete mít další hodinu biologie, naučíte se alespoň pár dobrých návyků, které vám dobře poslouží v jiných oblastech.

Přeji vám mnoho úspěchů a mojí modlitbou je, abyste měli dobrý rok se VŠEMI vašimi předměty. Doufám, že se jednoho dne budete moci ohlédnout za některými věcmi, které jste se v tomto kurzu naučili, a uvědomíte si, jak přispěl k lepšímu porozumění světu kolem vás.

CÍLE LEKCE

  • Uvědomte si, že Boha můžeme poznat studiem Jeho stvoření
  • Identifikujte cíl vědy.
  • Popište, jak vědci studují přírodní svět.
  • Vysvětlete, jak a proč vědci experimentují.
  • Popište typy vědeckých výzkumů.
  • Vysvětlete, co je to vědecká teorie.

Přiřazení pracovního sešitu

SLOVNÍ ZÁSOBA

  • závislá proměnná
    • proměnná ve vědeckém experimentu, který je ovlivněn jinou proměnnou, nazývanou nezávislá proměnná
    • případná odpověď na vědeckou otázku musí být falzifikovatelná
    • proměnná ve vědeckém experimentu, který je výzkumníkem manipulován, aby prozkoumal její vliv na jinou proměnnou, nazývanou závislá proměnná
    • cokoli, co je detekováno smysly
    • prohlášení popisující, co se vždy děje za určitých podmínek v přírodě
    • proces vědeckého zkoumání
    • široké vysvětlení, které je široce přijímáno jako pravdivé, protože je podloženo velkým množstvím důkazů

    ÚVOD

    Přemýšleli jste někdy nad tím, proč se někteří psi otáčejí v kruhu, než jdou spát, nebo jak se ptáci učí zpívat své speciální písně? Pokud jste někdy kladli otázky o přírodním světě, pak jste přemýšleli jako vědec. Slovo Věda pochází z latinského slova, které znamená „znalost“. Věda je osobitý způsob získávání znalostí o přírodním světě, který začíná otázkou a poté se pokouší na otázku odpovědět důkazy a logikou. Věda je vzrušujícím zkoumáním všech důvodů, proč a jaký zvědavý člověk může mít o světě. Můžete být součástí tohoto průzkumu. Kromě vaší zvědavosti vše, co potřebujete, je základní pochopení toho, jak vědci myslí a jak se věda dělá, počínaje cílem vědy.

    Nyní, než budeme pokračovat, chci uznat, že někdy se při čtení tohoto textu můžete cítit takto:

    Vědecké myšlenky se mohou změnit

    Věda je více procesem než souborem znalostí. Jinými slovy, to, co si myslíme, že víme, se může změnit na základě nových důkazů. Vědci své nápady neustále testují a revidují, a jak jsou prováděna nová pozorování, stávající nápady mohou být zpochybňovány. Nápady mohou být nahrazeny novými nápady, které lépe odpovídají skutečnosti, ale častěji se stávající nápady jednoduše revidují.

    Například když Albert Einstein rozvinul svou teorii relativity, nevyhodil Newtonovy pohybové zákony. Místo toho ukázal, že Newtonovy zákony jsou malým kouskem většího obrazu. Vědci tímto způsobem postupně budují stále přesnější a podrobnější chápání přírodního světa.

    Zde je několik vědeckých myšlenek, které se změnily, jak lidé postupem času získali více znalostí:

    • Spontánní generace - Lidé dříve věřili, že život pochází z věcí jako je Země poté, co byli vystaveni slunečnímu světlu, blátu nebo slizu. Mysleli si, že věci mohou „magicky“ pocházet z ničeho. Aristoteles (slavný řecký filozof) své myšlenky založil na pozorováních červů, kteří se objevovali na shnilém mase a barnacles, tvořících se na trupu lodi. Teprve v letech 1600 a 1700 začala tato myšlenka být vyvrácena. Tady je zajímavá myšlenka na toto ... vědci nyní říkají, že něco nemůže pocházet z ničeho. To je nemožné! Všechno pochází z něčeho. Rostlina pochází ze semene. Červi pocházejí z vajec uložených od much. Plíseň roste ze spor, které pocházely z jiných rostlin plísní a tak dále. Přesto mnoho vědců stále tvrdí, že náš vesmír vznikl „velkým třeskem“ z ničeho. Dává to smysl? Pokud vědci dokázali, že něco nemůže pocházet z ničeho, tak proč trvají na rozporu se vznikem našeho vesmíru? Stephen Hawking (velmi slavný fyzik a kosmolog) říká, že díky kvantové gravitaci se vesmír mohl vytvořit z ničeho. Přesto i on ve své knize „The Grand Design“ zdůrazňuje, že nicota, o které hovoří, je ve skutečnosti prostorem naplněným vakuovou energií. Hmmm ... odkud se tehdy vzala vakuová energie? Trochu se to komplikuje a dostává se do oblasti metafyziky (odvětví filozofie zabývající se vysvětlováním „Co tam je?“ A „Jaké to je?“), Ale podle mého názoru pan Hawking popírá své vlastní tvrzení, že vesmír pocházel z „ničeho“. Gravitace není nic. Možná to není složeno z hmoty, ale stále je to věc, která existuje. Vakuová energie není nic. Kde se vzala energie? Pořád je to něco. Každopádně se snažím poukázat na to, že ani vědec, který říká, že jsme přišli z ničeho, to ve skutečnosti nepodporuje. Něco nemůže pocházet z ničeho. Tak to prostě je! Jako křesťané samozřejmě chápeme, že všechno bylo stvořeno Bohem. Skutečnost, že spontánní generace byla vyvrácena, je jen malý kousek skládačky, která se hodí!
    • Phlogiston - Vědci věřili, že cokoli, co začalo hořet, mělo v sobě speciální prvek zvaný flogiston, který se uvolňoval při hoření a umožnil celý proces. To se nakonec ukázalo jako špatně.
    • Marťanské kanály - Astronom v roce 1800 poprvé viděl, co považoval za kanály na Marsu. Jiní astronomové a vědci tvrdili, že také viděli, že kanály a teorie byly vyvinuty ohledně toho, jaký byl jejich možný původ a použití. Bylo dokonce navrženo, aby je vytvořil inteligentní druh pro zavlažování. Nakonec to bylo zdiskreditováno! Ehm, bylo, že? Jinak bychom se měli lépe připravit na marťanskou invazi!

    Jak vidíte, jen proto, že vědci nebo lidé něčemu věří, to neznamená, že je to pravda. Vědecké myšlenky se mohou změnit nebo dokonce vyhodit s novými důkazy.

    VĚDECKÁ METODA

    Jedna úhledná věc na vědě je, že toho zbývá tolik objevit a zjistit. Objevy lze provádět vědeckou metodou.

    Vy může to být další člověk, který vymyslí něco, co ještě nikdo jiný neměl! Například po procházce lesem a studiu toho, jak se stromy specifickými způsoby větví, vytvořil 13letý Aidan Dwyer strom solárních článků, který produkuje o 20-50% více energie než jednotné pole fotovoltaických panelů. Zde si o něm můžete přečíst článek:

    Vědecké objevy nemusí dělat dospělí v laboratorních pláštích. Může je vyrobit kdokoli pozorováním, výslechy a experimentováním. Proto byste VY mohli být další osobou, která prolomí cestu! Nejprve však musíte vědět, jak na to jít. To chce vědět, jak vědecká metoda funguje.

    Vědecká metoda obecně postupuje podle kroků uvedených v Postava níže.

    Provádění pozorování

    Vědecký výzkum obvykle začíná pozorováním. Neustále provádíte pozorování. Řekněme, že se projdete lesem a pozorujete můru, jako je ta uvnitř Postava dole, spočívající na kmeni stromu. Všimli jste si, že můra má na křídlech skvrny, které vypadají jako oči. Jo, podívej se na ty oči. Mysli na ně, až budeš dnes večer spát.

    Každopádně si myslíte, že oční skvrny způsobují, že můra vypadá jako tvář sovy (nebo možná jeden z těch Marťanů, kteří vykopali kanály na Marsu).

    Položení otázky

    Pozorování často vedou k otázkám. Můžete se zeptat sami sebe proč můra má oční skvrny, díky nimž vypadá jako soví obličej.

    Vytvoření hypotézy (což je jen fantazijní slovo pro „hádání“)

    Dalším krokem vědeckého zkoumání je vytvoření hypotézy (hádání). A hypotéza je možnou odpovědí na vědeckou otázku, ale není to jen ledajaká odpověď. Hypotéza musí být založena na vědeckých poznatcích a musí být logická. Hypotéza musí být také ověřitelná. To jen znamená, že musí být možné provádět pozorování, která by vyvrátila hypotézu, pokud je skutečně nepravdivá. Předpokládejme, že víte, že někteří ptáci jedí můry a že sovy jsou kořistí jiných ptáků. Z těchto znalostí usoudíte, že oční skvrny odstrašují ptáky, kteří by mohli můru sežrat. Toto je vaše hypotéza.

    Testování hypotézy

    Chcete -li otestovat hypotézu, musíte nejprve vytvořit předpověď na základě této hypotézy. A předpověď je prohlášení, které říká, co se stane za určitých podmínek. Lze to vyjádřit ve formě: Pokud dojde k A, dojde k B (nebojte se, nedostáváme se do matematiky, i když to tak zní). Na základě vaší hypotézy můžete udělat tuto předpověď: Pokud má můra na křídlech oční skvrny, ptáci se jí vyhnou.

    Dále musíte získat důkazy k otestování vaší předpovědi. Důkaz je jakýkoli typ faktů, které mohou buď souhlasit, nebo nesouhlasit s předpovědí, takže mohou hypotézu buď podpořit, nebo vyvrátit. Předpokládejme, že shromažďujete důkazy tím, že více pozorujete můry s očními skvrnami. Možná si všimnete, že ptáci opravdu dělat vyhněte se jíst můry. Tento důkaz souhlasí s vaší předpovědí.

    Vyvozování závěrů

    Důkazy, které souhlasí s vaší předpovědí, podporují vaši hypotézu. Dokazují takové důkazy, že je vaše hypotéza pravdivá? Žádná hypotéza nemůže být přesvědčivě prokázána jako pravdivá, což znamená, že nikdy nemůžete stoprocentně ukončit jakékoli pochybnosti nebo otázky o ní. Je to proto, že nikdy nemůžete prozkoumat všechny možné důkazy a jednoho dne se možná najdou důkazy, které hypotézu vyvracejí (jako to, jak dobré dalekohledy dokázaly, že na Marsu nejsou žádné kanály). Přesto, čím více důkazů podporuje hypotézu, tím je pravděpodobnější, že hypotéza bude pravdivá.

    Komunikace výsledků

    Posledním krokem vědeckého zkoumání je sdělení toho, co jste se naučili, s ostatními. Toto je velmi důležitý krok, protože umožňuje ostatním otestovat vaši hypotézu. Pokud ostatní výzkumníci dosáhnou stejných výsledků jako vy, přidají hypotéze oporu. Pokud však získají různé výsledky, mohou hypotézu vyvrátit. Když vědci sdílejí své výsledky, měli by popsat své metody a poukázat na případné problémy s vyšetřováním. Například když jste pozorovali můry, možná vaše přítomnost vyděsila ptáky. To zavádí chybu ve vašem vyšetřování. Získali jste výsledky, které jste předpověděli (ptáci se vyhýbali můrám, zatímco jste je pozorovali), ale ne z toho důvodu, o kterém jste předpokládali.

    Když se znovu zmíníme o všech kanálech na Marsu, zjistilo se, že došlo k optické iluzi, protože když dalekohled nízké kvality prohlíží mnoho bodů podobných rysům, jako jsou krátery, zdá se, že se spojují a vytvářejí čáry. Původní víra v marťanské kanály byla založena na chybě, na kterou ostatní pozorovatelé dokázali poukázat, protože pozorování byla sdílena. Sdělení výsledků může také pomoci vědcům vyhnout se některým stejným typům chyb v budoucích pozorováních a práci.

    EXPERIMENTY

    Postava níže ukazuje laboratorní experiment zahrnující rostliny. An experiment je speciální typ vědeckého výzkumu, který se provádí za kontrolovaných podmínek, obvykle v laboratoři. Některé experimenty mohou být velmi jednoduché, ale i ty nejjednodušší přispěly důležitými důkazy, které pomohly vědcům lépe porozumět přírodnímu světu. Příklad experimentu lze vidět zde:

    Proměnné

    Experiment obecně testuje, jak je jedna proměnná ovlivněna jinou. Ovlivněná proměnná se nazývá závislá proměnná. Ve výše uvedeném experimentu s rostlinami je závislou proměnnou růst rostlin. Proměnná, která ovlivňuje závislou proměnnou, se nazývá nezávislé proměnné. V rostlinném experimentu je nezávislou proměnnou hnojivo - některé rostliny hnojivo dostanou, jiné ne. V každém experimentu musí být kontrolovány další faktory, které by mohly ovlivnit závislou proměnnou. Jaké faktory by podle vás v rostlinném experimentu měly být kontrolovány? (Náznak: Jaké další faktory mohou ovlivnit růst rostlin?) (Přemýšlejte: voda, světlo atd.)

    Následující dvě videa by vám měla pomoci porozumět proměnným:

    Jako hypotézu je třeba vyhodnotit model. Vyhodnocuje se podle kritérií, jako je to, jak dobře představuje skutečný svět, jaká má omezení a jak je užitečná. Užitečnost modelu závisí na tom, jak dobře se jeho předpovědi shodují s pozorováním skutečného světa. I když se předpovědi modelu shodují s pozorováním v reálném světě, neprokazuje to, že model je pravdivý nebo že je jediným modelem, který funguje.

    VĚDECKÉ TEORIE

    Při opakovaném testování se z některých hypotéz mohou nakonec stát vědecké teorie. A vědecká teorie je široké vysvětlení událostí, které je široce přijímáno jako pravdivé. Aby se stala teorie teorií, musí být hypotéza testována znovu a znovu a musí být podložena velkým množstvím důkazů. Lidé toto slovo běžně používají teorie popsat odhad o tom, jak a proč se něco děje. Můžete například říci: „Myslím, že tuto díru v zemi vykopal dřevorubec, ale je to jen teorie.“ Pomocí slova teorie tímto způsobem se liší od způsobu, jakým se používá ve vědě. Vědecká teorie je spíše skutečností než odhadem, protože je tak dobře podporována. V biologii existuje několik známých teorií, jako je teorie buněk a teorie zárodků. Další teorie je evoluce. Pamatujte však, že to, že je něco teorie, neznamená, že je to pravda. Před stovkami let byla spontánní generace teorie. Nové důkazy a porozumění to vyvrátily.

    KQED: BIO INSPIRACE: PŘÍRODA JAKO MUSE

    Po stovky let vědci používají nápady designu ze struktur v přírodě. Biologové a inženýři z Kalifornské univerzity v Berkeley nyní spolupracují na návrhu široké škály nových produktů, jako jsou například život zachraňující miliroboti modelovaní způsobem běhu švábů a lepidla založená na úžasném designu nohy gekona. Tento proces začíná pozorováním přírody, které vede k pokládání otázek a k dalším aspektům vědeckého procesu.

    Dejte nám vědět, co si o této kapitole myslíte, nebo nahlaste nefunkční odkaz (nebo video). Zanechte komentář níže!

    SHRNUTÍ LEKCE

    • Cílem vědy je pochopit přírodní svět prostřednictvím systematického studia. Vědecké znalosti jsou založeny na důkazech a logice.
    • Vědci získávají znalosti prostřednictvím vědeckých výzkumů. Vědecký výzkum je plán kladení otázek a testování možných odpovědí.
    • Vědci používají experimenty k testování hypotéz za kontrolovaných podmínek. Experimenty se často provádějí v laboratoři.
    • Mezi další typy vědeckých výzkumů patří přírodní studie a modelování. Lze je použít tam, kde je obtížné provádět experimenty.
    • Vědecké teorie jsou široká vysvětlení, která jsou široce přijímána jako pravdivá. Důvodem je, že jsou podloženy velkým množstvím důkazů.

    LEKCE PŘEHLED OTÁZEK

    Odvolání

    1. Co je to věda? Co je cílem vědy?

    2. Popište kroky vědeckého zkoumání.

    3. Co je to vědecká hypotéza? Jaké vlastnosti musí mít hypotéza, aby byla ve vědě užitečná?

    4. Uveďte příklad vědecké otázky, kterou by bylo možné zkoumat pomocí experimentu. Potom uveďte příklad vědecké otázky, kterou nebylo možné takto zkoumat.

    5. Jaká by mohla být výhoda shromažďování důkazů v přirozeném prostředí, nikoli v laboratoři?

    Aplikujte koncepty

    6. Identifikujte nezávislé a závislé proměnné v následujícím experimentu:

    Vědec pěstoval ve své laboratoři bakterie na gelu. Chtěla zjistit, zda bakterie rostou rychleji na gelu A nebo gelu B. Umístila několik bakterií na gel A a několik na gel B. Po 24 hodinách pozorovala, kolik bakterií je přítomno na každém typu gelu.

    Mysli kriticky

    7. Kontrastujte, jak termín teorie se používá ve vědě a v běžném jazyce.

    8. Vysvětlete, jak by se hypotéza mohla stát teorií.

    BODY K Uvážení

    Body, které je třeba zvážit na konci každé lekce v této knize, vám pomohou uvést to, co jste se právě naučili, do souvislosti s tím, co přijde dál. Otázky vám pomohou vést k další lekci nebo kapitole. Než si přečtete další lekci této kapitoly, zvažte tyto body:

    • Pamatujete si úvodní fotografii červených krvinek a zelených virů? Krevní buňky jsou buňky živé bytosti. Myslíte si, že viry jsou živé věci? Proč nebo proč ne?
    • Laboratorní experimenty jsou hlavní metodou shromažďování důkazů v některých vědních oborech. Proč by laboratorní experimenty nemusely být nejlepším způsobem studia živých věcí, jako jsou divoká zvířata?

    Úkol ke čtení: Přečtěte si kapitolu 1 Evoluce vystavená biologie:

    © CK-12 Foundation Licencováno pod
    Nadace CK-12 Foundation je chráněna licencí Creative Commons AttributionNonCommercial 3.0 Unported (CC BY-NC 3.0) “
    • Podmínky použití • Uvedení zdroje
    Host/Hollow provedl změny/úpravy původního biologického textu ck12. Změny nejsou ck12 žádným způsobem schváleny.


    1.1: Vědecká metoda - biologie

    Cíl 1.1: Porozumět systémům, řádu a organizaci

    8-9.ES.1.1.1 Vysvětlete vědecký význam systému, řádu a organizace.

    8-9.ES.1.1.2 Aplikujte na daný systém koncepty pořádku a organizace.

    Cíl 1.2: Porozumět konceptům a procesům evidence, modelů a vysvětlení

    8-9.ES.1.2.1 Použijte pozorování a data jako důkaz, na kterém založíte vědecká vysvětlení.

    8-9.ES.1.2.2 Vyvíjejte modely k vysvětlení pojmů nebo systémů.

    8-9.ES.1.2.3 Vypracovat vědecká vysvětlení založená na znalostech, logice a analýze.

    Cíl 1.3: Pochopit stálost, změnu a měření

    8-9.ES.1.3.1 Měření změn, které mohou nastat v systémech a mezi nimi.

    8-9.ES.1.3.2 Analyzujte změny, které mohou nastat v systémech a mezi nimi.

    8-9.ES.1.3.3 Měření a výpočet pomocí metrického systému.

    Cíl 1.6: Porozumět vědeckému výzkumu a rozvíjet dovednosti kritického myšlení

    8-9.ES.1.6.1 Identifikujte otázky a koncepty, kterými se řídí vědecká zkoumání.

    8-9.ES.1.6.2 Využijte součásti řešení vědeckých problémů k navrhování, vedení,

    a sdělovat výsledky vyšetřování.

    8-9.ES.1.3.3 Měření a výpočet pomocí metrického systému.

    8-9.ES.1.6.7 Vysvětlete rozdíly mezi pozorováními, hypotézami a teoriemi.


    1.1: Věda a vědecká metoda

    • Přispěli Martin, Neary, Rinaldo a zesilovač Woodman
    • Assistant Professor (Physics) ve společnosti Queen's University

    Věda je proces popisující svět kolem nás. Je důležité si uvědomit, že popis světa kolem nás není stejný jako vysvětlující svět kolem nás. Věda si klade za cíl zodpovědět otázku & ldquoHow? & Rdquo a ne otázku & ldquoProč? & Rdquo. Když rozvíjíme náš popis fyzického světa, měli byste si toto důležité rozlišení pamatovat a odolat nutkání zeptat se & ldquoProč? & Rdquo.

    Vědecká metoda je recept na to, jak přijít s popisem fyzického světa, který může kdokoli zpochybnit a zlepšit prováděním experimentů. Pokud přijdeme s popisem, který může popsat mnoho pozorování, nebo výsledkem mnoha různých experimentů, pak tento popis obvykle nazýváme & ldquoVědecká teorie & rdquo. Na jednoduchém příkladu můžeme nahlédnout do Vědecké metody.

    Představte si, že bychom chtěli popsat, jak dlouho trvá, než se tenisový míček dostane na zem po vypuštění z určité výšky. Jedním ze způsobů, jak postupovat, je popsat, jak dlouho tenisový míček spadne o 1 m, a poté popsat, jak dlouho tenisový míč klesne o 2 m atd. Mohli bychom vygenerovat obří tabulku ukazující, jak dlouho to trvá tenisový míček, který spadne z jakékoli dané výšky. Někdo by pak mohl provést experiment, aby změřil, jak dlouho tenisový míček padá z 1 m nebo 2 m, a zjistil, zda jeho měření nesouhlasí s tabulkovými hodnotami. Pokud bychom shromáždili popisy pro všechny možné výšky, pak bychom ve skutečnosti měli platnou a ověřitelnou vědeckou teorii, která popisuje, jak dlouho trvá pád tenisových míčků z jakékoli výšky.

    Předpokládejme, že nadějný vědec, nazveme jej Chlo & euml, pak přišel a všiml si, že v teorii existuje vzorec, který lze popsat mnohem stručněji a obecněji než pomocí obří tabulky. Předpokládejme zejména, že si všimne, že matematicky je čas (t ), který tenisový míček potřebuje k poklesu výšky, (h ) úměrný druhé odmocnině výšky: [ t propto sqrt]

    Použijte Chlo & euml & rsquos Theory ( (t propto sqrt)) určit, jak dlouho bude trvat, než objekt klesne o (2 ) m, než by klesl o (1 ) m.

    Když máme zákon proporcionality (se znaménkem ( propto )), můžeme to vždy změnit na znaménko rovnosti zavedením konstanty, kterou budeme nazývat (k ):

    Nechť (t_ <1> ) je čas na ujetí vzdálenosti (h_ <1> = 1 : text) a (t_ <2> ) je čas na ujetí vzdálenosti (h_ <2> = 2 : text). Pokud jde o naši neznámou konstantu (k ), máme:

    Tím, že vezmeme poměr, ( frac>> ), naše neznámá konstanta (k ) zruší:

    a zjistíme, že pokles o (2 ) m bude trvat ( sqrt <2> sim 1,41 ) krát déle, než (1 ) m.

    Chlo & euml & rsquos & ldquo Teorie tenisových míčů Drop Times & rdquo je přitažlivá, protože je stručná a také nám umožňuje ověřitelné předpovědi. To znamená, že pomocí této teorie můžeme předpovědět, že bude tenisovému míči trvat ( sqrt 2 ) krát delší pád z (2 ) m než z (1 ) m, a poté provést experiment k ověření této predikce. Pokud experiment souhlasí s predikcí, pak dojdeme k závěru, že Chlo & euml & rsquos theory adekvátně popisuje výsledek toho konkrétního experimentu. Pokud experiment s predikcí nesouhlasí, pak usoudíme, že teorie není adekvátním popisem tohoto experimentu, a pokusíme se najít novou teorii.

    Teorie Chlo & euml & rsquos je také přitažlivá, protože dokáže popsat nejen tenisové míčky, ale také čas potřebný k pádu jiných předmětů. Vědci se pak mohou pustit do testování její teorie pomocí široké škály objektů a výšek pádů, aby zjistili, zda popisuje i tyto experimenty. Nevyhnutelně objeví situace, kdy teorie Chlo & euml & rsquos nedokáže dostatečně popsat dobu, po kterou objekty padají (dokážete si představit příklad?).

    Poté bychom vyvinuli novou & ldquoTheory of Falling Objects & rdquo, která by zahrnovala Chlo & euml & rsquos teorii, která popisuje většinu padajících předmětů, a navíc sadu popisů pádových časů pro případy, které nejsou popsány Chlo & euml & rsquos teorií. V ideálním případě bychom hledali novou teorii, která by také stručně popsala nové jevy, které Chlo & euml & rsquosova teorie nepopisuje. Samozřejmě neexistuje žádná záruka, že taková teorie existuje, je to jen optimistická naděje fyziků najít nejobecnější a nejvýstižnější popis fyzického světa. Toto je obecný rozdíl mezi fyzikou a mnoha dalšími vědami. Ve fyzice se člověk vždy snaží dospět ke stručné teorii (např. K rovnici), která dokáže popsat mnoho jevů, zatímco ostatní vědy jsou často velmi popisné. Například neexistuje žádný stručný vzorec pro to, jak motýli vypadají, existuje obrovská sbírka pozorování různých motýlů.

    Tento příklad zdůrazňuje, že použití vědecké metody je iterační proces. Volně, předpis pro použití vědecké metody je:

    1. Identifikujte a popište proces, který není v současné době popsán teorií.
    2. Podívejte se na podobné procesy, abyste zjistili, zda je lze popsat podobným způsobem.
    3. Vylepšete popis, abyste dospěli k & ldquoTheory & rdquo, které lze zobecnit a vytvářet předpovědi.
    4. Testujte předpovědi teorie na nových procesech, dokud předpověď selže.
    5. Vylepšete teorii.

    Fyzika je vědní obor, který ( podtrhuje < qquad> ) chování vesmíru. Při práci s fyzikou se pokoušíme odpovědět na otázku, podtržení < qquad> ) věci fungují tak, jak fungují.


    Testování hypotézy

    Platná hypotéza musí být testovatelná. Mělo by být také falšovatelné, což znamená, že může být vyvráceno experimentálními výsledky. Důležité je, že věda netvrdí, že něco „dokazuje“, protože vědecká porozumění jsou vždy předmětem změn s dalšími informacemi. Tento krok-otevřenost vyvracet myšlenky-odlišuje vědy od nevěd. Přítomnost nadpřirozena například není ani testovatelná, ani zfalšovatelná. Aby testoval hypotézu, výzkumník provede jeden nebo více experimentů určených k odstranění jedné nebo více hypotéz. Každý experiment bude mít jednu nebo více proměnných a jednu nebo více kontrol. Proměnná je jakákoli část experimentu, která se může během experimentu měnit nebo měnit. Kontrolní skupina obsahuje všechny rysy experimentální skupiny, kromě toho, že není dána manipulace, o které se předpokládá. Pokud se tedy výsledky experimentální skupiny liší od kontrolní skupiny, rozdíl musí být způsoben hypotetickou manipulací, nikoli nějakým vnějším faktorem. Proměnné a ovládací prvky hledejte v následujících příkladech. K otestování první hypotézy by student zjistil, zda je zapnutá klimatizace. Pokud je klimatizace zapnutá, ale nefunguje, měl by existovat další důvod a tato hypotéza by měla být zamítnuta. K otestování druhé hypotézy mohl student zkontrolovat, zda jsou světla ve třídě funkční. Pokud ano, nedojde k výpadku napájení a tuto hypotézu je třeba odmítnout. Každá hypotéza by měla být testována provedením příslušných experimentů. Uvědomte si, že odmítnutí jedné hypotézy nerozhoduje o tom, zda lze přijmout jiné hypotézy, či nikoli, jednoduše eliminuje jednu hypotézu, která není platná (obrázek). Pomocí vědecké metody jsou hypotézy, které jsou v rozporu s experimentálními údaji, odmítnuty.

    I když je tento příklad „teplé třídy“ založen na pozorovacích výsledcích, jiné hypotézy a experimenty mohou mít jasnější kontroly. Například student by se mohl zúčastnit vyučování v pondělí a uvědomit si, že měla potíže se soustředit na přednášku. Jedním z postřehů, které by tuto událost vysvětlily, by mohlo být: „Když snídám před třídou, dokážu lépe věnovat pozornost.“ Student by pak mohl navrhnout experiment s kontrolou, aby otestoval tuto hypotézu.

    Ve vědě založené na hypotézách jsou konkrétní výsledky předpovězeny z obecného předpokladu. Tento typ uvažování se nazývá deduktivní uvažování: dedukce postupuje od obecného ke konkrétnímu. Je však také možný obrácený proces: někdy vědci dospějí k obecnému závěru z řady konkrétních pozorování. Tento typ uvažování se nazývá induktivní uvažování a postupuje od konkrétního k obecnému. Indukční a deduktivní uvažování se často používají v tandemu k posílení vědeckých znalostí (obrázek).

    Vědecká metoda se skládá ze série přesně definovaných kroků. Pokud hypotéza není podložena experimentálními daty, lze navrhnout novou hypotézu.

    V níže uvedeném příkladu se vědecká metoda používá k řešení každodenního problému. Objednejte si kroky vědecké metody (číslované položky) s postupem řešení každodenního problému (položky s písmeny). Je hypotéza na základě výsledků experimentu správná? Pokud je nesprávný, navrhněte alternativní hypotézy.

    1. Pozorování
    2. Otázka
    3. Hypotéza (odpověď)
    4. Předpověď
    5. Experiment
    6. Výsledek
    1. S elektrickou zásuvkou není něco v pořádku.
    2. Pokud je se zásuvkou něco v nepořádku, můj kávovar také nebude fungovat, když je do ní zapojen.
    3. Můj toustovač nepeče můj chléb.
    4. Zapojil jsem svůj kávovar do zásuvky.
    5. Můj kávovar funguje.
    6. Proč můj toustovač nefunguje?

    Vědci používají dva druhy uvažování, induktivní a deduktivní uvažování, k posílení vědeckých znalostí. Jak je tomu v tomto případě, závěr z induktivního uvažování se často může stát předpokladem pro induktivní uvažování.

    Rozhodněte, zda je každý z následujících příkladem induktivního nebo deduktivního uvažování.

    1. Všichni létající ptáci a hmyz mají křídla. Ptáci a hmyz při pohybu vzduchem mávají křídly. Křídla proto umožňují let.
    2. Hmyz obecně přežívá mírné zimy lépe než kruté. Pokud se globální teploty zvýší, budou hmyzí škůdci problematičtější.
    3. Chromozomy, nosiče DNA, se během dělení buněk rozdělí na dceřiné buňky. DNA je tedy genetickým materiálem.
    4. Zvířata tak rozmanitá, jako jsou lidé, hmyz a vlci, projevují sociální chování. Sociální chování proto musí mít evoluční výhodu.

    Vědecká metoda se může zdát příliš rigidní a strukturovaná. Je důležité mít na paměti, že ačkoli vědci často dodržují tuto sekvenci, existuje flexibilita. Někdy experiment vede k závěrům, které často upřednostňují změnu přístupu, experiment přináší do skládačky zcela nové vědecké otázky. Věda mnohdy místo toho nepracuje lineárně, vědci neustále vyvozují závěry a generalizují a při vývoji výzkumu hledají vzorce. Vědecké úvahy jsou složitější, než naznačuje samotná vědecká metoda. Všimněte si také, že vědeckou metodu lze použít k řešení problémů, které nemusí mít nutně vědecký charakter.


    1.1: Vědecká metoda - biologie

    Seznamte se se svým stolem - 5 min

    Rozdejte laboratorní knihy
    Vysvětlete úkol - Nakreslete červ a proveďte 10 dobrých vědeckých pozorování

    Rozcvička: Najděte si nové místo a napište si do laboratorní knihy jména vaší skupiny.

    Ve skupinách na tabuli 5 nejlepších pozorování.

    Sdílejte s třídou. Vytvořte si seznam dobrých vlastností vědeckého pozorování.

    Zahřát: Vysvětlete vlastními slovy, co to zatmění Slunce vlastně je.

    Co potřebujeme vědět, abychom vyřešili „Jaký je PMI těla v mokřadech?
    Brainstorm - tabule

    Pomocí dichotomického klíče se naučíte identifikovat červ.

    Jděte ven a sbírejte data a mouchy.

    Vraťte zpět a vložte do mrazničky.

    Zahřátí: Napište hypotézu na základě vašich údajů shromážděných za poslední 4 dny. Jaký je rozdíl mezi hypotézou a teorií?

    Změřte jednotlivé červy a vytvořte datový list třídy.

    Použijte informace na stole - různé odkazy na maggot ve složkách.

    Sledujte část - Dirty jobs, Bug Detective.

    Vysvětlete, jak lze řešení záhady považovat za vědu.

    Diskutujte, co by měla obsahovat dobrá diskuse. Jak to komunikujeme?

    Diskutujte o rubrice pro napsání závěru.

    Podívejte se na všechna data. Napište ve třídě hrubý koncept.

    HW: Napište závěr - Termín pátku

    8/29
    Zahřátí: K přihlášení do Schoology použijte počítač. Dokončete „nahrání obrázku:
    Schoologický odkaz


    Kapitola 1: Vědecká metoda

    Obrázek 1. Deduktivní a induktivní uvažování ve vědecké metodě. Pochopení přírodního světa začíná pozorováním. Vlevo) Když sbíráme pozorování světa, můžeme začít dělat obecné předpovědi (nebo vjemy) týkající se jevů. Tento proces je známý jako indukční uvažování, které generuje obecné předpovědi ze specifických jevů. Z těchto generalizovaných vjemů reality lze pomocí logiky odvodit konkrétní předpovědi, které generují hypotézy. Uprostřed) Experimentování umožňuje výzkumníkům testovat předpovědi hypotéz. Pokud je hypotéza zfalšována, je to další pozorování, které přispívá k našemu obecnému vnímání reality. Správně) Jak stále více podobných, ale odlišných experimentů posiluje konkrétní předpověď, objevuje se rostoucí podpora pro rozvoj vědecké teorie, dalšího příkladu induktivního uvažování. Na druhé straně teorie může pomoci při vývoji dalších, netestovaných hypotéz pomocí deduktivního uvažování.

    The vědecká metoda byl vyvinut v 17. století jako metoda zkoumání k získání nových znalostí nebo modifikace našeho stávajícího chápání přírodních jevů prostřednictvím procesu pozorování a experimentování. Empirismus je základním principem vědecké metody, která tvrdí, že skutečných znalostí lze nejlépe dosáhnout smyslovou zkušeností. Tato metoda zkoumání umožňuje analyzovat měřitelné výsledky z experimentů s predikovanými výsledky, generovanými pozorováním přírodního světa. Zatímco detaily vědecké metody se mezi obory liší, základní rámec se skládá z pozorování vedoucích k vývoji hypotéz, experimentování, měření k testování hypotéz a analýzy výsledků na podporu, odmítnutí nebo pomoc při úpravách hypotéz.

    Obrázek 2. Vědecká metoda. Pozorování přírodního světa vede k otázkám. Vědecké otázky vytvářejí hypotézy, z nichž mnohé lze testovat řízeným experimentováním. Experimentování a analýza umožňuje zfalšování hypotéz, které poskytují informace (nebo závěry). Proces vědeckých experimentů vede k dalším pozorováním a otázkám.

    Deduktivní a indukční uvažování

    Věda je souhra deduktivního a induktivního uvažování (obr. 1). Experimentování je v zásadě založeno na deduktivní uvažování, který začíná obecným chápáním jevu a zkoumá známé možnosti (nebo hypotézy) pomocí pravidel logiky k odstranění (nebo odvození) falešných pravd, aby dospěl ke konkrétnímu závěru. Biologický příklad by byl: "Všichni lidé jsou zvířata. Všechna zvířata jsou eukaryoty. Všechny eukaryoty mají buňky obsahující jádro. Proto všechny lidské buňky mají jádro." Indukční uvažování je princip logiky přímo opačný k deduktivnímu uvažování. Specifické jevy odvozují obecné předpovědi. V našem předchozím příkladu: "Všechny lidské buňky mají jádro. Všechny eukaryoty mají buňky obsahující jádro. Všechna zvířata jsou eukaryoty. Všichni lidé jsou tedy zvířata." Zatímco věda je primárně založena na deduktivním uvažování, induktivní uvažování má své místo. Pozorování přírody je v přírodě specifické. Jak se hromadí pozorování konkrétního jevu, začíná se objevovat výzkumník s obecným chápáním tohoto jevu (induktivní závěr), což má za následek vývoj konkrétních hypotéz. Jakmile jsou hypotézy stanoveny, experimentování produkuje výsledky pro odmítnutí falešných hypotéz a podporu nefalšovaných hypotéz. Vzhledem k tomu, že sbírka nefalšovaných hypotéz přibližuje badatele stále blíže k „pravdě“, lze k vytvoření vědecké teorie použít induktivní úvahy, které vysvětlují a vytvářejí přesné předpovědi v celé řadě okolností.

    Rozvoj vědecké otázky

    Pozorování přírody umožňuje lidem generovat různé otázky (induktivní uvažování), na některé lze vědecky odpovědět. Vědecká otázka zní: jednoduchá, měřitelná, testovatelná, odpovědná a co do rozsahu specifická. Snad jednou z velkých vědeckých sil je jednoduchost pokládaných otázek. Testování jednoduchých otázek poskytuje dílčí znalosti, které na sebe navazují a nakonec umožňují větší a přesnější porozumění přírodním jevům. Vědecké otázky obvykle mají odpovědi ano/ne, účinek buď existuje, nebo neexistuje. Nejlepší experimenty vyplývající z vědeckých poznatků mají obvykle docela specifický rozsah: „Ano X způsobit y? "Řízený experiment je zlatým standardem vědecké metody, ve které se mění jedna proměnná a měří se účinek. Jak jsou chápány účinky jednotlivých proměnných, vědci se snaží porozumět složitějším interakcím. Rostoucí složitost však zvyšuje nejistotu a obvykle snižuje prediktivní sílu. Jak interakce komplexního vědeckého jevu bude lépe pochopena analýzou mnoha souvisejících, ale jednodušších otázek, může vzniknout vědecká teorie.

    Hypotéza: více než vzdělaný odhad

    A hypotéza je testovatelným vysvětlením pozorovatelného jevu. Hypotézy jsou generovány na základě předchozích pozorování přírody, které nelze vysvětlit existujícími hypotézami nebo teoriemi, a musí být testovatelné a padělatelné. Účelem testování hypotéz experimentováním není dokázat hypotézu, ale vyvrátit nepřesné hypotézy.

    Experimentování a analýza dat umožňuje vědcům určit, zda je hypotéza potenciálně platným vysvětlením přírodního jevu nebo ne. Věda tímto způsobem odhaluje realitu přírody odstraněním zfalšovaných hypotéz. Jinými slovy, věda odhaluje „přírodu“ odstraněním toho, co není „přírodou“. Testování hypotéz musí být pozorovatelný a opakovatelný. Tímto způsobem může nezávislý výzkum hypotézy znovu ověřit a znovu otestovat. Hypotézy mohou být podporovány v jednom experimentu, ale odmítnuty v samostatných experimentech. Když k tomu dojde, může být nutné provést další experimentální opakování, aby se analyzovala platnost hypotézy.

    Obrázek 3. Nulové a alternativní hypotéz. Každý experiment současně testuje několik hypotéz. V experimentu analyzujícím efekty mezi dvěma jevy je nulová hypotéza, že mezi těmito jevy není žádný rozdíl. Alternativní hypotéza uvádí, že mezi jevy existuje rozdíl. Různé alternativní hypotézy budou zahrnovat (1) X není rovno y, (2) X je větší než ya (3) X je méně než y.

    Každý experiment testuje více hypotéz současně (obr. 3). A nulová hypotéza (H0) uvádí, že mezi dvěma jevy neexistuje žádný vztah. Příkladem nulové hypotézy je „H0: Nebude žádný vztah mezi rychlostmi chemické reakce“. Pokud je nulový model odmítnut, vyvozuje to, že mezi těmito jevy existuje potenciální vztah. V tomto případě jeden nebo více alternativní hypotézy (HA) lze navrhnout k vysvětlení vztahu mezi měřenými jevy. Dvě alternativní hypotézy pro navrhovanou nulovou hypotézu jsou: „HA1: S rostoucí teplotou klesá rychlost chemické reakce.“ a „HA2: Jak teplota stoupá, rychlost chemických reakcí se zvyšuje.“ V tomto případě alternativní hypotézy vyvozují, že teplota způsobuje změnu rychlosti chemické reakce. I když to může být pravda, vědec si musí dávat pozor, aby oddělil korelaci od příčinné souvislosti.

    Korelace není příčinná souvislost, nebo ano?

    Čistá příčinná souvislost naznačuje to X příčiny y. V našem případě by vyvození čisté příčinné souvislosti bylo: "Vyšší teplota zvyšuje rychlost chemických reakcí. "Toto tvrzení je v chemii obvykle pravdivé. Zahřívání roztoku umožňuje rychlejší reakci chemických reakcí. V mnoha vědeckých studiích se obvykle vyvozuje čistá příčinná souvislost, vědec by však měl vždy vzít v úvahu mnoho různých mechanismů, ve kterých jsou dvě proměnné ve vzájemném vztahu."

    Obrázek 4. Možné vztahy mezi korelovanými jevy. Přímá příčinná souvislost: X příčiny y. Reverzní příčinná souvislost: y příčiny X. Společná příčinná souvislost: z ovlivňuje obojí X a y. Cyklická příčinná souvislost: X ovlivňuje y, a y ovlivňuje X. Nepřímá příčinná souvislost: X ovlivňuje y, ale nepřímo prostřednictvím jiné proměnné, z. Náhoda: X a y spolu souvisí, ale nejsou známy žádné kauzální vztahy.

    Opak čisté příčinné souvislosti, známý jako reverzní příčinná souvislost, je místo, kde je přítomna korelace, protože y příčiny X. Vyvození reverzní příčinné souvislosti v našem případě by bylo, “Vyšší rychlosti chemických reakcí zvyšují teplotu. “ Pokud jste použili ohřívače rukou, ty malé plastové sáčky, které rozbijete a vytváří se teplo, zažili jste účinek chemických reakcí generujících teplo.

    Třetí možnost je společná příčinná souvislost, kde X a y jsou obě ovlivněny třetí proměnnou. Klasickým příkladem je, že prodeje zmrzliny a úmrtí tonoucích jsou v pozitivní korelaci. Víme, že prodej zmrzliny nezpůsobuje utonutí. Spíše existuje třetí proměnná (teplota), která je pozitivně spojena s oběma proměnnými: zmrzlina a utonutí.

    Cyklická příčinná souvislost nastane, když existuje zpětná vazba mezi uvažovanými proměnnými. Klasickým biologickým příkladem je počet predátorů a kořisti na sobě navzájem závislých. Pokud dravci přibývají, kořist ubývá. Pokud kořist přibývá, dravců přibývá. Pokud kořist klesá, kořist klesá. Dekonstrukce těchto vztahů je často velmi obtížná.

    Nepřímá příčinná souvislost stane se, když X je v korelaci s y, ale účinek na y je přímo ovlivněna jinou proměnnou, z, což je zase ovlivněno X. Nepřímá příčinná souvislost se velmi běžně vyskytuje v ekologii komunity. Předpokládejme, že se výzkumník obává predátora na seznamu ohrožených druhů. Uvažovat jen o počtu kořisti je příliš zjednodušující na přístup k adekvátnímu modelování populace dravců. Při revizi vztahu dravec/kořist zvažte třetí proměnnou: rostlinnou biomasu. Množství kořisti koreluje s množstvím rostlin. Proto hojnost predátorů (y) lze předpovědět výpočtem rostlinné biomasy (X), což přímo ovlivňuje početnost kořisti (z). Jinými slovy, rostlinná biomasa přímo ovlivňuje početnost kořisti, která přímo ovlivňuje početnost predátorů. Množství predátorů nepřímo souvisí s rostlinnou biomasou.

    Obrázek 5. Korelace mezi mírou autismu a prodejem biopotravin. Tyto proměnné jsou ve velké vzájemné souvislosti, ale prodeje organických potravin zjevně nejsou zodpovědné za zvyšování míry autismu.

    Občas jsou dvě proměnné korelovány jednoduše pomocí náhoda. Při jakémkoli daném náhodném statistickém srovnání budou proměnné vzájemně korelovat 5% času, kdy je interval spolehlivosti na 95%. To je hlavní důvod, proč je opakování experimentů tak důležité. I když není neobvyklé najít korelace mezi náhodnými proměnnými, další zkoumání bude moci prověřit platnost skutečné korelace. Pokud mnoho experimentů ukazuje korelaci mezi nic netušícími proměnnými, objeví se důkaz, že skutečná korelace existuje. Například rostoucí míra autismu v USA pozitivně koreluje s prodejem biopotravin. Je zřejmé, že neexistuje příčina organických potravin na autismu. Je pravděpodobnější, že detekce autismu se zdokonaluje současně se zvyšující se touhou lidí jíst organické potraviny. Je to čistě náhodné.

    Prokazování kauzality se ukázalo jako mnohem náročnější než měření korelace. Na téma kauzality bylo napsáno hodně od filozofů starověkého Řecka po současné fyziky studující motýlí efekt, nelineární systém zpětné vazby, kde nejmenší změny vstupů mohou mít za následek drastické změny ve výstupu. Mnoho filozofů, statistiků a dokonce i vědců naznačuje, že to není možné dokázat kauzalita jakéhokoli účinku. Můžeme jen usoudit korelace. I když je to pravda, dobře navržený experiment se snaží tuto nejistotu minimalizovat.

    Dobře navržený experiment

    Účelem experiment je poskytnout vhled do příčinných souvislostí manipulací s experimentální proměnnou (nebo proměnnými), za účelem ověření nebo odmítnutí konkurenčních hypotéz. Zatímco rozsah a rozsah experimentů se v rámci vědy velmi liší, dobře navržené vědecké experimenty mají určité vlastnosti:

    1. Experiment musí být opakovatelný. Experiment, který není opakovatelný, nelze ověřit, a je tedy pouze pozorováním. Experimentální objev, který je reprodukovatelný, poskytuje vysokou přesnost mezi očekávanými a pozorovanými výsledky, což zase podporuje shodu na účinku.
    2. Experiment obsahuje mnoho replikátů. Jediné pozorování jevu není experiment, ale pozorování. Testování hypotéz probíhá pomocí statistik, které vyžadují replikáty. Replikát je opakování experimentálních podmínek na různých předmětech (nebo jednotkách, obecněji) za účelem měření a zohlednění variability uvnitř zkoumaných skupin. Statistiky dále předpokládají, že replikáty jsou reprezentativní pro studovanou populaci a pokud možno náhodně vybrané.
    3. Experiment ukládá léčbu a hodnotí účinek. Léčba (také nazývaná experimentální proměnná) je proměnná, kterou vědci mění v rámci experimentu. Pokud by například studie srovnávala účinek spotřeby cukru na výsledky zkoušek, experimentální proměnnou by byl cukr. Je to součást experimentu, která se bude mezi skupinami lišit. Replikáty jsou přiřazeny kontrolní skupině a jedné nebo více experimentálním skupinám a je hodnocen účinek léčby. The kontrolní skupina je náhodná podmnožina zkoumaných subjektů (nebo jednotek), které buď nedostanou léčbu, nebo dostanou standardní léčbu. V našem příkladu výše nemusí být vhodné, aby skupina studentů nedostávala žádný cukr. V takovém případě dostanou minimální nezbytnou dávku. An experimentální skupina (nebo léčbaskupina) obdrží experimentální léčbu. Typicky může existovat několik experimentálních skupin, z nichž každá obdrží různá množství léčby, aby se vyhodnotil účinek léčby na různých úrovních. Kontrolní skupiny poskytují výchozí hodnotu pro srovnání změn v experimentálních skupinách na základě účinku léčby.
    4. V ideálním případě jsou všechny proměnné v experimentu udržovány konstantní kromě léčby. I když to není vždy možné, je to zlatý standard experimentálního designu. Pokud je za takových okolností zjištěn účinek léčby, je mnohem větší váha věnována přímé příčině léčby.

    Typy experimentů

    V ideálním případě vědci provádějí a kontrolovaný experiment, ve které jsou usazeny dvě (nebo více) skupiny (nebo vzorky) a které dostávají přesně stejné zacházení, s výjimkou změny jediné proměnné, experimentální proměnná. Obvykle jedna ze skupin, známá jako kontrolní skupina, nebude mít experimentální proměnnou (nebo obdrží a placebo - látka, o které je známo, že nemá žádný účinek). Skupina, která obdrží experimentální proměnnou, je známá jako experimentální skupina. Pokud chce vědec určit rozsah účinků experimentální proměnné při různých koncentracích, je generována více než jedna experimentální skupina. Omezením všech parametrů v kontrolní a experimentální skupině (skupinách), ale pouze změnou jednoho parametru ( experimentální proměnná), jakákoli naměřená variace mezi skupinami může být odvozena jako funkce experimentální proměnné.

    Zkoušky na drogách jsou klasickými příklady kontrolovaného experimentu. Skupina předměty kteří dostávají drogu, jsou v experimentální skupině. Různé experimentální skupiny obvykle podávají různé dávky léčiva. Subjekty, které nedostaly lék, představují kontrolní skupinu.Subjekty v kontrolní skupině obvykle dostávají placebo, simulovanou nebo neúčinnou léčbu. Zkoušky na drogách se obvykle provádějí jako slepý experimenty, ve kterých si replikáti nejsou vědomi toho, zda dostávají skutečnou léčbu (lék) nebo placebo. Ve dvojitě zaslepené studii jsou experimentátoři také drženi ve tmě, aby se minimalizovala zaujatost výzkumníků. Je zajímavé, že mnoho subjektů v kontrolní skupině ve dvojitě zaslepené studii zkoušek léčiv dosáhlo měřitelné odpovědi (pozitivní nebo negativní) na placebo, známé jako placebo efekt. K měření účinku placeba byla použita další kontrolní skupina (známá jako a negativní kontrola) mohou být posouzeni, ve kterých se jim nedostává žádné léčby. A pozitivní kontrola je známý účinek experimentální léčby, který se používá k potvrzení platnosti získaných měření. Negativní kontrola by měla poskytnout podporu nulové hypotéze, což naznačuje, že mezi měřenými jevy není žádný účinek. Negativní kontroly lze často také použít ke stanovení základního výsledku nebo k odečtení hodnoty pozadí od výsledků testovacího vzorku.

    Obrázek 6. Závislé vs. nezávislé proměnné. Toto je užitečný nástroj pro určení závislých a nezávislých proměnných v experimentu. Jakmile v experimentu identifikujete proměnné, zapojte je do: ___ závisí ___. První slovo bude závislá proměnná a poslední bude nezávislá proměnná. Závislé proměnné jsou manipulované proměnné (nebo vstupy) v rámci kontrolovaného experimentu, zatímco nezávislá proměnná je očekávaným efektem (nebo výstupem).

    V kontrolovaném experimentu je proměnnou, ve které jsou účelově manipulovány vstupy, proměnná nezávislé proměnnévzhledem k tomu, že proměnná, u které se očekává změna (výstup) na základě přítomnosti nebo hojnosti experimentální léčby, je závislá proměnná. Proměnné, které jsou udržovány konstantní pro kontrolní a experimentální skupiny, se nazývají kontrolní proměnné. Například ve studii, která měří efektivní zastoupení králíků v přítomnosti nebo nepřítomnosti vlků, bude nezávislou proměnnou přítomnost nebo nepřítomnost vlků. V tomto případě je měřeným účinkem (nebo závislou proměnnou) početnost králičí populace. Mnoho studentů se snaží rozlišovat mezi nezávislými a závislými proměnnými. Nejjednodušší je vyplnit prohlášení (obr. 6): „___ závisí na ___.“ V našem příkladu „Množství králíků závisí na přítomnosti nebo nepřítomnosti vlků“. Pokud dokončíte větu a dává to smysl, první je závislá proměnná, zatímco druhá je nezávislá proměnná. Dalším způsobem, jak o tom přemýšlet, je to, jakou proměnnou ovládáte (nezávislá proměnná) a kterou očekáváte odpověď od vstupu (závislá proměnná).

    Řízené experimenty jsou někdy prohibitivní až nemožné. Zvažte výzkumníka analyzujícího účinek srážek na ptačí rozmanitost na tropických ostrovech. Dešťové srážky nelze ovládat v tak velkém měřítku, jak je požadováno v kontrolovaném experimentu, což vede výzkumníka k použití a přirozený experiment. Přírodní experimenty jsou považovány za kvazi experimenty, protože manipulace s proměnnými je mimo kontrolu výzkumníka. V přirozeném experimentu se vědci spoléhají na pozorování replik vystavených různým experimentálním a kontrolním podmínkám a usuzují na účinek. Experimentální návrh přírodních experimentů se snaží vybrat replikáty, které se navzájem co nejvíce podobají, ale liší se přednostně v jednom faktoru. V našem případě by výzkumník vybral tropické ostrovy přibližně stejné velikosti, struktury a složení, jaké je možné, ale je známo, že se liší množstvím srážek. Pečlivým výběrem replikátů lze analyzovat účinky nezávislé proměnné (tj. Srážky) na závislou proměnnou (tj. Ptačí rozmanitost). Je zřejmé, že je nemožné vybrat ostrovy, které jsou ve všech ohledech úplně stejné. Vždy budou existovat rozdíly ve velikosti ostrova, vzdálenosti od ostatních ostrovů, rozmanitosti rostlin, topografii a mnoha dalších faktorech. Často známé variability jsou také zahrnuty ve složitějším statistickém modelu, aby se určilo, jak všechny tyto faktory interagují. Jak ale tyto modely narůstají ve složitosti, jejich prediktivní síla exponenciálně klesá. Určení příčinné souvislosti z korelace z přírodních experimentů je přinejlepším náročné.

    Obrázek 7. Korelace mezi průměrnou globální teplotou a atmosférickým oxidem uhličitým. Analýza globálního oteplování je přirozený experiment. Zatímco oxid uhličitý a globální teploty spolu vysoce korelují a od poloviny 19. století se zvyšují, při podpoře případu příčinné souvislosti jsou užitečné další kontrolované experimenty.

    Možná největší vědeckou kontroverzí moderní doby je změna klimatu. Země se otepluje, což je nesporný fakt. Příčina globálního oteplování je po celá desetiletí zdrojem sporných debat mezi vědci a politiky. Kořen této kontroverze je způsoben skutečností, že analýza příčinných faktorů oteplování v globálním měřítku probíhá jako přirozený experiment nebo matematický model, protože nemáme k dispozici několik replikovaných planet podobných Zemi. S tím bylo řečeno, že v současné době žádná národní ani mezinárodní vědecká organizace nesouhlasí s hypotézou, že globální oteplování je způsobeno lidmi. Navíc téměř všichni vědci souhlasí, že viníkem jsou skleníkové plyny. Už od zrodu průmyslové revoluce lidé uvolňují skleníkové plyny do atmosféry stále častěji. Průměrná globální teplota vysoce koreluje s atmosférickým oxidem uhličitým (obr. 7). V nominální hodnotě je to prostě pozorování, které neznamená příčinnou souvislost. Kontrolované experimenty v menším měřítku mohou pomoci výzkumníkům určit příčinnou souvislost. Například experimentální návrh zahrnující skupiny replikovaných „atmosfér“ v uzavřených nádobách s různým množstvím oxidu uhličitého by mohl být vystaven stejnému množství světelné energie. Jakýkoli rozdíl v teplotách mezi replikáty lze přičíst množství oxidu uhličitého. Tímto způsobem přírodní experimenty slouží jako pozorovací studie, ve kterých lze generovat hypotézy ve větším měřítku prostřednictvím induktivního uvažování. Kontrolované experimenty v menším měřítku testují tyto předpoklady pomocí deduktivního uvažování a řízeného experimentování a testování hypotéz. Pokud jsou pozorování těchto různých přístupů spravedlivá, pak existuje silnější podpora pro kauzální účinek.

    Postavení 8. Popisná statistika popisuje centrální tendenci a variabilitu dat. Průměr (μ) je měřítkem pozorované průměrné číselné hodnoty souboru dat, zatímco standardní odchylka (σ) je měřítkem variability souboru dat. Pokud jsou data normálně distribuována, první odchylka představuje 68% pozorování, zatímco druhá a třetí odchylka představují 95% a 99,7% pozorování.

    Analýza dat

    Popisná statistika definuje pozorování

    Deskriptivní statistika shrnout dva aspekty týkající se distribuce dat: centrální tendence a variabilita (obr. 8). Centrální tendence je měřítkem centrální (nebo nejběžnější) hodnoty distribuce. The znamenat pozorovaných dat, známý jako průměr vzorku (x̅), představuje matematický průměr dat a je vypočítán jako součet pozorování (Σx) dělený počtem pozorování, známých jako velikost vzorku (n): x̅ = Σx / n. Kde průměr je vypočtený střed dat, medián představuje pozorovanou hodnotu středu. Například v souboru dat [1, 2, 3, 6, 7, 7, 9] je medián 6, střední číslo v uspořádaných pozorováních. Pokud existuje sudý počet pozorování, jsou prostřední dvě pozorování zprůměrována. Příležitostně se badatel zajímá o nejběžnější hodnotu, popř režimu, spíše odhad střední. V předchozím souboru dat je režim 7. Analýza distribuce dat je nezbytná k určení vhodného měřítka centrální tendence. Průměr se obvykle používá tam, kde je velká velikost vzorku a málo odlehlých hodnot (extrémní pozorování). Testování hypotéz prostředků obvykle předpokládá a normální distribuce dat, běžně známých jako křivka ve tvaru zvonu, ve kterých se většina pozorování provádí kolem centrální hodnoty a jsou stále méně časté dále od středu. Pokud data nejsou normálně distribuována, je medián považován za lepší reprezentaci typické hodnoty. Analýzy příjmů například obvykle zkoumají medián, protože příjem je obvykle zkreslený kvůli přítomnosti extrémně vysokých a nízkých hodnot příjmů.

    Obrázek 9. Vizualizace výpočtu standardní odchylky (σ). Směrodatná odchylka (σ) je kumulativní mírou odchylek pozorovaných hodnot (xi) a výběrového průměru (x̅). Pro výpočet směrodatné odchylky vezměte odmocninu (√) součtu (∑) čtvercových odchylek průměru vzorku (x̅) od pozorované hodnoty (X) děleno velikostí vzorku mínus jedna (n-1).

    Variabilita je měřená odchylka dat od centrální tendence a je také počítána různými způsoby. Nejběžnějším měřítkem variability je standardní odchylka (σ). Nízká standardní odchylka indikuje malou odchylku v datech od průměru, kde vysoká standardní odchylka naznačuje, že data jsou rozložena ve velkém rozsahu hodnot. Standardní odchylka se běžně používá jako míra statistická spolehlivost. Nízká standardní odchylka naznačuje vysokou jistotu, že měřený vzorek představuje populaci jako celek. Pokud byste například změřili výšku několika náhodných lidí, představovalo by to proměnlivost výšky pro celou lidskou rasu? Standardní odchylka je nepřímo úměrná velikosti vzorku. Více měření výšky poskytuje menší standardní odchylku. Vědecké experimenty mají ideálně mnoho replikátů, aby se minimalizoval účinek na standardní odchylku na základě malých velikostí vzorků. Pokud je standardní odchylka přijatelně nízká, říká nám to, že průměr vzorku je velmi blízký průměru populace.

    Popisné statistiky jsou užitečné při identifikaci typických pozorování a detekci extrémních pozorování. Například průměrná (μ) výška dospělých mužů je 178 cm se standardní odchylkou (σ) 8 cm. Interpretace průměru vedle standardní odchylky naznačuje, že většina dospělých mužů (68%) bude vysoká 178 ± 8 cm, mezi 170 a 186 cm. Dvě standardní odchylky (2σ) představují 95% variace, známé také jako 95% interval spolehlivosti. Takže 95% dospělých mužů má výšku 178 ± 16 cm, nebo 95% interval spolehlivosti pro dospělou výšku mužského muže je mezi 162 cm a 194 cm. Tři standardní odchylky (3σ) představují 99,7% variací dat. Předpokládá se, že téměř všichni dospělí muži (přesněji 99,7%) budou mezi 146 cm a 202 cm.

    Inferenční statistiky testují hypotézy

    Zatímco popisná statistika popisuje povahu vzorkovaných pozorování, inferenční statistiky odvodit predikce větší populace, ze které je vzorek založen. Experimenty produkují data, která jsou následně použita k testování hypotéz ke stanovení pravděpodobnosti konkurenčních hypotéz. Testování hypotéz je statistický závěr, který měří vztahy mezi kontrolní a experimentální skupinou. Predikce každé hypotézy jsou porovnány s pozorovanými jevy a obvykle zkoumány statistickou analýzou. Pokud pozorované jevy narušují předpovědi hypotézy, je hypotéza údajně zamítnuto. Pokud pozorování neporušují předpovědi hypotézy, hypotéza se říká, že je podporováno. V tomto případě někteří vědci dávají přednost podpoře hypotézy terminologií „být odmítnut“. Důvodem je to, že i když je hypotéza podporována v jednom experimentu, může být v dalších vyšetřováních znehodnocena. Hlavní funkcí experimentování je falšování hypotéz (nebo vyvracející hypotézy), neprokazující hypotézy. Tímto způsobem vědci neodhalují přírodu, ale odhalují přírodu odhalením „ne přírody“. Pokud není nalezen rozdíl mezi skupinami, je podporován nulový model, který ukazuje, že mezi skupinami není žádný vztah, a tedy ani účinek experimentální léčby. Pokud testování hypotéz detekuje rozdíl mezi datovými soubory, vyvozuje se z toho, že experimentální léčba vytvořila určitý účinek na závislou proměnnou, což podporuje jednu z alternativních hypotéz. Ke kvantifikaci účinku se provádí další analýza, kterou lze použít k předpovědi budoucích experimentů.

    Aby testoval konkurenční hypotézy, musí výzkumník identifikovat statistický test vhodný pro experimentální návrh. Existuje mnoho statistických testů, které se liší svými předpoklady o porovnávaných datech. Jsou data spojitá (tj. Čas) nebo kategorická (tj. Muž vs. žena)? Srovnáváte vztahy mezi závislými (tj. Nadbytkem králíků) a nezávislými proměnnými (tj. Přítomnost nebo nepřítomnost vlků), nebo porovnáváte různé skupiny (tj. Počty olympijských medailí v různých zemích). Jsou data normálně distribuována? Existují mezi skupinami stejné rozdíly?

    Obrázek 10. Rozhodovací strom pro testování hypotéz pomocí Studentova t-testu. Hodnota p t-testu určuje, zda existuje významný rozdíl, který vzorek znamená mezi kontrolní a experimentální skupinou. Pokud p ≥ 0,05, neexistuje žádný statistický rozdíl, podporující nulovou hypotézu, která by naznačovala žádný účinek léčby na závislou proměnnou. Pokud p <0,05, nulová hypotéza je zamítnuta, což naznačuje určitý účinek léčby na závislou proměnnou. Pokud je průměr vzorku (x̅) pro kontrolní skupinu větší než průměr vzorku pro experimentální skupinu, je podporována alternativní hypotéza, která naznačuje, že léčba snižuje závislou proměnnou. Alternativně, pokud je průměr experimentální skupiny vyšší, dospělo se k závěru, že léčba zvýšila závislou proměnnou.

    Jakmile je vybrán vhodný statistický test, popisná statistika pomůže výzkumníkům identifikovat relevantní statistika testu (např. průměr, medián nebo nějaká míra rozptylu mezi skupinami). Zjištěné hodnoty se použijí k výpočtu statistiky testu, která se poté porovná s očekávanými hodnotami statistiky testu podle nulové hypotézy výpočtem p-hodnota. Hodnota p nám umožňuje určit, zda se statistiky testů (např. Průměrů) těchto dvou vzorků „výrazně“ liší. Když se zúčastníte hodiny statistiky, dozvíte se, jak se tato statistika vytváří. Pro naše účely stačí, abychom mohli tuto statistiku interpretovat, aniž bychom ji počítali. Hodnota p je pravděpodobnost (v rozmezí od nuly do jedné), která určuje, zda pozorované statistiky testů (např. Průměrů) dvou vzorků budou pravděpodobně odlišné, a nikoli pouze produktem náhody. Pokud je ve většině biologických studií hodnota p menší než 0,05, můžeme konstatovat, že mezi oběma populacemi je ve skutečnosti „statistický“ rozdíl. Toto je poněkud umělé odříznutí, ale je to v této oblasti studia široce přijímáno. Čím menší je hodnota p, tím silnější jsou důkazy proti nulové hypotéze a vyšší pravděpodobnost, že se statistiky testů skutečně liší, a rostoucí podpora pro jednu z alternativních hypotéz.

    Podívejme se na příklad testováním nulové hypotézy:

    H0: Neexistuje žádný rozdíl mezi dobami dokončení bludiště u myší, které přijímají vodu, a myší, které dostávají kávu.

    V tomto experimentu byly myši vybrány a umístěny do dvou skupin: jedné skupině byla dána voda a druhé káva. Myším bylo umožněno dokončit neznámé bludiště na konci jídla s lahůdkou, přičemž pozorování byla změřena v době dokončení. K otestování této hypotézy bychom provedli nepárový t-test, který porovnává prostředky dvou datových sad, které spolu přímo nesouvisí. Myš A, která přijímá vodu, nemá žádný účinek na myš B, která přijímá kávu. Provedení nepárového t-testu umožňuje výzkumníkovi porovnat variaci (směrodatnou odchylku) spolu s průměrem na podporu nebo odmítnutí nulové hypotézy předpovídáním, zda se pozorované prostředky od sebe významně liší nebo ne. Přestože proces výpočtu hodnoty p přesahuje rámec tohoto cvičení, stále jej můžeme interpretovat.

    Pokud by byl proveden jiný experiment zkoumající míry zapamatování bludiště u těchto dvou skupin, výzkumník by porovnal rozdíl mezi časy v bludišti od prvního a druhého průchodu bludištěm stejné myši (Δtime), přičemž pozorování je poprvé odečteno od druhého času (Δtime). Pro tento test by výzkumník provedl párový t-test, který porovnává prostředky dvou pozorování, o nichž je známo, že spolu souvisejí. V našem příkladu se očekává, že časy dokončení prvního a druhého bludiště budou korelovány, protože pracuje stejná myš. Pokud byl nalezen rozdíl mezi Atime v obou skupinách, pak by mohl být použit druhý statistický test pro detekci rozdílu v Atime mezi myšmi, které dostaly vodu, a těmi, které dostaly kávu.

    Pokud výsledky experimentu podporují hypotézu, důvěra v platnost hypotéz se zvyšuje, ale „neprokazuje“, že je hypotéza skutečně pravdivá. Budoucí experimenty mohou odhalit opačné výsledky. Pokud je například hypotéza během jednoho experimentu odmítnuta, může být podpořena v následujícím experimentu (nebo naopak). Pokud se experiment opakuje několikrát se stejným výsledkem, může hypotézu potvrdit větší vědecká komunita. Přesto se nikdy neříká, že by vědecké hypotézy byly „prokázané“, protože se mohou objevit nová data nebo alternativní hypotézy, které vyvrátí dříve podporované hypotézy.

    Obrázek 11. Pasteurův experiment testování spontánní generace a biogeneze. Pasteur vynalezl baňku s labutí hrdlem, aby vytvořil prostředí, o kterém se ví, že neroste mikroorganismy. Po sterilizaci živného bujónu v těchto bankách odstranil labutí krky vzorků v kontrolní skupině. Mikroorganismy rostly v kontrolní skupině, ale ne v experimentální skupině, podporující biogenezi a odmítající spontánní generaci.

    Pasteurův experiment testující spontánní generování

    Louis Pasteur je nejlépe známý pro svůj výzkum mikroorganismů a vynález způsobu, který nese jeho jméno, pasterizace, při kterém kapaliny, jako je mléko nebo pivo zahřáté na teplotu mezi 60 ° C a 100 ° C, zabily mnoho mikroorganismů, které tyto kapaliny zkazily. Jakmile jsou pasterizovány a uzavřeny, kapaliny se již nebudou kazit. Tento objev přiměl Pasteura nesouhlasit s běžně zastávanou teorií své doby, spontánní generace

    Spontánní generace předpovídá, že živé organismy pocházejí z neživé hmoty.Blechy pocházejí z prachu nebo červi vycházejí z masa, vše spontánně bez rušení živých organismů. Tato teorie nám dnes připadá směšná, ale během Pasteurovy doby byla široce považována za fakt, s dlouhou historií (přes dvě tisíciletí) sahající až do Aristotela a dále. Staré myšlenky je těžké změnit.

    Ve svém vývoji procesu pasterizace Pasteur začal nevěřit spontánní generaci namísto alternativní hypotézy, biogeneze, hypotéza, že veškerý život pochází z již existujícího života.

    Aby otestoval tyto konkurenční hypotézy (obr. 11), vyvinul baňku s labutí hrdlem, o níž je známo, že ve sterilizovaném vývaru zakazuje růst mikroorganismů. Předpokládal, že ohyb krku zabránil částicím ve vzduchu přijít do styku s živným bujónem. Naklonění baňky s labutí hrdlem tak, že vývar vstoupil do zkumavky a byl vystaven částicím vzduchu, vedlo k zakalenému vývaru. Vytvořil živný vývar a vložil vývar do dvou lahví s labutí hrdlem. Vařil baňky obsahující vývar, aby zabil všechny mikroorganismy. Odstranění labutího krku z jedné z lahví vystavujících vývar vzduchu.

    Baňka s labutí hrdlem zůstala sterilní, zatímco otevřená baňka se zakalila, což naznačuje přítomnost mikroorganismů. Došel k závěru, že mikroorganismy nejsou schopny se spontánně generovat ve vývaru bohatém na živiny, protože baňka nevystavená vzduchu zůstala sterilní. Vývar vystavený vzduchu byl spíše osídlen neviditelnými (a ne dobře pochopenými) mikroorganismy, které se v bujónu množily, což podporovalo hypotézu biogeneze nad spontánní generací.


    Historie vědeckého myšlení

    Před uzavřením této kapitoly může být zajímavé vrátit se do historie a sledovat, jak se věda v průběhu času vyvíjela, a identifikovat klíčové vědecké mysli v této evoluci. Ačkoli případy vědeckého pokroku byly dokumentovány po mnoho staletí, pojmy „věda“, „vědci“ a „vědecká metoda“ byly vytvořeny až v 19. století. Do této doby byla věda považována za součást filozofie a koexistovala s jinými filosofickými odvětvími, jako je logika, metafyzika, etika a estetika, ačkoli hranice mezi některými z těchto odvětví byly rozmazané.

    V počátcích lidského zkoumání byly znalosti obvykle uznávány z hlediska teologických předpisů založených na víře. To bylo zpochybněno řeckými filozofy, jako byli Platón, Aristoteles a Sokrates, během 3. století před naším letopočtem, kteří navrhli, že základní podstatu bytí a světa lze přesněji pochopit prostřednictvím procesu systematického logického uvažování zvaného racionalismus. Zejména Aristotelova klasická práce Metafyzika (doslovně znamená „mimo fyzickou [existenci]“) oddělila teologii (studium bohů) od ontologie (studium bytí a existence) a univerzální vědy (studium prvních principů, na nichž logika spočívá na základě). Racionalismus (nezaměňovat s „racionalitou“) považuje rozum za zdroj poznání nebo ospravedlnění a naznačuje, že kritérium pravdy není smyslové, ale spíše intelektuální a deduktivní, často odvozené ze souboru prvních principů nebo axiomů (jako např. Aristotelův „zákon o rozporu“).

    Další velký posun ve vědeckém myšlení nastal v 16. století, kdy britský filozof Francis Bacon (1561-1626) navrhl, že znalosti lze odvodit pouze z pozorování v reálném světě. Na základě tohoto předpokladu Bacon zdůraznil získávání znalostí jako empirickou aktivitu (spíše než jako rozumovou činnost) a rozvinul empirismus jako vlivnou filosofickou oblast. Baconovy práce vedly k popularizaci induktivních metod vědeckého bádání, k rozvoji „vědecké metody“ (původně nazývané „baconská metoda“), skládající se ze systematického pozorování, měření a experimentování, a možná dokonce zasel semena ateismu nebo odmítnutí teologických předpisů jako „nepozorovatelných“.

    Empirismus se ve středověku stále střetával s racionalismem, protože filozofové hledali nejefektivnější způsob, jak získat platné znalosti. Francouzský filozof Rene Descartes se postavil na stranu racionalistů, zatímco britští filozofové John Locke a David Hume se postavili na stranu empiristů. Další vědci, jako například Galileo Galilei a Sir Issac Newton, se pokusili spojit tyto dvě myšlenky do přírodní filozofie (filozofie přírody), zaměřit se konkrétně na porozumění přírodě a fyzickému vesmíru, který je považován za předchůdce přírodních věd. . Galileo (1564-1642) byl pravděpodobně první, kdo uvedl, že přírodní zákony jsou matematické, a přispěl do oblasti astronomie prostřednictvím inovativní kombinace experimentování a matematiky.

    V 18. století se německý filozof Immanuel Kant snažil vyřešit spor mezi empirismem a racionalismem ve své knize Kritika čistého rozumu tvrzením, že zkušenost je čistě subjektivní a jejich zpracování pomocí čistého rozumu, aniž by se nejprve ponořil do subjektivní povahy zkušeností, vést k teoretickým iluzím. Kantovy myšlenky vedly k rozvoji německého idealismu, který inspiroval pozdější vývoj interpretačních technik, jako je fenomenologie, hermeneutika a kritická sociální teorie.

    Přibližně ve stejnou dobu se francouzský filozof Auguste Comte (1798–1857), zakladatel sociologické disciplíny, pokusil spojit racionalismus a empirismus do nové doktríny zvané pozitivismus. Navrhl, aby teorie a pozorování měly na sobě kruhovou závislost. Ačkoli teorie mohou být vytvářeny pomocí uvažování, jsou autentické pouze tehdy, pokud je lze ověřit pozorováním. Důraz na ověřování odstartoval oddělení moderní vědy od filozofie a metafyziky a další rozvoj „vědecké metody“ jako primárního prostředku ověřování vědeckých tvrzení. Comtovy myšlenky rozšířil Emile Durkheim ve svém rozvoji sociologického pozitivismu (pozitivismus jako základ sociálního výzkumu) a Ludwig Wittgenstein v logickém pozitivismu.

    Na počátku 20. století silné interpretace pozitivismu byly odmítnuty interpretačními sociology (antipositivisty) patřícími do německé školy idealismu. Pozitivismus byl obvykle srovnáván s kvantitativními výzkumnými metodami, jako jsou experimenty a průzkumy, a bez jakýchkoli výslovných filozofických závazků, zatímco antipositivismus využíval kvalitativní metody, jako jsou nestrukturované rozhovory a účastnické pozorování. Dokonce i praktici pozitivismu, jako je americký sociolog Paul Lazarsfield, který byl průkopníkem rozsáhlého průzkumného výzkumu a statistických technik pro analýzu dat průzkumu, uznávali potenciální problémy předpojatosti pozorovatelů a strukturálních omezení v pozitivistickém vyšetřování. V reakci na to antipositivisté zdůraznili, že sociální akce musí být studovány prostřednictvím interpretačních prostředků založených na porozumění smyslu a účelu, který jednotlivci přikládají svým osobním činům, což inspirovalo práci Georga Simmela o symbolickém interakcionismu, práci Maxe Webera na ideálních typech a práci Edmunda Husserla o fenomenologii.

    V polovině 20. století byly pozitivistické i antipositivistické myšlenkové směry podrobeny kritice a modifikacím. Britský filozof Sir Karl Popper navrhl, aby lidské znalosti nebyly založeny na nezpochybnitelných, pevných základech, ale spíše na souboru předběžných dohadů, které nelze nikdy přesvědčivě dokázat, ale pouze vyvrátit. Empirické důkazy jsou základem pro vyvrácení těchto dohadů nebo „teorií“. Tento metateoretický postoj, nazývaný postpositivismus (nebo postempiricismus), mění pozitivismus tím, že naznačuje, že není možné ověřit pravdu, i když je možné odmítnout falešné přesvědčení, ačkoli si zachovává pozitivistické pojetí objektivní pravdy a její důraz na vědeckou metodu.


    Podívejte se na video: Falsifikace a verifikace vědeckých hypotéz (Leden 2022).