METODOLOGIA I METODYKA NAUK PRZYRODNICZYCH. Michał Budka

Transkrypt

1 METODOLOGIA I METODYKA NAUK PRZYRODNICZYCH Michał Budka m.budka@amu.edu.pl

2 Na dobry początek Zasady zaliczenia: Zaliczenie na ocenę Obecność na ćwiczeniach Aktywny udział w zajęciach (+/0/-) Zaliczenie otwartego testu końcowego Materiały do ćwiczeń znajdują się na stronie ZEB (Zakładka 4Students) Koordynatorka ćwiczeń: Aleksandra Jakubowska

3

4 Nauki podstawowe Poznanie i zrozumienie świata Wyniki nie dadzą się natychmiast przełożyć na praktyczne zastosowanie 2016 r. 1.7 bilion 2015 r. $7.344 billion 2016 r. PLN 1 mld

5 Nauki podstawowe

6 Nauki podstawowe Jak wybrać, które badania finansować? "Jaki jest pożytek z elektryczności?" "Pewnego dnia będzie można ją opodatkować Michael Faraday "Każdy, kto spodziewa się źródła energii z reakcji jądrowych, jest fantastą Ernest Rutherford

7 Nauki stosowane Rozwiązywanie określonych rzeczywistych problemów, wykorzystanie nauki do zmian otoczenia, do sprawowania nad nim kontroli

8 Nauki stosowane Więc może warto inwestować tylko w badania stosowane? George Smoot Gdyby ludzie prowadzili tylko badania stosowane, nadal wytwarzalibyśmy wyłącznie coraz lepsze dzidy

9 Nauki podstawowe czy stosowane Jakie badania Państwo prowadzicie?

10 Teoria naukowa Całość logicznie spoistych uogólnień, prowadzących do wyjaśnienia przyczyny, warunków, przebiegu zjawiska, można ją sfalsyfikować Teoria: Księżyc jest zbudowany z sera, a cały ser znajdujący się na Ziemi bierze się ze spadających odłamków Księżyca Falsyfikacja: Można polecieć na Księżyc i sprawdzić czy jest zrobiony z sera

11 Teoria nienaukowa Z pozoru logiczne i spoiste uogólnienia, wyjaśniające przyczyny, warunki, czy przebieg zjawiska, ale niemożliwe do sfalsyfikowania Teoria: Cały wszechświat, wraz z wszystkimi obiektami, wiedzą, stanem mentalnym wszystkich organizmów powstał 5 sekund temu Falsyfikacja:???

12 Nauka czy pseudonauka? SETI - poszukiwanie specjalnie wysyłanych sygnałów komunikacyjnych przez obce cywilizacje

13 Paradygmat naukowy Zbiór spójnych i logicznych pojęć i teorii tworzących podstawy danej nauki, służy do organizowania i budowania nauki w sensie czynnościowym

14 Rewolucje naukowe Zakwestionowanie i zmiana paradygmatu, w konsekwencji przebudowa systemu myślenia, zmiana wizji świata

15 Metodologia nauk Nauka zajmująca się metodami oraz procedurami stosowanymi w naukach przy formułowaniu twierdzeń i teorii naukowych. Metodologia nauk pyta o procedury, schematy postępowania akceptowane w nauce w ogóle i w poszczególnych dyscyplinach naukowych. Odpowiada na pytanie: Co należy robić?

16 Metodyka [nauk] Ustandaryzowany dla danego obszaru wiedzy sposób podejścia do rozwiązywania konkretnych problemów badawczych. Nacisk na sposób realizacji zadań. Odpowiada na pytanie: Jak to należy robić?

17 Metodologia nauk Podstawowe zasady są takie same dla wszystkich dziedzin nauk przyrodniczych.

18

19 OBSERWACJA PRZYRODY Co i jak można obserwować Dostarczają materiał do formułowania pytań i hipotez Poprawny wybór metod wymaga pewnej znajomości obiektu i jego zachowania Pozwalają na zdobycie doświadczenia ważnego do dalszego prowadzenia badań

20 OBSERWACJA PRZYRODY PYTANIE Sprawdź czy ktoś już na nie przypadkiem nie odpowiedział!

21 Jedno interesujące pytanie czy wszystkie jakie uda się wymyśleć?

22 OBSERWACJA PRZYRODY PYTANIE

23 Dlaczego szpaki śpiewają? Cztery poprawne odpowiedzi: W kategorii wartości lub funkcji do przeżycia, W kategorii przyczynowości lub mechanizmu, W kategorii rozwoju, W kategorii historii ewolucji.

24 Cztery poprawne odpowiedzi Szpaki śpiewają aby zwabić partnera do rozrodu oraz odstraszyć rywali. Funkcja

25 Cztery poprawne odpowiedzi Szpaki śpiewają ponieważ wzrastająca długość dnia powoduje zmiany w poziomie hormonów w organizmie, Lub ze względu na sposób w jaki powietrze przepływa przez krtań dolną i wprawia w drganie błony wibracyjne. Przyczynowość

26 Cztery poprawne odpowiedzi Szpaki śpiewają ponieważ nauczyły się tego od swoich rodziców i sąsiadów. Lub w naszym przypadku od ludzi. Rozwój

27 Cztery poprawne odpowiedzi Szpaki śpiewają ponieważ ich śpiew wyewoluował od czasów ich ptasich przodków Ewolucja

28 OBSERWACJA PRZYRODY PYTANIE HIPOTEZA

29 Dobrze sprecyzowana hipoteza Hipoteza: jednoznaczne stwierdzenie mówiące co jest potencjalnym wyjaśnieniem dla obserwacji [jakiegoś zjawiska] Hipoteza powinna być skonstruowana w taki sposób, aby pozwalała na zbieranie danych, które mogą być wykorzystane do odrzucenia bądź wsparcia tego hipotetycznego wyjaśnienia

30 Można sformułować więcej niż jedną hipotezę aby wyjaśnić zjawisko Na przykład: Zaobserwowano, że pacjenci, których łóżka znajdowały się bliżej wejścia, lepiej odpowiadali na zabiegi, którym byli poddawani (szybciej dochodzili do zdrowia)

31 Hipotezy kandydujące do wyjaśnienia tego zjawiska H 1 Pacjenci nie są losowo rozmieszczeni na sali. Siostry mają tendencję do rozmieszczania cięższych przypadków w cichszej części sali, a więc dalej od drzwi H 2 Pacjenci bliżej drzwi są widziani jako pierwsi przez lekarzy podczas obchodu i to im poświęcane jest więcej uwagi niż kolejnym pacjentom na Sali H 3 Pacjenci dobrze reagują na większą aktywność wokół nich, a ta występuje kiedy leży się bliżej drzwi.

32 OBSERWACJA PRZYRODY PYTANIE HIPOTEZA PRZEWIDYWANIA

33 Przewidywania Są nieodłącznym elementem testowanej hipotezy Są logiczne i mocno umocowane w teorii Muszą być możliwe do przetestowania Wskazują jaki rodzaj danych powinien zostać zebrany

34 Przewidywania Przykład: Pytanie: dlaczego szpaki śpiewają? Hipoteza: szpaki śpiewają aby odstraszyć rywali Przewidywanie. terytoria śpiewających samców będą rzadziej zajmowane przez intruzów niż terytoria milczących samców

35 OBSERWACJA PRZYRODY PYTANIE HIPOTEZA PRZEWIDYWANIA PLAN BADAŃ (EKSPERYMENTU)

36 Plan badań (eksperymentu) Dokładne zaplanowanie całego procesu zbierania danych Przed wykonaniem eksperymentu należy przemyśleć wszystkie możliwe wyniki jakie może dać zaplanowane przez nas postępowanie testujące hipotezę Należy unikać eksperymentów, które mogą dać wyniki, których nie będziemy w stanie zinterpretować

37 Plan badań (eksperymentu) Wybór poziomu analizy Wybór miejsca Wybór czasu (w sezonie, pora doby) Efekt obserwatora Wielkość próby i sposób jej wyboru Etyka Itd Poddaj plan badań konstruktywnej krytyce!

38 Plan badań (eksperymentu) Na tym etapie warto przeprowadzić badania pilotażowe aby upewnić się że: - pytanie badawcze zostało zadane właściwie, - technika badawcza działa właściwie. Czas poświęcony na badania pilotażowe nie jest czasem straconym!

39 Przewidywania Przykład: Pytanie: dlaczego szpaki śpiewają? Hipoteza: szpaki śpiewają aby odstraszyć rywali Przewidywanie: terytoria śpiewających samców będą rzadziej zajmowane przez intruzów niż terytoria milczących samców Plan badań..

40 HIPOTEZA PRZEWIDYWANIA PLAN BADAŃ (EKSPERYMENTU) ZBIERANIE DANYCH / EKSPERYMENT / ANALIZA

41 HIPOTEZA PRZEWIDYWANIA PLAN BADAŃ (EKSPERYMENTU) ZBIERANIE DANYCH / EKSPERYMENT / ANALIZA H0 PRZYJĘTA PORÓWNANIE PRZEWIDYWAŃ I WYNIKU

42 HIPOTEZA PRZEWIDYWANIA DODATKOWE TESTY PLAN BADAŃ (EKSPERYMENTU) ZBIERANIE DANYCH / EKSPERYMENT / ANALIZA ODPOWIEDZIELIŚMY NA PYTANIE H0 PRZYJĘTA PORÓWNANIE PRZEWIDYWAŃ I WYNIKU H0 ODRZUCONA

43 Dane w badaniach biologicznych Każde badania biologiczne wymagają zebrania danych (laboratorium, teren) Dobre dane to dopiero lub aż połowa sukcesu Hipotezy bez danych są bezużyteczne, podobnie jak dane bez hipotez Złych danych nie można w żaden sposób poprawić!

44 Nie mierz wszystkiego co może być zmierzone BMI = waga/wzrost 2

45 Pomiary i skale Skala nominalna Skala rangowa (porządkowa) Skala interwałowa Skala ilorazowa

46 Skala nominalna Pomiary i skale

47 Pomiary i skale Skala rangowa (porządkowa)

48 Skala interwałowa (przedziałowa) Pomiary i skale

49 Skala ilorazowa Pomiary i skale

50 Dokładność (accuracy) i odchylenie pomiarów (precision)

51 Z jaką dokładnością mierzyć? Dla danych ciągłych oszczędzamy czas i pieniądze decydując wcześniej z jaką precyzją będziemy dokonywać pomiarów

52 Z jaką dokładnością mierzyć? Określ zakres swoich danych Zakres = Max. wartość Min. Wartość Dokładność pomiarów w granicach od 30 do 300 jednostek wg. Sokal i Rohlf (1981), czyli: Min. dokładność = Zakres / 30 Mak. dokładność = Zakres / 300

53 Z jaką dokładnością mierzyć? Przykład: Rozpiętość skrzydeł bociana białego: Min = 155 cm, Max: = 215 cm Czy pomiar z dokładnością 1 cm jest prawidłowy? Zakres = 60 cm Min. dokł. = 2 cm Max. Dokł = 2 mm

54 Poziom istotności Poziom istotności P maks. prawdopodobieństwo popełnienia błędu I rodzaju Kiedy należy odrzucić hipotezę zerową?

55 Istotność statystyczna a istotność biologiczna Czy nieistotna statystycznie 3% różnica w przeżywalności samic i samców ptaków ma biologiczne znaczenie? Czy istotna statystycznie różnica 0.03 g w masie ciała ryb z dwóch różnych jezior jest biologicznie istotna?

56 C. D. N.