Chimica per il liceo/Il metodo scientifico
Il metodo scientifico si riferisce ai modi per ottenere fatti , correggere errori ed errori e testare teorie .
Il metodo scientifico è osservazione , misurazione ed esperimento , oltre alla formulazione, verifica e modifica di ipotesi.
Uno scienziato raccoglie prove empiriche e misurabili e utilizza ragionamenti validi.
Le nuove conoscenze spesso necessitano di aggiustamenti o di integrazioni con le conoscenze precedenti.
Fasi
modificaLa scienza e le cose che non sono scienza (come la pseudoscienza ) si distinguono in genere a seconda che utilizzino il metodo scientifico o meno. Una delle prime persone a creare uno schema delle fasi del metodo scientifico fu John Stuart Mill .
Non esiste un metodo scientifico in assoluto. Alcuni campi della scienza si basano su modelli matematici, come la fisica. Altri campi, come le scienze sociali, hanno teorie approssimative. Si affidano maggiormente ai modelli che emergono dai loro dati. A volte gli scienziati si concentrano sulla verifica e sulla conferma delle ipotesi , ma è importante anche l’esplorazione a tempo indeterminato. Alcuni campi scientifici utilizzano esperimenti di laboratorio. Altri raccolgono osservazioni da situazioni del mondo reale. Molte aree della scienza sono quantitative, enfatizzando i dati numerici e l'analisi matematica. Ma alcune aree, soprattutto nelle scienze sociali, utilizzano metodi qualitativi, come interviste o osservazioni dettagliate del comportamento umano o animale. Concentrarsi troppo su un tipo di metodo può portarci a ignorare la conoscenza prodotta da altri metodi.
Alcuni libri di testo si concentrano principalmente su un unico "metodo scientifico" standard che si basa sulla verifica sperimentale delle ipotesi. Non si applica molto bene ad alcune aree della scienza. È spesso scritto come una serie di passaggi:
- Fai una domanda su un fenomeno osservabile. Tutto il lavoro scientifico inizia con una domanda da porre o un problema da risolvere. A volte semplicemente formulare la domanda giusta è la parte più difficile per uno scienziato. Alla domanda dovrebbe essere possibile rispondere mediante un esperimento.
- Creare un’ipotesi : una possibile risposta/soluzione alla domanda. Un'ipotesi nella scienza è una parola che significa "Un'ipotesi plausibile su come funziona qualcosa". Dovrebbe essere possibile dimostrarlo giusto o sbagliato. Ad esempio, un'affermazione come "Il blu è un colore migliore del verde" non è un'ipotesi scientifica. Non si può dimostrare che sia giusto o sbagliato. "Alla gente piace più il colore blu che al verde" potrebbe essere un'ipotesi scientifica, perché si potrebbe chiedere a molte persone se preferiscono il blu al verde e trovare una risposta in un modo o nell'altro.
- Progetta un esperimento . Se l’ipotesi è veramente scientifica, dovrebbe essere possibile progettare un esperimento per testarla. Un esperimento dovrebbe essere in grado di dire allo scienziato se l'ipotesi è sbagliata; potrebbe non dirgli se l'ipotesi è giusta. Ad esempio, pensa a come mostrare che la Terra è rotonda anziché piatta. Di solito gli scienziati vogliono testare solo una cosa alla volta. Per fare ciò, cercano di rendere ogni parte di un esperimento uguale per tutto, tranne che per la cosa che vogliono testare. L'esperimento analizza 1 variabile per volta e deve sempre contenere un campione e un controllo (non sottoposto ad alcuna analisi).
- Sperimenta e raccogli i dati. Qui lo scienziato cerca di eseguire l'esperimento che ha progettato in precedenza. A volte lo scienziato ottiene nuove idee mentre l'esperimento va avanti. A volte è difficile sapere quando un esperimento è finalmente terminato. A volte sperimentare sarà molto difficile. Alcuni scienziati trascorrono gran parte della loro vita imparando come eseguire buoni esperimenti.
- Trarre conclusioni dall'esperimento. L'esperimento dovrebbe confermare o meno l'ipotesi. A volte i risultati non sono facili da comprendere. A volte gli esperimenti stessi aprono nuove domande. A volte i risultati di un esperimento possono significare molte cose diverse. Tutto ciò deve essere considerato attentamente.
Esempio di articolo scientifico pubblicato su www.ploseone.org - Comunicarli agli altri . Un elemento chiave della scienza è la condivisione dei risultati degli esperimenti, in modo che altri scienziati possano poi utilizzare la conoscenza e tutta la scienza possa trarne beneficio. Di solito gli scienziati non si fidano di una nuova affermazione a meno che altri scienziati non l'abbiano prima esaminata per assicurarsi che sembri vera scienza. Questo si chiama peer review ("peer" qui significa altri scienziati che hanno conoscenze su quell'argomento). Il lavoro che supera la revisione paritaria viene pubblicato in una rivista scientifica. Un articolo scientifico è così strutturato: - titolo; - autori; - abstract; - introduzione; - materiali e metodi; - procedimento; - risultati e discussione; - conclusioni; - bibliografia.
Sebbene sia scritto come un elenco, gli scienziati possono andare avanti e indietro tra i diversi passaggi più volte prima di essere soddisfatti della risposta.
Esempio-esercizio: sciogliere lo zucchero nell'acqua
modificaDiciamo che scopriremo l'effetto della temperatura sul modo in cui lo zucchero si scioglie in un bicchiere d' acqua . Di seguito è riportato un modo per farlo, seguendo passo dopo passo il metodo scientifico.
Obiettivo
modificaLo zucchero si dissolve più velocemente nell'acqua calda o nell'acqua fredda? La temperatura influisce sulla velocità con cui lo zucchero si scioglie? Questa è una domanda che potremmo voler porre.
Pianificazione dell'esperimento
modificaUn semplice esperimento potrebbe essere quello di sciogliere lo zucchero in acqua a diverse temperature e tenere traccia di quanto tempo impiega lo zucchero a dissolversi. Questo sarebbe un test dell'idea che la velocità di dissoluzione varia a seconda dell'energia cinetica del solvente .
Vogliamo assicurarci di utilizzare esattamente la stessa quantità di acqua in ogni prova e esattamente la stessa quantità di zucchero. Lo facciamo per assicurarci che sia solo la temperatura a causare l’effetto. Potrebbe essere, ad esempio, che anche il rapporto tra zucchero e acqua influisca sulla velocità di dissoluzione. Per essere particolarmente attenti, potremmo anche eseguire l'esperimento in modo che la temperatura dell'acqua non cambi durante l'esperimento.
Questo si chiama "isolare una variabile ". Ciò significa che dei fattori che potrebbero avere un effetto, solo uno viene modificato nell'esperimento.
Esecuzione dell'esperimento
modificaFaremo l'esperimento in tre prove, che sono esattamente le stesse, fatta eccezione per la temperatura dell'acqua.
- Mettiamo esattamente 25 grammi di zucchero in esattamente 1 litro d'acqua fredda quasi come il ghiaccio. Non ci muoviamo. Notiamo che occorrono 30 minuti prima che tutto lo zucchero si sciolga.
- Mettiamo esattamente 25 grammi di zucchero in esattamente 1 litro di acqua a temperatura ambiente (20 °C). Non ci muoviamo. Notiamo che ci vogliono 15 minuti prima che tutto lo zucchero si sciolga.
- Mettiamo esattamente 25 grammi di zucchero in esattamente 1 litro di acqua tiepida (50 °C). Non ci muoviamo. Notiamo che occorrono 4 minuti prima che tutto lo zucchero si sciolga.
Trarre conclusioni
modificaUn modo per semplificare la visualizzazione dei risultati è crearne una tabella, elencando tutte le cose che sono cambiate ogni volta che abbiamo eseguito l'esperimento. Il nostro potrebbe assomigliare a questo:
| Temperatura | Tempo di dissoluzione |
|---|---|
| 1°C | 30 minuti |
| 20 °C | 15 minuti |
| 50 °C | 4 minuti |
Se tutte le altre parti dell’esperimento fossero le stesse (non usassimo più zucchero una volta rispetto all’altra, non mescolassimo una volta o l’altra, ecc.), allora questa sarebbe un’ottima prova che il calore influenza la velocità con cui lo zucchero è sciolto.
Non possiamo sapere con certezza, però, che non ci sia qualcos’altro che lo influenza. Un esempio di causa nascosta potrebbe essere che lo zucchero si scioglie più velocemente ogni volta che più zucchero viene sciolto nella stessa pentola. Questo probabilmente non è vero, ma se lo fosse, i risultati potrebbero essere esattamente gli stessi: tre prove e l'ultima sarebbe la più veloce. Non abbiamo motivo di pensare che ciò sia vero in questo momento, ma potremmo volerlo notare come un’altra possibile risposta.
Attività
modificaLaboratorio: un caso di studio (su farelaboratorio.accademiadellescienze.it)