znanstvena metoda

Znanstvena metoda in njen
pomen za mikrobiologijo
pripravil prof. dr. Franc Viktor Nekrep
Znanost
Znánost (latinsko scientia - znanje) se nanaša na
sistematično pridobivanje novega znanja o
naravi in spoznanj, pridobljenih na ta način z
obstoječim znanjem. Znanstvena metoda
temelji na skrbnem opazovanju in preskušanju
teorij s preskusi. Znanost se deli na vede,
vede pa na področja (discipline).
• po wikipediji: znanost.
Znanost in teorija znanosti
•
Znánstvena metóda je skupno ime za tehnike preučevanja pojavov, pridobivanja
novega znanja ali popravljanja in povezovanja že pridobljenega znanja. Temelji na
zbiranju opazljivih, empiričnih in merljivih dokazov, podvrženih določenim
merilom razmišljanja (Wikipedia: znanstvena metoda).
• Epistemologija (v frankofonskem okolju: teorija
znanosti) - splošno filozofsko logično raziskovanje
pogojev in oblik znanstvenega spoznanja ter njegovega
učinka na druga spoznavna področja; filozofija
znanstvene spoznavne dejavnosti (prof. Ule).
• Neznanstvena misel je dogmatična (ni utemeljena na
dokazih). Pogosto je utemeljena s prepričanjem o
absolutni resnici brez možnosti spreminjanja ali
popravljanja.
Znanstvene predpostavke
Hipoteza – nedokazana predpostavka temeljena na
opazovanju (z indukcijo)
Teorija - predpostavka, ki je podprta z znanstvenim
preskušanjem in opazovanimi dejstvi (organska
evolucija, dednost, o celici, o genih)
Zakon – predpostavka, ki je enoznačno podprta v
preskušanjih (npr. težnost, termodinamika)
Vse mora biti preverljivo in nikakor utemeljeno na
dogmah ali absolutnih resnicah
Metodologija
• Metoda (gr. μετοδοσ – način, pot): postopek ali nabor postopkov
za doseganje nekega cilja ali izvedbo dejavnosti.
• Metodologija je znanstvena disciplina o celoti vseh oblik in
načinov raziskovanja na poti do objektivnih in sistematičnih
spoznanj.
• Znanstvene metode so utemeljene na opazovanju in mišljenju.
–
–
–
–
–
–
Analitična metoda: od splošnega k posameznemu.
Sintetična: od posameznega k splošnemu.
Induktivna: posamezna opazovanja oblikuje v splošne sodbe.
Deduktivna: splošne zakonitosti prenese na posamezne primere.
Komparativna: primerja podobne način in rezultate obravnave.
Deskriptivna: je namenjena opisovanju pojavov.
Induktivno v. deduktivno
• Deduktivno
(iz splošnega  k specifičnemu):
– Vsi sesalci imajo pljuča. Vsi kunci so
sesalci. Torej: vsak kunec ima pljuča.
• Induktivno
(iz specifičnega  k splošnemu)
– Vsi opazovani kunci imajo pljuča.
Torej: vsak kunec ima pljuča.
:
Znanstveni pristop
Mora biti:
• sistematičen torej omejen na vnaprej izbrano
področje,
• izveden v natančno določenih pogojih,
• ciljan v objektivno prepoznavo stanja, brez vsiljenih
pričakovanj in nujnosti potreb,
• skrbno nadzorovan pri zbiranju podatkov in podprt z
zahtevo po ponovnem preverjanju zlasti ob neskladju
podatkov,
• neobremenjen s predsodki pri zaključevanju in
posploševanju ugotovljenega
Oblikovanje raziskovalne veščine
• Temelji dobrega raziskovanja:
– Aktualna metodologija
– Poglobljeno osvajanje literature
– Oblikovanje novih predpostavk v iskanju
resnice
• Ključna lastnost raziskovalca je predanost
objektivnosti
Iskanje resnice
Pet virov oz. poti do resnice:
1. Običaji in tradicija
2. Avtoriteta
3. Osebna izkušnja
4. Deduktivni razmislek
5. Znanstveno raziskovanje
Bazične in aplikativne raziskave.
Temeljne (bazične) r. so usmerjenje v teorijo in
nimajo neposredne praktične uporabnosti;
izvedene so najpogosteje v nadzorovanih
laboratorijskih pogojih.
Aplikativne r.: dajejo odgovor na neposredno,
praktično vprašanje ali potrebo; preverjanje v
splošnejših, pogosto terenskih raziskovalnih
pogojih
Tipi raziskovanja
• Analitično raziskovanje: poglobljeno preučevanje in
ocena razpoložljivih informacij z namenom, da se
pojasni zapletene pojave (zgodovinsko raziskovanje,
filozofsko r., pregledi (review), meta analiza).
• Opisno (deskriptivno) raziskovanje: opis stanja na
nekem področju (vprašalnik (anketa), intervju; študij
primera (case study), analiza vsebine/dokumentov
(content/documentary a.), razvojne študije,
korelacijske raziskave.
• Eksperimentalno raziskovanje - omogoča ugotavljanje
vzrokov in posledic (ne samo korelacije).
• Kvalitativno raziskovanje – dolgotrajno opazovanje v
naravnem okolju.
Znanstvena metoda
•
•
•
•
Izvedemo opazovanje problema
Oblikujemo hipotezo
Pripravimo načrt eksperimenta
Ovrednotimo podatke (preverimo predpostavke,
določimo variabilnost ipd. …)
• Interpretacija rezultatov in oblikovanje zaključkov
• (Ponovimo ali poglobimo preskus)
Oblikujemo hipotezo
Opazovanje
Predlagamo drugo
hipotezo
Pripravimo preskus
Spremenimo
preskus
Ni ponovljiv
Podatki so
neuravnoteženi
Preverimo
uravnoteženost
podatkov
Izboljšamo hipotezo
Ponovimo preskus
Je ponovljiv
Zberemo in
analiziramo podatke
Sprejmemo kot
teorijo
Koraki: problem
Viri identifikacije problema:
• Teoretično izhodišče
• Strokovna praksa
• Osebna izkušnja
• Radovednost
– Z začetkom v širokem problemu ga ožimo
– Definiramo izhodišče, nakažemo
eksperimentalni pristop
Koraki: hipoteza
• Hipoteza:
– Pričakovanje ali napoved poteka raziskave ob
določitvi razmerij med pojavnostmi na osnovi
deduktivnega razmisleka
– 2 tipa hipoteze:
• Ničelna hipoteza (HO)
– Ni razlik med pojavnostmi
• Predpostavka o razlikah v pojavnostih (HA)
Koraki: načrt raziskave
• Oblikovanje strategije za preveritev
hipoteze:
•
•
•
•
izbor raziskovalnih metod
določitev nabora iskanih podatkov
izbor tehnike za analizo podatkov
Oblika raziskovalnega obsega (laboratorijska,
pilotna…)
Koraki: analiza podatkov
• Preveritev protokolov
– Organizacija nabor podatkov (laborat.,
terenski…)
– Analiza podatkov
– Preveritev okolja
Koraki: interpretacija in zaključki
• Z analizo podatkov delo ni zaključeno!
• Iščemo odgovor ali dobljeni podatki
podpirajo ali zavračajo hipotezo
– Sprejmemo ali zavrnemo hipotezo
– Zaključki:
• Razvijemo novo hipotezo s katero lahko pojasnimo
rezultate
• Povzemamo običajno širše kot nam omogočajo
podatki študije (nadaljevanje dela…)
Vzroki in povezave (korelacije)
• Opazovanje povezanosti (korelacije) kaže na
povezanost med dvema variablama (dejavnikoma)
• To seveda ne pomeni, da ena variabla povzroča drugo
• Preverjanja korelacije so koristna v začetnih korakih
znanstvenega raziskovanja, zahtevajo pa nadaljnje
raziskovanje, ki razkrije vzročnost
Neposredna (pozitivna) korelacije
Opazovani
bolezenski
simptomi
Prisotnost mikroorganizmov pri pacientih
Obrnjena (negativna) korelacije
Opazovani
bolezenski
simptomi
Aktivnost imunskega
sistema
Vzrok
• Ve’denju o vzroku pravimo etiologija
• V znanosti pomeni potreben in dovolj izražen pogoj
• Previdnost pri uporabi:
– npr.: vzrok nahoda je virus gripe
• Vzrok je lahko bližnji ali oddaljen
A  B  C  D  E
– A je oddaljeni vzrok E
– D je bližnji vzrok E
• Etiološki dejavniki so povzročitelji bolezni:
– Kochove postulate uporabljamo, da dokažemo da je določen
dejavnik vzrok določene bolezni
Kako uporabiti znanost za ugotavljanje
bolezenskih povzročiteljev
• Znaki in simptomi so napoved, da je telo bolno,
predstavljajo pomembna opazovanja za oblikovanje
hipoteze (H) o vzrokih infektivne bolezni
– H: dejavnik X je vzrok znakov ali simptomov
• Diagnoza bolezni ne pomeni nujno odkritje
povzročitelja:
– nekatere bolezni povzročajo različni povzročitelji n.pr.
meningitis, pljučnico, infekcije ran
• Posredno ugotavljanje vključuje presojo znakov ali
dokaz protiteles specifičnih za dejavnik
• Neposredno ugotavljanje temelji na opazovanju
bolezenskega povzročitelja in njegovih značilnosti
Kochovi postulati so prav to…
– Specifičnega dejavnika (povzročitelja)
moramo najti v vseh primerih bolezni
– Bolezenskega povzročitelja moramo osamiti
(izolirati) v čisti kulturi
– Ko vbrizgamo povzročitelja v zdravo
poskusno žival mora to pri njej povzročiti
enako bolezen
– Bolezenskega povzročitelja moramo nato
izolirati tudi iz poskusno okužene živali
Kochovi postulati
X
Y
Z
Vzgojimo
povzročitelja
Za vsakega od vzgojenih
mikroorganizmov pripravimo
čisto kulturo
Oblikovanje preskusa (eksperimenta)
Načrtovanje znanstvenega preskusa, da preverimo
hipotezo ali je dejavnik X povzročitelj bolezni
Poskusni skupini vbrizgamo
dejavnik X (osumljeni
mikroorganizem)
Kontrolni skupini vbrizgamo
dejavnik Z (nenevaren
mikroorganizem), ki služi
kot standard za primerjavo
Kaj nam rezultati pokažejo?
N=4
# podgan
Poskusna sk.
Podgane brez
simptomov
Bolne podgane
Kontrolna
skupina
Kako pomembni so Kochovi postulati?
• Kochovih postulatov ni bilo mogoče uporabiti
pri vseh mikroorganizmih, ki veljajo za
patogene
• Znanost ne razpolaga z absolutno resnico in ob povzročitelju je
vpletenih veliko dejavnikov, ki lahko vplivajo na bolezen
• Več kot vemo o patogenih in njihovih gostiteljih ter o razmerjih
med njimi lažje bomo preprečevali in zdravili infektivne bolezni
• Veliko bolezni izvira iz homeostatskega neravnotežja in so zato
mikroorganizmi pogosto bolj vzporedni dejavniki kot
povzročitelji bolezni
Začetki znanstvene misli
Začetki znanstvene misli
Aristotel (384 – 322 pnš) – grški filozof, ki je bolj kot
katerikoli mislec vplival na usmeritev zahodne
znanstvene misli. Vse do konca 17. stol. nš. je imel
poglobljen vpliv na razvoj krščanskega in islamskega
filozofskega in znanstvenega sistema.
Skratka, bil je tako slaven, da je njegovo učenje
vplivalo na zapadno civilizacijo vse do danes.
Vse prav dokler in kadar je imel prav. Vendar je
bil tako vpliven, da tudi njegovih napak niso
prepoznali.
Aristotel in njegovi sodobniki so verjeli,
da je vse probleme mogoče razrešiti, če
o njih razmišljamo. To včasih deluje,
vedno pa ne.
Aristotel je npr. bil prepričan, da težki predmeti padajo
hitreje kot lahki, kar se morda sliši razumno. Vendar
svojih trditev nikoli ni preskušal, na to je bilo treba
počakati skoraj 2000 let
Za prvega resničnega raziskovalca velja
Italijan Galileo Galilei (1564-1642 n.š.).
On je namreč uvedel v doseganja znanja
preskus – eksperiment. Tako se je lotil
Aristotelove zmote o padajočem
predmetu in se vprašal, koliko hitreje
pada težji predmet.
Na vrh stolpa je poslal svoje učence in jim naročil, da istočasno
spustijo v globino dve žogi; težjo in lažjo. Njihovi kolegi so v
vznožju stolpa merili razliko v času, ko sta žogi padli na tla.
Nam je seveda danes jasno, kakšen je lahko bil rezultat, za njih pa
je bilo presenetljivo, da sta se žogi praktično istočasno dotaknili
tal.
To je seveda ovrglo Aristotelovo prepričanje, da je za preverjanje
idej dovolj, če o njih razmišljamo.
One test is worth a thousand expert opinions (Bill Nye).
Ključne izkušnje prvih načrtovanih preskusov
veljajo še danes:
• V izvedbi eksperimenta, spremeni posamezen
dejavnik, ostale ohrani nespremenjene.
• Dejavnik, ki ga spreminjamo imenujemo spremenljivkavariabla.
• Druge, nespremenjene imenujemo kontrola.
• Kaj je bila spremenljivka v Galilejevem preskusu?
Ključne izkušnje prvih načrtovanih preskusov
veljajo še danes:
• V izvedbi eksperimenta, spre’meni posamezen
dejavnik, ostale ohrani nespremenjene
• Tega, ki ga spreminjamo imenujemo variabla.
• Druge, nespremenjene ime nujemo kontrola.
• Kaj je bila spremeljivka v Galilejevem preskusu?
• Teža žog.
Ključne izkušnje prvih načrtovanih preskusov
veljajo še danes:
• V izvedbi eksperimenta, spremeni posamezen
dejavnik, ostale ohrani nespremenjene
• Tega, ki ga spreminjamo imenujemo variabla.
• Druge, nespremenjene ime nujemo kontrola.
• Kaj je bila spremeljivka v Galilejevem
preskusu?
• Teža žog.
• Kaj so bile kontrole?
Ključne izkušnje prvih načrtovanih preskusov
veljajo še danes:
– V izvedbi eksperimenta, spremeni posamezen
dejavnik, ostale ohrani nespremenjene
– Tega, ki ga spreminjamo imenujemo variabla.
– Druge, nespremenjene ime nujemo kontrola.
– Kaj je bila spremenljivka v Galilejevem preskusu?
– Teža žog.
– Kaj so bile kontrole?
• Žoge so bile odvržene iz iste višine.
• Odvržene so bile istočasno.
• Žoge so imele isto obliko.
Kritični racionalizem
Sir Karl R. Popper (1902-1994)
Karl Raimund Popper je zavrnil naivne razlage, po katerih naj bi bila
znanstvena metoda le sistematično izogibanje najrazličnejšim
vnaprejšnjim predsodkom in oviram na spoznavni poti. Do
znanosti ne pridemo preprosto tako, da se omejimo na strogo
razumski pristop in poskušamo odmisliti vsa morebitna popačenja,
ki se spontano prikradejo v naše dojemanje sveta. Prav
nasprotno! Bistvo znanosti za Popperja ni v nekem čiščenju
spoznavne poti od čutnih vtisov do teorije, ampak drugje.
Predstavitev znanstvene metode pri K. R. Popperju po članku S.
Dolenca v Kvarkadabri:
http://www.kvarkadabra.net/article.php/Eccles-in-Popper
Popper je vzel za izhodišče trditev, da lahko neko
hipotezo štejemo za znanstveno šele, če obstaja zanjo
tudi dejanska možnost, da ni resnična. Če je neka
hipoteza nujno resnična oziroma si sploh ne moremo
zamisliti, da ne bi držala, potem to zanj ni znanstvena
hipoteza. Znanost se ukvarja zgolj s hipotezami in
teorijami, ki so v načelu takšne, da so lahko tudi
napačne.
Predstavitev znanstvene metode pri K. R. Popperju po članku S.
Dolenca v Kvarkadabri:
http://www.kvarkadabra.net/article.php/Eccles-in-Popper
Bistvo znanstvene metode za Popperja ni v tem, da bi za
posamezno hipotezo neizpodbitno dokazali, da je
resnična, ampak da poskušamo najti čim več dejanskih
pojavov v naravi, ki bi hipotezo ovrgli. Več takšnih
preizkusov prestane neka hipoteza, bolj ji lahko
zaupamo. Fizik Richard Feynman je nekoč takšno
razumevanje znanstvene metode povzel v na prvi
pogled nenavadni izjavi: »Poskušamo si čim hitreje
dokazati, da se motimo, kajti le tako lahko
napredujemo.«
Predstavitev znanstvene metode pri K. R. Popperju po članku S.
Dolenca v Kvarkadabri:
http://www.kvarkadabra.net/article.php/Eccles-in-Popper
Sir Karl R. Popper (1902-1994)
•
K. Popper se je zoperstavil metodi indukcije
•
Po standardni metodi indukcije pridemo do posplošitve ali hipoteze na
temelju izkustva o dejstvih sveta.
Zgodba o metodi
Hipoteza
Poročaj
Posploši
(Indukcija)
Opazuj
Narava =
sistem
dejstev
Dedukcija
napoved
Test
hipoteze
proti naravi
Test OK
Hipoteza
postane zakon
Test ni OK
Ponovi!
Metoda falsifikacionizma ovrgljivosti
• Oblikujemo hipotezo
• Oblikuj preverljive
napovedi iz hipoteze (če
to ni mogoče ne gre za
znanstveno hipotezo)
• Ne išči predvsem
pozitivnih ampak
negativne dokaze; skušaj
dokazati, da je izbrana
predpostavka napačna.
• Ne uvajaj sprememb
samo, da bi ohranili
teorijo.
HIPOTEZA
oblikuj
NAPOVED
(lahko jo
zavrnemo)
Poskusi
zavrniti
napoved
NAPOVED
ZAVRNJENA
Poišči novo
hipotezo
NAPOVED NI
ZAVRNJENA
Še o Ockhamovi britvi
Popper v svojem znamenitem delu "Logika znanstvenega
odkritja" posveti kratko 7. poglavje problemu t.i.
"vprašanja enostavnosti“ s katerim se pravzaprav
približa znani tezi Ockhamove britve. To je koncept iz
14. st. imenovan po "William(u) of Ockham",
angleškemu logiku, ki je trdil, da mora razlaga
kateregakoli fenomena izvirati iz čimmanj hipotez. Z
drugimi besedami, potrebno je odstraniti (t.j. "obriti“)
nepotrebne, odvečne domneve, ki značilno ne vplivajo
na zasnovo hipoteze ali teorije.
• po: http://uk-zapisi.blogspot.com/2007/03/karl-r-popper-inlogika-znanstvenega.html
• tudi:
http://phyun5.ucr.edu/~wudka/Physics7/Notes_www/node10.html
“…In conducting your research, observe total rigour and
intellectual honesty in the analysis of facts, consider all
possible hypotheses, plan your approach to test those
hypotheses, and submit your conclusions to the verdict
of observation and experimentation without
preconceived ideas. Never conduct research with the
aim of proving a theory, but, rather, to invalidate it if it
should be wrong. The best proof is failure to disprove… ”
Po Christian-u de Duve-u, 1917- * (dobil Nobelovo nagrado za
fiziologijo/medicino leta 1974 skupaj z Albert Claude-om in George E.
Palade-om za odkritja pri organizaciji celice.
“… recommendations to the younger generation just
entering research:
•
The first is: enjoy it. Science is fun. Exercising your brain and your
fingers at the same time provides immense satisfaction. The joy of
discovery is unmatchable.
•
My second: Choose your mentors well. Good research is not
learned in books, but at the bench, like the crafts in the Middle Ages,
under the supervision of a master.”
Po Christian-u de Duve-u, 1917- * (dobil Nobelovo nagrado za
fiziologijo/medicino leta 1974 skupaj z Albert Claude-om in George E.
Palade-om za odkritja pri organizaciji celice.
Nekonfliktnost religije in znanosti
http://www.nap.edu/catalog/5787.html
primerjava
religija
znanost
metoda
spoznanja
razodetje
znanstvena metoda
miselni proces
intuicija in vera
Racionalne in logične
poti – indukcija in
dedukcija hipotez, ki
jih lahko testiramo
cilj
Razlaga nadnaravnega
in duhovnega.
Razloži razlog in
smisel obstoja.
Določa moralko in
utemelji etiko.
Razlaga naravnih
pojavov
(kreacionizem označuje
to kot naturalizem in ga
zavrača)
Sedem korakov raziskovanja
Objava
OZbir
pazovanje
Problem/
Oblikuj
in Eanaliza
Zaklju
ksrezultatov
periment
/R
Vpra
hipotezo
čaziskovanje
ki
rezultatov
šanje
Sporočanje znanja
Med raziskovalci:
Sporočanje
znanja
Ko se pridruži
še javnost:
Znanstveno (s)poročanje
• Primarni viri
– članki, raziskovalna poročila, »naloge« (diplomske,
magistrske, specialistične), disertacije
• praviloma vsebujejo:
– uvod: definicija in meje problema, pregled dosedanjih
raziskav, predpostavke, predstavitev raziskovalne hipoteze;
– materiali in metode: postopki in eksperimentalni načrt,
metode analize podatkov; morajo omogočiti preverljivost
podatkov;
– rezultati: prikaz rezultatov, analize podatkov;
– razprava (diskusija) in zaključki: induktivno sklepanje na
osnovi rezultatov.
• Sekundarni viri
• Terciarni viri
Viri
Zaradi preglednosti viri niso sproti vključeni (citirani) v
prezentacije, kar omogoča t.i. poštena raba (fair use) v
učnem procesu. Material je zato namenjen interni rabi in
je njegova uporaba omejena/dovoljena zgolj za podporo
predavanja!
Prosim uporabnike, da mi sporočijo, če opazijo da katera
od povezav ni več aktivna! (franc.nekrep@gmail.com)