الطريقة العلمية ، هي عملية مفصلة و تجريبية لحل المشاكل ، يستفيد منها علماء الأحياء و علماء التخصصات الأخرى. و ينطوي هذا النهج الترابطي على صياغة سؤال يستند إلى الملاحظة ، و وضع تفسير محتمل قابل للاختبار ، لهذه الملاحظة (يُسمى فرضية) ، و وضع تنبؤات و اختبارها استناداً إلى الفرضية ، و استخدام النتائج لإنشاء فرضيات و تنبؤات جديدة.
عموما ، يتم اختبار التنبؤات باستخدام التجارب المصممة بعناية. و بناء على نتائج هذه التجارب ، قد يحتاج التفسير الأصلي إلى صقله ، و يمكن انشاء فرضيات و أسئلة جديدة. و المهم ، أنَّ هذا يوضح أنَّ الطريقة العلمية ليست و صفة متدرجة. بل هو تحسين و اختبار مستمر للأفكار ، قائم على ملاحظات جديدة ، و هو جوهر التحقيق العلمي.
العلم متغير و يتغير باستمرار و نحن نتعلم المزيد عن العالم من حولنا. لهذا السبب ، يتجنب ’إثبات‘ فكرة محددة. و بدلاً من ذلك ، يجمعون أدلة تدعم أو تدحض فرضية معينة.
تسبق الفرضية ملاحظة أولية ، يتم خلالها جمع المعلومات عن طريق الحواس (مثل الرؤية و السمع) أو باستخدام الأجهزة و الأدوات العلمية. هذه الملاحظة تؤدي إلى سؤال يدفع إلى تشكيل فرضية أولية ، إجابة محتملة (قابلة للاختبار) على السؤال. على سبيل المثال ، الملاحظة التي تفيد بأن الرخويات تأكل بعض نباتات الملفوف ، و لكن ليست نباتات الملفوف الموجودة بالقرب من الثوم ، قد تدفع إلى السؤال: لماذا تجتنب الرخويات ، بشكل انتقائي ، نباتات الملفوف القريبة من الثوم؟ فرضية واحدة ممكنة ، أو إجابة على هذا السؤال ، هو أن الرخويات لديها نفور من الثوم. استناداً إلى هذه الفرضية ، يمكن للمرء أن يتوقع أن الرخويات لن تأكل نباتات الملفوف التي تحيط بها حلقة من مسحوق الثوم.
وينبغي أن تكون الفرضية قابلة للخطأ ، بمعنى أن هناك طرقاً لدحضها إذا كانت غير صحيحة. و بعبارة أخرى ، ينبغي أن تكون الفرضية قابلة للاختبار. في كثير من الأحيان ، يتحدث العلماء بوضوح و يختبرون صراحةً نقيض الفرضية ، و التي تسمى فرضية العدم. في هذه الحالة ، الفرضية الفارغة هي أن الرخويات ليس لديهم نفور من الثوم. سيتم دعم الفرضية الفارغة إذا ، على عكس التنبؤ ، تأكل الرخويات نباتات الملفوف التي تحيط بها مسحوق الثوم.
حينما يكون ذلك ممكنا ، يختبر العلماء الفرضيات باستخدام تجارب خاضعة للرقابة تشمل متغيرات مستقلة و تابعة ، فضلا عن مجموعات تحكم و تجارب.
المتغير المستقل ، هو عنصر من المتوقع أن يكون له تأثير (على سبيل المثال ، مسحوق الثوم المستخدم في تجربة الرخويات و الملفوف ، أو علاج يُعطى في تجربة سريرية). المتغيرات التابعة ، هي القياسات المستخدمة لتحديد نتيجة التجربة. في التجربة مع الرخويات و الملفوف و الثوم ، يكون عدد الرخويات التي تأكل الملفوف هو المتغير التابع ، حيث من المتوقع أن يعتمد هذا العدد على وجود أو عدم وجود حلقات مسحوق الثوم حول نباتات الملفوف.
تتطلب التجارب مجموعات تجريبية و تحكمية. يتم التعامل مع المجموعة التجريبية أو تعريضها للمتغير المستقل (أي المعالجة أو العلاج). على سبيل المثال ، في تجربة النفور من الثوم مع الرخويات ، المجموعة التجريبية هي مجموعة من نباتات الملفوف التي تحيط بها حلقة مسحوق الثوم. تخضع مجموعة التحكم لنفس الشروط التي تخضع لها المجموعة التجريبية ، باستثناء المتغير المستقل. قد تشمل مجموعات التحكم في هذه التجربة مجموعة من نباتات الملفوف في نفس المنطقة و التي تحيط بها حلقة مسحوق غير الثوم (للسيطرة على النفور من المسحوق) و مجموعة غير محاطة بأي مادة معينة (للسيطرة على النفور من الملفوف). من الضروري أن تتضمن التجربة مجموعة تحكم لأنه بدون واحدة ، من غير الواضح ما إذا كانت النتيجة هي نتيجة للعلاج أو المعالجة.
إذا كانت نتائج تجربة ما تدعم الفرضية ، قد يتم تصميم تجارب أخرى و تنفيذها لتوفير الدعم للفرضية. و يمكن أيضا صقل هذه الفرضية و جعلها أكثر تحديداً. على سبيل المثال ، يمكن أن تحدد تجارب إضافية ما إذا كانت الرخويات لها أيضا نفور من النباتات الأخرى من جنس ال Allium مثل البصل.
إذا كانت النتائج لا تدعم الفرضية ، قد تحتاج الفرضية إلى تعديل على أساس الملاحظات الجديدة. و ينبغي أيضا استبعاد المشاكل المتعلقة بالتصميم التجريبي. على سبيل المثال ، إذا كانت الرخويات تظهر نفوراً من كلا النوعين من المواد المجففة ، يمكن إجراء التجربة مرة أخرى باستخدام الثوم الطازج بدلاً من الثوم المجفف. إذا ظلت الرخويات لا تظهر أي نفور من الثوم ، يمكن تعديل الفرضية. في هذا المثال ، قد تكون الفرضية الجديدة أن الرخويات لها نفور من المسحوق.
وينبغي إبلاغ نتائج التجارب إلى العلماء الآخرين و الجمهور ، بغض النظر عما إذا كانت البيانات تدعم الفرضية الأصلية. و يمكن لهذه المعلومات أن توجه وضع فرضيات جديدة و أسئلة تجريبية.
