Структура процесу наукового пізнання задається його методологією. Але що під цим слід розуміти? Пізнання – це емпіричний метод отримання знань, який характеризує розвиток науки як мінімум з XVII століття. Він включає в себе ретельне спостереження, яке передбачає строгий скептицизм щодо того, що спостерігається, враховуючи, що когнітивні припущення про те, як влаштований світ, впливають на те, як людина інтерпретує сприйняття.
Він включає формулювання гіпотез за допомогою індукції на основі таких спостережень; експериментальні і засновані на вимірах перевірки висновків, взятих з гіпотез; і уточнення (або усунення) гіпотез на основі експериментальних результатів. Це принципи наукового методу, на відміну від певного ряду кроків, застосовних до всіх наукових підприємствам.
Теоретичний аспект
Хоча існують різні види і структури наукового пізнання, в загальному, є безперервний процес, який включає в себе спостереження про світ природи. Люди, природно, допитливі, тому часто задають питання про те, що вони бачать або чують, і часто виробляють ідеї або гіпотези про те, чому речі такі, які є. Кращі гіпотези призводять до передбачень, які можуть бути перевірені різними способами.
Найбільш переконлива перевірка гіпотез відбувається від міркувань, заснованих на ретельно контрольованих експериментальних даних. В залежності від того, наскільки додаткові тести відповідають прогнозам, вихідна гіпотеза може вимагати уточнення, зміни, розширення або навіть відхилення. Якщо конкретне припущення стає дуже добре підтвердженим може бути розроблена загальна теорія, а також структура теоретичного наукового пізнання.
Процедурний (практичний) аспект
Хоча процедури варіюються від однієї галузі дослідження до іншого, вони часто однакові для різних областей. Процес наукового методу включає в себе створення гіпотез (припущень), отримання прогнозів з них у якості логічних наслідків, а потім проведення експериментів або емпіричних спостережень на основі цих прогнозів. Гіпотеза – це теорія, заснована на знаннях, отриманих при пошуку відповідей на питання.
Вона може бути конкретною або широкою. Потім вчені перевіряють припущення, проводячи експерименти чи дослідження. Наукова гіпотеза повинна бути фальсифицируемой, маючи на увазі, що можна визначити можливий результат експерименту або спостереження, який суперечить прогнозам, виведеним з неї. В іншому випадку, гіпотеза не може бути осмислено перевірена.
Експеримент
Мета експерименту полягає в тому, щоб визначити, чи узгоджуються спостереження або суперечать прогнозам, отриманим з гіпотези. Експерименти можуть проводитися в будь-якому місці – від гаража до Великого адронного коллайдера CERN. Однак у формульної формулюванні методу виникають труднощі. Хоча науковий метод часто представляється у вигляді фіксованої послідовності кроків, він являє собою, швидше, набір загальних принципів.
Не всі кроки мають місце в кожному науковому дослідженні (ні в одній і тій же мірі), і вони не завжди знаходяться в одному і тому ж порядку. Деякі філософи і вчені стверджують, що немає наукового методу. Так вважають фізик Чи Смоліна і філософ Поля Фейерабенда (у його книзі «Проти методу»).
Проблематика
Структура наукового знання і пізнання багато в чому визначається її проблематикою. Багаторічні суперечки в історії науки стосуються:
- Раціоналізму, особливо в тому, що стосується Рене Декарта.
- Индуктивизма та/або емпіризму, як про це говорив Френсіс Бекон. Стали суперечки особливо популярними у Ісаака Ньютона і його послідовників;
- Гипотезо-дедуктивизма, який вийшов на перший план в початку XIX століття.
Історія
Термін «науковий метод» або «наукове пізнання» з’явився в XIX столітті, коли відбувалося значне інституційний розвиток науки і з’явилася термінологія, що встановлює чіткі межі між наукою і ненаукой, такими поняттями як «вчений» і «лженаука». Протягом 1830-х та в 1850-х років, коли беконизм був популярний, натуралісти, як Вільям Уэуэлл, Джон Гершель, Джон Стюарт Мілль, які брали участь у дискусіях з приводу «індукції» і «фактів» і були зосереджені на тому, як генерувати знання. В кінці XIX століття дебати з приводу реалізму проти антиреализма були проведені в якості потужних наукових теорій, що виходять за межі спостережуваного, так само як і за рамки структури наукового знання і пізнання.
Термін «науковий метод» отримав широке поширення в двадцятому столітті, з’явившись у словниках і наукових підручниках, хоча його значення не досягло наукового консенсусу. Незважаючи на зростання в середині двадцятого століття, до кінця цього століття численні впливові філософи науки, такі як Томас Кун і Пол Фейерабенд, поставили під сумнів універсальність «наукового методу» і при цьому значною мірою замінили поняття науки як гомогенний і універсальний метод з використанням гетерогенної та локальної практики. Зокрема Пол Фейерабенд стверджував, що існують універсальні правила науки, що і визначає специфіку і структуру наукового пізнання.
Весь процес включає в себе створення гіпотез (теорій, припущень), отримання прогнозів з них у якості логічних наслідків, а потім проведення експериментів на основі цих прогнозів, щоб визначити, чи була первісна гіпотеза вірною. Однак у цьому формулюванні методу виникають труднощі. Хоча науковий метод часто представляється у вигляді фіксованої послідовності кроків, ці дії краще розглядати як загальні принципи.
Не всі кроки мають місце в кожному науковому дослідженні (ні в одній і тій же мірі), і вони не завжди виконуються в одному і тому ж порядку. Як зазначив учений і філософ Вільям Уэуэлл (1794-1866), «винахідливість, проникливість, геніальність» необхідні на кожному етапі. Структура та рівні наукового пізнання були сформульовані саме в XIX столітті.
Важливість питань
Питання може ставитися до пояснення конкретного спостереження – «Чому небо блакитне», але також може бути відкритим – «Як я можу розробити ліки для лікування цієї конкретної хвороби». Цей етап часто включає в себе пошук і оцінку доказів попередніх експериментів, особистих наукових спостережень або тверджень, а також робіт інших вчених. Якщо відповідь вже відомий, може бути встановлено інше питання, заснований на доказах. При застосуванні наукового методу до дослідження, визначення хорошого питання буває дуже важким, і це вплине на результат дослідження.
Гіпотези
Припущення – це теорія, заснована на знаннях, отриманих при формулюванні питання, який може пояснити будь дану поведінку. Гіпотеза може бути дуже конкретною, наприклад, принцип еквівалентності Ейнштейна або Френсіс Крик «ДНК робить РНК робить білок», або він може бути широким, наприклад, невідомі види життя мешкають у недосліджених глибинах океанів.
Статистична гіпотеза – це припущення про даної статистичної сукупності. Наприклад, населення може бути людьми з певним захворюванням. Теорія може полягати в тому, що новий препарат вилікує хворобу у деяких з цих людей. Терміни, зазвичай пов’язані зі статистичними гіпотезами, є нульової та альтернативної гіпотези.
Нульова – припущення про те, що статистична гіпотеза хибна. Наприклад, що новий препарат нічого не робить і будь-які ліки викликано випадковістю. Дослідники зазвичай хочуть показати, що нульове припущення невірно.
Альтернативна гіпотеза – бажаний результат, що ліки діє краще, ніж шанс. Останній момент: наукова теорія повинна бути фальсифицируемой, це означає, що можна визначити можливий результат експерименту, який суперечить прогнозам, виведеним з гіпотези; інакше, це не може бути осмислено перевірено.
Формування теорії
Цей крок передбачає визначення логічних наслідків гіпотези. Потім вибирається один або кілька прогнозів для подальшого тестування. Чим менш ймовірно, що прогноз буде вірним просто за збігом, тим більш переконливим воно буде, якщо вона виконається. Докази більш переконливі, якщо відповідь на прогноз ще не відомий, з-за впливу упередженого упередження (див. також повідомлення).
В ідеалі прогноз повинен також відрізняти гіпотезу від ймовірних альтернатив. Якщо два припущення роблять одне і те ж передбачення, дотримання прогнозу не є доказом того або іншого. (Ці твердження про відносну силу доказів можуть бути математично отримані з використанням теореми Байєса).
Перевірка гіпотези
Це дослідження того, чи веде себе реальний світ так, як пророкує гіпотеза. Вчені (і інші люди) перевіряють припущення, проводячи експерименти. Мета полягає в тому, щоб визначити, чи узгоджуються спостереження за реальним світом або суперечать прогнозам, отриманим з гіпотези. Якщо вони погоджуються, впевненість у теорії зростає. В іншому випадку вона зменшується. Угода не гарантує, що гіпотеза вірна; майбутні експерименти можуть виявити проблеми.
Карл Поппер порадив науковцям спробувати сфальсифікувати припущення, тобто знайти і перевірити ті експерименти, які здаються найбільш сумнівними. Велика кількість успішних підтверджень не переконливо, якщо вони виникають в результаті експериментів, які уникають ризику.
Експеримент
Експерименти повинні бути спроектовані так, щоб мінімізувати можливі помилки, особливо за рахунок використання відповідних наукових засобів контролю. Наприклад, тести медикаментозного лікування зазвичай проводяться як подвійні сліпі тести. Випробуваний, який може мимоволі показати іншим, які зразки є бажаними тестовими препаратами, а які – плацебо, не знає, які з них. Такі підказки можуть вплинути на відповіді випробовуваних, що задає структуру в конкретному експерименті. Ці форми дослідження є найбільш важливо частиною процесу пізнання. Вони також цікаві з точки зору вивчення його (наукового пізнання) структури, рівнів і форми.
Крім того, провал експерименту не обов’язково означає, що гіпотеза хибна. Дослідження завжди залежать від кількох теорій. Наприклад, що випробувальне обладнання працює належним чином і відмова може бути відмовою однієї з допоміжних гіпотез. Припущення і експеримент є невід’ємною частиною структури і форми наукового пізнання.
Останні можуть проводитися в лабораторії коледжу, на кухонному столі, на дні океану, на Марсі (з використанням однієї з робочих роверів) і в інших місцях. Астрономи проводять тести, шукаючи планети навколо далеких зірок. Нарешті, більшість окремих експериментів зачіпають дуже специфічні теми з міркувань практичності. У результаті докази за більш широким темам накопичуються поступово, як того і вимагає структура методології наукового пізнання.
Збір і вивчення результатів
Цей процес включає визначення того, що показують результати експерименту, та прийняття рішення про подальші дії. Передбачення теорії порівнюються з передбаченнями нульової гіпотези, щоб визначити, хто краще зможе пояснити дані. У тих випадках, коли експеримент повторюється багато разів, може знадобитися статистичний аналіз, такий як критерій хі-квадрат.
Якщо докази спростували припущення, потрібно нове; якщо експеримент підтверджує гіпотезу, але дані недостатньо переконливі для високої достовірності, необхідно перевірити інші передбачення. Як тільки теорія переконливо підтверджується доказами, може бути заданий новий питання, щоб забезпечити більш глибоке розуміння тієї ж теми. Цим же визначається і структура наукового пізнання, його методи та форми.
Дані інших вчених та досвід часто включаються на будь-якому етапі процесу. В залежності від складності експерименту, може знадобитися багато повторів, щоб зібрати достатньо доказів, а потім відповісти на питання з упевненістю, або створити багато відповідей на дуже специфічні питання, а після відповісти на більш широкий. Цей метод постановки запитань і визначає структуру і форми наукового пізнання.
Якщо експеримент не може бути повторений для отримання тих самих результатів, це означає, що вихідні дані могли бути помилковими. У підсумку зазвичай один експеримент виконується кілька разів, особливо коли є неконтрольовані змінні або інші ознаки експериментальної помилки. Для отримання значних або несподіваних результатів інші вчені можуть також спробувати відтворити їх для себе, особливо якщо це буде важливо для власної роботи.
Зовнішня наукова оцінка, аудит, експертиза та інші процедури
На чому грунтується авторитетність структури наукового пізнання, його методи та форми? Насамперед на думці експертів. Воно формується за допомогою оцінки експерименту експертами, які зазвичай дають свою рецензію анонімно. Деякі журнали вимагають, щоб експериментатор надав списки можливих рецензентів, особливо якщо ця область є вузькоспеціалізованою.
Рецензування не підтверджує правильність результатів, тільки те, що, на думку рецензента, самі експерименти були обґрунтованими (на підставі опису, наданого експериментатором). Якщо робота проходить рецензування, що іноді може зажадати нових експериментів, запитаних рецензентами, вона буде опублікована у відповідному науковому виданні. Конкретний журнал, який публікує результати, вказує на сприймається якість роботи.
Запис і обмін даними
Науковці, як правило, обережні в записи своїх даних – це вимога, висунута Людвіком Флеком (1896-1961) та іншими. Хоча зазвичай це не потрібно, їх можуть попросити надати звіти іншим вченим, які хочуть відтворити свої первинні результати (або частини своїх первинних результатів), поширюючись на обмін якими експериментальними зразками, які може бути важко отримати.
Класична модель
Класична модель наукового пізнання відбувається від Аристотеля, який розрізняв форми наближеного й точного мислення, викладав троїсту схему дедуктивного та індуктивного умовиводів, а також розглядав складні варіанти, такі як міркування про структуру наукового пізнання, його методах і формах.
Гипотетико-дедуктивна модель
Ця модель або метод є пропонованим описом наукового методу. Тут передбачення гіпотези є центральними: якщо ви припускаєте, що теорія вірна, які наслідки передбачаються?
Якщо подальше емпіричне дослідження не продемонструє, що ці передбачення відповідають спостережуваного світу, можна зробити висновок, що припущення невірно.
Прагматична модель
Настав час поговорити про філософію структури та методів наукового пізнання. Чарльз Сандерс Пірс (1839-1914) охарактеризував дослідження (вивчення) не як гонитву за істиною як такої, а як боротьбу за те, щоб піти від дратівливих, що стримують сумнівів, породжених несподіванками, розбіжностями і іншим. Його висновок актуальний досі. Він, по суті, сформулював структуру і логіку наукового пізнання.
Пірс вважав, що повільне, невпевнене ставлення до експерименту може бути небезпечно в практичних питаннях, і що науковий метод найкраще підходить для теоретичних досліджень. Які, в свою чергу, не повинні бути поглинені іншими методами і практичними цілями. «Перше правило» розуму полягає в тому, що для того, щоб вчитися, потрібно прагнути до навчання і, як наслідок, розуміти структуру наукового пізнання, його методи та форми.
Переваги
Приділяючи особливу увагу генерації пояснень, Пірс описав досліджуваний термін як координацію трьох видів умовиводів в цілеспрямованому циклі, орієнтованому на врегулювання сумнівів:
Науковий метод перевершує інші в тому, що спеціально розроблений для досягнення (в кінцевому підсумку) найнадійніших переконань, на яких можуть ґрунтуватися найуспішніші практики.
Виходячи з ідеї, що люди не шукають істину як таку, а замість того, щоб підпорядкувати подразнюючу, стримуючий сумнів, Пірс показав, як завдяки боротьбі деякі можуть прийти до того, щоб підкорятися істини в ім’я чесності віри, шукати в якості істини керівництво для потенційної практики. Їм була сформульована аналітична структура наукового пізнання, його методи та форми.
