مراحل حل یک مسئله به روش علمی شامل ۶ مرحله مشاهده، طرح سوال، فرضیه‌سازی، طرح پیش‌بینی بر اساس فرضیه، آزمایش پیش‌بینی و بازبینی و نتیجه‌گیری نهایی می‌شود. در انتها امکان ایجاد فرضیه‌های جدید با توجه به نتایج بازبینی وجود دارد.
گام اول – توضیح مشکل خاص: نقطه شروع، تشخیص و بیان یک سوال خاص است.
گام دوم – جمع آوری اطلاعات با استفاده از مشاهدات: اطلاعاتی از قبل درمورد مشکل جمع آوری کرده و اطلاعاتی هم با استفاده از حواس مان به دست آوریم.
گام سوم – ایجاد فرضیه: از مشاهدات برای ایجاد فرضیه و یک توضیح آزمایشی برای مشکل استفاده کنیم.
گام چهارم – آزمایش فرضیه: آزمایش روشی برای سنجش فرضیه به وسیله فرآیند جمع آوری اطلاعات تحت شرایط کنترل شده است. آزمایش کنترل شده دو گروه است: گروه کنترل و گروه تجربی.
گام پنجم – سازماندهی و ثبت اطلاعات جمع آوری شده: اطلاعات به دست آمده در طی فرآیند آزمایش و دادهها باید به دقت جمع آوری شوند.
گام ششم – نتیجه گیری: دادهها باید مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته تا مشخص شود که آیا نتایج فرضیه را حمایت می‌کنند یا نه. اگر فرضیه حمایت نشود، یک فرضیه جدید برای آزمودن ارائه می‌شود.
حل مسائل به روش علمی شامل پیروی از یک رویکرد سیستماتیک و منطقی برای بررسی و یافتن راه حل بر اساس شواهد و آزمایش است. در اینجا مراحل کلی برای حل یک مسئله با استفاده از روش علمی آورده شده است:
مشکل یا سوال را شناسایی کنید:
مشکلی را که می‌خواهید حل کنید یا سؤالی را که می‌خواهید به آن پاسخ دهید، به وضوح تعریف کنید. مطمئن شوید که مشکل مشخص و به خوبی تعریف شده است.
یک فرضیه بنویسید:
یک توضیح قابل آزمایش یا حدس تحصیلی در مورد مشکل ایجاد کنید. این فرضیه شماست که باید بر اساس دانش و مشاهدات موجود باشد.
طراحی یک آزمایش یا مطالعه:
روشی را برای آزمایش فرضیه خود برنامه ریزی کنید. آزمایش‌ها، مطالعات مشاهده‌ای یا شبیه‌سازی‌هایی طراحی کنید که به شما امکان جمع‌آوری دادهها و مقایسه نتایج را می‌دهند.
جمع آوری داده ها:
آزمایش یا مطالعه خود را انجام دهید و داده های مرتبط را جمع آوری کنید. اطمینان حاصل کنید که روش های جمع آوری داده های شما دقیق و سازگار است.
تحلیل دادهها:
تجزیه و تحلیل داده های جمع آوری شده با استفاده از تکنیک های آماری و تحلیلی مناسب. به دنبال الگوها، روندها و روابط در داده ها باشید.
نتیجه گیری کن:
بر اساس تجزیه و تحلیل داده ها، تعیین کنید که آیا فرضیه شما پشتیبانی می شود یا خیر. نتایج را تفسیر کنید و در مورد مشکلی که در حال بررسی آن هستید نتیجه گیری کنید.
ارزیابی نتایج:
پیامدهای یافته های خود را در نظر بگیرید و ارزیابی کنید که آیا آنها با دانش موجود مطابقت دارند یا نیاز به تجدید نظر در درک شما دارند.
ارتباط یافته ها:
نتایج خود را با دیگران در جامعه علمی به اشتراک بگذارید. یافته های خود را در مجلات منتشر کنید، در کنفرانس ها ارائه دهید، یا از طریق کانال های مناسب دیگر به اشتراک بگذارید.
تکرار و اصلاح:
علم یک فرآیند تکراری است. اگر نتایج شما سوالات یا چالش های جدیدی را ایجاد می کند، فرضیه، آزمایش و تحلیل خود را اصلاح کنید. مراحل را تکرار کنید تا درک خود را عمیق تر کنید.
توجه به این نکته مهم است که در حالی که روش علمی چارچوبی ساختاریافته برای حل مسئله فراهم می‌کند، فرآیند واقعی ممکن است همیشه یک مسیر خطی را دنبال نکند. ممکن است لازم باشد مراحل قبلی را دوباره مرور کنید یا رویکرد خود را بر اساس بینش های جدید یا نتایج غیرمنتظره تطبیق دهید.
علاوه بر این، تفکر انتقادی، کنجکاوی، عینی بودن، توجه به جزئیات و تمایل به درس گرفتن از شکست‌ها، همگی از ویژگی‌های ضروری برای حل موفقیت‌آمیز مسئله به شیوه‌ای علمی هستند.
سرویس علوم – تحقیقات زیست شناسی معمولا با مشاهدات آغاز می‌شود. یعنی چیزی که توجه زیست شناس را به خود جلب می‌کند. به عنوان مثال یک متخصص زیست شناسی سرطان ممکن است متوجه شود که نوع خاصی از سرطان نمی‌تواند با شیمی درمانی معالجه شود و متعجب می‌شود که دلیل آن چیست. یک بوم شناس دریایی مشاهده می‌کند که صخره‌های مرجانی صفحات خود را سفید می‌کنند، یعنی به سفید تغییر رنگ می‌دهند و می‌خواهند علت آن را بدانند.
زیست شناسان چگونه این مشاهدات خود را پیگیری می‌کنند؟ شما چگونه می‌توانید مشاهدات خود از دنیای طبیعی را پیگیری کنید؟ در این مقاله ما روش علمی را توضیح خواهیم داد. یک روش منطقی حل مسئله که توسط زیست شناسان و بسیاری از دانشمندان دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
چگونه روش علمی برای آزمودن یک فرضیه استفاده می‌شود؟ در هسته مرکزی زیست شناسی و علوم دیگر، یک روش حل مسئله به نام روش علمی نهاده شده است. روش علمی دارای پنج مرحله اصلی و یک مرحله بازبینی و تکرار است:
۱. مشاهده کردن
۲. پرسیدن سوال
۴. ایجاد یک پیش بینی براساس فرضیه
روش علمی در همه علوم از جمله شیمی، فیزیک، زمین شناسی و روان شناسی استفاده شده است. دانشمندان در این زمینه سوالات متفاوتی دارند و آزمایش‌های گوناگونی انجام می‌دهند. با این حال آنها از یک رویکرد اصلی برای یافتن پاسخ‌هایی استفاده می‌کنند که منطقی هستند و با شواهد حمایت می‌شوند.
مثال حل یک مسئله به روش علمی: برشته نشدن نان
بیایید برخی شهود روش علمی را با استفاده از مراحل آن برای یک مشکل عملی در زندگی روزمره به کار ببریم.
فرض کنید شما دو تکه نان دارید، آنها را توستر قرار دهید و دکمه را فشار دهید. اما با این حال نان شما توست نشود.
مشاهده: توستر نان را توست نمی‌کند!
چرا نان من توست نمی‌شود؟
سوال: چرا توستر من، نان تست را برشته نمی‌کند؟
فرضیه جواب بالقوه‌ای است که به یک سوال داده می‌شود، جوابی که بتواند مورد بررسی قرار گیرد. برای مثال در اینجا فرضیه ما این است که توستر نان را توست نمی‌کند، زیرا پریز برق قطع شده است.
فرضیه: ممکن است پریز برق قطع شده باشد.
این فرضیه لزوما توضیح درستی نیست. در عوض این یک توضیح احتمالی است که می‌توانیم آن را آزمایش کرده تا ببینیم که چقدر احتمال دارد درست باشد، شاید هم نیاز باشد که فرضیه جدید دیگری بسازیم.
پیش بینی، نتیجه قابل انتظاری است که ما از درستی یک فرضیه داریم. در اینجا ما می‌توانیم پیش بینی کنیم که اگر پریز برق قطع شده است، ما می‌توانیم توستر را به پریز دیگری متصل کنیم و مشکل را رفع کنیم.
پیش بینی: اگر توستر را به پریز دیگری وصل کنیم، آن‌گاه می‌تواند نان را برشته کند.
برای آزمودن فرضیه باید مشاهدات یا آزمایش‌هایی مرتبط با پیش بینی انجام دهیم. به عنوان مثال در اینجا ما باید توستر را به پریز دیگری متصل کرده و ببینیم که آیا نان را توست می‌کند یا خیر.
آزمایش پیش بینی: توستر را به یک پریز دیگر وصل کنید و دوباره امتحان کنید.
اگر توستر نان را توست می‌کند، پس فرضیه پشتیبانی می‌شود و احتمالا درست است. حل یک مسئله به روش علمی
اگر توستر نان را توست نکند پس فرضیه پشتیبانی نشده و احتمالا اشتباه است.
نتایج آزمایش ممکن است موافق یا مخالف با فرضیه باشد. نتایج پشتیبانی شده یک فرضیه نمی‌تواند به طور قطعی ثابت کند که آن فرضیه درست است، اما به این معناست که احتمال درستی آن وجود دارد. از سوی دیگر اگر نتایج فرضیه متناقض باشد، آن فرضیه احتمالا نادرست است. مگر اینکه نقصی در آزمایش وجود داشته باشد. احتمالات همیشه ممکن هستند. یک نتیجه متناقض به این معنی است که ما می‌توانیم این فرضیه را کنار گذاشته و به دنبال فرضیه جدیدی برویم.
بازبینی یعنی از نتایج به دست آمده فرضیه و پیش بینی‌های جدید ایجاد کنیم. آخرین مرحله روش علمی، بازتاب نتایج به دست آمده و استفاده از آنها برای هدایت مراحل بعدی است؛ و نتیجه این است که:
احتمال اول: نان‌های من برشته شدند! به احتمال زیاد فرضیه صحیح است.
احتمال دوم: نان‌های من بازهم برشته نشدند! فرضیه غلط است.
زمان بازبینی
تابلو سمت چپ (درمورد حمایت از فرضیه): اما واقعا چه مشکلی برای پریز به وجود آمده است؟
تابلو سمت راست (درمورد پشتیبانی نشدن از فرضیه): ممکن است یک سیم قطع شده در پریز وجود داشته باشد.
اگر فرضیه پشتیبانی شود، ما ممکن است برای تایید آن از آزمایش‌های دیگری هم استفاده کرده یا برای اینکه خاص‌تر شود، در آن تجدید نظر کنیم. برای مثال ممکن است تحقیق کنیم که چرا پریز قطع شده است.
اگر فرضیه حمایت نشود، ما یک فرضیه جدید را ارائه خواهیم داد. به عنوان مثال فرضیه بعدی این است که ممکن است یک سیم قطع شده در توستر وجود داشته باشد.
در بیشتر موارد حل یک مسئله به روش علمی یک فرآیند بازبینی است. به عبارت دیگر، مثل یک چرخه عمل می‌کند نه یک خط مستقیم. نتیجه یک مرحله به بازخوردی تبدیل می‌شود که مراحل بعدی را تقویت کرده و به سوالات پاسخ می‌دهد
· Gauch 2003, p. 3
· · Schuster and Powers (2005), Translational and Experimental Clinical Research, Ch. 1. Link. This chapter also discusses the different types of research questions and how they are produced.
· · This phrasing is attributed to Marshall Nirenberg.
· Note: for a discussion of multiple hypotheses, see Bayesian inference#Informal
Wikipedia contributors، «Scientific method،» Wikipedia, The Free Encyclopedia، (accessed December 3, 2009).