ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์ หรือ กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (อังกฤษ: Scientific method) เป็นหลักการพื้นฐานของการตรวจสอบและเสาะหาความรู้ใหม่แบบวิทยาศาสตร์ ที่ใช้หลักฐานทางกายภาพ นักวิทยาศาสตร์เสนอความเชื่อใหม่เกี่ยวกับโลกในรูปของทฤษฎีที่ผ่านขั้นตอนของ การสังเกต, การตั้งสมมติฐาน, และการอนุมาน ผลการทำนายของทฤษฎีเหล่านี้จะถูกทดสอบด้วยการทดลอง ถ้าผลการทำนายนั้นถูกต้องหรือสอดคล้องกับการทดลอง ทฤษฎีดังกล่าวจะถูกเก็บไว้ ทฤษฎีที่ความน่าเชื่อถือจะถูกนำไปทดลองซ้ำเพื่อยืนยันความถูกต้องเพิ่มเติม ระเบียบวิธีนี้ถูกจัดให้เป็นตรรกะสำคัญของธรรมเนียมปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์ โดยสาระสำคัญนั้นระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์คือวิธีการที่รอบคอบมาก สำหรับสร้างความเข้าใจ ที่มีหลักฐานและยืนยันได้เกี่ยวกับโลก

เนื้อหา 1 ประวัติ 2 ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์ 2.1 การระบุลักษณะเฉพาะ 2.2 การตั้งสมมติฐาน 2.3 การทำนายผลจากสมมติฐาน 2.4 การทดลอง 3 เชิงอรรถ

[แก้] ประวัติ

ดูหัวข้อหลักที่: ประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์

พัฒนาการของระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์นั้น เป็นส่วนหนึ่งของพัฒนาการของวิทยาศาสตร์ ในลักษณะที่ไม่สามารถแยกออกจากกันได้

หนังสือโบราณเกี่ยวกับศัลยกรรมชื่อ บันทึกโบราณเอ็ดวิน สมิท (Edwin Smith Papyrus) (สมัย 1600 BC) อธิบายขั้นตอนอันละเอียดของของการสืบเสาะ (การระบุลักษณะเฉพาะ) การวินิจฉัย (การตั้งสมมติฐาน) การปฏิบัติ (การทดลอง) และนำผลไปใช้ในการทำนาย (การทบทวน) นอกจากนี้แม้ว่าบันทึกโบราณอีเบอร์ส (Ebers papyrus) (สมัย 1550 BC) จะเต็มไปด้วยเรื่องราวของการขับไล่ภูติผี เพื่อบำบัดการเจ็บป่วย ในนั้นก็ยังมีหลักฐานของ ประวัติที่ยาวนานของแนวทางปฏิบัติที่มีการทดลองและการสังเกต

ในการประกาศ 'ระเบียบวิธี' ของโรเจอร์ เบคอนในยุคคริสต์ศตวรรษที่ 13 เขาได้แรงบันดาลใจมาจากงานเขียนของนักเล่นแร่แปรธาตุ ชาวอาหรับ ที่ได้นำวิธีการอุปนัยที่อธิบายไว้โดยอริสโตเติลมาใช้และพัฒนาต่อ เบคอนได้อธิบายขั้นตอนที่กระทำซ้ำๆ กันของ การสังเกต การตั้งสมมติฐาน การทดลอง และความจำเป็นของ การตรวจสอบ ที่เป็นอิสระ ในยุคคริสต์ศตวรรษที่ 17 ฟรานซิส เบคอนได้พยายามระบุวิธีการที่ใช้เหตุผล เพื่อแสดงถึงความสัมพันธ์แบบที่เป็นเหตุเป็นผลกันของปรากฏการณ์ต่างๆ

ในปี ค.ศ. 1619 เรอเน เดส์การตส์ ได้เริ่มเขียนความเรียงเรื่อง Rules for the Direction of the Mind (ซึ่งเขียนไม่เสร็จ). โดยความเรียงชิ้นนี้ถือเป็นความเรียงชิ้นแรกที่เสนอกระบวนการคิดเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สมัยใหม่และปรัชญาสมัยใหม่. อย่างไรก็ตามเนื่องจากเดส์การตส์ได้ทราบเรื่องที่กาลิเลโอ ผู้มีความคิดคล้ายกับตนถูกเรียกสอบสวนโดยโป๊ปแห่งกรุงโรม ทำให้เดส์การตส์ไม่ได้ตีพิมพ์ผลงานชิ้นนี้ออกมาในเวลานั้น

กาลิเลโอ กาลิเลอีได้นำเอาวิธีการทดลองเชิงปริมาณและการวิเคราะห์เชิงคณิตศาสตร์เข้ามาใช้ ซึ่งทำให้การประกาศกฎเชิงกายภาพในรูปทั่วไปเป็นไปได้ ไอแซก นิวตันได้วางรากฐานและระบบระเบียบของกฎเหล่านี้ และเป็นต้นแบบสำหรับสาขาด้านอื่นๆ ของวิทยาศาสตร์

การพยายามจะทำให้ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์เป็นระบบนั้น ต้องพบกับปัญหาของการอุปนัย ที่ชี้ให้เห็นว่าการคิดแบบอุปนัยนั้น ไม่ถูกต้องตามหลักตรรกศาสตร์ เดวิด ฮูมได้อธิบายปัญหาดังกล่าวออกมาอย่างละเอียด คาร์ล พอพเพอร์ในความคิดลักษณะเดียวกับคนอื่นๆ ได้พยายามอธิบายว่าสมมติฐานที่จะใช้ได้นั้นจะต้องทำให้เป็นเท็จได้ (falsifiable) นั่นคือจะต้องอยู่ในฐานะที่ถูกปฏิเสธได้ ความยุ่งยากนี้ทำให้เกิดการปฏิเสธความเชื่อพื้นฐานที่ว่ามีระเบียบวิธี 'หนึ่งเดียว' ที่ใช้ได้กับวิทยาศาสตร์ทุกแขนง และจะทำให้สามารถแยกแยะวิทยาศาสตร์ ออกจากสาขาอื่นที่ไม่เป็นวิทยาศาสตร์ได้

ปัญหาเกี่ยวกระบวนการปฏิบัติของวิทยาศาสตร์มีความสำคัญเกินขอบเขตของวงการวิทยาศาสตร์ หรือวงการวิชาการ ในระบบยุติธรรมและในการถกเถียงปัญหาเกี่ยวกับนโยบายสาธารณะ การศึกษาที่ใช้วิธีการนอกเหนือจาก แนวปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับ จะถูกปฏิเสธ และถูกจัดว่าเป็น "วิทยาศาสตร์ขยะ" หรือศาสตร์ปลอม

[แก้] ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์

องค์ประกอบสำคัญของระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์คือการวนซ้ำของขั้นตอนด้านล่าง และการใช้วิธีดังกล่าวซ้ำภายในขั้นตอนย่อย:

1. การระบุลักษณะเฉพาะ (Characterization)
2. การตั้งสมมติฐาน (การสร้างคำอธิบายเชิงทฤษฎีที่มีความเป็นไปได้)
3. การทำนายผล (การอนุมานเชิงตรรกศาสตร์จากสมมติฐาน)
4. การทดลอง (การทดสอบขั้นตอนทั้งหมด)

ขั้นตอนด้านบนคือระเบียบวิธีแบบสมมติฐาน-อนุมาน และใช้การสังเกตในขั้นตอนแรกและขั้นตอนที่สี่ แต่ละขั้นตอนจะต้องผ่านกระบวนการ peer review เพื่อป้องกันความผิดพลาด กิจกรรมเหล่านี้ไม่ได้ระบุสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ทำทั้งหมด (ดูด้านล่าง) แต่อธิบายถึงวิทยาศาสตร์เชิงทดลอง (เช่น ฟิสิกส์ และเคมี) ขั้นตอนด้านต้นมักใช้ในการเรียนการสอน¹

[แก้] การระบุลักษณะเฉพาะ

การระบุลักษณะเฉพาะ ประกอบด้วยการสังเกต (Observation) และการตั้งปัญหา (Problem) การสังเกต (Observation) วิธีการทางวิทยาศาสตร์มักจะเริ่มจากการสังเกตปรากฏการณ์ต่างๆ ที่อยู่รอบๆ ตัวเรา เมื่อได้ข้อสังเกตบางอย่างที่เราสนใจจะทำให้ได้สิ่งที่ตามมาคือ ปัญหา (Problem) เช่น การสังเกต

       ต้นหญ้าใต้ต้นไม้ใหญ่ หรือต้นหญ้าที่อยู่ใต้หลังคามักจะไม่งอกงาม  ส่วนต้นหญ้าในบริเวณใกล้เคียงกันที่ได้รับแสงเจริญงอกงามดี

       การตั้งปัญหา
       "แสงแดดมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเจริญงอกงามของต้นหญ้าหรือไม่"
       "แบคทีเรียในจานเพาะเชื่อเจริญช้าไม่งอกงามถ้ามีราสีเขียวอยู่ในจานเพาะเชื้อนั้น"

             "การตั้งปัญหานั้นสำคัญกว่าการแก้ปัญหา"  เพราะ การตั้งปัญหาที่ดีและชัดเจนจะทำให้ผู้ตั้งปัญหาเกิดความเข้าใจและมองเห็นลู่ทางของการค้นหาคำตอบเพื่อแก้ปัญหาที่ตั้งขึ้น

       ดังนั้นจึงต้องหมั่นฝึกการสังเกตสิ่งที่สังเกตนั้น
                                       เป็นอะไร?
                                       เกิดขึ้นเมื่อไร?
                                       เกิดขึ้นที่ไหน?
                                       เกิดขึ้นได้อย่างไร?
                                       ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น?

[แก้] การตั้งสมมติฐาน

ก่อนที่นักวิจัยจะทำการวิจัยเรื่องใด ๆ ก็ตาม มักจะตั้งข้อสันนิษฐานขึ้นก่อนว่าสิ่งนั้นควรจะเป็นอย่างไร ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ เมื่อเกิดปัญหาขึ้นว่าทำไมแม่เหล็กจึงดูดเหล็กหรือแม่เหล็กด้วยกันได้ ก่อนที่จะทำการค้นหาสาเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์ต้องตั้งข้อสันนิษฐานขึ้นว่า อณูทุก ๆ อณูของเหล็กธรรมดาเป็นแม่เหล็กอยู่แล้ว แต่มันไม่เรียงได้อนุกรมกันจึงไม่มีอำนาจแม่เหล็ก ข้อสันนิษฐานที่กล่าวนี้เรียกว่า สมมุติฐาน หรือ Hypothesis

[แก้] การทำนายผลจากสมมติฐาน

(รอการเพิ่มเติมเนื้อหา)

[แก้] การทดลอง

การทดลอง เป็นกระบวนการปฏิบัติ หรือหาคำตอบหรือตรวจสอบสมมติฐานที่ตั้งไว้โดยการทดลองเพื่อทำการค้นคว้าหาข้อมูลและตรวจสอบดูว่าสมมติฐานข้อใดเป็นคำตอบที่ถูกต้องที่สุด ประกอบด้วยกิจกรรม 3 แระบวนการ คือ

       3.1 การออกแบบการทดลอง  คือการวางแผนการทดลองก่อนที่จะลงมือปฏิบัติจริง  โดยให้สอดคล้องกับสมมติฐานที่ตั้งไว้เสมอ และควบคุมปัจจัยหรือตัวแปรต่างๆ ที่มีผลต่อการทดลอง แบ่งได้เป็น 3 ชนิด คือ
            3.1.1 ตัวแปรอิสระหรือตัวแปรต้น (Independent Variable or Manipulated Variable) คือปัจจัยที่เป็นสาเหตุทำให้เกิดผลการทดลองหรือตัวแปรที่ต้องศึกษาทำการตรวจสอบดูว่าเป็นสาเหตุที่ก่อให้เกิดผลเช่นกัน
            3.1.2 ตัวแปรตาม (Dependent Variable) คือ ผลที่เกิดจากการทดลอง  ซึ่งต้องใช้วิธีการสังเกตหรือวัดผลด้วยวิธีการต่างๆ เพื่อเก็บข้อมูลไว้ และจะเปลี่ยนแปลงไปตามตัวแปรอิสระ
           3.1.3 ตัวแปรที่ต้องควบคุม (Control Variable) คือปัจจัยอื่นๆ ที่นอกเหนือจากตัวแปรต้นที่มีผลต่อการทดลอง และต้องควบคุมให้เหมือนกันทุกชุดการทดลอง  เพื่อป้องกันไม่ให้ผลการทดลองเกิดความคลาดเคลื่อน
       ในการตรวจสอบสมมติฐาน  นอกจากจะควบคุมปัจจัยที่มีผลต่อการทดลองจะต้องแบ่งชุดการทดลองออกเป็น 2 ชุด ดังนี้
        ชุดทดลอง หมายถึง ชุดที่เราใช้ศึกษาผลของตัวแปรอิสระ
        ชุดควบคุม  หมายถึง ชุดของการทดลองที่ใช้เป็นมาตาฐานอ้างอิง เพื่อเปรียบเทียบข้อมูลที่ได้จากการทดลอง ซึ่งชุดควบคุมนี้จะมีตัวแปรต่างๆ เหมือนชุดทดลองแต่จะแตกต่างจากชุดทดลองเพียง 1 ตัวแปรเท่านั้น คือตัวแปรที่เราจะตรวจสอบหรือตัวแปรอิสระ
       3.2 การปฏิบัติการทดลอง  ในกิจกรรมนี้จะลงมือปฏิบัติการทดลองจริงโดยจะดำเนินการไปตามขั้นตอนที่ได้ออกแบบไว้  และควรจะทดลองซ้ำๆ หลายๆ ครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าได้ผลเช่นนั้นจริง
       3.3 การบันทึกผลการทดลอง  หมายถึง  การจดบันทึกที่ได้จากการทดลองซึ่งข้อมูลที่ได้นี้สามารถรวบรวมไว้ใช้สำหรับยืนยันว่าสมมติฐานที่ตั้งไว้ถูกต้องหรือไม่

         ในบางครั้งข้อมูลอาจได้มาจากการสร้างข้อเท็จจริง  เอกสาร  จากการสังเกตปรากฏการณ์ หรือจากการซักถามผู้รอบรู้ แล้วนำข้อมูลที่ได้มานั้นไปแปรผลและลงข้อสรุปในต่อไป ดั้งนั้น การรวบรวมข้อมูลเป็นสิ่งจำเป็นในวิธีการทางวิทยาศาสตร์

ตัวอย่าง

       เมื่อคาดคะเนคำตอบว่า "แสงแดดทำให้ต้นหญ้าเจริญงอกงาม  ดังนั้นต้นหญ้าที่ถูกแสงแดดจะเจริญงอกงาม  ส่วนต้นหญ้าที่ไม่ถูกแสงแดดจะไม่เจริญงอกงามหรือเฉาตายไป" ดังนั้นในขั้นนี้จะเป็นขั้นที่จะตรวจสอบว่า คำตอบที่เราคาดคะเนไว้นี้จะถูกต้องหรือไม่ โดยอาจออกแบบการทดลองได้ดังนี้
       นำต้นหญ้า (หรือพืชชนิดอื่นก็ได้เช่นถั่วเขียวที่ต้องเหมือนกันทั้ง 2 กลุ่มชุดการทดลอง) ปลูกในทีมีแสงแดด  ส่วนอีกหนึ่งกลุ่มปลูกใช้สังกะสีมาครอบไว้ไม่ให้ได้รับแสงแดด (จัดชุการทดลองและชุดควบคุมให้เหมือนกันทุกประการยกเว้นการได้รับแสงแดด  กับไม่ได้รับแสงแดด)  ทำการควบคุมทั้งปริมาณน้ำที่รดทั้ง 2 กลุ่มนี้เท่าๆ กัน ประมาณ 2 สัปดาห์ ทำการสังเกตและบันทึกผล
       * ตัวแปรต้นหรือตัวแปรอิสระ คือ แสงแดด
       * ตัวแปรตาม คือ ต้นหญ้าเจริญงอกงาม (หรือการเจริญเติบโตของต้นหญ้า)
       * ตัวแปรที่ต้องควบคุม คือ ปริมาณน้ำ, ชนิดของดิน, ปริมาณของดิน, ชนิดของกระถางที่ใช้ปลูก, ชนิดของต้นหญ้า
       นำข้อมูลที่ได้มาวิเคราะห์หาค่าเฉลี่ยความสูงของต้นหญ้า หรือการนำจำนวนใบของต้นหญ้า ซึ่งเราพบว่าต้นหญ้าที่ได้รับแสงแดดจะเจริญเติบโตงอกงามดีส่วนต้นหญ้าที่ไม่ได้รับแสงแดดจะมีสีเหลืองหรือสีขาวซีด และไม่งอกงาม จากนั้นก็สรุปผลการทดลอง

[แก้] เชิงอรรถ

เชิงอรรถ 1: ผู้สอนที่ใช้การแสวงหาความรู้เพื่อเป็นเครื่องมือในการสอน บางครั้งจะใช้ขั้นตอนที่ดัดแปลงจากระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์ โดยที่จะเปลี่ยนขั้นตอนแรกจาก "การระบุลักษณะเฉพาะ" เป็นการตั้งปัญหา

ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์ เป็นบทความเกี่ยวกับ วิทยาศาสตร์ ที่ยังไม่สมบูรณ์ ต้องการตรวจสอบ เพิ่มเนื้อหาหรือเพิ่มแหล่งอ้างอิง คุณสามารถช่วยเพิ่มเติมหรือแก้ไข เพื่อให้สมบูรณ์มากขึ้น ข้อมูลเกี่ยวกับ ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์ ในภาษาอื่น อาจสามารถหาอ่านได้จากเมนู ภาษาอื่น ด้านซ้ายมือ หรือ ดูเพิ่มที่ สารานุกรมวิทยาศาสตร์