Naturvitenskapelige arbeidsmetoder - Biologi 1 - NDLAHopp til innhold
Fagartikkel
Naturvitenskapelige arbeidsmetoder
Forskere har siden midten av 1500-tallet arbeidet etter naturvitenskaplige arbeidsmetoder. Disse bygger på et sett av metoder som man bruker til å undersøke ulike fenomener for å skaffe ny kunnskap og for å korrigere det man hittil har trodd.
Naturvitenskapelige arbeidsmåter
I dagliglivet tenker vi på en teori som noe usikkert, men i naturvitenskapen er teorier den sikreste kunnskapen vi har. Vitenskapelige teorier er et resultat av utallige eksperimenter og observasjoner der hypoteser har blitt testet og bekreftet.
Hypotesetesting – fra hypotese til teori
Når du skal løse problemer ved hjelp av naturvitenskapelige arbeidsmåter, begynner du med å sette opp én eller flere hypoteser for det du tror kan være løsningen. For å kontrollere om hypotesen din stemmer, planlegger du ulike eksperimenter som vil vise hvilke hypoteser som er mest sannsynlige.
Det er viktig at forsøkene beskrives så nøyaktig at andre kan gjennomføre eksperimentene på samme måte og etterprøve konklusjonene dine. Vi sier at en hypotese må være falsifiserbar. Det vil si at det må være mulig for andre å prøve å motbevise den.
En hypotese er en antakelse om en sammenheng, men når en hypotese er bekreftet tilstrekkelig mange ganger, får den status som en teori.
Begrepet "teori" brukes forskjellig i dagliglivet og i vitenskapen. I naturvitenskapen er teorier den sikreste kunnskapen vi til nå har, mens vi i dagliglivet ser på en teori som noe usikkert.
Teorier: eksempel og forklaring
Vi kommer fram til vitenskapelige teorier gjennom eksperimenter og observasjoner. I vitenskapelig metode bygger problemstillinger oftest på gjeldende teorier. De tar altså utgangspunkt i kunnskap som allerede er forankret og akseptert.
Eksempel: Vi vet at planter trenger lys for å vokse. Lyset tilfører planten energi som brukes i fotosyntesen.
2. Problem (problemstilling)
Før eksperimenteringen og undersøkelsene starter, må problemet beskrives. Når vi sier problem, mener vi noe vi lurer på.
Problemer: eksempel og forklaring
I problembeskrivelsen forklarer vi hva vi har tenkt å undersøke. Beskrivelsen kan være kort eller lang, det kommer an på hva vi arbeider med. Problembeskrivelsen bygger på kunnskap vi allerede har, altså på eksisterende teorier.
Eksempel: Er det slik at jo mer lys en plante får, desto kraftigere vokser den i lengden?
3. Hypotese
En hypotese er en kvalifisert gjetning. Her sier forskerne hva de tror er løsningen på problemet.
Hypoteser: eksempel og forklaring
Et problem kan utløse en eller flere hypoteser. Igjen kommer det an på problemets natur. Det er viktig at hypotesen formuleres før eksperimenteringen starter.
Eksempel: Vi tror det er slik at lys i 24 timer per døgn vil gi dobbelt så stor lengdevekst hos en erteplante som lys i 12 timer per døgn vil gjøre.
4. Eksperiment
Gjennom eksperimenter (forsøk) tester vi hypotesen. I utgangspunktet skal forskerne faktisk forsøke å fastslå at hypotesen er feil, men dersom dette ikke lar seg gjøre, kan det hende at hypotesen er riktig og kan bekreftes.
Eksperimenter: eksempel og forklaring
Eksperimenteringen kan foregå i laboratorium eller i naturen, helt avhengig av hva vi studerer. Ofte er eksperimenteringen en tidkrevende prosess som forutsetter at flere eksperimenter gjennomføres, og noen ganger kreves det avansert utstyr. Som hovedregel er det viktig å variere én parameter om gangen, og metoden må beskrives nøyaktig og i detalj for at eksperimentet skal kunne etterprøves.
Eksempel: Vi planter 48 erter av samme art i 48 potter fylt med et sterilt medium (for eksempel steinull). Vi vanner alle plantene regelmessig med like mengder av samme næringsløsning, men lar 24 av plantene vokse i en døgnrytme med 12 timer lys og 12 timer mørke, mens de resterende 24 vokser i 24 timers lys. Lyset er av samme styrke og kvalitet hos begge. Vi lar plantene spire og vokse i 20 dager.
5. Resultater
Etter at du har gjennomført eksperimentene, har du fått ett eller flere sett med resultater. Vi ønsker pålitelige resultater og stor gyldighet, siden det gir bedre bakgrunn for å trekke holdbare konklusjoner. Men det blir ikke alltid slik. Det er viktig å registrere resultatene i et ryddig system (f.eks. en tabell). Det gjør etterarbeidet lettere.
Resultater: eksempel og forklaring
Det er viktig å passe på at metoden vi bruker, registrerer resultatene på en god og ryddig måte, slik at de kan forstås og tolkes etterpå.
Eksempel: Etter 20 dagers spiring og vekst blant erteplantene fikk vi følgende resultater:
Resultater
tid
gjennomsnittlig stengellengde, cm
12t timer i lys + 12 timer i mørke
14 ± 0,6
24 timer i lys
16 ± 0,6
6. Tolking og feilkilder
Når eksperimentene er ferdige, må resultatene tolkes og vurderes. Her kommer feilkilder inn i bildet. Kanskje resultatene er annerledes enn forventet? Noen ganger kan det være akseptabelt å se bort fra resultater som avviker mye fra resten av resultatene. Da kan du også forklare hvorfor du velger å utelukke disse.
Tolking og feilkilder: eksempel og forklaring
Har noe skjedd som ikke var forventet? Har én eller flere uforutsette faktorer virket inn på eksperimentet? Resultatene skal sammenholdes med hypotesen. For forskeren er det absolutt nødvendig å være helt ærlig. Resultatene må ikke under noen omstendigheter fikses på slik at de passer til hypotesen. Dette er uakseptabelt innen all forskning.
Eksempel: Resultatene våre viser at det er en liten forskjell i veksten mellom erteplanter som har fått lys hele døgnet, og erteplanter som har vokst i en døgnrytme med 12 timer lys og 12 timer mørke. Forskjellen er mindre enn forventet. Vi har imidlertid ikke tatt hensyn til temperaturen. Det kan tenkes at varme fra lyskilden kan ha gitt temperaturforskjeller som kan ha påvirket veksten.
7. Konklusjon
I konklusjonen skal hypotesen(e) om mulig falsifiseres (forkastes) eller verifiseres (bekreftes).
Konklusjon: eksempel og forklaring
Mange ganger er det ikke mulig å gjøre noen av delene, fordi resultatene ikke er entydige nok. I slike tilfeller må forskerne starte på nytt med nye hypoteser og/eller nye eksperimenter. Dersom hypotesen verifiseres, kan vi lage en ny teori. Eksperimentene vil imidlertid ofte bli etterprøvd av andre forskere, og det kan derfor gå lang tid før nye teorier får grunnleggende forankring i forskermiljøene og blir allment akseptert.
Eksempel: Hypotesen vår er foreløpig falsifisert. Resultatene tyder på at lengdeveksten til erteplanter ikke dobles selv om lysmengden dobles. Feilkilder gjør det nødvendig å fortsette eksperimenteringen på bakgrunn av nye hypoteser. Det er ikke mulig å publisere noen resultater nå.
8. Publisering
Når vi publiserer resultatene, forteller vi omverdenen, og ikke minst andre forskere, om resultatene av forskningen. I forskningsmiljøene publiseres arbeid i vitenskapelige tidsskrifter ofte på engelsk.
Publisering: eksempel og prosess
En vitenskapelig artikkel bygges opp etter helt bestemte kriterier og blir gjennomgått, korrekturlest og kritisk vurdert av andre forskere (fagfellevurdering) før den slipper gjennom nåløyet for å bli offentliggjort. I skolesammenheng publiserer man resultater av forsøk i rapporter.
