Experimente

Un experiment este o procedură efectuată pentru a susține, infirma sau valida o ipoteză. Experimentele oferă o perspectivă asupra cauzei și efectului, demonstrând ce rezultat apare atunci când un anumit factor este manipulat. Experimentele variază foarte mult în ceea ce privește obiectivul și scala, dar întotdeauna se bazează pe procedura repetabilă și analiza logică a rezultatelor. Există, de asemenea, studii experimentale naturale.

Un copil poate efectua experimente de bază pentru a înțelege gravitația, în timp ce echipele de oameni de știință pot avea nevoie de ani de investigație sistematică pentru a avansa în înțelegerea unui fenomen. Experimentele și alte tipuri de activități practice sunt foarte importante pentru învățarea elevilor în sala de științe. Experimentele pot crește rezultatele testelor și pot ajuta un elev să devină mai implicat și mai interesat de materialul pe care îl învață, mai ales atunci când este folosit în timp. Experimentele pot varia de la comparații naturale personale și informale (de exemplu, gustând o gamă de bomboane de ciocolată pentru a găsi una favorită), până la controlat (de exemplu, teste care necesită aparate complexe supravegheate de mulți oameni de știință care speră să descopere informații despre particulele subatomice). Utilizările experimentelor variază considerabil între științele naturale și umane.

Experimentele includ de obicei controale, care sunt concepute pentru a minimiza efectele altor variabile decât variabila independentă unică. Aceasta crește fiabilitatea rezultatelor, adesea printr-o comparație între măsurătorile de control și celelalte măsurători. Controalele științifice fac parte din metoda științifică. În mod ideal, toate variabilele dintr-un experiment sunt controlate (contabilizate de măsurătorile de control) și niciuna nu rămâne necontrolată. Într-un astfel de experiment, dacă toate controalele funcționează conform așteptărilor, este posibil să se concluzioneze că experimentul funcționează conform intenției și că rezultatele se datorează efectului variabilelor testate.

Prezentare generală

În metoda științifică, un experiment este o procedură empirică pentru a selecta între modele sau ipoteze concurente. Cercetătorii folosesc, de asemenea, experimentarea pentru a testa teoriile existente sau noile ipoteze, pentru a le susține sau respinge.

Un experiment testează de obicei o ipoteză, care este o așteptare cu privire la modul în care funcționează un anumit proces sau fenomen. Cu toate acestea, un experiment poate avea ca scop, de asemenea, să răspundă la o întrebare „ce-ar fi dacă”, fără o așteptare specifică despre ceea ce dezvăluie experimentul sau să confirme rezultatele anterioare. Dacă un experiment este realizat cu atenție, rezultatele de obicei susțin sau infirmă ipoteza. Potrivit unor filozofii ale științei, un experiment nu poate „dovedi” niciodată o ipoteză, ci poate adăuga doar suport. Pe de altă parte, un experiment care oferă un contraexemplu poate respinge o teorie sau o ipoteză, dar o teorie poate fi întotdeauna salvată prin modificări ad hoc adecvate în detrimentul simplității. Un experiment trebuie, de asemenea, să controleze posibilii factori de confuzie – orice factori care ar afecta precizia sau repetabilitatea experimentului sau capacitatea de a interpreta rezultatele. Confuzia este de obicei eliminată prin controale științifice și / sau, în experimente randomizate, prin atribuire aleatorie.

În inginerie și științele fizice, experimentele sunt o componentă primară a metodei științifice. Acestea sunt folosite pentru a testa teorii și ipoteze despre modul în care procesele fizice funcționează în anumite condiții (de exemplu, dacă un anumit proces de inginerie poate produce un compus chimic dorit). De obicei, experimentele din aceste domenii se concentrează pe replicarea procedurilor identice în speranța de a produce rezultate identice în fiecare replicare. Alocarea aleatorie este neobișnuită.

În medicină și științele sociale, prevalența cercetării experimentale variază foarte mult între discipline. Cu toate acestea, atunci când sunt utilizate, experimentele urmează de obicei forma studiului clinic, în care unitățile experimentale (de obicei ființe umane individuale) sunt alocate aleatoriu unei condiții de tratament sau de control în care sunt evaluate unul sau mai multe rezultate. Spre deosebire de normele din științele fizice, accentul se pune de obicei pe efectul mediu al tratamentului (diferența de rezultate între grupurile de tratament și control) sau pe o altă statistică de test produsă de experiment. Un singur studiu de obicei nu implică replici ale experimentului, dar studii separate pot fi agregate prin revizuire sistematică și meta-analiză.

Există diferite diferențe în practica experimentală în fiecare dintre ramurile științei. De exemplu, cercetarea agricolă folosește frecvent experimente randomizate (de exemplu, pentru a testa eficacitatea comparativă a diferitelor îngrășăminte), în timp ce economia experimentală implică adesea teste experimentale ale comportamentelor umane teoretizate fără a se baza pe atribuirea aleatorie a indivizilor la condițiile de tratament și control.

Istorie

Una dintre primele abordări metodice ale experimentelor în sens modern este vizibilă în lucrările matematicianului și cărturarului arab Ibn al-Haytham. El și-a condus experimentele în domeniul opticii – întorcându-se la problemele optice și matematice din lucrările lui Ptolemeu – controlându-și experimentele datorită unor factori precum autocriticitatea, dependența de rezultatele vizibile ale experimentelor, precum și o criticitate în termeni a rezultatelor anterioare. A fost unul dintre primii savanți care a folosit o metodă inductiv-experimentală pentru obținerea rezultatelor. În Cartea opticii, el descrie abordarea fundamental nouă a cunoașterii și cercetării într-un sens experimental:

„Ar trebui, adică, să reluăm ancheta asupra principiilor și premiselor sale, începând investigația noastră cu o inspecție a lucrurilor care există și o cercetare a condițiilor obiectelor vizibile. Ar trebui să distingem proprietățile particularităților și să obținem prin inducție ce se referă la ochi atunci când viziunea are loc și ce se găsește în modul de senzație ca fiind uniform, neschimbat, manifest și care nu este supus îndoielii. După care ar trebui să urcăm în cercetarea și raționamentele noastre, treptat și ordonat, criticând premisele și exercitând prudență în ceea ce privește concluziile – scopul nostru în tot ceea ce facem trebuie supus inspecției și revizuirii, este acela de a folosi corectitudinea, de a nu folosi prejudecățile, și de a avea grijă în tot ceea ce judecăm și criticăm căutând adevărul și să nu fim lăsați influențați de opinie. În acest fel, putem ajunge în cele din urmă la adevărul care gratifică inima și să ajungem treptat și cu grijă la sfârșitul în care apare certitudinea; în timp ce prin critici și prudență putem alege adevărul care elimină dezacordul și rezolvă problemele îndoielnice. Cu toate acestea, nu suntem liberi de acea tulburare umană care este în natura omului; dar trebuie să facem tot posibilul prin puterile umane. De la Dumnezeu obținem sprijin în toate lucrurile”.

Conform explicației sale, este necesară o testare strict controlată, cu sensibilitate la subiectivitatea și susceptibilitatea rezultatelor datorate naturii omului. În plus, este necesară o viziune critică asupra rezultatelor și datelor cercetătorilor anterioare:

„Este astfel datoria omului care studiază scrierile oamenilor de știință, dacă învățarea adevărului este scopul său, de a se face dușman a tot ceea ce citește și, aplicându-și mintea la miezul și marginile conținutului, să-l atace din toate părțile. De asemenea, el ar trebui să se suspecteze pe sine în timp ce efectuează examinarea critică a acestuia, astfel încât să poată evita să cadă fie în prejudecăți, fie în clemență.”

Astfel, o comparație a rezultatelor anterioare cu rezultatele experimentale este necesară pentru un experiment obiectiv – rezultatele vizibile fiind mai importante. În cele din urmă, acest lucru poate însemna că un cercetător experimental trebuie să găsească suficient curaj pentru a elimina opiniile sau rezultatele tradiționale, mai ales dacă aceste rezultate nu sunt experimentale, ci rezultate dintr-o derivare logică / mentală. În acest proces de considerație critică, omul însuși nu trebuie să uite că tinde spre opinii subiective – prin „prejudecăți” și „clemență” – și, prin urmare, trebuie să fie critic cu privire la propriul său mod de a construi ipoteze.

Francis Bacon (1561–1626), un filosof și om de știință englez activ în secolul al XVII-lea, a devenit un influent susținător al științei experimentale în renașterea engleză. El nu a fost de acord cu metoda de a răspunde la întrebări științifice prin deducție – similară cu a lui Ibn al-Haytham – și a descris-o astfel: „După ce a stabilit mai întâi întrebarea în conformitate cu voința sa, omul recurge apoi la experiență și o realizează în conformitate cu intențiile sale, o conduce ca un captiv într-o procesiune.” Bacon propunea o metodă care să se bazeze pe observații sau experimente repetabile. În special, a ordonat în primul rând metoda științifică așa cum o înțelegem noi astăzi.

”Rămâne o experiență simplă; care, dacă este luată așa cum vine, se numește accident, dacă este căutată, experiment. Adevărata metodă de experiență aprinde mai întâi lumânarea [ipoteza] și apoi prin intermediul lumânării arată calea [aranjează și delimitează experimentul]; începând așa cum se întâmplă cu experiența ordonată și digerată în mod corespunzător, nu încurcată sau neregulată, și din aceasta deducând axiome [teorii] și din axiome stabilite din nou experimente noi.”

În secolele care au urmat, oamenii care au aplicat metoda științifică în diferite domenii au făcut progrese și descoperiri importante. De exemplu, Galileo Galilei (1564–1642) a măsurat cu precizie timpul și a experimentat pentru a face măsurători și concluzii precise despre viteza unui corp care cade. Antoine Lavoisier (1743–1794), chimist francez, a folosit experimentul pentru a descrie noi domenii, cum ar fi combustia și biochimia și pentru a dezvolta teoria conservării masei (materiei). Louis Pasteur (1822–1895) a folosit metoda științifică pentru a respinge teoria predominantă a generației spontane și pentru a dezvolta teoria germenilor bolii. Datorită importanței controlului variabilelor potențial confuze, utilizarea experimentelor de laborator bine concepute este preferată atunci când este posibil.

Un progres considerabil în proiectarea și analiza experimentelor a avut loc la începutul secolului al XX-lea, cu contribuții ale statisticienilor precum Ronald Fisher (1890–1962), Jerzy Neyman (1894–1981), Oscar Kempthorne (1919–2000), Gertrude Mary Cox (1900–1978) și William Gemmell Cochran (1909–1980), printre alții.