Skip to main content
Global

2.2: المنهج العلمي

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    169314

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    الطريقة العلمية هي عملية بحث ذات خطوات محددة تشمل جمع البيانات والمراقبة الدقيقة.

    المراقبة

    تبدأ التطورات العلمية بالملاحظات. يتضمن ذلك ملاحظة النمط، سواء بشكل مباشر أو غير مباشر من الأدبيات. مثال على الملاحظة المباشرة هو ملاحظة وجود الكثير من الضفادع في الفناء الخاص بك منذ أن قمت بتشغيل الرشاشات، حيث يمكن كملاحظة غير مباشرة قراءة دراسة علمية تشير إلى وجود كثافات عالية من الضفادع في المناطق الحضرية ذات المروج المائية.

    خلال حرب فيتنام (الشكل\(\PageIndex{a}\))، وثقت التقارير الصحفية من فيتنام الشمالية زيادة معدل العيوب الخلقية. في حين أن مصداقية هذه المعلومات كانت موضع تساؤل في البداية من قبل الولايات المتحدة، إلا أنها أثارت أسئلة حول ما يمكن أن يسبب هذه العيوب الخلقية. علاوة على ذلك، ظهرت زيادة الإصابة ببعض أنواع السرطان والأمراض الأخرى لاحقًا لدى المحاربين القدامى في فيتنام الذين عادوا إلى الولايات المتحدة، وهذا يقودنا إلى الخطوة التالية من المنهج العلمي، وهي السؤال.

    تظهر خريطة قديمة فيتنام الشمالية منفصلة عن جنوب فيتنام
    الشكل\(\PageIndex{a}\): خريطة لفيتنام 1954-1975. صورة من مكتب الشؤون العامة التابع لمكتب الطباعة التابع للحكومة الأمريكية (ملكية عامة).

    سؤال

    خطوة السؤال في المنهج العلمي هي ببساطة السؤال، ما الذي يفسر النمط الملحوظ؟ يمكن أن تنبع أسئلة متعددة من ملاحظة واحدة. بدأ العلماء والجمهور يسألون، ما الذي يسبب العيوب الخلقية في فيتنام والأمراض لدى المحاربين القدامى في فيتنام؟ هل يمكن أن يرتبط بالاستخدام العسكري الواسع النطاق لمبيد الأعشاب العامل البرتقالي لتطهير الغابات (الشكل\(\PageIndex{b-c}\))، مما ساعد في التعرف على الأعداء بسهولة أكبر؟

    أكوام من الطبول الخضراء، ولكل منها شريط برتقالي في المنتصف
    الشكل\(\PageIndex{b}\): طبول الوكيل البرتقالي في فيتنام. الصورة من قبل حكومة الولايات المتحدة (ملكية عامة).
    منظر جوي لغابة صحية تحيط بالنهر (في الأعلى) والمناظر الطبيعية القاحلة والبنية بعد استخدام مبيدات الأعشاب.
    الشكل\(\PageIndex{c}\): غابة منغروف صحية (في الأعلى) وغابة أخرى بعد تطبيق Agent Orange. صورة لمؤلف غير معروف (المجال العام).

    الفرضية والتنبؤ

    الفرضية هي الإجابة المتوقعة على السؤال. توضح أفضل الفرضيات الاتجاه المقترح للتأثير (الزيادات والنقصان وما إلى ذلك) وتشرح لماذا يمكن أن تكون الفرضية صحيحة.

    • فرضية جيدة: يؤثر العامل البرتقالي على معدلات العيوب الخلقية والأمراض.

    • فرضية أفضل: يزيد العامل البرتقالي من حدوث العيوب الخلقية والأمراض.

    • أفضل فرضية: يزيد العامل البرتقالي من حدوث العيوب الخلقية والأمراض لأن هذه المشاكل الصحية يتم الإبلاغ عنها بشكل متكرر من قبل الأفراد المعرضين لمبيد الأعشاب هذا.

    في حالة استيفاء فرضيتين أو أكثر لهذا المعيار، يُفضل استخدام الفرضية الأبسط.

    تنبع التوقعات من الفرضية. يشرح التنبؤ النتائج التي ستدعم الفرضية. يعتبر التنبؤ أكثر تحديدًا من الفرضية لأنه يشير إلى تفاصيل التجربة. على سبيل المثال، «إذا تسبب العامل البرتقالي في حدوث مشاكل صحية، فإن الفئران التي تعرضت تجريبيًا لـ TCDD، وهو ملوث للعامل البرتقالي، أثناء النمو ستعاني من عيوب خلقية أكثر شيوعًا من الفئران الضابطة» (الشكل\(\PageIndex{d}\)).

    الصيغة الهيكلية لـ TCDD، والتي تُظهر ثلاث حلقات مدمجة
    الشكل\(\PageIndex{d}\): التركيب الكيميائي لـ TCDD (2، 3، 7، 8-رباعي كلوروديبنزو-ب-ديوكسين)، الذي يتم إنتاجه عند تصنيع المواد الكيميائية في العامل البرتقالي. يلوث العامل البرتقالي بتركيزات منخفضة ولكن ضارة. الصورة من Emeldir (المجال العام).

    يجب أن تكون الفرضيات والتنبؤات قابلة للاختبار للتأكد من صحتها. على سبيل المثال، الفرضية التي تعتمد على ما يعتقده الدب غير قابلة للاختبار، لأنه لا يمكن أبدًا معرفة ما يفكر فيه الدب. كما يجب أن تكون قابلة للتزوير، بمعنى أن لديهم القدرة على الاختبار وإثبات عدم صحتها. مثال على الفرضية غير القابلة للتزوير هو «ولادة بوتيتشيلي لكوكب الزهرة جميلة». لا توجد تجربة قد تُظهر أن هذه العبارة خاطئة. لاختبار الفرضية، سيقوم الباحث بإجراء تجربة واحدة أو أكثر مصممة لإزالة واحدة أو أكثر من الفرضيات. هذا مهم. يمكن دحض الفرضية أو إزالتها، ولكن لا يمكن إثباتها أبدًا. لا يتعامل العلم في البراهين مثل الرياضيات. إذا فشلت التجربة في دحض الفرضية، فإننا نجد دعمًا لهذا التفسير، ولكن هذا لا يعني أنه في المستقبل لن يتم العثور على تفسير أفضل، أو سيتم العثور على تجربة مصممة بعناية لتزوير الفرضية.

    الفرضيات هي تفسيرات مبدئية وتختلف عن النظريات العلمية. النظرية العلمية هي تفسير مقبول على نطاق واسع ومختبر جيدًا ومؤكد لمجموعة من الملاحظات أو الظواهر. النظرية العلمية هي أساس المعرفة العلمية. بالإضافة إلى ذلك، توجد في العديد من التخصصات العلمية (أقل من ذلك في علم الأحياء) قوانين علمية، غالبًا ما يتم التعبير عنها في الصيغ الرياضية، والتي تصف كيف ستتصرف عناصر الطبيعة في ظل ظروف معينة، ولكنها لا تقدم تفسيرات لسبب حدوثها.

    تصميم تجربة

    بعد ذلك، من المقرر إجراء دراسة علمية (تجربة) لاختبار الفرضية وتحديد ما إذا كانت النتائج تتطابق مع التوقعات. ستحتوي كل تجربة على متغير واحد أو أكثر. المتغير المستقل هو ما يفترض العلماء أنه قد يسبب شيئًا آخر. في تجربة التلاعب (انظر أدناه)، يتم التلاعب بالمتغير المستقل من قبل العالم. المتغير المستقل d هو الاستجابة، المتغير الذي يتم قياسه في النهاية في الدراسة. قد تؤثر المتغيرات الخاضعة للرقابة (العوامل المربكة) على المتغير التابع، ولكنها ليست محور الدراسة. يحاول العلماء توحيد المتغيرات الخاضعة للرقابة بحيث لا تؤثر على النتائج. في مثالنا السابق، يعد التعرض لـ Agent Orange هو المتغير المستقل. يُفترض أنه يسبب تغييرًا في الصحة (احتمالية إنجاب أطفال يعانون من عيوب خلقية أو الإصابة بمرض)، وهو المتغير التابع. يمكن أن تؤثر العديد من الأشياء الأخرى على الصحة، بما في ذلك النظام الغذائي والتمارين الرياضية والتاريخ العائلي. هذه هي المتغيرات الخاضعة للرقابة.

    هناك نوعان رئيسيان من الدراسات العلمية: الدراسات التجريبية (التجارب المتلاعبة) والدراسات القائمة على الملاحظة.

    في تجربة التلاعب، يتم تغيير المتغير المستقل من قبل العلماء، الذين يلاحظون الاستجابة بعد ذلك. وبعبارة أخرى، يطبق العلماء العلاج. ومن الأمثلة على ذلك تعريض الفئران النامية لـ TCDD ومقارنة معدل العيوب الخلقية بمجموعة ضابطة. المجموعة الضابطة هي مجموعة من الأشخاص الخاضعين للاختبار تتشابه قدر الإمكان مع جميع الأشخاص الخاضعين للاختبار الآخرين، باستثناء أنهم لا يتلقون العلاج التجريبي (أولئك الذين يتلقونه يعرفون باسم المجموعة التجريبية أو العلاجية أو مجموعة الاختبار). الغرض من المجموعة الضابطة هو تحديد ماهية المتغير التابع في ظل الظروف العادية، في غياب العلاج التجريبي. إنه بمثابة خط أساس يمكن مقارنة مجموعة الاختبار به. في هذا المثال، ستحتوي مجموعة التحكم على الفئران التي لم تتعرض لـ TCDD ولكن تم التعامل معها بنفس الطريقة مثل الفئران الأخرى (الشكل\(\PageIndex{e}\))

    خمسة فئران بيضاء في قفص بعيون حمراء
    الشكل\(\PageIndex{e}\): فئران المختبر. في دراسة علمية مناسبة، سيتم تطبيق العلاج على عدة فئران. لن تتلقى مجموعة أخرى من الفئران العلاج (المجموعة الضابطة). الصورة بواسطة آرون لوغان (CC-BY).

    في دراسة قائمة على الملاحظة، يفحص العلماء عينات متعددة مع السبب المفترض وبدونه. ومن الأمثلة على ذلك مراقبة صحة المحاربين القدامى الذين لديهم مستويات متفاوتة من التعرض للعامل البرتقالي.

    تحتوي الدراسات العلمية على العديد من النسخ المكررة. تضمن العينات المتعددة أن أي نمط ملاحظ يرجع إلى العلاج وليس الاختلافات التي تحدث بشكل طبيعي بين الأفراد. يجب أيضًا أن تكون الدراسة العلمية قابلة للتكرار، بمعنى أنه إذا تم إجراؤها مرة أخرى، باتباع نفس الإجراء، يجب إعادة إنتاج نفس النتائج العامة. بالإضافة إلى ذلك، ستختبر دراسات متعددة في النهاية نفس الفرضية.

    النتائج

    أخيرًا، يتم جمع البيانات وتحليل النتائج. كما هو موضح في فصل Math Blast، يمكن استخدام الإحصائيات لوصف البيانات وتلخيص البيانات. كما أنها توفر معيارًا لتحديد ما إذا كان النمط في البيانات قويًا بما يكفي لدعم الفرضية.

    وجدت التجربة المتلاعبة في مثالنا أن الفئران التي تعرضت لمستويات عالية من 2,4,5-T (أحد مكونات العامل البرتقالي) أو TCDD (ملوث موجود في العامل البرتقالي) أثناء النمو كان لديها عيب خلقي في الحنك المشقوق بشكل متكرر أكثر من الفئران الضابطة (الشكل\(\PageIndex{f}\)). كانت أجنة الفئران أيضًا أكثر عرضة للموت عند تعرضها لـ TCDD مقارنة بعناصر التحكم.

    طفل يعاني من فجوة في الشفة العليا
    الشكل\(\PageIndex{f}\): الشفة المشقوقة والحنك المشقوق، عيب خلقي تنقسم فيه هذه الهياكل. الصورة من قبل جيمس هيلمان، دكتوراه في الطب (CC-BY-SA).

    وجدت دراسة قائمة على الملاحظة أن التعرض المبلغ عنه ذاتيًا للعامل البرتقالي كان مرتبطًا بشكل إيجابي بحدوث أمراض متعددة لدى المحاربين الكوريين القدامى في حرب فيتنام، بما في ذلك السرطانات المختلفة وأمراض القلب والأوعية الدموية والجهاز العصبي والأمراض الجلدية والاضطرابات النفسية. لاحظ أن الارتباط الإيجابي يعني ببساطة أن المتغيرات المستقلة والمعتمدة تزيد أو تنقص معًا، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من البيانات، مثل الأدلة المقدمة من التجارب المتلاعبة لتوثيق علاقة السبب والنتيجة. (يحدث الارتباط السلبي عندما يزداد أحد المتغيرات مع انخفاض الآخر.)

    الاستنتاج

    أخيرًا، يخلص العلماء إلى استنتاج بشأن ما إذا كانت البيانات تدعم الفرضية. في حالة العامل البرتقالي، فإن البيانات، التي تفيد بأن الفئران التي تعرضت لـ TCDD و 2,4,5-T لديها ترددات أعلى من الحنك المشقوق، تتطابق مع التنبؤ. بالإضافة إلى ذلك، كان لدى المحاربين القدامى الذين تعرضوا للعامل البرتقالي معدلات أعلى لأمراض معينة، مما يدعم الفرضية بشكل أكبر. وبالتالي يمكننا قبول الفرضية القائلة بأن العامل البرتقالي يزيد من حدوث العيوب الخلقية والأمراض.

    من الناحية العملية، فإن المنهج العلمي ليس جامدًا ومنظمًا كما قد يبدو لأول مرة. في بعض الأحيان تؤدي التجربة إلى استنتاجات تفضل تغيير النهج؛ في كثير من الأحيان، تجلب التجربة أسئلة علمية جديدة تمامًا إلى اللغز. في كثير من الأحيان، لا يعمل العلم بطريقة خطية؛ بدلاً من ذلك، يستخلص العلماء باستمرار الاستنتاجات ويقومون بعمل التعميمات، ويجدون الأنماط مع تقدم أبحاثهم (الشكل\(\PageIndex{g}\)). حتى لو تم دعم الفرضية، فقد يستمر العلماء في اختبارها بطرق مختلفة. على سبيل المثال، يستكشف العلماء تأثيرات العامل البرتقالي، ويفحصون الآثار الصحية طويلة المدى مع تقدم المحاربين القدامى في فيتنام في العمر.

    مخطط انسيابي للطريقة العلمية يوضح الأسهم المؤدية من الخطوات اللاحقة إلى الخطوات السابقة
    الشكل\(\PageIndex{g}\): الطريقة العلمية هي سلسلة من الخطوات المحددة التي تشمل التجارب والمراقبة الدقيقة. الخطوات هي كما يلي: تقديم ملاحظة؛ طرح سؤال؛ تشكيل فرضية تجيب على السؤال؛ إجراء تنبؤ بناءً على الفرضية؛ إجراء تجربة لاختبار التنبؤ؛ تحليل النتائج؛ والإبلاغ عن النتائج. سواء كانت الفرضية مدعومة أم غير مدعومة، لا يزال يتم الإبلاغ عن النتائج. إذا لم تكن الفرضية مدعومة بالبيانات، فيمكن اقتراح فرضية جديدة.

    يمكن أن تؤثر النتائج العلمية على صنع القرار. ردًا على الأدلة المتعلقة بتأثير العامل البرتقالي على صحة الإنسان، أصبح التعويض متاحًا الآن للمحاربين القدامى في فيتنام الذين تعرضوا للعامل البرتقالي وأصيبوا بأمراض معينة. استخدام Agent Orange محظور أيضًا في الولايات المتحدة. أخيرًا، بدأت الولايات المتحدة في تنظيف المواقع في فيتنام التي لا تزال ملوثة بـ TCDD.

    البناء على عمل الآخرين

    نادرًا ما ينفجر الاكتشاف العلمي على الساحة. عندما يحدث ذلك، فمن المحتمل أن يحدث ثورة في الطريقة التي ينظر بها العلماء إلى العالم من حولهم ويفتح مجالات جديدة للبحث العلمي. تعتبر نظرية داروين للتطور وقواعد ميندل للميراث أمثلة على مثل هذه التطورات الثورية. ومع ذلك، فإن معظم العلوم تتكون من إضافة لبنة أخرى إلى صرح تم بناؤه ببطء وبجهد شاق من خلال العمل السابق.

    غالبًا ما يضع تطوير تقنية جديدة الأساس للتقدم السريع في العديد من السبل العلمية المختلفة. ما عليك سوى التفكير في التطورات في علم الأحياء التي أتاحها اكتشاف المجهر الضوئي ولاحقًا المجهر الإلكتروني. في جميع هذه الصفحات، هناك العديد من الأمثلة على الإجراءات التجريبية. تم تطوير كل منها لحل مشكلة معينة. ومع ذلك، تم تناول كل منها من قبل العاملين في المختبرات الأخرى وتطبيقها على مشاكلهم.

    بطريقة مماثلة، فإن إنشاء تفسير جديد (فرضية) في مجال علمي غالبًا ما يحفز العمال في المجالات ذات الصلة على إعادة فحص مجالهم الخاص في ضوء الأفكار الجديدة. نظرية داروين للتطور، على سبيل المثال، كان لها تأثير هائل على كل تخصص فرعي تقريبًا في علم الأحياء وكذلك العلوم البيئية. حتى يومنا هذا، يسترشد العلماء في تخصصات مختلفة مثل الكيمياء الحيوية وبيولوجيا الحفظ في عملهم بنظرية التطور (الشكل\(\PageIndex{g}\)).

    يجلس الضفدع البني والأصفر على صخرة.
    الشكل\(\PageIndex{h}\): ساعد فهم الضفدع الجبلي ذو الأرجل الصفراء المهددة بالانقراض من خلال عدسة التطور وعلم الوراثة في الحفاظ عليه. الصورة من إسحاق تشيلمان/NPS (CC-BY).

    المراجع

    لجنة معهد الطب (الولايات المتحدة) لمراجعة الآثار الصحية على المحاربين القدامى في فيتنام من التعرض لمبيدات الأعشاب. المحاربون القدامى والعامل البرتقالي: الآثار الصحية لمبيدات الأعشاب المستخدمة في فيتنام. واشنطن (العاصمة): مطبعة الأكاديميات الوطنية (الولايات المتحدة)؛ 1994. 2، تاريخ الجدل حول استخدام مبيدات الأعشاب.

    التأثيرات السمية الجنينية في الفئران المعالجة بحمض 2,4,5-ثلاثي كلوروفينوكسيتيك و2 و3 و7 و8- رباعي كلوروبنزو-ب-ديوكسين. قوس نونين شميدبيرغ. فارماكول. 272، 243-264 (1972).

    ستيلمان، جيه إم، وستيلمان، إس دي (2018). وكيل أورانج خلال حرب فيتنام: القضية العالقة لتأثيرها الصحي المدني والعسكري. المجلة الأمريكية للصحة العامة، 108 (6)، 726-728.

    يي، إس دبليو، أوهر، إتش، هونغ، الولايات المتحدة، يي، جيه. جي. (2013). التعرض للعامل البرتقالي وانتشار الأمراض المبلغ عنها ذاتيًا لدى قدامى المحاربين الكوريين في فيتنام. مجلة الطب الوقائي والصحة العامة = يبانغ أويهاكوي تشي، 46 (5)، 213-225.

    الإسناد

    تم تعديله بواسطة Melissa Ha من المصادر التالية: