Schritte der wissenschaftlichen Methode: detaillierte Erklärung, Phasen und Beispiele

Die wissenschaftliche Methode bezeichnet die Gesamtheit der Schritte, Strategien und Techniken, die zur Gewinnung gültiger und überprüfbarer Erkenntnisse über Themen aus allen Wissenschaften eingesetzt werden. Damit Forschung als wissenschaftlich gilt, muss sie auf beobachtbaren Erfahrungen , präzisen Datenerhebungen und logischem Denken basieren und Subjektivität sowie persönliche Voreingenommenheit stets ausschließen.

Die Schritte oder Phasen der wissenschaftlichen Methode können je nach Forschungsvorhaben und Wissenschaftsbereich variieren (manche sind deutlich leichter nachzuweisen als andere). Aus diesem Grund haben wir diesen ausführlichen Eintrag erstellt, der nicht nur die einzelnen Schritte für Interessierte an dieser Art von Forschung aufzeigt, sondern auch detailliert erklärt, was die wissenschaftliche Methode ist, welche Phasen sie umfasst, welche Kriterien sie erfüllen muss und wie sie im Alltag Anwendung findet.

Was genau ist die wissenschaftliche Methode?

Die wissenschaftliche Methode ist eine systematische Vorgehensweise , die aus der Anwendung einer Reihe von Verfahren und Phasen besteht, um neues Wissen zu erlangen oder bestehendes Wissen zu bestätigen. Sie ist die Arbeitsmethode der Wissenschaft und basiert auf mehreren fundamentalen Säulen:

• Empirismusimmer Teil von beobachtbare Tatsachen und messbar, entweder direkt mit den Sinnen oder mithilfe von Instrumenten.
• Zuverlässige Messung: Verwendet Werkzeuge und Instrumente die eine präzise Quantifizierung der untersuchten Phänomene ermöglichen.
• RationalitätDie Erklärungen müssen sein logisch und kohärent, basierend auf wissenschaftlichen Prinzipien und Gesetzen, nicht auf Meinungen.
• Objektivität: versucht, die persönliche Voreingenommenheiten des ForschersFokus auf Daten, die von der wissenschaftlichen Gemeinschaft akzeptiert werden können.
• Systematik: folgt einem Ordnung und eine Hierarchie von Schritten die den Fortschritt von der Beobachtung zur Formulierung von Theorien und Gesetzen ermöglichen.
• FacilityEs basiert immer auf überprüfbare Fakten durch Erfahrung und Experimentieren.

Dieses Verfahren ist so konzipiert, dass jede nach seinen Richtlinien durchgeführte Studie von anderen Forschern reproduziert werden kann . Diese Reproduzierbarkeit ermöglicht es uns zu überprüfen, ob die Ergebnisse unter verschiedenen Bedingungen, an anderen Orten oder zu anderen Zeiten Gültigkeit haben, und ist eines der Hauptkriterien zur Unterscheidung von wissenschaftlichem Wissen und bloßen Meinungen oder Überzeugungen.

Was sind die Schritte der wissenschaftlichen Methode?

Die einzelnen Schritte dieser Methode werden je nach Fachgebiet üblicherweise in leicht unterschiedlichen Formaten dargestellt, folgen aber im Wesentlichen demselben Ablauf. Im Originalartikel haben wir folgende Schritte skizziert: Fragestellung, Beobachtung, Hypothesenformulierung, Experiment, Analyse und Schlussfolgerung . In der heutigen wissenschaftlichen Praxis kommen häufig weitere wichtige Schritte hinzu, wie die Veröffentlichung und der Vergleich von Ergebnissen, die Formulierung von Theorien und in manchen Fällen die Etablierung wissenschaftlicher Gesetze.

Alle diese Schritte dienen dazu, ein Thema zu analysieren , eine Lösung vorzuschlagen, diese gründlich zu prüfen und fundierte Schlussfolgerungen zu ziehen. Wir werden nun jede Phase detailliert erläutern und dabei sowohl die klassische Struktur als auch zusätzliche Elemente integrieren, die die wissenschaftliche Methode bereichern und stärken.

Stellen Sie die richtige Frage

Um eine Untersuchung mithilfe der wissenschaftlichen Methode zu beginnen, ist es notwendig, eine konkrete Frage zum Untersuchungsgegenstand zu formulieren . Diese Frage sollte:

• Mit einem verwandt sein beobachtbares Phänomen (nicht mit Meinungen oder moralischen Werturteilen).
• Um eine Antwort erhalten zu können durch Daten und Experimentenicht durch bloßes Nachdenken.
• Um genug zu sein präzise und begrenzt damit es realistisch umsetzbar ist.

Um dies besser zu verstehen, werden wir einige alltägliche Beispiele für wissenschaftliche Fragestellungen heranziehen:

• Welches Glas hat größere Wasserkapazität?
• Warum das? Holz schwimmt auf dem Wasser?
• Welchen Einfluss hat es auf die Temperatur Wie schnell lösen sich Brausetabletten auf?
• Welche Seifenart ist am wirksamsten für einen Fleck entfernen Speziell?

Im Bildungs- oder Einführungskontext der Naturwissenschaften ist es sehr nützlich, die Schüler so anzuleiten, dass sie lernen, zwischen wissenschaftlichen Fragestellungen (die mit Experimenten beantwortet werden können) und Fragestellungen zu unterscheiden, die nur von Geschmack, Werten oder Meinungen abhängen und daher nicht in den Rahmen der wissenschaftlichen Methode passen.

Beobachtung und Untersuchung

Sobald die Frage formuliert ist, ist es notwendig, innezuhalten und sorgfältige Beobachtungen sowie Vorrecherchen durchzuführen , um möglichst viele Daten zur Beantwortung der Frage zu sammeln. Diese erste Datenerhebungsphase umfasst sowohl die direkte Beobachtung des Phänomens als auch die Durchsicht bestehender Arbeiten (Bücher, Artikel, Berichte usw.).

Wissenschaftliche Beobachtung dient dazu, mithilfe von auf unterschiedliche Weise erhobenen Daten zu erklären, warum etwas geschieht oder andere Fragen im Zusammenhang mit einem Phänomen zu beantworten. Man unterscheidet drei Arten der Beobachtung: unsystematische, semisystematische und systematische . Die systematische Beobachtung ist jedoch der am häufigsten angewandte Bestandteil der wissenschaftlichen Methode.

• Unsystematische BeobachtungDies bezeichnet eine Beobachtung ohne vorherige Planung oder Organisation; das heißt, wir beobachten einfach das Problem und versuchen, alle möglicherweise relevanten Daten zu sammeln. Es handelt sich um eine eher konventionelle Art der Beobachtung. spontan und explorativ.
• Halbsystematische BeobachtungEs zeichnet sich dadurch aus, dass zuerst die Linien gezogen werden müssen. Ziele der BeobachtungDamit es leichter zu erkennen ist, wonach gesucht wird. Allerdings sind noch nicht alle zu beobachtenden Aspekte streng strukturiert.
• Systematische BeobachtungDie am weitesten verbreitete Methode in der wissenschaftlichen Forschung. Sie ermöglicht es, mithilfe der vorherigen Planung des Ziels oder der zu bewertenden Aspekte, Datenerfassung auf spezifischere WeiseEs ist notwendig, alle Faktoren der Beobachtung (Verhaltensweisen, Fakten, Ereignisse, Phänomene in verschiedenen Bereichen usw.) zu kategorisieren und eindeutige Aufzeichnungsinstrumente (Tabellen, Checklisten, Messgeräte usw.) zu verwenden.

In dieser Phase werden auch die verschiedenen Variablen der Studie identifiziert und definiert :

• Unabhängige Variable: diejenige Größe, die der Forscher verändert oder kontrolliert, um ihre Wirkung zu beobachten (zum Beispiel die Wassertemperatur).
• Abhängige Variable: das, was als Ergebnis gemessen oder beobachtet wird (zum Beispiel die Zeit, die eine Tablette zum Auflösen benötigt).
• Kontrollvariablen: jene Faktoren, die bleiben konstant um sicherzustellen, dass der Test fair ist (Art der Tablette, Wassermenge, Art des Glases usw.).

Je sorgfältiger diese Phase der Beobachtung und Forschung durchgeführt wird, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit von Fehlern in den späteren Phasen und desto solider sind die erzielten Ergebnisse.

Aussage der Hypothese

Dies ist einer der Schritte der wissenschaftlichen Methode, bei dem eine vorläufige Erklärung gefunden werden muss , um die gestellte Frage zu beantworten, wobei die durch Beobachtung oder Forschung gesammelten Daten berücksichtigt werden. Diese Erklärung wird als Hypothese bezeichnet.

Eine Hypothese ist demnach eine Aussage, die versucht, beobachtete Fakten zu erklären. Es kann eine oder mehrere alternative Hypothesen geben , aber keine von ihnen kann als völlig wahr gelten, bis sie durch Experimente überprüft wurde.

In der modernen Wissenschaft wird häufig betont, dass eine Hypothese widerlegbar oder falsifizierbar sein muss : Das heißt, sie muss so formuliert sein, dass sich Daten oder Experimente finden lassen, die ihr widersprechen. Kann eine Hypothese nicht überprüft oder widerlegt werden, entspricht sie nicht den Prinzipien der wissenschaftlichen Methode.

Bei der Formulierung Ihrer Hypothese empfehlen wir die folgenden klassischen Tipps, die insbesondere im Bildungskontext hilfreich sind:

• Identifizieren Sie eindeutig die das Problem.
• Trenne, was du weißt schon (beobachtete Auswirkungen) von was Du verstehst es immer noch nicht. (mögliche Ursachen).
• Suchen Sie nach einem „vernünftige Annahme„Das verbindet das, was man weiß, mit dem, was man zu erklären versucht.“
• Verwenden Sie die Struktur „Wenn X, dann YDabei ist „X“ die vermutete Ursache und „Y“ die beobachtete Wirkung. Auf diese Weise wird ein klarer Zusammenhang zwischen den sich ändernden Bedingungen und dem erwarteten Ergebnis hergestellt.

Wenn man beispielsweise vor dem Problem steht, warum eine Pflanze langsamer wächst als eine andere, könnte eine Hypothese lauten: „Wenn eine Pflanze weniger Sonnenlicht erhält , wächst sie langsamer als eine andere, die mehr Licht erhält.“ Diese Formulierung ermöglicht die Entwicklung eines spezifischen Experiments, um sie zu überprüfen.

Das ist eine einfache und unkomplizierte Methode, um in wenigen Schritten eine Hypothese zu formulieren. Es gibt aber auch fortgeschrittenere Strategien (wie etwa Schlussfolgerungen aus früheren Theorien oder mathematischen Modellen). Wichtig ist in jedem Fall, dass die Hypothese klar, präzise und überprüfbar ist.

Experimente

Experimente sind ein wesentlicher Bestandteil der wissenschaftlichen Methode , da sie es Forschern ermöglichen , Hypothesen anhand definierter Variablen zu überprüfen . Dies bedeutet, dass der Forscher die unabhängigen Variablen (die Kausalvariablen ) manipulieren muss, um die verschiedenen Auswirkungen auf die abhängigen Variablen zu beobachten und deren Veränderungen objektiv zu messen.

Darüber hinaus zielt das Experiment darauf ab, die Situation unter kontrollierten Bedingungen nachzubilden , wobei die notwendigen Voraussetzungen erfüllt und die Elemente des Untersuchungsgegenstands vorhanden sein müssen. Es ist wichtig, das Vorgehen detailliert zu beschreiben , damit jeder andere Forscher das Experiment Schritt für Schritt nachvollziehen kann.

In der heutigen wissenschaftlichen Praxis wird besonderer Wert darauf gelegt, dass das Hauptziel von Experimenten nicht so sehr darin besteht, die Hypothese zu „beweisen“, sondern vielmehr darin, sie zu widerlegen . Dieser kritische Ansatz verhindert, dass Ergebnisse als wahr akzeptiert werden, die auf Zufall oder unentdeckten Fehlern beruhen könnten. Daher:

• Wenn die Hypothese lautet Widerlegungen (Das heißt, die Daten entsprechen nicht den Erwartungen), wird es notwendig sein eine neue Hypothese formulieren das stimmt mit den neu gewonnenen Daten überein.
• Wenn die Hypothese nach mehreren Versuchen und Experimenten nicht widerlegt werden kann, wird sie als falsch betrachtet. gut begründeter Vorschlagund es wird möglich sein, zu den Phasen der Theoriebildung und Verallgemeinerung überzugehen.

Bestätigt das Experiment die aufgestellte Hypothese, so kann sie aufgrund der vorliegenden Beweise als richtig gelten (obwohl in der Wissenschaft die Möglichkeit besteht, dass zukünftige Experimente Daten liefern, die sie widerlegen). Bestätigt das Experiment die Hypothese jedoch nicht, so ist sie nicht mehr haltbar oder wird zumindest ernsthaft infrage gestellt.

Datenanalyse und Informationsorganisation

Dem Experiment zufolge sollten eine Reihe von Datenpunkten erfasst werden, um eine anschließende detaillierte Analyse zu ermöglichen . In dieser Zwischenphase, bevor Schlussfolgerungen gezogen werden, werden alle gewonnenen Ergebnisse geordnet und interpretiert .

Die Analyse muss alle Daten berücksichtigen , unabhängig davon, ob sie unseren ursprünglichen Erwartungen entsprechen oder nicht. Das bedeutet, dass wir auch Daten, die nicht unseren Erwartungen entsprechen, einbeziehen und analysieren müssen , um verlässliche Forschungsergebnisse zu erzielen.

Um diese Aufgabe zu erleichtern, ist es üblich, Folgendes zu verwenden:

• Datentabellen in dem die getroffenen Maßnahmen dokumentiert werden.
• Grafik (Balkendiagramme, Liniendiagramme, Diagramme usw.), mit denen Sie Trends oder Vergleiche visualisieren können.
• Übersichtstabellen wobei die relevantesten Ergebnisse hervorgehoben werden.
• Werkzeuge von statistische Analyse wenn die Ermittlungen dies erfordern.

Ziel ist es, anhand dieser Informationsorganisation klar erkennen zu können, was im Experiment tatsächlich geschehen ist und inwieweit die Ergebnisse die Ausgangshypothese stützen oder ihr widersprechen .

Schlussfolgerung und Interpretation der Ergebnisse

Schließlich muss eine Interpretation der gesammelten und analysierten Daten erfolgen; auf diese Weise kann festgestellt werden, ob die Hypothese mit den Ergebnissen übereinstimmt oder ob sie im Gegenteil verworfen oder modifiziert werden sollte.

Wird die Hypothese durch die Daten gestützt, wird eine klare Schlussfolgerung formuliert , die erläutert, was unter welchen Bedingungen und mit welcher Sicherheit entdeckt wurde. Dies ermöglicht die Aufstellung einer vorläufigen Theorie , die – zumindest bis zum Beweis des Gegenteils – zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen beiträgt.

Widersprechen die Ergebnisse der Hypothese, wird ebenfalls eine Schlussfolgerung gezogen. Diese beinhaltet in der Regel eine Reflexion über mögliche Ursachen des Scheiterns (Konstruktionsfehler, unkontrollierte Variablen, ungeeignete Instrumente usw.) und schlägt neue Hypothesen oder Forschungsansätze vor. Insbesondere im Bildungsbereich ist es üblich, Studierende dazu anzuregen, darüber nachzudenken, wie das Verfahren verbessert werden könnte oder was sie bei einer Wiederholung des Experiments ändern würden.

Im schulischen Kontext werden Schülerinnen und Schüler dazu angehalten, Fragen wie diese zu beantworten: War die Hypothese richtig oder falsch? Welche Faktoren könnten die Ergebnisse erklären? Wie könnten wir das Experiment wiederholen, um noch aussagekräftigere Daten zu erhalten? Diese abschließende Reflexion trägt zum Verständnis bei, dass die wissenschaftliche Methode ein offener und verbesserungsfähiger Prozess ist , keine starre Vorgehensweise.

Veröffentlichung, Vergleich, wissenschaftliche Theorie und Recht

Bislang haben wir die grundlegenden Schritte der wissenschaftlichen Methode beschrieben, wie sie typischerweise in der Forschung angewendet werden. Damit Erkenntnisse jedoch Teil der etablierten Wissenschaft werden , sind einige Schlüsselelemente weiterhin erforderlich: Veröffentlichung und Peer-Review, Integration in eine umfassendere Theorie und in bestimmten Fällen die Umwandlung in ein wissenschaftliches Gesetz.

Veröffentlichung und Vergleich mit anderen Studien

Sobald die Forschung abgeschlossen und die Schlussfolgerungen formuliert sind, besteht der nächste Schritt darin, die Ergebnisse der wissenschaftlichen Gemeinschaft zugänglich zu machen. Dies geschieht üblicherweise durch Artikel in Fachzeitschriften , Konferenzbeiträge oder Forschungsberichte.

Die Veröffentlichung erfüllt einen sehr wichtigen doppelten Zweck:

• Ermöglicht Wissen erweitern zur Verfügung gestellt, damit andere Forscher diese Ergebnisse für ihre eigene Arbeit nutzen können.
• Er veröffentlicht die Theorie oder die Ergebnisse, damit andere Wissenschaftler sie nutzen können. Überprüfen Sie sie kritischWiederholen Sie die Experimente und prüfen Sie, ob Sie zu denselben Schlussfolgerungen gelangen.

Eine weitere Form der Validierung besteht in der Replikation bereits veröffentlichter Forschungsergebnisse . Dabei wird die Forschung anderer Wissenschaftler wiederholt, um deren Hypothese zu überprüfen und festzustellen, ob die Ergebnisse unter veränderten Bedingungen Gültigkeit haben. Erzielen verschiedene, unabhängig voneinander arbeitende Forschungsteams bei der Replikation der Studie übereinstimmende Ergebnisse , stärkt dies das Vertrauen in die Gültigkeit der Hypothese und der Theorie. Finden andere Gruppen hingegen Daten, die die Schlussfolgerungen widerlegen , ist es notwendig, die Originalarbeit zu überprüfen, mögliche Fehler zu identifizieren und gegebenenfalls neue Hypothesen zu formulieren.

Wissenschaftliche Theorie und Gesetz

Wenn eine Hypothese durch zahlreiche Studien in unterschiedlichen Kontexten gestützt und mit anderen Erklärungen verwandter Phänomene verknüpft wird, kann sie zu einer wissenschaftlichen Theorie führen . Eine Theorie ist ein umfassendes Erklärungssystem , das viele verschiedene Fakten und Beobachtungen nach denselben Prinzipien ordnet.

In manchen Fachgebieten kann ein Zusammenhang zwischen Phänomenen, der unter sehr unterschiedlichen Bedingungen wiederholt bestätigt wurde, als Naturgesetz formuliert werden . Ein Naturgesetz beschreibt kurz und präzise, ​​wie sich ein bestimmter Aspekt der Realität verhält (zum Beispiel der Zusammenhang zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung), basierend auf einer Vielzahl gesammelter Beobachtungen und Experimente.

Dennoch gelten wissenschaftliche Gesetze als revisionsfähig , sollten zukünftige Daten sie infrage stellen. Diese Haltung des ständigen Hinterfragens und der Offenheit für Veränderungen ist eine weitere große Stärke der wissenschaftlichen Methode.

Gibt es notwendige und zusätzliche Schritte?

Einer der Aspekte, der bei der Definition der Schritte der wissenschaftlichen Methode die größten Kontroversen auslösen kann, ist die Entscheidung, welche Schritte als obligatorisch gelten sollten und welche lediglich Ergänzungen darstellen, die den Prozess bereichern.

Die obligatorischen Schritte sind jene, die in jeder Art wissenschaftlicher Forschung unabhängig von der Disziplin vorkommen: Beobachtung, Fragestellung, Hypothese, Experiment, Analyse und Schlussfolgerung. Ohne diese grundlegenden Elemente könnte man nicht von der wissenschaftlichen Methode sprechen.

Andererseits gibt es Schritte, die einige Autoren als komplementär betrachten , wie zum Beispiel:

• Explizite Anerkennung des ProblemsÜber das bloße Beobachten hinaus formuliert der Forscher klar das Problem, das er lösen möchte, was dazu beiträgt, die Forschung zu fokussieren.
• PrognosenAus der Hypothese werden spezifische Konsequenzen abgeleitet, die zu beobachten sein sollten, wenn die Hypothese zutrifft. Diese Vorhersagen dienen als Leitfaden für die Konzeption neuer Experimente.
• Peer-Review und Verbreitung in nicht-spezialisierten MedienProzesse, die zwar nicht immer als formale „Schritte“ aufgeführt sind, aber für die soziale Bestätigung wissenschaftlichen Erkenntnissen.

In jedem Fall dienen all diese zusätzlichen Elemente als Verstärkung der notwendigen Schritte, indem sie mehr Informationen liefern und die Solidität der Forschung erhöhen, aber sie ersetzen nicht die grundlegenden Schritte, die wir bereits beschrieben haben.

In welchen Bereichen wird die wissenschaftliche Methode angewendet?

Die wissenschaftliche Methode findet in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung, nicht nur in den klassischen Naturwissenschaften. Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten gehören:

• NaturwissenschaftenPhysik, Chemie, Biologie, Geologie, Astronomie… In all diesen Disziplinen geht es darum, Phänomene der physikalischen Welt zu verstehen durch… Beobachtung, Experimente und Datenanalyse.
• Medizin und GesundheitswissenschaftenEs wird zur Untersuchung der Ursachen von KrankheitenWirksame Behandlungen entwickeln, Arzneimittel bewerten und die Gesundheitsversorgung durch kontrollierte klinische Studien verbessern.
• Ingenieurwesen und TechnologieIngenieure wenden die wissenschaftliche Methode an, um technische Lösungen entwerfen, das Testen von Prototypen, die Optimierung von Produktionsprozessen und die Gewährleistung der Sicherheit von Strukturen und Geräten.
• SozialwissenschaftenDisziplinen wie Psychologie, Soziologie, Wirtschaftswissenschaften und Pädagogik wenden die wissenschaftliche Methode auf die Komplexität des menschlichen Verhaltens an und nutzen dabei Umfragen, kontrollierte Experimente, Feldstudien und statistische Analysen.
• UmweltwissenschaftenEs wird verwendet, um die Auswirkungen von menschliche Aktivitäten auf die Umweltdie Auswirkungen von Schadstoffen bewerten, Strategien zur Erhaltung der Umwelt entwickeln und evidenzbasierte politische Maßnahmen vorschlagen.
• Landwirtschaft und ErnährungswissenschaftDie wissenschaftliche Methode ist der Schlüssel zur Verbesserung landwirtschaftliche Praktikenum die Ernteerträge zu steigern, neue resistente Sorten zu entwickeln und sicherzustellen, dass Lebensmittelsicherheit.

Über diese Bereiche hinaus lässt sich die wissenschaftliche Methode auf alltägliche Probleme anwenden, etwa auf die Behebung von Haushaltsproblemen, den Vergleich von Produkten oder die Optimierung von Tagesabläufen. Jedes Mal, wenn wir ein Problem beobachten , mögliche Erklärungen in Betracht ziehen, verschiedene Lösungen testen und die beste auswählen, wenden wir dieselbe Logik an, die auch die Wissenschaft leitet.

Kurz gesagt, die von uns beschriebenen Schritte der wissenschaftlichen Methode bieten eine klare und strukturierte Anleitung, um die Welt um uns herum zu erforschen, die Objektivität unserer Schlussfolgerungen zu erhöhen und Schritt für Schritt immer zuverlässigeres und nützlicheres Wissen für die gesamte Gesellschaft aufzubauen.