معلومة

1.1: المنهج العلمي - علم الأحياء


يدرس علماء الأحياء وعلماء آخرون العالم باستخدام عملية رسمية يشار إليها باسم ال طريقة علمية. تم توثيق المنهج العلمي لأول مرة من قبل السير فرانسيس بيكون (1561–1626) من إنجلترا ، ويمكن تطبيقه في جميع مجالات الدراسة تقريبًا. تقوم الطريقة العلمية على الملاحظة ، والتي تؤدي بعد ذلك إلى طرح سؤال وتطوير فرضية تجيب على هذا السؤال. يمكن للعالم بعد ذلك تصميم تجربة لاختبار الفرضية المقترحة ، والتنبؤ بنتيجة التجربة ، إذا كانت الفرضية المقترحة صحيحة. في الأقسام التالية ، سنستخدم مثالًا بسيطًا للطريقة العلمية ، بناءً على ملاحظة بسيطة لكون الفصل دافئًا جدًا.

اقتراح فرضية

الفرضية هي إجابة محتملة للسؤال الذي ينشأ من الملاحظات. في مثالنا ، الملاحظة هي أن الفصل دافئ جدًا ، والسؤال الذي ينشأ من تلك الملاحظة هو لماذا حجرة الدراسة دافئة جدًا. إحدى الفرضيات (من بين العديد من الفرضيات) هي أن "الفصل الدراسي دافئ نظرًا لعدم تشغيل مكيف الهواء". يمكن أن تكون الفرضية الأخرى "حجرة الدراسة دافئة لأن درجة الحرارة مرتفعة للغاية".

بمجرد تطوير الفرضية ، يقوم العالم بعد ذلك بالتنبؤ ، والذي يشبه الفرضية ، ولكنه يتبع بشكل عام تنسيق "If. من ثم . . " في مثالنا ، قد يكون التنبؤ الناتج عن الفرضية الأولى ، "لو تكييف الهواء قيد التشغيل ، من ثم لن يكون الفصل دافئًا جدًا بعد الآن ". تم توضيح الخطوات الأولية للطريقة العلمية (الملاحظة حتى التنبؤ) في الشكل 1.1.1.

الشكل ( PageIndex {1} ): مثال على الخطوات الأولى للطريقة العلمية. الشكل بواسطة L Gerhart-Barley

اختبار الفرضية

يجب أن تكون الفرضية الصالحة قابلة للاختبار. يجب أيضًا أن يكون قابلاً للتزوير ، بمعنى أنه يمكن دحضه من خلال النتائج التجريبية. الأهم من ذلك أن العلم لا يدعي "إثبات" أي شيء لأن الفهم العلمي يخضع دائمًا للتعديل بمزيد من المعلومات. لاختبار الفرضية ، سيجري الباحث تجربة واحدة أو أكثر مصممة للتخلص من فرضية واحدة أو أكثر. سيكون لكل تجربة متغير واحد أو أكثر وعنصر تحكم واحد أو أكثر. المتغير هو أي جزء من التجربة يمكن أن يتغير أو يتغير أثناء التجربة. تحتوي المجموعة الضابطة على كل سمة من سمات المجموعة التجريبية باستثناء عدم إعطاء التلاعب الذي يختبر الفرضية. لذلك ، إذا كانت نتائج المجموعة التجريبية تختلف عن المجموعة الضابطة ، فيجب أن يكون الاختلاف بسبب التلاعب المفترض ، وليس بعض العوامل الخارجية. ابحث عن المتغيرات والضوابط في الأمثلة التالية. لاختبار الفرضية الأولى ، سيكتشف الطالب ما إذا كان مكيف الهواء قيد التشغيل. إذا تم تشغيل مكيف الهواء ولكنه لا يعمل ، فيجب رفض فرضية عدم تشغيل التكييف. لاختبار الفرضية الثانية ، يمكن للطالب التحقق من إعدادات وحدة تدفئة الفصل. إذا تم ضبط وحدة التسخين على درجة حرارة مناسبة ، فيجب أيضًا رفض هذه الفرضية. يجب اختبار كل فرضية من خلال إجراء التجارب المناسبة. اعلم أن رفض إحدى الفرضيات لا يحدد ما إذا كان من الممكن قبول الفرضيات الأخرى أم لا ؛ إنه ببساطة يلغي فرضية واحدة غير صالحة. باستخدام المنهج العلمي ، يتم رفض الفرضيات غير المتوافقة مع البيانات التجريبية.

في حين أن مثال "الفصل الدراسي الدافئ" هذا مبني على نتائج الملاحظة ، فقد تحتوي الفرضيات والتجارب الأخرى على عناصر تحكم أكثر وضوحًا. على سبيل المثال ، قد يحضر الطالب الفصل يوم الاثنين ويدرك أنه يواجه صعوبة في التركيز على المحاضرة. قد تكون إحدى الملاحظات لشرح هذا الحدوث ، "عندما أتناول الإفطار قبل الفصل ، أكون أكثر قدرة على الانتباه." يمكن للطالب بعد ذلك تصميم تجربة مع عنصر تحكم لاختبار هذه الفرضية.

تمرين ( PageIndex {1} )

في المثال أدناه ، يتم استخدام الطريقة العلمية لحل مشكلة يومية. اطلب خطوات المنهج العلمي (العناصر المرقمة) مع عملية حل المشكلة اليومية (العناصر المرقمة). بناء على نتائج التجربة هل الفرضية صحيحة؟ إذا كان غير صحيح ، اقترح بعض الفرضيات البديلة.

  1. الملاحظة
  2. سؤال
  3. فرضية (إجابة)
  4. تنبؤ
  5. تجربة
  6. نتيجة
  1. نفدت بطارية السيارة.
  2. إذا كانت البطارية ميتة ، فلن يتم تشغيل المصابيح الأمامية أيضًا.
  3. سيارتي لا تعمل.
  4. أشعل المصابيح الأمامية.
  5. المصابيح الأمامية تعمل.
  6. لماذا لا تبدأ السيارة؟
إجابة

ج ، ف ، أ ، ب ، د ، هـ

قد يبدو الأسلوب العلمي جامدًا ومنظمًا بشكل مفرط ؛ ومع ذلك ، هناك مرونة. في كثير من الأحيان ، لا تكون عملية العلم خطية كما تقترح الطريقة العلمية ، وعادة ما تلهم النتائج التجريبية نهجًا جديدًا ، أو تسليط الضوء على الأنماط أو الموضوعات في نظام الدراسة ، أو تولد ملاحظات وأسئلة جديدة ومختلفة تمامًا. في مثال الفصل الدراسي الدافئ ، يمكن أن يؤدي اختبار فرضية تكييف الهواء ، على سبيل المثال ، إلى اكتشاف دليل على وجود خلل في الأسلاك في الفصل الدراسي. يمكن أن تلهم هذه الملاحظة بعد ذلك أسئلة إضافية تتعلق بالمخاوف الكهربائية الأخرى للفصل الدراسي مثل الوصول إلى الإنترنت اللاسلكي غير المتسق ، والأداء الخاطئ للأجهزة السمعية / البصرية ، ومنافذ الطاقة غير الوظيفية ، والإضاءة الوامضة ، وما إلى ذلك. لاحظ أيضًا أنه يمكن تطبيق الطريقة العلمية على حل المشكلات التي ليست بالضرورة علمية بطبيعتها.


1.1: المنهج العلمي - علم الأحياء

يتعامل العلم مع معرفة قابلة للاختبار حول الظواهر الفيزيائية في الكون. هدف العلم هو فهم كيفية عمل الكون. يركز علم الأحياء على فهم الكائنات الحية. لاكتساب المعرفة حول الطبيعة والظواهر الفيزيائية ، يستخدم العلماء نهجًا معينًا يسمى طريقة البحث العلمي أو الطريقة العلمية.

الطريقة العلمية هي أفضل نهج لدينا لفهم العالم الطبيعي والتنبؤ بالظواهر الطبيعية. يمكن العثور على الدليل على هذا الادعاء في نجاح التقنيات القائمة على العلم. خذ الدواء على سبيل المثال. قبل القرن الثامن عشر الميلادي ، كانت معظم الممارسات الطبية مبنية على التقاليد الشعبية أو على الأفكار التي روج لها الزعماء الدينيون. نجحت بعض هذه العلاجات العلمية ، لكن عملية اكتشاف علاجات جديدة كانت نظامًا بطيئًا وعشوائيًا من التجربة والخطأ. غالبًا ما تم قبول العلاجات غير الفعالة لمجرد عدم وجود إجراء واضح لتقييمها. اليوم ، مع الطب القائم على العلم وممارسات الصحة العامة ، اكتسبنا سيطرة غير مسبوقة على التهديدات التي تتعرض لها صحتنا. وفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض ، زاد متوسط ​​العمر المتوقع في الولايات المتحدة بأكثر من 30 عامًا منذ عام 1900.

لم يحل البحث العلمي محل الإيمان والحدس والأحلام. هذه التقاليد وطرق المعرفة لها قيمة عاطفية وتوفر التوجيه الأخلاقي لكثير من الناس. لكن لا يمكن قبول الأحاسيس أو المشاعر أو المعتقدات العميقة أو التقاليد القديمة أو الأحلام بشكل مباشر على أنها صحيحة علميًا. بدلاً من ذلك ، يقصر العلم نفسه على الأفكار التي يمكن اختبارها من خلال الملاحظات التي يمكن التحقق منها. لا يمكن اختبار الإدعاءات الخارقة للطبيعة بأن الأحداث سببها الأشباح أو الشياطين أو الله أو كيانات روحية أخرى بهذه الطريقة.

ممارسة

يرى صديقك هذه الصورة لدائرة من الفطر ويخبرك بحماسة أن سببها هو رقص الجنيات في دائرة على العشب في الليلة السابقة. هل يمكن دراسة شرح صديقك باستخدام عملية العلم؟


التجريب وتفسير النتائج

التجربة العلمية هي إجراء منظم بعناية يتدخل فيه العالم في نظام لتغيير شيء ما ، ثم يراقب ويفسر نتيجة التغيير. غالبًا ما يتضمن البحث العلمي إجراء التجارب ، ولكن ليس دائمًا. على سبيل المثال ، قد يبدأ العالم الذي يدرس سلوك التزاوج للخنافس بملاحظات مفصلة عن تزاوج الخنافس في بيئتها الطبيعية. في حين أن هذا البحث قد لا يكون تجريبيًا ، إلا أنه علمي: فهو يتضمن مراقبة دقيقة ويمكن التحقق منها للعالم الطبيعي. قد يقوم نفس العالم بعد ذلك بمعالجة بعض الخنافس بهرمون يُفترض أنه يؤدي إلى التزاوج ويلاحظ ما إذا كانت هذه الخنافس تتزاوج عاجلاً أم أكثر من تلك غير المعالجة. قد يعتبر هذا بمثابة تجربة لأن العالم يقوم الآن بإجراء تغيير في النظام ويراقب التأثيرات.

مراجعة الفيديو

يقدم هذا الفيديو لمحة عامة أخرى عن المنهج العلمي:


1.1 العلم والعالم الطبيعي

يرجى قراءة هذه المساعدة القليلة التي ستساعدك وتجعل دراستك أسهل.

إذا كنت تقوم بصفحات المصنف المصاحبة لهذا المنهج وتحتاج إلى العثور على إجابة بسرعة ، فيمكنك استخدام ميزة "البحث" في متصفحك. ما عليك سوى الضغط باستمرار على "control" (Ctrl) على لوحة المفاتيح واضغط على المفتاح f. يمكنك الآن البحث بسرعة عن مصطلح لمساعدتك في إكمال أوراق العمل بشكل أسرع.

أيضًا ، لا تتخطى قراءة أهداف الدرس والمفردات في بداية الفصول ، بغض النظر عن مدى إغرائها. كلما زاد اتصال عقلك بالمواد ، أصبح التعلم أسهل.

لا تتخطى مقاطع الفيديو وأنشطة أمبير ما لم أضع عليها علامة اختيارية! إنهم موجودون لإعطائك فرصة لإطلاق مجموعات مختلفة من خلايا / مسارات الدماغ. كلما زادت الطرق التي يمكنك أن تتعلم بها (الرؤية ، السمع ، القول ، العمل) ، كلما احتفظت بما تدرسه بشكل أفضل. إذا كنت تكافح حقًا مع فصل ما أو تريد فقط تذكره بشكل أفضل ، فحاول قراءته بصوت عالٍ لنفسك.

تذكر أن الطرق المختصرة لن تساعدك وستؤذيك فقط على المدى الطويل. إذا تعلمت هذه المادة بأفضل ما يمكنك الآن ، فسيكون لديك وقت أسهل بكثير عندما تجلس في فصل علم الأحياء بالكلية يومًا ما. حتى لو لم تأخذ فصلًا آخر في علم الأحياء مرة أخرى ، فستتعلم على الأقل بعض العادات الجيدة التي من شأنها أن تخدمك جيدًا في مجالات أخرى.

أتمنى لك كل التوفيق ، وأدعو الله أن تحظى بسنة جيدة مع جميع مواضيعك. آمل أن تتمكن يومًا ما من إلقاء نظرة على بعض الأشياء التي تعلمتها في هذه الدورة وتدرك كيف ساهمت في فهم أفضل للعالم من حولك.

أهداف الدرس

  • اعلم أنه يمكننا معرفة الله من خلال دراسة خليقته
  • تحديد هدف العلم.
  • صف كيف يدرس العلماء العالم الطبيعي.
  • اشرح كيف ولماذا يقوم العلماء بإجراء التجارب.
  • وصف أنواع التحقيقات العلمية.
  • اشرح ما هي النظرية العلمية.

تعيين كتاب العمل

كلمات

  • المتغير التابع
    • متغير في تجربة علمية يتأثر بمتغير آخر يسمى المتغير المستقل
    • يجب أن تكون الإجابة المحتملة على سؤال علمي قابلة للتزوير
    • متغير في تجربة علمية يتلاعب بها الباحث لبحث تأثيره على متغير آخر يسمى المتغير التابع
    • أي شيء تكتشفه الحواس
    • بيان يصف ما يحدث دائمًا في ظل ظروف معينة في الطبيعة
    • عملية البحث العلمي
    • تفسير واسع مقبول على نطاق واسع على أنه صحيح لأنه مدعوم بقدر كبير من الأدلة

    المقدمة

    هل تساءلت يومًا عن سبب دوران بعض الكلاب في دائرة قبل النوم أو كيف تتعلم الطيور غناء أغانيها الخاصة؟ إذا طرحت مثل هذه الأسئلة حول العالم الطبيعي ، فأنت تفكر كعالم. الكلمة علم تأتي من كلمة لاتينية تعني "المعرفة". علم هي طريقة مميزة لاكتساب المعرفة عن العالم الطبيعي تبدأ بسؤال ثم تحاول الإجابة على السؤال بالأدلة والمنطق. العلم هو استكشاف مثير لجميع الأسباب والطرق التي قد يكون لدى أي شخص فضولي حول العالم. يمكنك أن تكون جزءًا من هذا الاستكشاف. إلى جانب فضولك ، كل ما تحتاجه هو فهم أساسي لكيفية تفكير العلماء وكيف يتم العلم ، بدءًا من هدف العلم.

    الآن ، قبل أن نكمل ، أود أن أقر بأنه في بعض الأحيان قد تشعر بهذا الشعور أثناء قراءة هذا النص:

    يمكن أن تتغير الأفكار العلمية

    العلم هو عملية أكثر من كونه مجموعة معرفية. بعبارة أخرى ، ما نعتقد أننا نعرفه يمكن أن يتغير بناءً على أدلة جديدة. يقوم العلماء دائمًا باختبار ومراجعة أفكارهم ، ومع إجراء ملاحظات جديدة ، قد يتم تحدي الأفكار الحالية. يمكن استبدال الأفكار بأفكار جديدة تناسب الحقائق بشكل أفضل ، ولكن في أغلب الأحيان تتم مراجعة الأفكار الموجودة ببساطة.

    على سبيل المثال ، عندما طور ألبرت أينشتاين نظريته عن النسبية ، لم يستبعد قوانين نيوتن للحركة. بدلاً من ذلك ، أظهر أن قوانين نيوتن هي جزء صغير من صورة أكبر. بهذه الطريقة ، يبني العلماء تدريجياً فهمًا دقيقًا ومفصلاً بشكل متزايد للعالم الطبيعي.

    فيما يلي بعض الأفكار العلمية التي تغيرت مع اكتساب الناس المزيد من المعرفة بمرور الوقت:

    • الجيل العفوي - اعتاد الناس على الاعتقاد بأن الحياة تأتي من أشياء مثل الأرض بعد تعرضها لأشعة الشمس أو الطين أو الوحل. كانوا يعتقدون أن الأشياء يمكن أن تأتي "بطريقة سحرية" من لا شيء. قام أرسطو (فيلسوف يوناني مشهور) ببناء أفكاره عن هذا من ملاحظات اليرقات التي تظهر على اللحوم الفاسدة والبقوليات المتكونة على بدن القارب. لم يتم دحض هذه الفكرة حتى القرنين السادس عشر والسابع عشر الميلاديين. وإليك فكرة مثيرة للاهتمام حول هذا ... يقول العلماء الآن أن شيئًا ما لا تستطيع تأتي من لا شيء. هذا مستحيل! كل شيء يأتي من شيء ما. نبتة تأتي من بذرة. تأتي اليرقات من البيض المودع من الذباب. ينمو العفن من الأبواغ التي تأتي من نباتات العفن الأخرى وما إلى ذلك. ومع ذلك ، لا يزال العديد من العلماء يقولون إن كوننا نشأ عن طريق "الانفجار العظيم" من لا شيء. هل هذا منطقي؟ إذا أثبت العلماء أن شيئًا ما لا يمكن أن يأتي من لا شيء ، فلماذا يصرون على مناقضة أنفسهم مع أصل كوننا؟ يقول ستيفن هوكينج (عالم فيزيائي وعالم كونيات مشهور جدًا) إنه بسبب الجاذبية الكمية ، يمكن للكون أن يخلق نفسه من لا شيء. ومع ذلك ، فهو يشير في كتابه "التصميم الكبير" إلى أن العدم الذي يشير إليه هو في الواقع مساحة مليئة بالطاقة الفراغية. هممم ... من أين أتت طاقة الفراغ بعد ذلك؟ يصبح الأمر معقدًا بعض الشيء ويدخل في عالم الميتافيزيقيا (فرع من الفلسفة يتعامل مع شرح "ما هو هناك؟" و "ما هو شكله؟") ولكن لا يزال ، في رأيي ، السيد هوكينج يتناقض مع بيانه الخاص بأن الكون جاء من "لا شيء". الجاذبية ليست شيئًا. قد لا تتكون من مادة ، لكنها لا تزال شيئًا موجودًا. طاقة الفراغ ليست شيئًا. من أين أتت الطاقة؟ لا يزال شيء. على أي حال ، ما أحاول أن أشير إليه هو أنه حتى العالم الذي يقول أننا جئنا من لا شيء ، لا يدعم ذلك حقًا. لا يمكن أن يأتي شيء من العدم. هذا ما عليه الحال! بالطبع ، كمسيحيين ، نفهم أن كل شيء قد خلقه الله. حقيقة أن التوليد التلقائي تم دحضه هو مجرد جزء صغير من لغز الخلق الذي يناسبه!
    • اللاهوب مادة كيميائية - اعتاد العلماء على الاعتقاد بأن أي شيء تشتعل فيه النيران يحتوي على عنصر خاص بداخله يسمى phlogiston تم إطلاقه أثناء الاحتراق وجعل العملية برمتها ممكنة. ثبت في النهاية أن هذا خطأ.
    • قنوات المريخ - رأى عالم فلك في القرن التاسع عشر ما يعتقد أنه قنوات على سطح المريخ. ادعى علماء فلك وعلماء آخرون أنهم رأوا أيضًا القنوات وتم تطوير النظريات حول أصولها المحتملة واستخدامها. حتى أنه تم اقتراح أنها تم إنشاؤها بواسطة أنواع ذكية للري. في النهاية فقد هذا المصداقية! أليس كذلك؟ وإلا فمن الأفضل أن نستعد لغزو المريخ!

    كما ترى ، فقط لأن العلماء أو الناس يؤمنون بشيء ما ، لا يجعله حقيقة. يمكن أن تتغير الأفكار العلمية أو حتى يتم التخلص منها بأدلة جديدة.

    الطريقة العلمية

    أحد الأشياء الرائعة في العلم هو أنه لا يزال هناك الكثير لاكتشافه واكتشافه. يمكن إجراء الاكتشافات باستخدام الطريقة العلمية.

    أنت قد يكون الشخص التالي الذي يكتشف شيئًا لم يكن لدى أي شخص آخر من قبل! على سبيل المثال ، بعد القيام برحلة عبر الغابة ودراسة كيفية تفرع الأشجار بطرق معينة ، ابتكر أيدان دواير البالغ من العمر 13 عامًا شجرة خلايا شمسية تنتج طاقة تزيد بنسبة 20-50٪ عن مجموعة موحدة من الألواح الكهروضوئية. يمكنك قراءة مقال عنه هنا:

    لا يجب أن يقوم الكبار بالاكتشافات العلمية في معاطف المختبر. يمكن لأي شخص صنعها من خلال الملاحظة والاستجواب والتجريب. هذا هو السبب في أنك قد تكون الشخص التالي الذي يقوم باختراق! أولاً ، تحتاج إلى معرفة كيفية القيام بذلك بالرغم من ذلك. يتطلب ذلك معرفة كيفية عمل الطريقة العلمية.

    يتبع المنهج العلمي بشكل عام الخطوات المذكورة في شكل أدناه.

    إبداء الملاحظات

    يبدأ التحقيق العلمي عادة بالملاحظات. أنت تدون الملاحظات في كل وقت. لنفترض أنك تمشي في الغابة ولاحظت فراشة ، مثل تلك الموجودة في شكل أدناه ، يستريح على جذع شجرة. لاحظت وجود بقع على أجنحتها تشبه العيون. نعم ، انظر إلى تلك العيون. فكر فيهم عندما تنام الليلة.

    على أي حال ، تعتقد أن بقع العين تجعل العثة تبدو وكأنها وجه بومة (أو ربما أحد هؤلاء المريخيين الذين حفروا القنوات على المريخ).

    طرح سؤال

    غالبًا ما تؤدي الملاحظات إلى طرح الأسئلة. قد تسأل نفسك لماذا تحتوي العثة على بقع على العين تجعلها تبدو وكأنها وجه بومة.

    تشكيل الفرضية (وهي مجرد كلمة منمقة لكلمة "تخمين")

    الخطوة التالية في التحقيق العلمي هي تكوين فرضية (تخمين). أ فرضية هي إجابة محتملة لسؤال علمي ، لكنها ليست مجرد إجابة. يجب أن تقوم الفرضية على المعرفة العلمية ، ويجب أن تكون منطقية. يجب أن تكون الفرضية أيضًا قابلة للدحض. هذا يعني فقط أنه يجب أن يكون من الممكن عمل ملاحظات من شأنها دحض الفرضية إذا كانت خاطئة حقًا. افترض أنك تعلم أن بعض الطيور تأكل العث وأن البوم يفترس الطيور الأخرى. من هذه المعرفة ، أنت السبب في أن بقع العين تخيف الطيور التي قد تأكل العثة. هذه هي فرضيتك.

    اختبار الفرضية

    لاختبار الفرضية ، تحتاج أولاً إلى إجراء تنبؤ بناءً على الفرضية. أ تنبؤ هي عبارة تخبرنا بما سيحدث في ظل ظروف معينة. يمكن التعبير عنها بالصيغة: إذا حدث A ، فسيحدث B (لا تقلق ، فنحن لا ندخل في الرياضيات ، حتى لو بدا الأمر كذلك). بناءً على فرضيتك ، قد تقوم بهذا التوقع: إذا كان للعثة بقع عين على جناحيها ، فإن الطيور ستتجنب أكلها.

    بعد ذلك ، تحتاج إلى الحصول على دليل لاختبار تنبؤاتك. شهادة هو أي نوع من الحقائق التي قد توافق أو لا توافق على التنبؤ ، لذلك قد تدعم أو تدحض فرضية ما. افترض أنك تجمع الأدلة من خلال إجراء المزيد من الملاحظات على العث ببقع العين. ربما لاحظت تلك الطيور حقًا فعل تجنب أكل العث. هذا الدليل يتفق مع توقعاتك.

    استخلاص النتائج

    الأدلة التي تتفق مع توقعاتك تدعم فرضيتك. هل يثبت مثل هذا الدليل أن فرضيتك صحيحة؟ لا توجد فرضية لا يمكن إثبات صحتها بشكل قاطع ، مما يعني أنه لا يمكنك أبدًا وضع حد بنسبة 100٪ لأي شك أو أسئلة حولها. هذا لأنه لا يمكنك أبدًا فحص جميع الأدلة المحتملة ، وقد يتم العثور على أدلة يومًا ما تدحض الفرضية (مثل كيف أثبتت التلسكوبات الجيدة عدم وجود قنوات على المريخ). ومع ذلك ، فكلما زاد عدد الأدلة التي تدعم الفرضية ، زادت احتمالية صحة الفرضية.

    تبليغ النتائج

    الخطوة الأخيرة في التحقيق العلمي هي توصيل ما تعلمته مع الآخرين. هذه خطوة مهمة للغاية لأنها تتيح للآخرين اختبار فرضيتك. إذا حصل باحثون آخرون على نفس النتائج التي حصلت عليها ، فإنهم سيضيفون دعمًا للفرضية. ومع ذلك ، إذا حصلوا على نتائج مختلفة ، فقد يدحضون الفرضية. عندما يشارك العلماء نتائجهم ، يجب عليهم وصف أساليبهم والإشارة إلى أي مشاكل محتملة في التحقيق. على سبيل المثال ، بينما كنت تراقب العث ، ربما كان وجودك يخيف الطيور بعيدًا. هذا يقدم خطأ في التحقيق الخاص بك. لقد حصلت على النتائج التي توقعتها (تجنبت الطيور العث أثناء مراقبتها) ، ولكن ليس للسبب الذي افترضته.

    عند ذكر القنوات بأكملها في قضية المريخ مرة أخرى ، تم اكتشاف أن هناك خداعًا بصريًا حدث لأنه ، عندما يرى تلسكوب رديء الجودة العديد من الميزات الشبيهة بالنقاط ، مثل الحفر ، يبدو أنهم ينضمون لتشكيل خطوط. كان الاعتقاد الأصلي في قنوات المريخ مبنيًا على خطأ تمكن المراقبون الآخرون من الإشارة إليه بسبب مشاركة الملاحظات. يمكن أن يساعد توصيل النتائج العلماء أيضًا في تجنب بعض أنواع الأخطاء نفسها في الملاحظات والعمل في المستقبل.

    التجارب

    شكل يظهر أدناه تجربة معملية تشمل النباتات. ان تجربة هو نوع خاص من الاستقصاء العلمي الذي يتم إجراؤه في ظل ظروف خاضعة للرقابة ، عادة في المختبر. يمكن أن تكون بعض التجارب بسيطة للغاية ، ولكن حتى أبسط الأدلة المهمة التي ساهمت بها ساعدت العلماء على فهم العالم الطبيعي بشكل أفضل. يمكن مشاهدة مثال على التجربة هنا:

    المتغيرات

    تختبر التجربة بشكل عام كيف يتأثر أحد المتغيرات بآخر. المتغير المتأثر يسمى المتغير التابع. في تجربة النبات الموضحة أعلاه ، المتغير التابع هو نمو النبات. المتغير الذي يؤثر على المتغير التابع يسمى متغير مستقل. في تجربة النبات ، المتغير المستقل هو الأسمدة - بعض النباتات ستحصل على الأسمدة ، والبعض الآخر لا. في أي تجربة ، يجب التحكم في العوامل الأخرى التي قد تؤثر على المتغير التابع. في تجربة النبات ، ما هي العوامل التي تعتقد أنه يجب التحكم فيها؟ (ملحوظة: ما هي العوامل الأخرى التي قد تؤثر على نمو النبات؟) (فكر في: الماء والضوء وما إلى ذلك)

    من المفترض أن يساعدك مقطعا الفيديو التاليان على فهم المتغيرات:

    مثل الفرضية ، يجب تقييم النموذج. يتم تقييمه من خلال معايير مثل مدى تمثيله للعالم الحقيقي ، وما هي حدوده ، ومدى فائدته. تعتمد فائدة النموذج على مدى تطابق توقعاته مع ملاحظات العالم الحقيقي. حتى عندما تتطابق تنبؤات النموذج مع ملاحظات العالم الحقيقي ، فإنها لا تثبت صحة النموذج أو أنه النموذج الوحيد الذي يعمل.

    النظريات العلمية

    مع تكرار الاختبار ، قد تصبح بعض الفرضيات في النهاية نظريات علمية. أ نظرية علمية هو تفسير واسع للأحداث التي يتم قبولها على نطاق واسع على أنها صحيحة. لتصبح نظرية ، يجب اختبار الفرضية مرارًا وتكرارًا ، ويجب أن تكون مدعومة بقدر كبير من الأدلة. عادة ما يستخدم الناس الكلمة نظرية لوصف تخمين حول كيف أو لماذا يحدث شيء ما. على سبيل المثال ، قد تقول ، "أعتقد أن طائرًا حطابًا حفر هذه الحفرة في الأرض ، لكنها مجرد نظرية." استخدام الكلمة نظرية بهذه الطريقة تختلف عن طريقة استخدامها في العلم. النظرية العلمية تشبه الحقيقة أكثر من كونها تخمينًا لأنها مدعومة جيدًا. هناك العديد من النظريات المعروفة في علم الأحياء ، مثل نظرية الخلية ونظرية الجراثيم. نظرية أخرى هي التطور. تذكر مع ذلك ، لمجرد أن الشيء مجرد نظرية ، لا يعني أنه صحيح. منذ مئات السنين كان الجيل العفوي نظرية. أدلة جديدة وفهم دحضها.

    KQED: الإلهام الحيوي: الطبيعة كما ميوز

    منذ مئات السنين ، استخدم العلماء أفكارًا تصميمية من هياكل في الطبيعة. الآن ، يعمل علماء الأحياء والمهندسون في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي معًا لتصميم مجموعة واسعة من المنتجات الجديدة ، مثل الروبوتات الملي المنقذة للحياة على غرار طريقة تشغيل الصراصير والمواد اللاصقة بناءً على التصميم المذهل لقدم الوزغة. تبدأ هذه العملية بملاحظة الطبيعة ، مما يؤدي إلى طرح الأسئلة وإلى الجوانب الإضافية للعملية العلمية.

    أخبرنا برأيك في هذا الفصل أو أبلغ عن ارتباط معطل (أو مقطع فيديو). اترك تعليقًا أدناه!

    ملخص الدرس

    • الهدف من العلم هو فهم العالم الطبيعي من خلال الدراسة المنهجية. تستند المعرفة العلمية على الأدلة والمنطق.
    • يكتسب العلماء المعرفة من خلال التحقيقات العلمية. الاستقصاء العلمي هو خطة لطرح الأسئلة واختبار الإجابات الممكنة.
    • يستخدم العلماء التجارب لاختبار الفرضيات في ظل ظروف خاضعة للرقابة. غالبًا ما تُجرى التجارب في المختبر.
    • تشمل الأنواع الأخرى من التحقيقات العلمية الدراسات الطبيعية والنمذجة. يمكن استخدامها عندما يكون من الصعب القيام بالتجارب.
    • النظريات العلمية هي تفسيرات واسعة مقبولة على نطاق واسع على أنها صحيحة. هذا لأنهم مدعومون بقدر كبير من الأدلة.

    أسئلة مراجعة الدرس

    اعد الاتصال

    1. ما هو العلم؟ ما هو هدف العلم؟

    2. الخطوط العريضة لخطوات التحقيق العلمي.

    3. ما هي الفرضية العلمية؟ ما هي الخصائص التي يجب أن تكون الفرضية مفيدة في العلم؟

    4. أعط مثالاً على سؤال علمي يمكن التحقيق فيه من خلال تجربة. ثم أعط مثالاً عن سؤال علمي لا يمكن بحثه بهذه الطريقة.

    5. ما هي ميزة جمع الأدلة في بيئة طبيعية بدلاً من المختبر؟

    تطبيق المفاهيم

    6. حدد المتغيرات المستقلة والتابعة في التجربة التالية:

    قامت عالمة بزراعة بكتيريا على مادة هلامية في مختبرها. أرادت معرفة ما إذا كانت البكتيريا ستنمو بشكل أسرع على الهلام أ أو الجل ب. وضعت القليل من البكتيريا على الجل أ وقليلًا على الجل ب. بعد 24 ساعة ، لاحظت عدد البكتيريا الموجودة في كل نوع من أنواع الهلام.

    فكر بشكل نقدي

    7. على النقيض من كيفية المصطلح نظرية يستخدم في العلوم واللغة اليومية.

    8. اشرح كيف يمكن أن تصبح الفرضية نظرية.

    النقاط التي يجب مراعاتها

    ستساعدك النقاط التي يجب مراعاتها في نهاية كل درس في هذا الكتاب على ربط ما تعلمته للتو بما سيأتي بعد ذلك. ستساعدك الأسئلة في إرشادك إلى الدرس أو الفصل التالي. قبل قراءة الدرس التالي من هذا الفصل ، ضع في اعتبارك النقاط التالية:

    • هل تتذكر الصورة الافتتاحية لخلايا الدم الحمراء والفيروسات الخضراء؟ خلايا الدم هي خلايا كائن حي. هل تعتقد أن الفيروسات كائنات حية؟ لما و لما لا؟
    • التجارب المعملية هي الطريقة الرئيسية لجمع الأدلة في بعض فروع العلوم. لماذا قد لا تكون التجارب المعملية هي أفضل طريقة لدراسة الكائنات الحية ، مثل الحيوانات البرية؟

    مهمة القراءة: اقرأ الفصل 1 من تطور علم الأحياء:

    © مؤسسة CK-12
    مؤسسة CK-12 مرخصة بموجب Creative Commons AttributionNonCommercial 3.0 Unported (CC BY-NC 3.0) "
    • شروط الاستخدام • الإسناد
    تم إجراء تغييرات / تعديلات على نص علم الأحياء الأصلي ck12 بواسطة Guest Hollow. لم يتم اعتماد التغييرات من قبل ck12 بأي شكل من الأشكال.


    1.1: المنهج العلمي - علم الأحياء

    الهدف 1.1: فهم الأنظمة والنظام والتنظيم

    8-9.ES.1.1.1 شرح المعنى العلمي للنظام والنظام والتنظيم.

    8-9.ES.1.1.2 تطبيق مفاهيم النظام والتنظيم على نظام معين.

    الهدف 1.2: فهم مفاهيم وعمليات الأدلة والنماذج والتفسيرات

    8-9.ES.1.2.1 استخدام الملاحظات والبيانات كدليل يمكن أن تستند إليه التفسيرات العلمية.

    8-9.ES.1.2.2 تطوير نماذج لشرح المفاهيم أو الأنظمة.

    8-9.ES.1.2.3 تطوير تفسيرات علمية مبنية على المعرفة والمنطق والتحليل.

    الهدف 1.3: فهم الثبات والتغيير والقياس

    8-9.ES.1.3.1 قياس التغييرات التي يمكن أن تحدث في الأنظمة وفيما بينها.

    8-9.ES.1.3.2 تحليل التغييرات التي يمكن أن تحدث في وبين الأنظمة.

    8-9.ES.1.3.3 القياس والحساب باستخدام النظام المتري.

    الهدف 1.6: فهم البحث العلمي وتطوير مهارات التفكير النقدي

    8-9.ES.1.6.1 تحديد الأسئلة والمفاهيم التي توجه البحث العلمي.

    8-9.ES.1.6.2 الاستفادة من مكونات حل المشكلات العلمية في التصميم ، والتنفيذ ،

    وإبلاغ نتائج التحقيقات.

    8-9.ES.1.3.3 القياس والحساب باستخدام النظام المتري.

    8-9.ES.1.6.7 شرح الفروق بين الملاحظات والفرضيات والنظريات.


    1.1: العلم والمنهج العلمي

    • بمساهمة مارتن ، نيري ، رينالدو ، وأمبير وودمان
    • أستاذ مساعد (فيزياء) بجامعة كوينز

    العلم هو عملية وصف العالم من حولنا. من المهم ملاحظة أن وصف العالم من حولنا يختلف عن وصف العالم من حولنا شرح العالم من حولنا. يهدف العلم إلى الإجابة على السؤال "كيف؟" وليس السؤال "لماذا". بينما نقوم بتطوير وصفنا للعالم المادي ، يجب أن تتذكر هذا التمييز المهم وتقاوم الرغبة في طرح السؤال "لماذا؟"

    الطريقة العلمية هي وصفة طبية للتوصل إلى وصف للعالم المادي يمكن لأي شخص تحديه وتحسينه من خلال إجراء التجارب. إذا توصلنا إلى وصف يمكن أن يصف العديد من الملاحظات ، أو نتيجة العديد من التجارب المختلفة ، فإننا عادة ما نطلق على هذا الوصف & ldquoScientific Theory & rdquo. يمكننا الحصول على نظرة ثاقبة للمنهج العلمي من خلال مثال بسيط.

    تخيل أننا نرغب في وصف المدة التي تستغرقها كرة التنس للوصول إلى الأرض بعد إطلاقها من ارتفاع معين. تتمثل إحدى طرق المضي قدمًا في وصف المدة التي تستغرقها كرة التنس في الهبوط بمقدار متر واحد ، ثم وصف المدة التي تستغرقها كرة التنس في الانخفاض بمقدار 2 متر ، وما إلى ذلك. يمكننا إنشاء طاولة عملاقة توضح المدة التي تستغرقها كرة تنس تسقط من أي ارتفاع معين. عندئذٍ يكون شخص ما قادرًا على إجراء تجربة لقياس المدة التي تستغرقها كرة التنس للانخفاض من متر واحد أو مترين ومعرفة ما إذا كان قياسه لا يتوافق مع القيم المجدولة. إذا جمعنا أوصافًا لجميع الارتفاعات الممكنة ، فسيكون لدينا بشكل فعال نظرية علمية صالحة وقابلة للاختبار تصف المدة التي يستغرقها سقوط كرات التنس من أي ارتفاع.

    لنفترض أن عالمة ناشئة ، دعها & rsquos تسميها Chlo & euml ، ثم أتت ولاحظت أن هناك نمطًا في النظرية يمكن وصفه بإيجاز وعموم أكثر من استخدام طاولة عملاقة. على وجه الخصوص ، افترض أنها لاحظت ، رياضياً ، أن الوقت ، (t ) ، الذي تستغرقه كرة التنس لإسقاط ارتفاع ، (ح ) ، يتناسب مع الجذر التربيعي للارتفاع: [ t propto sqrt]

    استخدم نظرية Chlo & euml & rsquos ( (t propto sqrt)) لتحديد المدة التي سيستغرقها كائن ما لإسقاطه بمقدار (2 ) م عن المدة التي يستغرقها إسقاطه بمقدار (1 ) م.

    عندما يكون لدينا قانون تناسب (بعلامة ( propto )) ، يمكننا دائمًا تغيير هذا إلى علامة مساوية عن طريق إدخال ثابت ، والذي سنسميه (k ):

    لنفترض أن (t_ <1> ) هو الوقت المناسب للسقوط مسافة (h_ <1> = 1 : text) ، و (t_ <2> ) هو الوقت المناسب للسقوط مسافة (h_ <2> = 2 : text). من حيث ثابتنا المجهول ، (ك ) ، لدينا:

    بأخذ النسبة ، ( frac>> ) ، سوف يلغي ثابتنا المجهول (ك ):

    ونجد أن الأمر سيستغرق ( sqrt <2> sim 1.41 ) مرات أطول للإسقاط بمقدار (2 ) م مما سيستغرقه (1 ) م.

    تعتبر نظرية Chlo & euml & rsquos & ldquo جذابة لأنها مقتضبة ، كما أنها تتيح لنا صنع تنبؤات يمكن التحقق منها. أي ، باستخدام هذه النظرية ، يمكننا أن نتنبأ بأن كرة التنس سوف تستغرق وقتًا أطول لتسقط من (2 ) م مما ستستغرقه من (1 ) م ، ثم تؤدي تجربة للتحقق من هذا التوقع. إذا كانت التجربة تتفق مع التنبؤ ، فإننا نستنتج أن نظرية Chlo & euml & rsquos تصف بشكل كاف نتيجة تلك التجربة المحددة. إذا كانت التجربة لا تتفق مع التنبؤ ، فإننا نستنتج أن النظرية ليست وصفًا مناسبًا لتلك التجربة ، ونحاول إيجاد نظرية جديدة.

    تعتبر نظرية Chlo & euml & rsquos جذابة أيضًا لأنها لا تصف كرات التنس فحسب ، بل تصف أيضًا الوقت الذي تستغرقه الأجسام الأخرى في السقوط. يمكن للعلماء بعد ذلك الشروع في اختبار نظريتها باستخدام مجموعة واسعة من الكائنات وإسقاط ارتفاعات لمعرفة ما إذا كانت تصف تلك التجارب أيضًا. حتمًا ، سوف يكتشفون المواقف التي تفشل فيها نظرية Chlo & euml & rsquos في وصف الوقت الذي يستغرقه سقوط الأشياء بشكل مناسب (هل يمكنك التفكير في مثال؟).

    سنقوم بعد ذلك بتطوير & ldquo Theory of Falling Objects & rdquo التي ستشمل نظرية Chlo & euml & rsquos التي تصف معظم الأجسام المتساقطة ، بالإضافة إلى مجموعة من الأوصاف لأوقات السقوط للحالات التي لم يتم وصفها بواسطة نظرية Chlo & euml & rsquos. من الناحية المثالية ، سنبحث عن نظرية جديدة تصف أيضًا الظواهر الجديدة التي لم تصفها نظرية Chlo & euml & rsquos بطريقة موجزة. بالطبع لا يوجد ضمان على الإطلاق لوجود مثل هذه النظرية ، إنها مجرد أمل متفائل للفيزيائيين في العثور على الوصف الأكثر عمومية وإيجازًا للعالم المادي. هذا فرق عام بين الفيزياء والعديد من العلوم الأخرى. في الفيزياء ، يحاول المرء دائمًا الوصول إلى نظرية موجزة (مثل المعادلة) يمكنها وصف العديد من الظواهر ، في حين أن العلوم الأخرى غالبًا ما تكون وصفية للغاية. على سبيل المثال ، لا توجد صيغة موجزة لكيفية ظهور الفراشات بدلاً من ذلك ، فهناك مجموعة ضخمة من الملاحظات لفراشات مختلفة.

    يوضح هذا المثال أن تطبيق المنهج العلمي هو عملية تكرارية. إن وصفة تطبيق المنهج العلمي بشكل فضفاض هي:

    1. تحديد ووصف عملية لم يتم وصفها حاليًا بواسطة نظرية.
    2. انظر إلى العمليات المماثلة لمعرفة ما إذا كان يمكن وصفها بطريقة مماثلة.
    3. قم بتحسين الوصف للوصول إلى & ldquo Theory & rdquo التي يمكن تعميمها لعمل تنبؤات.
    4. اختبار تنبؤات النظرية على العمليات الجديدة حتى فشل التنبؤ.
    5. تحسين النظرية.

    الفيزياء هي فرع من فروع العلم ( تسطير < qquad> ) سلوك الكون. عند القيام بالفيزياء ، نحاول الإجابة على سؤال ( تسطير < qquad> ) تعمل الأشياء بالطريقة التي تعمل بها.


    اختبار الفرضية

    يجب أن تكون الفرضية الصالحة قابلة للاختبار. يجب أيضًا أن يكون قابلاً للتزوير ، بمعنى أنه يمكن دحضه من خلال النتائج التجريبية. الأهم من ذلك أن العلم لا يدعي "إثبات" أي شيء لأن الفهم العلمي يخضع دائمًا للتعديل بمزيد من المعلومات. هذه الخطوة - الانفتاح على دحض الأفكار - هي ما يميز العلوم عن غير العلوم. وجود ما هو فوق الطبيعي ، على سبيل المثال ، ليس قابلاً للاختبار ولا يمكن تزويره. لاختبار الفرضية ، سيجري الباحث تجربة واحدة أو أكثر مصممة للتخلص من فرضية واحدة أو أكثر. سيكون لكل تجربة متغير واحد أو أكثر وعنصر تحكم واحد أو أكثر. المتغير هو أي جزء من التجربة يمكن أن يتغير أو يتغير أثناء التجربة. تحتوي المجموعة الضابطة على كل سمة من سمات المجموعة التجريبية باستثناء عدم إعطاء التلاعب المفترض حوله. لذلك ، إذا كانت نتائج المجموعة التجريبية تختلف عن المجموعة الضابطة ، فيجب أن يكون الاختلاف بسبب التلاعب المفترض ، وليس بعض العوامل الخارجية. ابحث عن المتغيرات والضوابط في الأمثلة التالية. لاختبار الفرضية الأولى ، سيكتشف الطالب ما إذا كان مكيف الهواء قيد التشغيل. إذا تم تشغيل التكييف ولكن لا يعمل فيجب أن يكون هناك سبب آخر ويجب رفض هذه الفرضية. لاختبار الفرضية الثانية ، يمكن للطالب التحقق مما إذا كانت الأضواء في الفصل تعمل أم لا. إذا كان الأمر كذلك ، فلا يوجد انقطاع في التيار الكهربائي ويجب رفض هذه الفرضية. يجب اختبار كل فرضية من خلال إجراء التجارب المناسبة. اعلم أن رفض إحدى الفرضيات لا يحدد ما إذا كان من الممكن قبول الفرضيات الأخرى أم لا ، فهو ببساطة يلغي فرضية واحدة غير صالحة (الشكل). باستخدام المنهج العلمي ، يتم رفض الفرضيات غير المتوافقة مع البيانات التجريبية.

    في حين أن مثال "الفصل الدراسي الدافئ" هذا مبني على نتائج الملاحظة ، فقد تحتوي الفرضيات والتجارب الأخرى على عناصر تحكم أكثر وضوحًا. على سبيل المثال ، قد تحضر طالبة الفصل يوم الاثنين وتدرك أنها واجهت صعوبة في التركيز على المحاضرة. قد تكون إحدى الملاحظات لشرح هذا الحدوث ، "عندما أتناول الإفطار قبل الفصل ، أكون أكثر قدرة على الانتباه." يمكن للطالب بعد ذلك تصميم تجربة مع عنصر تحكم لاختبار هذه الفرضية.

    في العلوم القائمة على الفرضيات ، يتم توقع نتائج محددة من فرضية عامة. هذا النوع من التفكير يسمى الاستنتاج الاستنتاجي: ينتقل الاستنتاج من العام إلى الخاص. لكن عكس العملية ممكن أيضًا: في بعض الأحيان ، يصل العلماء إلى استنتاج عام من عدد من الملاحظات المحددة. يُطلق على هذا النوع من التفكير الاستدلال الاستقرائي ، وهو ينطلق من الخاص إلى العام. غالبًا ما يستخدم التفكير الاستقرائي والاستنتاجي جنبًا إلى جنب لتعزيز المعرفة العلمية (الشكل).

    تتكون الطريقة العلمية من سلسلة من الخطوات المحددة جيدًا. إذا كانت الفرضية غير مدعومة بالبيانات التجريبية ، فيمكن اقتراح فرضية جديدة.

    في المثال أدناه ، يتم استخدام الطريقة العلمية لحل مشكلة يومية. اطلب خطوات المنهج العلمي (العناصر المرقمة) مع عملية حل المشكلة اليومية (العناصر المرقمة). بناء على نتائج التجربة هل الفرضية صحيحة؟ إذا كان غير صحيح ، اقترح بعض الفرضيات البديلة.

    1. الملاحظة
    2. سؤال
    3. فرضية (إجابة)
    4. تنبؤ
    5. تجربة
    6. نتيجة
    1. هناك عطل ما في مأخذ التيار الكهربائي.
    2. إذا حدث خطأ ما في المنفذ ، فلن يعمل صانع القهوة عند توصيله به.
    3. محمصة الخبز الخاصة بي لا تحمص الخبز.
    4. أقوم بتوصيل صانع القهوة الخاص بي في المنفذ.
    5. صانع القهوة الخاص بي يعمل.
    6. لماذا لا تعمل محمصة الخبز الخاصة بي؟

    يستخدم العلماء نوعين من التفكير ، الاستدلال الاستقرائي والاستنتاجي ، لتعزيز المعرفة العلمية. كما هو الحال في هذا المثال ، فإن الاستنتاج من الاستدلال الاستقرائي يمكن أن يصبح غالبًا مقدمة للاستدلال الاستقرائي.

    قرر ما إذا كان كل مما يلي مثالاً على الاستدلال الاستقرائي أو الاستنتاجي.

    1. جميع الطيور والحشرات الطائرة لها أجنحة. ترفرف الطيور والحشرات بأجنحتها أثناء تحركها في الهواء. لذلك ، فإن الأجنحة تمكن من الطيران.
    2. تعيش الحشرات بشكل عام في فصول الشتاء المعتدلة بشكل أفضل من تلك القاسية. لذلك ، ستصبح الآفات الحشرية أكثر إشكالية إذا ارتفعت درجات الحرارة العالمية.
    3. تنفصل الكروموسومات ، حاملة الحمض النووي ، إلى خلايا ابنة أثناء انقسام الخلية. لذلك ، الحمض النووي هو المادة الجينية.
    4. الحيوانات المتنوعة مثل البشر والحشرات والذئاب تظهر جميعها سلوكًا اجتماعيًا. لذلك ، يجب أن يتمتع السلوك الاجتماعي بميزة تطورية.

    قد تبدو الطريقة العلمية جامدة ومنظمة للغاية. من المهم أن تضع في اعتبارك أنه على الرغم من أن العلماء غالبًا ما يتبعون هذا التسلسل ، إلا أن هناك مرونة. في بعض الأحيان تؤدي التجربة إلى استنتاجات تفضل تغيير النهج في كثير من الأحيان ، تجلب التجربة أسئلة علمية جديدة تمامًا إلى اللغز. في كثير من الأحيان ، لا يعمل العلم بطريقة خطية بدلاً من ذلك ، يقوم العلماء باستمرار برسم الاستنتاجات وإجراء التعميمات ، وإيجاد الأنماط أثناء تقدم أبحاثهم. الاستدلال العلمي أكثر تعقيدًا مما تقترحه الطريقة العلمية وحدها. لاحظ أيضًا أنه يمكن تطبيق المنهج العلمي لحل المشكلات التي ليست بالضرورة علمية بطبيعتها.


    1.1: المنهج العلمي - علم الأحياء

    تعرف على طاولتك - 5 دقائق

    وزع كتب المختبر
    اشرح المهمة - ارسم اليرقة وقم بعمل 10 ملاحظات علمية جيدة

    الإحماء: ابحث عن مقعدك الجديد واكتب أسماء مجموعتك في كتاب المختبر الخاص بك.

    في مجموعات السبورة البيضاء أعلى 5 ملاحظات.

    شارك مع الفصل. ضع قائمة بالخصائص الجيدة للملاحظة العلمية.

    الإحماء: اشرح بكلماتك الخاصة ما هو كسوف الشمس في الواقع.

    ما الذي نحتاج إلى معرفته لحل "ما هو مؤشر PMI للجسم في الأراضي الرطبة؟
    تبادل الأفكار - السبورة

    باستخدام المفتاح ثنائي التفرع ، تعرف على كيفية تحديد اليرقة.

    اذهب للخارج وجمع البيانات والذباب.

    أعده وضعه في الفريزر.

    الإحماء: اكتب فرضية بناءً على بياناتك التي تم جمعها من الأيام الأربعة الماضية. ما هو الفرق بين الفرضية والنظرية؟

    قم بقياس اليرقات الفردية وأنشئ ورقة بيانات الفصل.

    استخدم المعلومات الموجودة على المكتب - مراجع يرقات مختلفة في مجلدات.

    شاهد جزء من - Dirty jobs، Bug Detective.

    اشرح كيف يمكن اعتبار حل اللغز علمًا.

    ناقش ما يجب أن تتضمنه المناقشة الجيدة. كيف ننقل هذا؟

    ناقش نموذج التقييم لكتابة الاستنتاج.

    انظر إلى جميع البيانات. اكتب مسودة أولية في الفصل.

    العامل الصحي: اكتب الاستنتاج - يوم الجمعة

    8/29
    الإحماء: استخدم جهاز كمبيوتر لتسجيل الدخول إلى Schoology. أكمل "تحميل صورة:
    رابط سكولوجي


    الفصل الأول: المنهج العلمي

    شكل 1. التفكير الاستنتاجي والاستقرائي في المنهج العلمي. يبدأ فهم العالم الطبيعي بالملاحظات. على اليسار) أثناء قيامنا بجمع الملاحظات عن العالم ، يمكننا البدء في عمل تنبؤات عامة (أو تصورات) فيما يتعلق بالظواهر. تُعرف هذه العملية بالاستدلال الاستقرائي ، مما يجعل التنبؤات العامة من ظواهر معينة. من هذه التصورات المعممة للواقع ، يمكن استنتاج تنبؤات محددة باستخدام المنطق ، وتوليد الفرضيات. الوسط) التجريب يسمح للباحثين باختبار تنبؤات الفرضيات. إذا تم تزوير الفرضية ، فهذه ملاحظة أخرى تضيف إلى تصورنا العام للواقع. صحيح) نظرًا لأن المزيد والمزيد من التجارب المتشابهة والمختلفة تعزز تنبؤًا محددًا ، يظهر دعم متزايد لتطوير نظرية علمية ، مثال آخر على الاستدلال الاستقرائي. في المقابل ، يمكن أن تساعد النظرية في تطوير فرضيات إضافية غير مختبرة باستخدام التفكير الاستنتاجي.

    ال طريقة علمية تم تطويره في القرن السابع عشر كطريقة للبحث لاكتساب معرفة جديدة أو تعديل فهمنا الحالي للظواهر الطبيعية من خلال عملية المراقبة والتجريب. التجريبية هو مبدأ أساسي في المنهج العلمي ، والذي يؤكد أن أفضل طريقة لتحقيق المعرفة الحقيقية من خلال التجربة الحسية. تسمح طريقة الاستقصاء هذه بتحليل النتائج القابلة للقياس من التجارب مع النتائج المتوقعة ، والتي تم إنشاؤها من خلال ملاحظات العالم الطبيعي. بينما تختلف تفاصيل المنهج العلمي بين التخصصات ، يتكون الإطار الأساسي من الملاحظات التي تؤدي إلى تطوير الفرضيات ، والتجريب ، والقياسات لاختبار الفرضيات ، وتحليل النتائج لدعم الفرضيات أو رفضها أو المساعدة في تعديلها.

    الشكل 2. الطريقة العلمية. ملاحظات العالم الطبيعي تؤدي إلى أسئلة. تولد الأسئلة العلمية فرضيات ، يمكن اختبار العديد منها من خلال التجربة المضبوطة. يسمح التجريب والتحليل بتزوير الفرضيات التي توفر معلومات (أو استنتاجات). تؤدي عملية التجريب العلمي إلى المزيد من الملاحظات والأسئلة.

    الاستدلال الاستنتاجي والاستقرائي

    العلم هو تفاعل بين التفكير الاستنتاجي والاستقرائي (الشكل 1). يعتمد التجريب بشكل أساسي على المنطق الاستنتاجي، الذي يبدأ بفهم عام للظاهرة ويفحص الاحتمالات (أو الفرضيات) المعروفة باستخدام قواعد المنطق لإزالة (أو استنتاج) الحقائق الزائفة للوصول إلى نتيجة محددة. قد يكون المثال البيولوجي: "كل البشر حيوانات. جميع الحيوانات حقيقية النواة. تحتوي جميع حقيقيات النوى على خلايا تحتوي على نواة. لذلك ، تمتلك كل الخلايا البشرية نواة." الاستدلال الاستقرائي هو مبدأ المنطق الذي يعاكس مباشرة التفكير الاستنتاجي. ظواهر معينة تستنتج تنبؤات عامة. في مثالنا السابق: "كل الخلايا البشرية لها نواة. كل حقيقيات النوى لها خلايا تحتوي على نواة. جميع الحيوانات حقيقيات النوى. لذلك ، كل البشر حيوانات." في حين أن العلم يعتمد بشكل أساسي على التفكير الاستنتاجي ، فإن الاستدلال الاستقرائي له مكانه. ملاحظات الطبيعة محددة في طبيعتها. عندما تتراكم ملاحظات ظاهرة معينة ، يبدأ الباحث في الظهور بفهم عام لهذه الظاهرة (الاستدلال الاستقرائي) ، والذي يؤدي بدوره إلى تطوير فرضيات محددة. بمجرد إنشاء الفرضيات ، ينتج عن التجريب نتائج لرفض الفرضيات الخاطئة ودعم الفرضيات غير المغشوشة. نظرًا لأن مجموعة الفرضيات غير المغلوطة تقرب الباحثين أكثر فأكثر من "الحقيقة" ، يمكن استخدام الاستدلال الاستقرائي لتطوير نظرية علمية تشرح وتقدم تنبؤات دقيقة في مجموعة واسعة من الظروف.

    تطوير سؤال علمي

    تسمح ملاحظات الطبيعة للبشر بتوليد مجموعة متنوعة من الأسئلة (الاستدلال الاستقرائي) ، يمكن الإجابة على بعضها علميًا. السؤال العلمي هو: بسيط ، قابل للقياس ، قابل للاختبار ، قابل للإجابة ، ومحدد في النطاق. ربما تكون بساطة الأسئلة المطروحة من أعظم قوى العلم. يوفر اختبار الأسئلة البسيطة معرفة إضافية ، والتي تعتمد على بعضها البعض مما يسمح في النهاية بفهم أعظم وأكثر دقة للظواهر الطبيعية. عادةً ما يكون للأسئلة العلمية إجابات بنعم / لا ، سواء كان هناك تأثير أم لا. عادةً ما تكون أفضل التجارب الناشئة عن علمية محددة تمامًا في نطاقها: "هل x لانى ذ؟ "التجربة المضبوطة هي المعيار الذهبي للطريقة العلمية ، حيث يتم تغيير متغير واحد ويتم قياس التأثير. ومع فهم تأثيرات المتغيرات الفردية ، يسعى العلماء إلى فهم تفاعلات أكثر تعقيدًا. ومع ذلك ، فإن زيادة التعقيد تزيد من عدم اليقين ، ويقلل عادة من القدرة التنبؤية.عندما تصبح تفاعلات ظاهرة علمية معقدة مفهومة بشكل أفضل من خلال تحليل العديد من الأسئلة ذات الصلة ، ولكنها أبسط ، قد تظهر نظرية علمية.

    الفرضية: أكثر من مجرد تخمين متعلم

    أ فرضية هو تفسير قابل للاختبار لظاهرة يمكن ملاحظتها. يتم إنشاء الفرضيات بناءً على الملاحظات السابقة للطبيعة التي لا يمكن تفسيرها من خلال الفرضيات أو النظريات الموجودة ، ويجب أن تكون قابلة للاختبار وقابلة للتخطي. الغرض من اختبار الفرضيات عن طريق التجريب ليس إثبات الفرضية ، ولكن دحض الفرضيات غير الدقيقة.

    تسمح التجربة وتحليل البيانات للعلماء بتحديد ما إذا كانت الفرضية هي تفسير محتمل لظاهرة طبيعية أم لا. بهذه الطريقة ، يكشف العلم حقيقة الطبيعة عن طريق إزالة الفرضيات المزيفة. بعبارة أخرى ، يكشف العلم عن "الطبيعة" بإزالة ما هو "ليس بالطبيعة". يجب أن يكون اختبار الفرضية يمكن ملاحظتها و قابل للتكرار. بهذه الطريقة ، قد يقوم البحث المستقل بإعادة النظر في الفرضيات وإعادة اختبارها. قد يتم دعم الفرضيات في تجربة واحدة ، ولكن يتم رفضها في تجارب منفصلة. عندما يحدث هذا ، قد يلزم إجراء المزيد من التكرار التجريبي لتحليل صحة الفرضية.

    الشكل 3. لاغية و لبديل الفرضيات. تختبر كل تجربة عدة فرضيات في وقت واحد. في تجربة لتحليل التأثيرات بين ظاهرتين ، فإن الفرضية الصفرية لا يوجد فرق بين هاتين الظاهرتين. تنص فرضية بديلة على وجود فرق بين الظواهر. ستشمل الفرضيات البديلة المختلفة (1) x لا يساوي ذ, (2) x أكبر من ذو (3) x اقل من ذ.

    تختبر كل تجربة فرضيات متعددة في وقت واحد (شكل 3). أ فرضية العدم (H0) تنص على أنه لا توجد علاقة بين ظاهرتين. مثال على فرضية العدم هو ، "H0: لن تكون هناك علاقة بين معدلات التفاعل الكيميائي." إذا تم رفض النموذج الفارغ ، فهذا يشير إلى وجود علاقة محتملة بين هذه الظاهرة. في هذه الحالة ، واحد أو أكثر فرضيات بديلة يمكن اقتراح (HA) لشرح العلاقة بين الظواهر المقاسة. فرضيتان بديلتان للفرضية الصفرية المقترحة هما: "HA1: مع ارتفاع درجة الحرارة ، تنخفض معدلات التفاعل الكيميائي". و "HA2: مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد معدلات التفاعل الكيميائي." في هذا المثال ، تستنتج الفرضيات البديلة أن درجة الحرارة تسبب تغيرًا في معدلات التفاعل الكيميائي. في حين أن هذا قد يكون صحيحًا ، يجب على العالم أن يكون حريصًا على فصل الارتباط عن السببية.

    الارتباط ليس سببية أم هو كذلك؟

    السببية البحتة يدل علي x الأسباب ذ. في مثالنا ، سيكون الاستدلال على السببية البحتة ، "يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى زيادة معدلات التفاعل الكيميائي. "هذه العبارة صحيحة عادةً في الكيمياء. تسخين المحلول يسمح للتفاعل الكيميائي أن يحدث بسرعة أكبر. عادةً ما يتم الاستدلال على السببية البحتة في العديد من الدراسات العلمية ، ومع ذلك يجب على العالم دائمًا النظر في العديد من الآليات المختلفة التي يرتبط بها متغيرين.

    الشكل 4. العلاقات الممكنة بين الظواهر المترابطة. السببية المباشرة: x الأسباب ذ. عكسي السببية: ذ الأسباب x. السببية المشتركة: ض يؤثر على كليهما x و ذ. السببية الدورية: x يؤثر ذ، و ذ يؤثر x. السببية غير المباشرة: x يؤثر ذ ، ولكن بشكل غير مباشر من خلال متغير آخر ، ض. صدفة: x و ذ مرتبطة ببعضها البعض ، ولكن لا توجد علاقات سببية معروفة.

    نقيض السببية البحتة ، والمعروفة باسم عكسي السببية، حيث يوجد الارتباط بسبب ذ الأسباب x. سيكون استنتاج السببية العكسية في مثالنا ، "وتؤدي معدلات التفاعل الكيميائي المرتفعة إلى زيادة درجة الحرارة ". إذا كنت قد استخدمت تدفئة اليد ، تلك الأكياس البلاستيكية الصغيرة التي تفتحها وتتولد الحرارة ، فقد عانيت من تأثير التفاعلات الكيميائية التي تولد الحرارة.

    الاحتمال الثالث هو السببية المشتركة، أين x و ذ كلاهما يتأثر بمتغير ثالث. والمثال الكلاسيكي هو أن مبيعات الآيس كريم ووفيات الغرق يرتبطان ارتباطًا إيجابيًا. نعلم أن مبيعات الآيس كريم لا تسبب الغرق. بل هناك متغير ثالث (درجة الحرارة) يرتبط ارتباطًا إيجابيًا بكلا المتغيرين: الآيس كريم والغرق.

    السببية الدورية يحدث عندما يكون هناك تغذية مرتدة بين المتغيرات قيد الدراسة. المثال البيولوجي الكلاسيكي هو أن أعداد الحيوانات المفترسة والفريسة تعتمد على بعضها البعض. إذا زادت الحيوانات المفترسة ، تقل الفريسة. إذا زادت الفريسة ، تزداد الحيوانات المفترسة. إذا انخفضت الفريسة ، تنخفض الفريسة. غالبًا ما يكون تفكيك هذه العلاقات صعبًا للغاية.

    السببية غير المباشرة يحدث متى x يرتبط ب ذ ، لكن التأثير على ذ يتأثر بشكل مباشر بمتغير آخر ، ض، والذي يتأثر بدوره بـ x. السببية غير المباشرة شائعة جدًا في بيئة المجتمع. لنفترض أن هناك باحثًا قلقًا بشأن حيوان مفترس على قائمة الأنواع المهددة بالانقراض. يعتبر النظر في عدد الفرائس فقط في غاية التبسيط من نهج لنمذجة السكان المفترسات بشكل مناسب. عند إعادة النظر في العلاقة بين المفترس والفريسة ، ضع في اعتبارك متغيرًا ثالثًا: الكتلة الحيوية للنبات. ترتبط وفرة الفرائس بوفرة النباتات. لذلك ، وفرة المفترس (ذ) يمكن التنبؤ بها عن طريق حساب الكتلة الحيوية للنبات (x) ، مما يؤثر بشكل مباشر على وفرة الفرائس (ض). بمعنى آخر ، تؤثر الكتلة الحيوية للنبات بشكل مباشر على وفرة الفرائس ، مما يؤثر بشكل مباشر على وفرة الحيوانات المفترسة. ترتبط وفرة المفترس بشكل غير مباشر بالكتلة الحيوية للنبات.

    الشكل 5. الارتباط بين معدلات التوحد ومبيعات الأغذية العضوية. هذه المتغيرات مترابطة بشكل كبير ، ولكن من الواضح أن مبيعات الأغذية العضوية ليست مسؤولة عن زيادة معدلات التوحد.

    من حين لآخر ، يتم ربط متغيرين ببساطة بواسطة صدفة. في أي مقارنة إحصائية عشوائية معينة ، سوف ترتبط المتغيرات مع بعضها البعض بنسبة 5٪ من الوقت عندما يكون فاصل الثقة عند 95٪. هذا هو السبب الرئيسي وراء أهمية تكرار التجارب. في حين أنه ليس من غير المألوف العثور على ارتباطات بين المتغيرات العشوائية ، فإن التحقيقات الإضافية ستكون قادرة على فحص صحة الارتباط الفعلي. إذا أظهرت العديد من التجارب وجود ارتباط بين المتغيرات غير المرغوبة ، يظهر دليل على وجود علاقة حقيقية. على سبيل المثال ، ترتبط زيادة معدلات التوحد في الولايات المتحدة ارتباطًا إيجابيًا بمبيعات الأغذية العضوية. من الواضح أنه لا يوجد سبب للغذاء العضوي لمرض التوحد. على الأرجح ، تم تحسين الكشف عن التوحد في نفس الوقت مع زيادة رغبة الناس في تناول الطعام العضوي. إنها محض صدفة.

    ثبت أن إثبات العلاقة السببية يمثل تحديًا أكبر بكثير من قياس الارتباط. لقد كتب الكثير عن موضوع السببية من فلاسفة اليونان القديمة إلى علماء الفيزياء المعاصرين الذين يدرسون تأثير الفراشة ، وهو نظام تغذية مرتدة غير خطي حيث يمكن أن تؤدي أصغر التغييرات في المدخلات إلى تغييرات جذرية في المخرجات. يقترح العديد من الفلاسفة والإحصائيين وحتى العلماء أنه من المستحيل القيام بذلك إثبات سببية أي تأثير. يمكننا فقط المخاطر علاقة. في حين أن هذا صحيح ، فإن التجربة المصممة جيدًا تسعى إلى تقليل عدم اليقين هذا.

    تجربة جيدة التصميم

    الغرض من تجربة هو توفير نظرة ثاقبة للسببية من خلال معالجة متغير تجريبي (أو متغيرات) ، من أجل التحقق من صحة الفرضيات المتنافسة أو رفضها. بينما يختلف نطاق وحجم التجارب اختلافًا كبيرًا في العلوم ، فإن التجارب العلمية جيدة التصميم لها خصائص معينة:

    1. يجب أن تكون التجربة قابلة للتكرار. لا يمكن التحقق من تجربة غير قابلة للتكرار ، وبالتالي فهي مجرد ملاحظة. يوفر الاكتشاف التجريبي القابل للتكرار دقة عالية بين النتائج المتوقعة والملاحظة ، والتي بدورها تدعم الإجماع على التأثير.
    2. تجربة تحتوي على العديد من التكرارات. إن إجراء ملاحظة واحدة لظاهرة ليس تجربة ، بل ملاحظة. يتم إجراء اختبار الفرضية باستخدام الإحصائيات ، الأمر الذي يتطلب تكرارات. التكرار هو تكرار حالة تجريبية على مواضيع مختلفة (أو وحدات ، بشكل عام) ، من أجل قياس التباين داخل المجموعات التي تم فحصها وتفسيرها. علاوة على ذلك ، تفترض الإحصائيات أن التكرارات تمثل السكان محل الدراسة ، ويفضل أن يتم اختيارها عشوائيًا.
    3. تفرض التجربة العلاج وتقدير التأثير. علاج (يسمى أيضًا متغير تجريبي) هو المتغير الذي يغيره العلماء في التجربة. على سبيل المثال ، إذا كانت إحدى الدراسات تقارن تأثير استهلاك السكر على درجات الاختبار ، فسيكون المتغير التجريبي هو السكر. هو مكون التجربة الذي سيختلف بين المجموعات. يتم تعيين النسخ المتماثلة لمجموعة تحكم ومجموعة تجريبية واحدة أو أكثر ، ويتم تقييم تأثير العلاج. ال مجموعة التحكم هي مجموعة فرعية عشوائية من الموضوعات (أو الوحدات) التي سيتم فحصها والتي إما لا تتلقى العلاج أو تتلقى العلاج القياسي. في مثالنا أعلاه ، قد لا يكون من المستحسن أن لا تتلقى مجموعة من الطلاب أي سكر. في هذه الحالة ، سيحصلون على الحد الأدنى من الجرعة اللازمة. ان المجموعة التجريبية (أو علاج او معاملةمجموعة) يتلقى العلاج التجريبي. قد يكون هناك عادة عدة مجموعات تجريبية ، كل منها تتلقى كميات متفاوتة من العلاج ، من أجل تقييم تأثير العلاج على مستويات مختلفة. توفر مجموعات التحكم خطًا أساسيًا لمقارنة التغيير في المجموعات التجريبية بناءً على تأثير العلاج.
    4. من الناحية المثالية ، تظل جميع المتغيرات في التجربة ثابتة باستثناء المعالجة. في حين أن هذا ليس ممكنًا دائمًا ، فهو المعيار الذهبي للتصميم التجريبي. إذا تم العثور على تأثير العلاج في ظل هذه الظروف ، يتم إعطاء وزن أكبر بكثير تجاه السببية المباشرة للعلاج.

    أنواع التجارب

    من الناحية المثالية ، يقوم العلماء بإجراء أ التجربة التي تسيطر عليها، حيث يتم إنشاء مجموعتين (أو أكثر) (أو عينات) ، وتتلقى نفس المعاملة تمامًا باستثناء تغيير متغير واحد ، متغير تجريبي. عادةً لن يكون لدى إحدى المجموعات ، المعروفة باسم المجموعة الضابطة ، المتغير التجريبي (أو تتلقى ملف الوهمي - مادة معروف أنها ليس لها تأثير). تُعرف المجموعة التي تتلقى المتغير التجريبي باسم المجموعة التجريبية. يتم إنشاء أكثر من مجموعة تجريبية عندما يرغب أحد العلماء في تحديد نطاق تأثيرات المتغير التجريبي بتركيزات مختلفة. من خلال تقييد جميع المعلمات في المجموعة (المجموعات) الضابطة والتجريبية ، ولكن فقط تغيير معلمة واحدة ( متغير تجريبي) ، يمكن استنتاج أي تباين مُقاس بين المجموعات على أنه دالة للمتغير التجريبي.

    تجارب الأدوية هي أمثلة كلاسيكية لتجربة خاضعة للرقابة. مجموعة المواضيع تلقي الدواء ضمن مجموعة تجريبية. عادة ، يتم إعطاء جرعات مختلفة من الدواء لمجموعات تجريبية مختلفة. الأشخاص الذين لا يتلقون الدواء يمثلون المجموعة الضابطة.عادةً ، يتلقى الأشخاص ضمن المجموعة الضابطة علاجًا وهميًا أو علاجًا محاكى أو غير فعال. عادة ما يتم تشغيل تجارب الأدوية كملف أعمى التجارب التي لا يدرك فيها المكررون ما إذا كانوا يتلقون العلاج الفعلي (الدواء) أو العلاج الوهمي. في دراسة مزدوجة التعمية ، يتم إبقاء المجربين في الظلام أيضًا ، من أجل تقليل تحيز الباحث. ومن المثير للاهتمام ، أن العديد من الأشخاص ضمن المجموعة الضابطة في دراسة مزدوجة التعمية لتجارب الأدوية يحققون استجابة قابلة للقياس (سواء كانت إيجابية أو سلبية) من الدواء الوهمي ، المعروف باسم تأثير الدواء الوهمي. لقياس تأثير الدواء الوهمي ، قامت مجموعة تحكم إضافية (تُعرف باسم أ شمال شرقالسيطرة على الموطن) ، حيث لا يتلقون أي علاج على الإطلاق. أ مراقبة إيجابية هو تأثير معروف من العلاج التجريبي ، يستخدم لتأكيد صحة القياسات المكتسبة. يجب أن يوفر التحكم السلبي دعمًا لفرضية العدم ، مما يشير إلى عدم وجود تأثير بين الظواهر المقاسة. في كثير من الأحيان ، يمكن أيضًا استخدام عناصر التحكم السلبية لإنشاء نتيجة أساسية ، أو لطرح قيمة خلفية من نتائج عينة الاختبار.

    الشكل 6. المتغيرات التابعة مقابل المتغيرات المستقلة. هذه أداة مفيدة لتحديد المتغيرات التابعة والمستقلة في التجربة. بمجرد تحديد المتغيرات في التجربة ، قم بتوصيلها بـ: ___ يعتمد ___. ستكون الكلمة الأولى هي المتغير التابع والأخيرة ستكون المتغير المستقل. المتغيرات التابعة هي المتغيرات التي تم التلاعب بها (أو المدخلات) ضمن تجربة مضبوطة ، في حين أن المتغير المستقل هو التأثير المتوقع (أو الناتج).

    في تجربة مضبوطة ، المتغير الذي يتم فيه معالجة المدخلات بشكل هادف هو متغير مستقل، في حين أن المتغير المتوقع أن يتغير (الناتج) بناءً على وجود أو وفرة العلاج التجريبي هو المتغير التابع. تُعرف المتغيرات التي يتم الاحتفاظ بها ثابتة لمجموعات التحكم والمجموعات التجريبية باسم متغير التحكم. على سبيل المثال ، في دراسة تقيس تأثير وفرة الأرانب في وجود أو عدم وجود الذئاب ، سيكون المتغير المستقل هو وجود الذئاب أو عدم وجودها. في هذا المثال ، يكون التأثير المقاس (أو المتغير التابع) هو وفرة مجتمع الأرانب. يكافح العديد من الطلاب للتمييز بين المتغيرات المستقلة والتابعة. أسهل طريقة هي إكمال العبارة (الشكل 6) ، "___ يعتمد على ___." في مثالنا ، "تعتمد وفرة الأرانب على وجود الذئاب أو عدم وجودها". إذا أكملت الجملة وكان ذلك منطقيًا ، فإن الأول هو متغير تابع بينما الأخير هو المتغير المستقل. هناك طريقة أخرى للتفكير في الأمر وهي ما هو المتغير الذي تتحكم فيه (المتغير المستقل) وأي متغير تتوقع استجابة من الإدخال (المتغير التابع).

    تكون التجربة المضبوطة أحيانًا باهظة إلى مستحيلة. ضع في اعتبارك باحثًا يحلل تأثير هطول الأمطار على تنوع الطيور في الجزر الاستوائية. لا يمكن التحكم في هطول الأمطار على نطاق واسع كما هو مطلوب في تجربة خاضعة للرقابة ، مما يؤدي بالباحث إلى استخدام أ تجربة طبيعية. تعتبر التجارب الطبيعية شبه تجارب ، حيث أن التلاعب بالمتغيرات خارج عن سيطرة الباحث. في تجربة طبيعية ، يعتمد الباحثون على ملاحظات مكررات تعرضت لمجموعة متنوعة من الظروف التجريبية والضابطة ، ويستنتجون تأثيرًا. يسعى التصميم التجريبي للتجارب الطبيعية إلى اختيار التكرارات التي تشبه بعضها البعض إلى حد كبير قدر الإمكان ، ولكنها تختلف في عامل واحد بشكل مفضل. في مثالنا ، سيختار الباحث جزرًا استوائية لها نفس الحجم والبنية والتركيب تقريبًا قدر الإمكان ، ولكن من المعروف أنها تختلف في كميات هطول الأمطار. من خلال الاختيار الدقيق للتكرارات ، يمكن تحليل تأثيرات المتغير المستقل (أي هطول الأمطار) على المتغير التابع (أي تنوع الطيور). من الواضح أنه من المستحيل اختيار جزر متطابقة تمامًا من جميع النواحي. سيكون هناك دائمًا تباين في حجم الجزيرة ، والمسافة من الجزر الأخرى ، والتنوع النباتي ، والتضاريس ، والعديد من العوامل الأخرى. غالبًا ما يتم تضمين المتغيرات المعروفة أيضًا في نموذج إحصائي أكثر تعقيدًا لتحديد كيفية تفاعل كل هذه العوامل. ومع ذلك ، مع زيادة تعقيد هذه النماذج ، تتضاءل قوتها التنبؤية بشكل كبير. يعد تحديد السببية من الارتباط من التجارب الطبيعية أمرًا صعبًا في أحسن الأحوال.

    الشكل 7. الارتباط بين متوسط ​​درجة الحرارة العالمية وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. تحليل الاحتباس الحراري هو تجربة طبيعية. في حين أن ثاني أكسيد الكربون ودرجات الحرارة العالمية مترابطان بشكل كبير ، وهما يتزايدان منذ منتصف القرن التاسع عشر ، فإن التجارب الخاضعة للرقابة الإضافية مفيدة في دعم قضية السببية.

    ربما يكون أكبر جدل علمي في العصر الحديث هو تغير المناخ. الأرض آخذة في الاحترار ، حقيقة لا جدال فيها. كان سبب الاحتباس الحراري مصدر نقاش مثير للجدل بين العلماء والسياسيين لعقود. يرجع أصل هذا الجدل إلى حقيقة أن تحليل العوامل المسببة للاحتباس الحراري على نطاق عالمي يتم إجراؤه كتجربة طبيعية أو نموذج رياضي ، حيث لا يوجد لدينا العديد من الكواكب الشبيهة بالأرض للتحكم فيها. مع ذلك ، لا توجد حاليًا أي منظمة علمية وطنية أو دولية تعارض الفرضية القائلة بأن الاحتباس الحراري هو من صنع الإنسان. علاوة على ذلك ، يتفق جميع العلماء تقريبًا على أن غازات الاحتباس الحراري هي الجاني. منذ ولادة الثورة الصناعية ، أطلق البشر غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي بمعدلات متزايدة. يرتبط متوسط ​​درجة الحرارة العالمية ارتباطًا وثيقًا بثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (الشكل 7). في ظاهرها ، هذه مجرد ملاحظة ، لا تعني السببية. يمكن أن تساعد التجارب المحكومة على نطاق أصغر الباحثين على تحديد السببية. على سبيل المثال ، يمكن أن يتعرض التصميم التجريبي الذي يتضمن مجموعات من "الغلاف الجوي" المكرر في حاويات محكمة الغلق بكميات متفاوتة من ثاني أكسيد الكربون لنفس الكمية من الطاقة الضوئية. يمكن أن يعزى أي تباين في درجات الحرارة بين التكرارات إلى وفرة ثاني أكسيد الكربون. بهذه الطريقة ، تعمل التجارب الطبيعية كدراسات قائمة على الملاحظة حيث يمكن إنشاء فرضيات على نطاق أوسع من خلال الاستدلال الاستقرائي. تختبر التجارب المحكومة على نطاق أصغر هذه الافتراضات باستخدام التفكير الاستنتاجي والتجريب المضبوط واختبار الفرضيات. إذا كانت ملاحظات هذه الأساليب المختلفة منصفة ، فهناك دعم أقوى للتأثير السببي.

    الشكل 8. الإحصاء الوصفي يصف الاتجاه المركزي وتنوع البيانات. المتوسط ​​(μ) ، هو مقياس متوسط ​​القيمة العددية الملحوظة لمجتمع البيانات ، في حين أن الانحراف المعياري (σ) هو مقياس للتغير في مجموعة من البيانات. إذا تم توزيع البيانات بشكل طبيعي ، فإن الانحراف الأول يمثل 68٪ من الملاحظات ، بينما يمثل الانحرافان الثاني والثالث 95٪ و 99.7٪ من الملاحظات.

    تحليل البيانات

    الإحصاء الوصفي يحدد الملاحظات

    الإحصاء الوصفي تلخيص جانبين فيما يتعلق بتوزيع البيانات: النزعة المركزية و تقلبية (الشكل 8). الاتجاه المركزي هو مقياس للقيمة المركزية (أو الأكثر شيوعًا) للتوزيع. ال يقصد من البيانات المرصودة ، والمعروفة باسم متوسط ​​العينة (x̅) ، يمثل المتوسط ​​الرياضي للبيانات ويتم حسابه على أنه مجموع الملاحظات (Σx) مقسومًا على عدد الملاحظات ، والمعروف باسم حجم العينة (ن): x̅ = x / n. حيث يكون المتوسط ​​هو الوسط المحسوب للبيانات ، فإن الوسيط يمثل القيمة المرصودة للوسط. على سبيل المثال ، في مجموعة البيانات [1 ، 2 ، 3 ، 6 ، 7 ، 7 ، 9] ، الوسيط هو 6 ، الرقم الأوسط في الملاحظات المرتبة. إذا كان هناك عدد زوجي من الملاحظات ، يتم حساب متوسط ​​الملاحظتين في المنتصف. من حين لآخر يهتم الباحث بالقيمة الأكثر شيوعًا ، أو الوضع، بدلا من تقدير الوسط. في مجموعة البيانات السابقة ، يكون الوضع هو 7. تحليل توزيع البيانات ضروري لتحديد المقياس المناسب للاتجاه المركزي. يتم استخدام المتوسط ​​عادةً عندما يكون هناك حجم عينة كبير وقليل من القيم المتطرفة (ملاحظات متطرفة). يفترض اختبار الفرضية للوسائل عادة أ التوزيع الطبيعي من البيانات ، والمعروف باسم منحنى شكل الجرس ، حيث يتم إجراء معظم الملاحظات حول القيمة المركزية وتصبح أقل تواتراً بشكل متزايد من المركز. عندما لا يتم توزيع البيانات بشكل طبيعي ، يعتبر الوسيط تمثيلًا أفضل للقيمة النموذجية. على سبيل المثال ، عادةً ما تفحص تحليلات الدخل الوسيط ، حيث يكون الدخل عادةً منحرفًا بسبب وجود قيم دخل عالية ومنخفضة للغاية.

    الشكل 9. تصور لكيفية حساب الانحراف المعياري (σ). الانحراف المعياري (σ) هو مقياس تراكمي لانحرافات القيم المرصودة (xi) ومتوسط ​​العينة (x̅). لحساب الانحراف المعياري ، خذ الجذر التربيعي (√) لمجموع (∑) من الانحرافات التربيعية لمتوسط ​​العينة (x̅) من القيمة المرصودة (xأنا) مقسومًا على حجم العينة مطروحًا منه واحدًا (ن-1).

    تقلب هو انحراف مُقاس للبيانات عن الاتجاه المركزي ، ويتم حسابه أيضًا بعدة طرق. المقياس الأكثر شيوعًا للتباين هو الانحراف المعياري (σ). يشير الانحراف المعياري المنخفض إلى اختلاف بسيط في البيانات عن المتوسط ​​، حيث يشير الانحراف المعياري العالي إلى انتشار البيانات عبر نطاق كبير من القيم. يشيع استخدام الانحراف المعياري كمقياس لـ الثقة الإحصائية. يشير الانحراف المعياري المنخفض إلى ثقة عالية في أن العينة المقاسة تمثل المجتمع ككل. على سبيل المثال ، إذا قمت بقياس ارتفاع العديد من الأشخاص بشكل عشوائي ، فهل يمثل ذلك التباين في الارتفاع للجنس البشري بأكمله؟ الانحراف المعياري يتناسب عكسيا مع حجم العينة. توفر المزيد من قياسات الارتفاع انحرافًا معياريًا أصغر. من الناحية المثالية ، تحتوي التجارب العلمية على العديد من التكرارات لتقليل التأثير على الانحراف المعياري استنادًا إلى أحجام العينات الصغيرة. إذا كان الانحراف المعياري منخفضًا بشكل مقبول ، فهذا يخبرنا أن متوسط ​​العينة قريب جدًا من متوسط ​​المحتوى.

    الإحصائيات الوصفية مفيدة في تحديد الملاحظات النموذجية واكتشاف الملاحظات المتطرفة. على سبيل المثال ، يبلغ متوسط ​​ارتفاع الرجال البالغين 178 سم مع انحراف معياري (σ) يبلغ 8 سم. يشير تفسير المتوسط ​​إلى جانب الانحراف المعياري إلى أن معظم الرجال البالغين (68٪) سيكون طولهم 178 ± 8 سم ، بين 170 و 186 سم. يمثل انحرافان معياريان (2σ) 95٪ من التباين ، والمعروف أيضًا باسم مجال الثقة 95٪. لذا فإن 95٪ من الرجال البالغين يتراوح طولهم بين 178 ± 16 سم ، أو 95٪ فاصل الثقة لارتفاع الذكور البالغين ما بين 162 سم ​​و 194 سم. تمثل ثلاثة انحرافات معيارية (3σ) 99.7٪ من التباين في البيانات. تقريبا جميع الرجال البالغين (99.7٪ على وجه الدقة) من المتوقع أن يكون بين 146 سم و 202 سم.

    اختبار فرضيات الإحصاء الاستدلالي

    بينما يصف الإحصاء الوصفي طبيعة الملاحظات التي تم أخذ عينات منها ، إحصائيات استنتاجية استنتاج تنبؤات العدد الأكبر من السكان التي تعتمد عليها العينة. تنتج التجارب البيانات ، والتي تُستخدم بدورها لإجراء اختبار الفرضيات لتحديد احتمالية الفرضيات المتنافسة. اختبار الفرضيات هو استنتاج إحصائي يقيس العلاقات بين المجموعة الضابطة والمجموعات التجريبية. تتم مقارنة تنبؤات كل فرضية بالظواهر المرصودة ويتم فحصها عادةً بالتحليل الإحصائي. إذا كانت الظواهر المرصودة تنتهك تنبؤات الفرضية ، يُقال أن الفرضية كذلك مرفوض. إذا لم تنتهك الملاحظات تنبؤات الفرضية ، يُقال أن الفرضية كذلك أيد. في هذه الحالة ، يفضل بعض العلماء مصطلح "فشل الرفض" بدلاً من دعم الفرضية. السبب وراء ذلك هو أنه على الرغم من دعم فرضية في تجربة واحدة ، يمكن إبطالها في مزيد من التحقيقات. الوظيفة الرئيسية للتجريب هي تزوير الفرضيات (أو دحض الفرضيات) ، وعدم إثبات الفرضيات. بهذه الطريقة ، لا يكشف العلماء عن الطبيعة ، بل يكشفون الطبيعة بالكشف عن "ليس الطبيعة". إذا لم يتم العثور على فرق بين المجموعات ، يتم دعم النموذج الفارغ مما يشير إلى عدم وجود علاقة بين المجموعات ، وبالتالي لا يوجد تأثير للعلاج التجريبي. إذا كشف اختبار الفرضية عن وجود اختلاف بين مجموعات البيانات ، فإن هذا يشير إلى أن المعالجة التجريبية قد أحدثت بعض التأثير على المتغير التابع ، مما يدعم إحدى الفرضيات البديلة. يتم إجراء تحليل إضافي لتحديد التأثير ، والذي يمكن استخدامه لعمل تنبؤات للتجارب المستقبلية.

    لاختبار الفرضيات المتنافسة ، يجب على الباحث تحديد اختبار إحصائي مناسب للتصميم التجريبي. هناك العديد من الاختبارات الإحصائية التي تختلف في افتراضاتها حول البيانات التي تتم مقارنتها. هل البيانات مستمرة (أي الوقت) أم قاطعة (أي ذكر ضد أنثى)؟ هل تقارن العلاقات بين المتغيرات التابعة (مثل وفرة الأرانب) والمتغيرات المستقلة (مثل وجود الذئاب أو عدم وجودها) ، أو تقارن المجموعات المختلفة (أي عدد الميداليات الأولمبية في البلدان المختلفة). هل البيانات موزعة بشكل طبيعي؟ هل توجد فروق متساوية بين المجموعات؟

    الشكل 10. شجرة القرار لاختبار الفرضيات باستخدام اختبار الطالب. تحدد القيمة p لاختبار t ما إذا كان هناك فرق كبير في متوسط ​​العينة بين المجموعة الضابطة والمجموعات التجريبية. إذا كانت p 0.05 ، فلا يوجد فرق إحصائي يدعم الفرضية الصفرية التي تشير إلى عدم وجود تأثير للمعالجة على المتغير التابع. إذا كان p & lt 0.05 ، يتم رفض فرضية العدم ، مما يشير إلى بعض تأثير المعاملة على المتغير التابع. إذا كان متوسط ​​العينة (x̅) للمجموعة الضابطة أكبر من متوسط ​​العينة للمجموعة التجريبية ، يتم دعم الفرضية البديلة التي تقترح العلاج يقلل المتغير التابع. بدلا من ذلك ، هل متوسط ​​المجموعة التجريبية أعلى ، استنتج أن المعاملة زادت المتغير التابع.

    بمجرد تحديد اختبار إحصائي مناسب ، تساعد الإحصائيات الوصفية الباحثين على تحديد الاختبار ذي الصلة اختبار الإحصائية (على سبيل المثال ، متوسط ​​أو متوسط ​​أو بعض مقاييس التباين بين المجموعات). تُستخدم القيم المرصودة لحساب إحصاء الاختبار ، والذي تتم مقارنته بعد ذلك بالقيم المتوقعة لإحصاء الاختبار في ظل الفرضية الصفرية ، عن طريق حساب ف القيمة. تسمح لنا القيمة p بتحديد ما إذا كانت إحصائيات الاختبار (مثل الوسائل) للعينتين تختلف "بشكل كبير". عندما تأخذ فصلًا في الإحصاء ، ستتعلم كيفية إنشاء هذه الإحصائية. لأغراضنا ، يكفي أن نكون قادرين على تفسير هذه الإحصائية دون حسابها. القيمة p هي الاحتمال (الذي يتراوح من صفر إلى واحد) ، والذي يشير إلى ما إذا كانت إحصائيات الاختبار المرصودة (مثل الوسائل) لعينتين من المحتمل أن تكون مختلفة وليست مجرد منتج للصدفة. في معظم الدراسات البيولوجية ، إذا كانت قيمة p أقل من 0.05 يمكننا القول أن هناك ، في الواقع ، فرق "إحصائي" بين المجموعتين. هذا قطع مصطنع إلى حد ما ، لكنه مقبول على نطاق واسع في مجال الدراسة هذا. كلما كانت قيمة p أصغر ، كلما كان الدليل أقوى ضد فرضية العدم والاحتمال الأكبر بأن إحصائيات الاختبار تختلف فعليًا ، وزيادة الدعم لإحدى الفرضيات البديلة.

    دعنا نرى مثالاً عن طريق اختبار الفرضية الصفرية:

    H0: لا يوجد فرق بين أوقات اكتمال المتاهة في الفئران التي تتلقى الماء والفئران التي تتلقى القهوة.

    في هذه التجربة ، سيتم اختيار الفئران ووضعها في مجموعتين: مجموعة أعطيت الماء والأخرى أعطيت القهوة. سيسمح للفئران بإكمال متاهة غير معروفة بمعالجة طعام في النهاية ، مع قياس الملاحظات بأوقات الإنجاز. لاختبار هذه الفرضية ، سنجري اختبار t غير مزدوج ، والذي يقارن بين وسائل مجموعتي بيانات غير مرتبطين بشكل مباشر. ليس للفأر A الذي يتلقى الماء أي تأثير على الفأر B الذي يتلقى القهوة. يسمح إجراء اختبار t غير مقيد للباحث بمقارنة التباين (الانحراف المعياري) مع الوسيلة لدعم أو رفض الفرضية الصفرية من خلال التنبؤ بما إذا كانت الوسائل المرصودة تختلف عن بعضها بشكل كبير أم لا. في حين أن عملية حساب القيمة الاحتمالية تتجاوز نطاق هذا التمرين ، فلا يزال بإمكاننا تفسيرها.

    إذا تم إجراء تجربة مختلفة لفحص معدلات حفظ المتاهة على المجموعتين ، فسيقارن الباحث الفرق بين أوقات المتاهة من المرحلتين الأولى والثانية عبر متاهة نفس الفأر (Δtime) مع الملاحظة التي تم طرحها لأول مرة من المرة الثانية (Δ الوقت). في هذا الاختبار ، سيجري الباحث اختبار t مزدوجًا ، يقارن بين وسائل ملاحظتين معروف أنهما مرتبطان. في مثالنا ، من المتوقع أن تكون أوقات إكمال المتاهة الأولى والثانية مترابطة لأن نفس الماوس يعمل. إذا تم العثور على فرق بين time في كلا المجموعتين ، فيمكن استخدام اختبار إحصائي ثانٍ لاكتشاف الفرق في الوقت بين الفئران التي تلقت الماء وتلك التي تلقت القهوة.

    إذا كانت نتائج التجربة تدعم فرضية ما ، فإن الثقة في صحة الفرضيات تعزز ، ولكنها لا "تثبت" صحة الفرضية في الواقع. قد تكشف التجارب المستقبلية نتائج معاكسة. على سبيل المثال ، إذا تم رفض فرضية خلال تجربة واحدة ، فقد يتم دعمها في تجربة لاحقة (أو العكس). إذا تم تكرار التجربة عددًا كبيرًا من المرات مع نفس النتيجة ، فقد يتم التحقق من صحة الفرضية من قبل المجتمع العلمي الأكبر. ومع ذلك ، لا يُقال أبدًا أن الفرضيات العلمية "مثبتة" ، لأن البيانات الجديدة أو الفرضيات البديلة قد تظهر لدحض الفرضيات التي سبق دعمها.

    الشكل 11. تجربة باستور تختبر التوليد التلقائي والتكوين الحيوي. اخترع باستير القارورة ذات عنق البجعة لخلق بيئة معروفة بعدم نمو الكائنات الحية الدقيقة. بعد تعقيم مرق المغذيات في هذه القوارير ، أزال أعناق البجعة من العينات في المجموعة الضابطة. نمت الكائنات الحية الدقيقة في المجموعة الضابطة ، ولكن ليس المجموعة التجريبية ، مما يدعم التكوُّن الحيوي ويرفض التكاثر التلقائي.

    تجربة باستور تختبر التوليد التلقائي

    اشتهر لويس باستير بأبحاثه حول الكائنات الحية الدقيقة واختراعه للعملية التي تحمل اسمه ، وهي البسترة ، حيث تقتل السوائل مثل الحليب أو البيرة إلى درجة حرارة تتراوح بين 60 و 100 درجة مئوية العديد من الكائنات الحية الدقيقة التي أفسدت هذه السوائل. بمجرد أن يتم تعقيمها وإغلاقها ، لن تفسد السوائل بعد الآن. دفع هذا الاكتشاف باستير إلى الاختلاف مع النظرية الشائعة في عصره ، جيل عفوي

    يتنبأ التوليد التلقائي بأن الكائنات الحية تنشأ من مادة غير حية.تنشأ البراغيث من الغبار أو تنبثق اليرقات من اللحم ، وكل ذلك تلقائيًا دون أي تدخل من الكائنات الحية. تبدو هذه النظرية سخيفة بالنسبة لنا اليوم ، ولكن خلال فترة باستور كانت تعتبر على نطاق واسع حقيقة ، ولها تاريخ طويل (أكثر من ألفي عام) يعود إلى أرسطو وما بعده. من الصعب تغيير الأفكار القديمة.

    في تطوره لعملية البسترة ، بدأ باستير في عدم تصديق التوليد التلقائي بدلاً من فرضية بديلة ، التولد الحيوي، فإن افتراض كل أشكال الحياة يأتي من حياة موجودة مسبقًا.

    لاختبار هذه الفرضيات المتنافسة (شكل 11) ، طور دورق عنق البجعة ، المعروف بمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة في مرق معقم. لقد افترض أن الانحناء في الرقبة يمنع جزيئات الهواء من التلامس مع مرق المغذيات. أدى إمالة القارورة ذات رقبة البجعة بحيث يدخل المرق في الأنبوب ويتعرض لجزيئات الهواء إلى حساء غائم. ابتكر مرقًا مغذيًا وأدخل المرق في قوارير برقبة بجعة. قام بغلي القوارير التي تحتوي على المرق لقتل أي كائنات دقيقة. إزالة رقبة البجعة من إحدى القوارير وتعريض المرق للهواء.

    ظلت القارورة ذات عنق البجعة معقمة ، بينما أصبحت القارورة المفتوحة غائمة مما يدل على وجود الكائنات الحية الدقيقة. وخلص إلى أن الكائنات الحية الدقيقة غير قادرة على التوليد تلقائيًا في مرق غني بالمغذيات ، حيث ظلت القارورة التي لم تتعرض للهواء معقمة. بدلاً من ذلك ، تم ملء المرق المعرض للهواء بكائنات دقيقة غير مرئية (وغير مفهومة جيدًا) تتكاثر داخل المرق ، مما يدعم فرضية التولد الحيوي على التوليد التلقائي.


    تاريخ الفكر العلمي

    قبل إغلاق هذا الفصل ، قد يكون من المثير للاهتمام العودة إلى التاريخ ورؤية كيف تطور العلم بمرور الوقت وتحديد العقول العلمية الرئيسية في هذا التطور. على الرغم من توثيق حالات التقدم العلمي على مدى قرون عديدة ، فإن مصطلحات "العلم" و "العلماء" و "الطريقة العلمية" لم تُصاغ إلا في القرن التاسع عشر. قبل هذا الوقت ، كان يُنظر إلى العلم على أنه جزء من الفلسفة ، وتعايش مع فروع أخرى للفلسفة مثل المنطق ، والميتافيزيقا ، والأخلاق ، وعلم الجمال ، على الرغم من أن الحدود بين بعض هذه الفروع كانت غير واضحة.

    في الأيام الأولى للبحث البشري ، كان يتم التعرف على المعرفة عادةً من حيث التعاليم اللاهوتية القائمة على الإيمان. تم تحدي هذا من قبل الفلاسفة اليونانيين مثل أفلاطون وأرسطو وسقراط خلال القرن الثالث قبل الميلاد ، الذين اقترحوا أن الطبيعة الأساسية للوجود والعالم يمكن فهمها بشكل أكثر دقة من خلال عملية التفكير المنطقي النظامي المسماة العقلانية. على وجه الخصوص ، فصل عمل أرسطو الكلاسيكي "الميتافيزيقيا" (التي تعني حرفياً "ما وراء [الوجود] المادي") اللاهوت (دراسة الآلهة) عن علم الوجود (دراسة الوجود والوجود) والعلم العام (دراسة المبادئ الأولى ، التي يقوم عليها المنطق على أساس). العقلانية (يجب عدم الخلط بينها وبين "العقلانية") تنظر إلى العقل على أنه مصدر المعرفة أو التبرير ، وتقترح أن معيار الحقيقة ليس حسيًا بل فكريًا واستنتاجيًا ، وغالبًا ما يتم اشتقاقه من مجموعة من المبادئ أو البديهيات الأولى (مثل "قانون عدم التناقض لأرسطو").

    حدث التحول الكبير التالي في الفكر العلمي خلال القرن السادس عشر ، عندما اقترح الفيلسوف البريطاني فرانسيس بيكون (1561-1626) أن المعرفة لا يمكن اشتقاقها إلا من الملاحظات في العالم الحقيقي. بناءً على هذه الفرضية ، شدد بيكون على اكتساب المعرفة كنشاط تجريبي (وليس كنشاط تفكير) ، وطور التجريبية كفرع مؤثر في الفلسفة. أدت أعمال بيكون إلى تعميم الأساليب الاستقرائية للبحث العلمي ، وتطوير "الطريقة العلمية" (التي كانت تسمى في الأصل "طريقة بيكون") ، والتي تتكون من المراقبة المنهجية والقياس والتجريب ، وربما تكون قد زرعت بذور الإلحاد أو رفض التعاليم اللاهوتية باعتباره "غير قابل للملاحظة".

    استمرت التجريبية في الصدام مع العقلانية طوال العصور الوسطى ، حيث سعى الفلاسفة إلى الطريقة الأكثر فاعلية لاكتساب المعرفة الصحيحة. وقف الفيلسوف الفرنسي رينيه ديكارت إلى جانب العقلانيين ، بينما وقف الفيلسوف البريطاني جون لوك وديفيد هيوم مع التجريبيين. حاول علماء آخرون ، مثل جاليليو جاليلي والسير إسحاق نيوتن ، دمج الفكرتين في الفلسفة الطبيعية (فلسفة الطبيعة) ، للتركيز بشكل خاص على فهم الطبيعة والكون المادي ، والذي يعتبر مقدمة للعلوم الطبيعية . ربما كان جاليليو (1564-1642) أول من ذكر أن قوانين الطبيعة رياضية ، وساهم في مجال علم الفلك من خلال مزيج مبتكر من التجارب والرياضيات.

    في القرن الثامن عشر ، سعى الفيلسوف الألماني إيمانويل كانط إلى حل الخلاف بين التجريبية والعقلانية في كتابه نقد العقل الخالص ، من خلال القول بأن التجربة ذاتية بحتة ومعالجتها باستخدام العقل الخالص دون الخوض أولاً في الطبيعة الذاتية للتجارب. يؤدي إلى أوهام نظرية. أدت أفكار كانط إلى تطوير المثالية الألمانية ، والتي ألهمت تطوير تقنيات تفسيرية لاحقًا مثل علم الظواهر والتأويل والنظرية الاجتماعية النقدية.

    في نفس الوقت تقريبًا ، حاول الفيلسوف الفرنسي أوغست كونت (1798-1857) ، مؤسس علم الاجتماع ، مزج العقلانية والتجريبية في عقيدة جديدة تسمى الوضعية. اقترح أن النظرية والملاحظات لها اعتماد دائري على بعضها البعض. بينما يمكن إنشاء النظريات من خلال المنطق ، إلا أنها صحيحة فقط إذا كان من الممكن التحقق منها من خلال الملاحظات. بدأ التركيز على التحقق في فصل العلم الحديث عن الفلسفة والميتافيزيقيا وزيادة تطوير "الطريقة العلمية" كوسيلة أولية للتحقق من صحة الادعاءات العلمية. تم توسيع أفكار كونت من قبل إميل دوركهايم في تطويره للوضعية الاجتماعية (الوضعية كأساس للبحث الاجتماعي) ولودفيج فيتجنشتاين في الوضعية المنطقية.

    في أوائل القرن العشرين ، رُفضت التفسيرات القوية للوضعية من قبل علماء الاجتماع التفسريين (المناهضين للوضعية) الذين ينتمون إلى مدرسة الفكر المثالية الألمانية. كانت الوضعية تتساوى عادةً مع أساليب البحث الكمي مثل التجارب والاستطلاعات وبدون أي التزامات فلسفية صريحة ، في حين استخدمت المعاداة الوضعية طرقًا نوعية مثل المقابلات غير المنظمة وملاحظة المشاركين. حتى ممارسي الوضعية ، مثل عالم الاجتماع الأمريكي بول لازارسفيلد الذي كان رائدًا في أبحاث المسح واسعة النطاق والتقنيات الإحصائية لتحليل بيانات المسح ، اعترفوا بالمشاكل المحتملة لتحيز المراقب والقيود الهيكلية في التحقيق الوضعي. رداً على ذلك ، أكد أنصار الوضعية أنه يجب دراسة الإجراءات الاجتماعية من خلال الوسائل التفسيرية القائمة على فهم المعنى والغرض الذي يربطه الأفراد بأفعالهم الشخصية ، والتي ألهمت عمل جورج سيميل على التفاعل الرمزي ، وعمل ماكس ويبر على الأنواع المثالية ، وعمل إدموند هوسرل. في الظواهر.

    في منتصف القرن العشرين وحتى أواخره ، تعرضت المدارس الفكرية الوضعية والمناهضة للوضعية للنقد والتعديلات. اقترح الفيلسوف البريطاني السير كارل بوبر أن المعرفة البشرية لا تستند إلى أسس صلبة لا يمكن تحديها ، بل على مجموعة من التخمينات المؤقتة التي لا يمكن إثباتها بشكل قاطع ، ولكن يتم دحضها فقط. الدليل التجريبي هو الأساس لدحض هذه التخمينات أو "النظريات". هذا الموقف النظري ، المسمى postpositivism (أو postempiricism) ، يعدل الوضعية من خلال اقتراح أنه من المستحيل التحقق من الحقيقة على الرغم من أنه من الممكن رفض المعتقدات الخاطئة ، على الرغم من أنها تحتفظ بالمفهوم الوضعي للحقيقة الموضوعية وتأكيدها على المنهج العلمي.


    شاهد الفيديو: الاندماج النووي ما حقيقته (كانون الثاني 2022).