Die wissenschaftliche Methode anwenden

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In diesem Artikel:

Eine Hypothese aufstellen

Ein Experiment durchführen

Die Resultate analysieren und berichten

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Literaturhinweise

Die wissenschaftliche Methode ist das Grundgerüst aller stringenter wissenschaftlichen Nachforschungen. Als eine Reihe von Techniken und Prinzipien, die dazu entworfen wurden, die wissenschaftliche Forschung voranzubringen und die Wissensansammlung zu fördern, wurde die wissenschaftliche Methode von den Philosophen des antiken Griechenland bis zu den Wissenschaftlern der heutigen Zeit sukzessive weiterentwickelt und feingeschliffen. Auch wenn es Variationen der Methode gibt und Meinungsverschiedenheiten dazu, wie sie angewandt werden sollte, sind die Grundschritte leicht zu verstehen und von unschätzbarem Wert, nicht nur für die wissenschaftliche Forschung, sondern auch beim Lösen alltäglicher Problemstellungen.

Vorgehensweise

Teil 1

Teil 1 von 3:

Eine Hypothese aufstellen

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   Stelle eine Frage zu etwas, das du beobachtet hast. Es ist die Neugierde, die neues Wissen hervorbringt. Beachte es, wenn du etwas beobachtest, das du dir nicht einfach mit deinem vorhandenen Wissen erklären kannst, oder etwas, wofür es eine andere Erklärung geben könnte, als die, die man normalerweise erhält. Hinterfrage dann, wie man erklären könnte, was es hervorruft.

   • Dir könnte zum Beispiel auffallen, dass die Topfpflanze, die du auf ein Fensterbrett gestellt hast, größer ist als die Pflanze in deinem Schlafzimmer, obwohl es sich um dieselbe Pflanze handelt und du sie zur gleichen Zeit eingepflanzt hast. Dann könntest du dir die Frage stellen, warum die beiden Pflanzen unterschiedliche Wachstumsraten haben.
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   Stelle Nachforschungen zu deinem bereits vorhandenen Wissen zu dieser Frage an. Um deine Frage zu beantworten, musst du mehr über die vorliegende Thematik wissen. Beginne damit, Bücher zu deiner Frage zu lesen und im Internet Artikel nachzuschlagen und versuche, die Antwort zu finden.

   • Wenn du zum Beispiel nach Informationen über deine Frage zu den Pflanzen suchst, könntest du damit anfangen, Informationen über die Biologie der Pflanzen und die Photosynthese in einem wissenschaftlichen Lehrbuch oder im Internet zu suchen. Du könntest auch Gartenbücher und -webseiten nützlich finden.
   • Du solltest so viel wie möglich über deine Frage lesen, denn sie könnte bereits beantwortet worden sein oder du könntest Informationen finden, die dir beim Aufstellen deiner Hypothese helfen.
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   Bringe eine Hypothese in Form einer Erklärung hervor. Eine Hypothese ist eine mögliche Erklärung für ein Phänomen, das du beobachtet hast, basierend auf den Nachforschungen, die du angestellt hast. Es ist im Grunde eine wohl begründete Vermutung. Die Hypothese sollte ein Verhältnis zwischen Ursache und Wirkung voraussetzen.

   • Die Hypothese soll wie eine Tatsachenaussage klingen. Deine Hypothese könnte zum Beispiel sein, dass die größere Menge an Sonnenlicht auf der Fensterbank bewirkt hat, dass die eine eingetopfte Pflanze schneller wächst als die andere.
   • Achte darauf, dass deine Hypothese nachprüfbar ist. Das heißt in anderen Worten, es muss etwas sein, das man in einem wissenschaftlichen Experiment beweisen kann.
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   Mache eine Vorhersage angelehnt an deine Hypothese. Du solltest einen Ausgang vorhersagen, den du erwartest zu sehen, wenn deine Hypothese korrekt ist. Es ist dieses Ergebnis, das du in deinem Experiment zu bestätigen versuchst.

   • Die Vorhersage sollte in der Form einer Wenn-dann-Aussage stehen. Du könntest zum Beispiel sagen „Wenn eine Pflanze mehr direktes Sonnenlicht erhält, wächst sie mit einer schnelleren Wachstumsrate.”
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Teil 2

Teil 2 von 3:

Ein Experiment durchführen

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   Führe die Vorgehensweise an, mit der du deine Hypothese testest. Liste Schritt für Schritt ganz genau alles auf, was du machen wirst, um deine Hypothese zu überprüfen. Dieser Schritt ist nicht nur bedeutsam, um sicherzugehen, dass du deine Hypothese richtig überprüfst, sondern er ermöglicht dir und anderen auch, das Experiment zu wiederholen.

   • Du solltest zum Beispiel präzise angeben, wie viel Erde du in jeden Topf füllst, wie viel Wasser du jeder Pflanze gibst und wie häufig und wie viel Sonnenlicht jede Pflanze erhält (gemessen in Watt pro Quadratmeter).
   • Die Reproduzierbarkeit ist eines der wesentlichen Fundamente der wissenschaftlichen Methode, daher ist es wichtig, dass du genau darlegst, wie dein Experiment durchgeführt wird. So sorgst du dafür, dass andere es kopieren und versuchen können, dasselbe Resultat zu erhalten.
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   Stelle deine unabhängigen und abhängigen Variablen fest. Bei deinem Experiment sollte die Auswirkung einer Sache (der unabhängigen Variable) auf die andere Sache (die abhängige Variable) getestet werden. Stelle fest, welche deine unabhängigen und abhängigen Variablen sind und lege fest, wie du sie in deinem Experiment messen wirst.

   • Bei dem Experiment mit den Topfpflanzen wäre die unabhängige Variable zum Beispiel die Menge an Sonnenlicht, der jede der Pflanzen ausgesetzt ist. Die abhängige Variable wäre die Höhe der einzelnen Pflanzen.
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   Entwirf dein Experiment so, dass die Ursache des Phänomens isoliert wird. Das Experiment muss deine Hypothese entweder bestätigen oder sie nicht bestätigen, es muss also auf eine Weise durchgeführt werden, dass die Ursache des Phänomens isoliert und festgestellt werden kann. In anderen Worten sagt man, es sollte „kontrolliert“ sein.

   • Du kannst zum Beispiel ein Experiment entwerfen, bei dem du drei verschiedene Topfpflanzen (derselben Art) an drei unterschiedliche Orte stellst: eine auf das Fensterbrett, eine in dasselbe Zimmer, aber an eine Stelle mit weniger direktem Sonnenlicht und eine in einen verdunkelten Schrank. Dann würdest du aufzeichnen, wie hoch jede der Pflanzen im Verlauf von sechs Wochen am Ende jeder Woche gewachsen ist.
   • Achte darauf, dass du nur jeweils ein Phänomen auf einmal testest. Alle anderen Variablen sollten bei allen Proben konstant sein. Zum Beispiel sollten alle der Pflanzen in Töpfen derselben Größe sein und mit derselben Art und Menge an Erde. Sie sollten auch zur selben Tageszeit dieselbe Menge an Wasser erhalten.
   • Bei manchen komplexen Fragestellungen könnte es Hunderte oder Tausende potentielle Ursachen geben und es kann schwierig oder sogar unmöglich sein, sie in einem einzigen Experiment zu isolieren.
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   Führe makellose Aufzeichnungen. Andere Leute müssen einen Test auf dieselbe Weise wie du aufstellen und dasselbe Ergebnis erhalten können. Sorge dafür, dass du sorgfältige Aufzeichnungen führst, mit denen du das Experiment, die befolgte Vorgehensweise und die gesammelten Daten dokumentierst.

   • Es ist äußerst wichtig, dass du es anderen Wissenschaftlern ermöglichst, alles exakt zu kopieren, was du gemacht hast, um dein Experiment zu wiederholen. So kann ausgeschlossen werden, dass deine Ergebnisse durch Unstimmigkeiten oder Fehler entstanden sind.
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   Führe dein Experiment durch und sammle quantifizierte Ergebnisse. Nachdem du dein Experiment entworfen hast, musst du es noch ausführen. Sorge dafür, dass die Ergebnisse in quantifizierten Maßeinheiten gesammelt werden, die du analysieren kannst und die es anderen ermöglichen, dein Experiment objektiv zu wiederholen.

   • Setze jede Pflanze bei dem Beispiel mit den Topfpflanzen an die Stellen mit unterschiedlichen Mengen an Sonnenlicht, die du ausgewählt hast. Wenn die Pflanzen bereits über die Erdoberfläche gewachsen sind, miss ihre Anfangshöhe. Gieße jede Pflanze täglich mit exakt derselben Menge Wasser. Zeichne jeweils am Ende eines Zeitraums von sieben Tagen die Höhe der Pflanzen auf.
   • Du solltest dein Experiment mehrere Male durchführen, um sicherzustellen, dass deine eigenen Ergebnisse einheitlich sind und um Anomalien auszusortieren. Es gibt keine Anzahl an Wiederholungen, die man bei einem Experiment machen muss, du solltest aber einplanen, es mindestens zweimal zu wiederholen.
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Teil 3

Teil 3 von 3:

Die Resultate analysieren und berichten

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   Untersuche die Daten, die du gesammelt hast, und ziehe Schlüsse daraus. Die Überprüfung einer Hypothese ist eine Methode zum Sammeln von Daten, die dir dabei helfen, deine Hypothese zu bestätigen oder zu widerlegen. Analysiere deine Ergebnisse, um festzustellen, wie die unabhängige Variable sich auf die abhängige Variable ausgewirkt hat, und untersuche anschließend, ob deine Hypothese belegt wurde.

   • Du kannst die Daten analysieren, indem du nach bestimmten Mustern oder proportionalen Verhältnismäßigkeiten innerhalb der Ergebnisse suchst. Wenn du zum Beispiel feststellst, dass die Pflanzen mit mehr Sonnenlicht schneller gewachsen sind als die Pflanze, die in Dunkelheit gestellt wurde, kannst du daraus folgern, dass die Menge an Sonnenlicht ein direktes proportionales Verhältnis zu der Wachstumsrate hat.
   • Unabhängig davon, ob deine Daten die Hypothese bestätigen oder widerlegen, musst du immer Ausschau nach anderen Faktoren halten, sogenannten "Störvariablen" oder "exogenen Variablen", die sich möglicherweise auf die Ergebnisse ausgewirkt haben. In dem Falle musst du das Experiment eventuell umgestalten und wiederholen.
   • In komplexeren Tests könnte es dir nicht möglich sein festzustellen, ob deine Hypothese bestätigt wurde, ohne zuvor eine geraume Zeit damit zu verbringen, dir die Daten anzusehen, die du bei der Überprüfung deiner Hypothese gesammelt hast.
   • Du könntest auch feststellen, dass dein Test nicht beweiskräftig ist, wenn er deine Hypothese weder bestätigen noch widerlegen kann.
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   Berichte deine Forschungsergebnisse, falls zutreffend. Wissenschaftler erstatten in der Regel in wissenschaftlichen Zeitschriften oder in Arbeiten, die auf Konferenzen vorgestellt werden, Bericht über ihre Ergebnisse. Sie melden nicht nur die Ergebnisse, sondern auch ihre Methodologie und alle Probleme oder Fragen, die während der Testung der Hypothese aufgekommen sind. Von deinen Erkenntnissen zu berichten ermöglicht anderen, darauf aufzubauen.

   • Du könntest zum Beispiel in Betracht ziehen, deine Forschungsergebnisse in einer wissenschaftlichen Zeitschrift wie "Nature" oder auf einer wissenschaftlichen Konferenz zu veröffentlichen, die von einer Universität in deiner Gegend organisiert wird.
   • Das Format, in dem du deine Ergebnisse übermittelst, hängt größtenteils von dem Ort ab. Wenn du sie zum Beispiel bei einer Wissenschaftsmesse präsentierst, könntest du feststellen, dass ein einfaches Plakat ausreicht.
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   Führe gegebenenfalls weitere Forschung durch. Wenn die Daten deine anfängliche Hypothese nicht bestätigen konnten, ist es Zeit, dir eine neue Hypothese einfallen zu lassen und sie zu testen. Glücklicherweise hat dein erstes Experiment dir wertvolle Informationen geliefert, dir dir dabei helfen werden, eine neue Hypothese zu formulieren. Fange von Neuem an und versuche weiter, eine Antwort auf deine Frage zu finden.

   • Wenn das Experiment mit den Topfpflanzen zum Beispiel kein bedeutsames Verhältnis zwischen der Menge an erhaltenem Sonnenlicht und der Wachstumsrate deiner drei Pflanzen ergeben hat, könntest du dich damit befassen, welche anderen Variablen den Unterschied bei der Höhe der Pflanze bewirken könnten, den du zuvor festgestellt hast. Das könnten die Wassermenge sein, die du für jede Pflanze verwendet hast, die Beschaffenheit der Erde usw.
   • Auch wenn deine Hypothese nach einem Experiment bestätigt wurde, sind weitere Nachforschungen notwendig, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse reproduzierbar sind und nicht ein einmaliger Zufall.
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Tipps

• Begreife den Unterschied zwischen einer Korrelation und einem kausalen Zusammenhang. Wenn du deine Hypothese bestätigst, hast du eine Korrelation aufgespürt (ein Verhältnis zwischen zwei Variablen). Wenn andere die Hypothese ebenfalls bestätigen, ist diese Korrelation stärker. Nur weil es eine Korrelation gibt, bedeutet das jedoch nicht notwendigerweise, dass eine Variable die andere bewirkt hat. Tatsächlich musst du all diese Verfahren einsetzen, um ein gutes Projekt zu erschaffen.
• Es gibt viele Möglichkeiten, Hypothesen zu testen, und die Art von Experiment, die oben beschrieben wird, ist nur eine simple Variante. Das Überprüfen von Hypothesen kann auch in Form von Doppelblindstudien, der Sammlung statistischer Daten oder anderer Methoden geschehen. Der verbindende Faktor ist, dass bei allen Methoden Daten oder Informationen gesammelt werden, die dazu angewandt werden, die Hypothese zu prüfen.

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Warnungen

• Lasse die Daten immer für sich selber sprechen. Wissenschaftler müssen immer auf der Hut sein, dass ihre Vorurteile, Fehler und Persönlichkeiten keine irreführenden Ergebnisse hervorbringen. Berichte immer wahrheitsgemäß und detailliert über deine Experimente.
• Nimm dich in Acht vor exogenen Variablen. Sogar in den simpelsten Experimenten könnten sich Umweltfaktoren einschleichen und sich auf die Ergebnisse auswirken.

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