科学的方法：6つのステップとその特性（例） - 理科 - 2025

科学的な方法は、観察、質問、仮説製剤、および実験を通して科学的な仮説を検証するために、科学の枝に使用されるプロセスです。それは客観的で信頼できる知識を得るための合理的な方法です。

したがって、科学的方法には、それを定義する一連の特性があります。それは、観察、実験、および質問と回答です。ただし、すべての科学者がこのプロセスに正確に従っているわけではありません。科学のいくつかの分野は他の分野よりも簡単にテストすることができます。

科学的方法のステップ：質問、調査、仮説の策定、実験、データ分析、結論。

たとえば、星が年をとるにつれてどのように変化するか、または恐竜がどのように食べ物を消化するかを研究する科学者は、星の寿命を100万年進めたり、恐竜の研究やテストを行って仮説を検証したりすることはできません。

直接実験が不可能な場合、科学者は科学的方法を変更します。ほとんどすべての科学的調査によって変化しますが、目的は同じです。質問をし、データを収集して調査し、すべての利用可能な情報を論理的な答えに組み合わせることができるかどうかを確認することで、因果関係を発見します。

一方、新しい情報、データ、または結論によって手順を再度実行する必要が生じる可能性があるため、科学者はしばしば科学的方法の段階を再度通過します。

たとえば、科学者は「過食は老化を加速させる」という仮説を立て、実験を行い、結論を出すことができます。次に、「砂糖を食べすぎると老化が加速する」などの別の仮説から始めて、手順をもう一度実行します。

科学的方法とは何ですか？

科学的方法は、新しい知識と情報を取得するのに役立つ経験的な調査方法です。「経験的」とは、現実に基づいており、データを使用することを意味します。「理論的」の反対です。したがって、科学者は科学的手法を使用して、現実について学び、データを収集して実験を行います。これは、すべてのタイプの研究に適用される6つのステップ/フェーズ/ステージに分けることができます。

-観察に基づく質問。

-調査。

-仮説の定式化。

-実験。

-データの分析。

-仮説を拒否または受け入れる（結論）。

次に、調査を行うときに取られる基本的な手順を示します。あなたがそれをよりよく理解するために、記事の終わりに、生物学実験におけるステップの適用の例を残します。DNAの構造の発見に。

科学的方法の主な特徴

-観測を出発点として使用します。

-質問と回答を求めます。仮説を立てるために、科学者は体系的な方法で質疑応答を行い、現実の側面における因果関係を確立しようとします。

-検証が必要です。つまり、結果はさまざまな科学者によって検証される必要があります。

-反駁可能な結論を生成します。結論を検証できない場合、科学的手法は適用できません。

-再現可能な結果を​​生成します。実験は、同じ結果を得ようとするために科学者によって複製することができます。

-それは客観的です。それは主観的な意見ではなく、実験と観察に基づいています。

科学的方法のステップは何ですか？それらの構成要素とその特徴

ステップ1-観察に基づいて質問する

科学的方法は、科学者/研究者が彼らが観察したもの、または彼らが調査しているものについて質問するときに始まります。

観察と質問の例：

-ルイパスツールは、フランス南部のカイコが寄生虫に感染した病気を持っていることを顕微鏡下で観察しました。

-生物学者は、特定の種類の細胞の存在が天然痘の症状を改善することを顕微鏡下で観察します。あなたは尋ねるかもしれません、これらの細胞は天然痘ウイルスと戦うのですか？

-アルバートアインシュタインは、特殊相対性理論を開発しているときに、次のように自問しました。光線が宇宙を伝搬するときに、光線の横を歩くことができるとしたら、どうしますか。

ステップ2-調査

このステップは、調査を行い、質問への回答に役立つ情報を収集することで構成されています。収集された情報が客観的で信頼できる情報源からのものであることが重要です。それらは、インターネットデータベース、図書館、書籍、インタビュー、研究などを通じて調査できます。

科学的観察にはいくつかの種類があります。最も一般的なものは、直接的および間接的です。

ステップ3-仮説の定式化

第3段階は、仮説の定式化です。仮説は、将来の観測結果を予測するために使用できるステートメントです。

仮説の例：

• 時間を活用して定期的にトレーニングするサッカー選手は、トレーニングセッションの15％を逃したサッカー選手よりも多くのゴールを獲得します。
• 高等教育を学んだ新しい親は、70％のケースで出産でよりリラックスしています。

有用な仮説は、演繹的推論を含む推論による予測を可能にする必要があります。仮説は、実験室での実験の結果や自然現象の観察を予測することができます。

予測が観察または経験によってアクセスできない場合、仮説はまだテスト可能ではなく、その非科学的尺度にとどまります。その後、新しい技術や理論が必要な実験を可能にするかもしれません。

ステップ4-実験

人間との実験事例。

次のステップは実験であり、科学者が仮説を検証するいわゆる科学実験を実行します。

仮説が立てようとする予測は、実験でテストすることができます。テスト結果が予測と矛盾する場合、仮説は疑問視され、持続可能性が低くなります。

実験結果が仮説の予測を裏付ける場合、仮説はより正確であると見なされますが、それらは間違っている可能性があり、今後の実験の対象となる可能性があります。

実験における観測誤差を回避するために、実験的制御手法が使用されます。この手法では、さまざまな条件下での複数のサンプル（または観測値）間のコントラストを使用して、何が変化するか、または同じままかを確認します。

例

「草の成長率は光の量に依存しない」という仮説をテストするには、光にさらされていない草からデータを観察して取得する必要があります。

これは「コントロールグループ」と呼ばれます。調査中の変数を除いて、他の実験グループと同じです。

対照群は、実験群と1つの変数だけが異なることに注意することが重要です。こうすることで、変更を生成する変数かどうかがわかります。

たとえば、日陰の外の草は、太陽の下の草と比較できません。ある都市の芝生を別の都市の芝生と組み合わせることもありません。土壌水分やpHなど、光に加えて2つのグループ間に変数があります。

非常に一般的なコントロールグループの別の例

薬物が望ましいものを治療するのに有効であるかどうかを調べる実験は非常に一般的です。たとえば、アスピリンの効果を知りたい場合は、最初の実験で2つのグループを使用できます。

• アスピリンが提供される実験群1。
• グループ1と同じ特性を持ち、アスピリンが提供されなかったコントロールグループ2。

ステップ5：データ分析

実験後、データが取得されます。データは、数値、はい/いいえ、存在/不在、またはその他の観測値の形式になります。

測定とデータの体系的で注意深い収集は、錬金術のような疑似科学と、化学や生物学のような科学との違いです。測定は、実験室などの制御された環境で、または星や人間の個体数などのアクセスできないオブジェクトや操作できないオブジェクトに対して行うことができます。

多くの場合、測定には、温度計、顕微鏡、分光器、粒子加速器、電圧計などの特殊な科学機器が必要です。

このステップでは、実験の結果が示す内容を決定し、次に実行するアクションを決定します。実験が何度も繰り返される場合、統計分析が必要になることがあります。

証拠が仮説を拒否した場合は、新しい仮説が必要です。実験からのデータが仮説をサポートしているが、証拠が十分に強くない場合は、仮説の他の予測を他の実験でテストする必要があります。

仮説がエビデンスによって強く支持されたら、同じ研究トピックについてより多くの情報を提供するために新しい研究質問をすることができます。

ステップ6：結論。データを解釈し、仮説を承認または拒否する

多くの実験では、データの非公式な分析に基づいて結論が形成されます。簡単に言うと、データは仮説に適合していますか？これは、仮説を承認または拒否する方法です。

ただし、データに統計分析を適用して、「許容」または「拒否」の程度を確立することをお勧めします。数学は、実験における測定誤差やその他の不確実性の影響を評価するためにも役立ちます。

仮説が受け入れられた場合、それが正しい仮説であるとは限りません。これは、実験結果が仮説を裏付けていることを意味します。実験を複製して、次回は異なる結果を得ることができます。仮説は観察結果を説明することもありますが、それは間違った説明です。

仮説が却下された場合、それは実験の終わりであるか、または再度行うことができます。このプロセスを繰り返すと、より多くの観測とより多くのデータが得られます。

その他の手順は次のとおりです。7-結果を伝達し、8-研究を複製して結果を確認します（他の科学者が実施）

同じ結果を生み出すために実験を繰り返すことができない場合、これは元の結果が間違っていた可能性があることを意味します。結果として、特に制御されていない変数やその他の実験誤差の兆候がある場合は特に、1つの実験が複数回実行されるのが一般的です。

重要なまたは驚くべき結果を得るために、他の科学者も、特にそれらの結果が自分の研究にとって重要である場合は、結果を自分で複製しようとする場合があります。

DNAの構造の発見における科学的方法の実際の例

DNAの構造の発見の歴史は科学的方法のステップの典型的な例です：1950年に、遺伝的継承がグレゴールメンデルの研究から数学的記述を持ち、そのDNAに遺伝情報が含まれていることが知られていました。

しかし、DNAにおける遺伝情報（つまり遺伝子）の保存のメカニズムは不明でした。

ワトソンとクリックだけがノーベル賞を受賞したが、DNAの構造の発見に参加したことに注意することが重要です。当時の多くの科学者が知識、データ、アイデア、発見に貢献しました。

観察からの質問

DNAに関するこれまでの研究は、その化学組成（4つのヌクレオチド）、各ヌクレオチドの構造、およびその他の特性を決定していました。

DNAは、1944年のエイブリーマクロードマッカーティの実験によって遺伝情報のキャリアとして特定されていましたが、遺伝情報がDNAにどのように格納されるかについてのメカニズムは不明でした。

したがって、問題は次のようになります。

調査

Linus Pauling、Watson、Crickなどの関係者が調査し、情報を検索しました。この場合、時間の調査、本、同僚との会話などが考えられます。

仮説

Linus Paulingさんは、DNAは三重らせんである可能性があると提案しました。この仮説は、フランシスクリックとジェームズD.ワトソンによっても検討されましたが、破棄されました。

ワトソンとクリックがポーリングの仮説を知ったとき、彼らは彼が間違っていることを既存のデータから理解しました、そして、ポーリングはすぐにその構造で彼の困難を認めるでしょう。したがって、DNAの構造を発見するためのレースは、正しい構造を発見することでした。

仮説はどのような予測をしますか？DNAがらせん構造を持つ場合、そのX線回折パターンはX字型になります。

したがって、DNAが二重らせん構造を持っているという仮説は、X線の結果/データでテストされます。具体的には、1953年にロザリンドフランクリン、ジェームズワトソン、フランシスクリックによって提供されたX線回折データでテストされました。

実験

Rosalind Franklinは純粋なDNAを結晶化し、X線回折を行って写真51を作成しました。結果はX形状を示しました。

Watson and Crickモデルをサポートする実験的な証拠は、Natureに掲載された一連の5つの論文で実証されました。

これらのうち、フランクリンとレイモンドゴスリングの論文は、ワトソンアンドクリックモデルをサポートするX線回折データを含む最初の出版物でした。

分析と結論

ワトソンは詳細な回折パターンを見たとき、すぐにそれをらせんとして認識しました。

彼とクリックは、この情報と、DNAの組成や水素結合などの分子相互作用に関する既知の情報を使用して、モデルを作成しました。

歴史

科学的方法が使用され始めた時期を正確に定義することは難しいため、誰がそれを作成したかという質問に答えることは困難です。

この方法とそのステップは時間とともに進化し、それを使用していた科学者たちは少しずつ進化し、洗練して貢献しました。

アリストテレスとギリシャ人

歴史の中で最も影響力のある哲学者の1人であるアリストテレスは、経験科学の創設者、つまり経験、実験、および直接的および間接的な観察から仮説を検証するプロセスでした。

ギリシャ人は、世界の現象を理解し研究するために観察し、測定し始めた最初の西洋文明でしたが、それを科学的方法と呼ぶ構造はありませんでした。

イスラム教徒とイスラムの黄金時代

実際、現代の科学的手法の開発は、イスラムの黄金時代、10世紀から14世紀のイスラム教学者によって始まりました。その後、啓蒙主義の哲学者科学者たちはそれを洗練し続けました。

貢献したすべての学者の中で、アルハセン（Abū 'Al ofal-Ḥasanibnal-Ḥasanibnal-Hayṯam）は、一部の歴史家によって「科学的方法の建築家」と見なされた主要な寄稿者でした。彼の方法には次の段階があり、この記事で説明されている方法との類似性を確認できます。

-自然界の観察。

-問題を確立/定義します。

-仮説を立てる。

-実験を通じて仮説をテストします。

-結果を評価および分析します。

-データを解釈し、結論を導きます。

-結果を公開します。

ルネッサンス

哲学者ロジャー・ベーコン（1214-1284）は、科学的方法の一部として帰納的推論を適用した最初の人物であると考えられています。

ルネサンスの間、フランシスベーコンは因果関係を通じて帰納法を開発し、デカルトは控除が学習と理解の唯一の方法であると提案しました。

ニュートンと現代科学

アイザックニュートンは、プロセスが今日までに最終的に洗練された科学者と見なすことができます。彼は科学的方法が演繹的方法と帰納的方法の両方を必要とするという事実を提案し、実践した。

ニュートンの後に、アルバートアインシュタインを含む、メソッドの開発に貢献した他の偉大な科学者がいました。

重要性

科学的方法は、知識を身に付けるための信頼できる方法であるため、重要です。これは、データ、実験、観察に基づくクレーム、理論、知識に基づいています。

したがって、技術、科学一般、健康、そして一般に社会の進歩のために、理論的知識と実用化を生み出すことが不可欠です。

たとえば、この科学の方法は信仰に基づく方法とは逆です。信仰があれば、反駁できる証拠に基づくことなく、伝統、文書、または信念によって何かが信じられたり、その信仰の信念を否定または受け入れる実験や観察を行うことはできません。

科学では、研究者はこの方法のステップを実行し、結論に達し、データを提示でき、他の研究者はその実験または観察を複製して、それを検証するかどうかを検証できます。

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