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O Método Científico – Metodologia

O Método Científico – Metodologia
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Como a geologia, a física e a química, a biologia é uma ciência que reúne conhecimento sobre o mundo natural. Especificamente, a biologia é o estudo da vida. As descobertas da biologia são feitas por uma comunidade de pesquisadores que trabalham individualmente e juntos usando métodos combinados. Nesse sentido, a biologia, como todas as ciências, é um empreendimento social como a política ou as artes. Os métodos da ciência incluem observação cuidadosa, manutenção de registros, raciocínio lógico e matemático, experimentação e submissão de conclusões ao escrutínio de outros.

A ciência também requer considerável imaginação e criatividade; um experimento bem projetado é comumente descrito como elegante ou belo. Como a política, a ciência tem implicações práticas consideráveis ​​e algumas ciências são dedicadas a aplicações práticas, como a prevenção de doenças. Outra ciência procede em grande parte motivada pela curiosidade. Qualquer que seja seu objetivo, não há dúvida de que a ciência, incluindo a biologia, transformou a existência humana e continuará a fazê-lo.

Micrografia eletrônica de varredura mostra bactérias E. coli agregadas.
Os biólogos podem optar por estudar Escherichia coli ( E. coli ), uma bactéria que é um residente normal do nosso trato digestivo, mas que às vezes também é responsável por surtos de doenças. Nesta micrografia, a bactéria é visualizada usando um microscópio eletrônico de varredura e colorização digital. (crédito: Eric Erbe; colorização digital por Christopher Pooley, USDA-ARS)

A natureza da ciência

Biologia é uma ciência, mas o que exatamente é ciência? O que o estudo da biologia compartilha com outras disciplinas científicas? A ciência (do latim scientia, que significa “conhecimento”) pode ser definida como conhecimento sobre o mundo natural.

A ciência é uma forma muito específica de aprender ou conhecer o mundo. A história dos últimos 500 anos demonstra que a ciência é uma maneira muito poderosa de conhecer o mundo; é em grande parte responsável pelas revoluções tecnológicas que ocorreram durante esse período. Existem, no entanto, áreas de conhecimento e experiência humana às quais os métodos da ciência não podem ser aplicados.

Estes incluem coisas como responder a questões puramente morais, questões estéticas ou o que geralmente pode ser categorizado como questões espirituais. A ciência não pode investigar essas áreas porque elas estão fora do reino dos fenômenos materiais, dos fenômenos da matéria e da energia, e não podem ser observadas e medidas.

método científico é um método de pesquisa com etapas definidas que incluem experimentos e observação cuidadosa. As etapas do método científico serão examinadas em detalhes posteriormente, mas um dos aspectos mais importantes desse método é o teste de hipóteses.

Uma hipótese é uma explicação sugerida para um evento, que pode ser testado. Hipóteses, ou explicações tentativas, são geralmente produzidas dentro do contexto de uma teoria científica . Uma teoria científica é uma explicação geralmente aceita, exaustivamente testada e confirmada para um conjunto de observações ou fenômenos.

A teoria científica é a base do conhecimento científico. Além disso, em muitas disciplinas científicas (menos na biologia) existem leis científicas, muitas vezes expressa em fórmulas matemáticas, que descrevem como os elementos da natureza se comportarão sob certas condições específicas. Não há uma evolução de hipóteses através de teorias para leis como se elas representassem algum aumento na certeza sobre o mundo.

As hipóteses são o material do dia-a-dia com o qual os cientistas trabalham e são desenvolvidas dentro do contexto das teorias. As leis são descrições concisas de partes do mundo que são passíveis de descrição estereotipada ou matemática.

Para entender melhor veja também:

Ciências Naturais

O que você esperaria ver em um museu de ciências naturais? Sapos? Plantas? Esqueletos de dinossauros? Exibe sobre como o cérebro funciona? Um planetário? Gemas e minerais? Ou talvez todos os itens acima? A ciência inclui campos tão diversos como astronomia, biologia, ciências da computação, geologia, lógica, física, química e matemática. No entanto, os campos da ciência relacionados ao mundo físico e seus fenômenos e processos são considerados ciências naturais . Assim, um museu de ciências naturais pode conter qualquer um dos itens listados acima.

Alguns campos da ciência incluem astronomia, biologia, ciência da computação, geologia, lógica, física, química e matemática. (crédito: "Editor de Imagens / Flickr)"
Alguns campos da ciência incluem astronomia, biologia, ciência da computação, geologia, lógica, física, química e matemática. (crédito: “Editor de imagens” / Flickr)

Não há acordo completo quando se trata de definir o que as ciências naturais incluem. Para alguns especialistas, as ciências naturais são astronomia, biologia, química, ciências da terra e física. Outros estudiosos escolhem dividir as ciências naturais em ciências da vida , que estudam os seres vivos e incluem a biologia e as ciências físicas , que estudam matéria não- viva e incluem astronomia, física e química. Algumas disciplinas, como biofísica e bioquímica, baseiam-se em duas ciências e são interdisciplinares.

Inquérito científico

Uma coisa é comum a todas as formas de ciência: um objetivo final “conhecer”. A curiosidade e a investigação são as forças motrizes para o desenvolvimento da ciência. Os cientistas procuram entender o mundo e o modo como ele opera. Dois métodos de pensamento lógico são usados: raciocínio indutivo e raciocínio dedutivo.

Raciocínio indutivoé uma forma de pensamento lógico que usa observações relacionadas para chegar a uma conclusão geral. Esse tipo de raciocínio é comum na ciência descritiva. Um cientista da vida, como um biólogo, faz observações e registra-as.

Esses dados podem ser qualitativos (descritivos) ou quantitativos (consistindo de números), e os dados brutos podem ser complementados com desenhos, imagens, fotos ou vídeos. De muitas observações, o cientista pode inferir conclusões (induções) baseadas em evidências.

O raciocínio indutivo envolve a formulação de generalizações inferidas da observação cuidadosa e da análise de uma grande quantidade de dados. Estudos do cérebro geralmente funcionam dessa maneira. Muitos cérebros são observados enquanto as pessoas estão fazendo uma tarefa. A parte do cérebro que se acende, indicando atividade, é então demonstrada como a parte que controla a resposta a essa tarefa.

Raciocínio dedutivo ou dedução é o tipo de lógica usada na ciência baseada em hipóteses. No raciocínio dedutivo, o padrão de pensamento se move na direção oposta quando comparado ao raciocínio indutivo.

Raciocínio dedutivoé uma forma de pensamento lógico que usa um princípio geral ou lei para prever resultados específicos. A partir desses princípios gerais, um cientista pode extrapolar e prever os resultados específicos que seriam válidos, desde que os princípios gerais sejam válidos. Por exemplo, uma previsão seria que, se o clima está se tornando mais quente em uma região, a distribuição de plantas e animais deve mudar.

Comparações foram feitas entre distribuições no passado e no presente, e as muitas mudanças que foram encontradas são consistentes com um clima mais quente. Encontrar a mudança na distribuição é uma evidência de que a conclusão da mudança climática é válida.

Ambos os tipos de pensamento lógico estão relacionados aos dois principais caminhos do estudo científico: ciência descritiva e ciência baseada em hipóteses. ciência descritiva (ou descoberta) visa observar, explorar e descobrir, enquanto a ciência baseada em hipóteses começa com uma questão ou problema específico e uma resposta ou solução em potencial que pode ser testada.

A fronteira entre essas duas formas de estudo é muitas vezes confusa, porque a maioria dos esforços científicos combina as duas abordagens. As observações levam a perguntas, as questões levam a formar uma hipótese como uma possível resposta para essas questões e, em seguida, a hipótese é testada. Assim, a ciência descritiva e a ciência baseada em hipóteses estão em diálogo contínuo.

Testando hipóteses

Os biólogos estudam o mundo dos vivos colocando questões sobre ele e buscando respostas baseadas na ciência. Essa abordagem é comum a outras ciências e é frequentemente referida como o método científico. O método científico foi usado até mesmo nos tempos antigos, mas foi documentado pela primeira vez por Sir Francis Bacon (1561-1626), da Inglaterra ( Figura ), que estabeleceu métodos indutivos para a investigação científica. O método científico não é usado exclusivamente pelos biólogos, mas pode ser aplicado a quase tudo como um método lógico de solução de problemas.

A pintura retrata Sir Francis Bacon em um longo manto.
Sir Francis Bacon é creditado como sendo o primeiro a documentar o método científico.

O processo científico geralmente começa com uma observação (geralmente um problema a ser resolvido) que leva a uma questão. Vamos pensar em um problema simples que comece com uma observação e aplique o método científico para resolver o problema. Numa manhã de segunda-feira, um aluno chega à aula e rapidamente descobre que a sala de aula está muito quente. Essa é uma observação que também descreve um problema: a sala de aula é muito quente. O aluno então faz uma pergunta: “Por que a sala de aula é tão quente?”

Lembre-se de que uma hipótese é uma explicação sugerida que pode ser testada. Para resolver um problema, várias hipóteses podem ser propostas. Por exemplo, uma hipótese pode ser: “A sala de aula é quente porque ninguém ligou o ar condicionado”. Mas poderia haver outras respostas à pergunta e, portanto, outras hipóteses podem ser propostas. Uma segunda hipótese pode ser: “A sala de aula é quente porque há uma falha de energia e, portanto, o ar-condicionado não funciona”.

Uma vez que uma hipótese tenha sido selecionada, uma previsão pode ser feita. Uma previsão é semelhante a uma hipótese, mas normalmente tem o formato “Se. . . então . . . .”Por exemplo, a previsão para a primeira hipótese poderia ser:‘ Se o aluno liga o ar condicionado, em seguida, a sala de aula não será mais quente demais’.

Uma hipótese deve ser testável para garantir que seja válida. Por exemplo, uma hipótese que depende do que um urso pensa não é testável, porque nunca se sabe o que um urso pensa. Também deve ser falsificável , o que significa que pode ser refutado por resultados experimentais. Um exemplo de uma hipótese infalsificável é “ Nascimento de Vênus de Botticellié lindo. ”Não há experimento que mostre essa afirmação como falsa.

Para testar uma hipótese, um pesquisador realizará um ou mais experimentos destinados a eliminar uma ou mais das hipóteses. Isso é importante. Uma hipótese pode ser refutada ou eliminada, mas nunca pode ser provada. A ciência não lida com provas como matemática.

Se uma experiência falha em refutar uma hipótese, então encontramos apoio para essa explicação, mas isso não quer dizer que, no futuro, uma explicação melhor não será encontrada, ou uma experiência mais cuidadosamente planejada será encontrada para falsificar a hipótese.

Cada experimento terá uma ou mais variáveis ​​e um ou mais controles. Uma variável é qualquer parte do experimento que pode variar ou mudar durante o experimento. Um controleé uma parte da experiência que não muda. Procure as variáveis ​​e controles no exemplo a seguir.

Como exemplo simples, um experimento pode ser conduzido para testar a hipótese de que o fosfato limita o crescimento de algas em lagoas de água doce. Uma série de tanques artificiais são preenchidos com água e metade deles são tratados pela adição de fosfato a cada semana, enquanto a outra metade é tratada pela adição de um sal que é conhecido por não ser usado por algas.

A variável aqui é o fosfato (ou falta de fosfato), os casos experimentais ou de tratamento são os tanques com fosfato adicionado e os tanques de controle são aqueles com algo inerte adicionado, como o sal. Apenas adicionar algo também é um controle contra a possibilidade de que adicionar matéria extra à lagoa tenha um efeito. Se as lagoas tratadas mostrarem menor crescimento de algas, então encontramos o suporte para nossa hipótese. Se não o fizerem, rejeitamos nossa hipótese.

Esteja ciente de que rejeitar uma hipótese não determina se as outras hipóteses podem ou não ser aceitas; simplesmente elimina uma hipótese que não é válida (Figura ). Usando o método científico, as hipóteses que são inconsistentes com os dados experimentais são rejeitadas.

CONEXÃO VISUAL
Um fluxograma mostra as etapas do método científico. Na etapa 1, uma observação é feita. Na etapa 2, uma pergunta é feita sobre a observação. Na etapa 3, uma resposta à pergunta, chamada de hipótese, é proposta. Na etapa 4, uma previsão é feita com base na hipótese. Na etapa 5, um experimento é feito para testar a previsão. Na etapa 6, os resultados são analisados ​​para determinar se a hipótese é suportada ou não. Se a hipótese não for suportada, outra hipótese é feita. Em ambos os casos, os resultados são relatados.
O método científico é uma série de etapas definidas que incluem experimentos e observação cuidadosa. Se uma hipótese não é suportada por dados, uma nova hipótese pode ser proposta.

No exemplo abaixo, o método científico é usado para resolver um problema cotidiano. Qual parte no exemplo abaixo é a hipótese? Qual é a previsão? Com base nos resultados do experimento, a hipótese é apoiada? Se não for suportado, proponha algumas hipóteses alternativas.

  1. Minha torradeira não brinda meu pão.
  2. Por que minha torradeira não funciona?
  3. Há algo errado com a tomada elétrica.
  4. Se algo estiver errado com a tomada, minha cafeteira também não funcionará quando conectada a ela.
  5. Eu conecto minha cafeteira na tomada.
  6. Minha cafeteira funciona.

Na prática, o método científico não é tão rígido e estruturado como poderia parecer à primeira vista. Às vezes, um experimento leva a conclusões que favorecem uma mudança de abordagem; muitas vezes, um experimento traz questões científicas inteiramente novas para o quebra-cabeça. Muitas vezes, a ciência não opera de maneira linear; em vez disso, os cientistas continuamente fazem inferências e fazem generalizações, encontrando padrões à medida que suas pesquisas prosseguem. O raciocínio científico é mais complexo do que o método científico sozinho sugere.

Ciência Básica e Aplicada

A comunidade científica vem debatendo nas últimas décadas sobre o valor de diferentes tipos de ciência. É valioso buscar a ciência apenas para obter conhecimento, ou o conhecimento científico só vale a pena se pudermos aplicá-lo para resolver um problema específico ou melhorar nossas vidas? Esta questão concentra-se nas diferenças entre dois tipos de ciência: ciência básica e ciência aplicada.

A ciência básica ou a ciência “pura” procura expandir o conhecimento, independentemente da aplicação de curto prazo desse conhecimento. Não está focado no desenvolvimento de um produto ou serviço de valor público ou comercial imediato. O objetivo imediato da ciência básica é o conhecimento pelo conhecimento, embora isso não signifique que, no final, isso não resulte em uma aplicação.

Em contraste, ciência aplicada ou “tecnologia”, tem como objetivo usar a ciência para resolver problemas do mundo real, possibilitando, por exemplo, melhorar o rendimento de culturas, encontrar uma cura para uma doença específica ou salvar animais ameaçados por um desastre natural. . Na ciência aplicada, o problema é geralmente definido para o pesquisador.

Alguns indivíduos podem perceber a ciência aplicada como “útil” e a ciência básica como “inútil”. Uma pergunta que essas pessoas poderiam fazer a um cientista defendendo a aquisição de conhecimento seria: “Para quê?” Um olhar cuidadoso na história da ciência, no entanto, revela Esse conhecimento básico resultou em muitas aplicações notáveis ​​de grande valor.

Muitos cientistas pensam que uma compreensão básica da ciência é necessária antes que uma aplicação seja desenvolvida; Portanto, a ciência aplicada depende dos resultados gerados pela ciência básica. Outros cientistas acham que é hora de partir da ciência básica e encontrar soluções para problemas reais. Ambas as abordagens são válidas. É verdade que existem problemas que exigem atenção imediata; entretanto, poucas soluções seriam encontradas sem a ajuda do conhecimento gerado pela ciência básica.

Um exemplo de como a ciência básica e aplicada pode trabalhar em conjunto para resolver problemas práticos ocorridos após a descoberta da estrutura do DNA levou a uma compreensão dos mecanismos moleculares que governam a replicação do DNA. Fios de DNA, únicos em todos os humanos, são encontrados em nossas células, onde fornecem as instruções necessárias para a vida.

Durante a replicação do DNA, novas cópias do DNA são feitas, pouco antes de uma célula se dividir para formar novas células. A compreensão dos mecanismos de replicação do DNA permitiu que os cientistas desenvolvessem técnicas laboratoriais que agora são usadas para identificar doenças genéticas, identificar pessoas que estavam em uma cena de crime e determinar a paternidade. Sem ciência básica, é improvável que a ciência aplicada existisse.

Outro exemplo da ligação entre pesquisa básica e aplicada é o Projeto Genoma Humano, um estudo no qual cada cromossomo humano foi analisado e mapeado para determinar a seqüência precisa de subunidades de DNA e a localização exata de cada gene. (O gene é a unidade básica da hereditariedade; a coleção completa de genes de um indivíduo é o seu genoma.)

Outros organismos também foram estudados como parte deste projeto para obter uma melhor compreensão dos cromossomos humanos. O Projeto Genoma Humano ( Figura ) contou com pesquisa básica realizada com organismos não humanos e, posteriormente, com o genoma humano. Um objetivo final importante acabou se tornando o uso dos dados para pesquisas aplicadas que buscam curas para doenças geneticamente relacionadas.

O logotipo do projeto genoma humano é mostrado, representando um ser humano dentro de uma dupla hélice de DNA. As palavras química, biologia, física, ética, informática e engenharia cercam a imagem circular.
O Projeto Genoma Humano foi um esforço colaborativo de 13 anos entre pesquisadores que trabalham em vários campos da ciência. O projeto foi concluído em 2003. (crédito: o Departamento de Programas Genoma de Energia dos EUA)

Embora os esforços de pesquisa em ciência básica e ciência aplicada sejam geralmente cuidadosamente planejados, é importante notar que algumas descobertas são feitas pela serendipidade, isto é, por meio de um feliz acidente ou uma surpresa feliz.

A penicilina foi descoberta quando o biólogo Alexander Fleming acidentalmente deixou uma placa de Petri de bactérias Staphylococcus abertas. Um molde indesejado cresceu, matando as bactérias. O molde acabou por ser Penicillium , e um novo antibiótico foi descoberto. Mesmo no mundo altamente organizado da ciência, a sorte – quando combinada com uma mente curiosa e observadora – pode levar a avanços inesperados.

Reportando Trabalho Científico

Quer a pesquisa científica seja ciência básica ou ciência aplicada, os cientistas devem compartilhar suas descobertas para que outros pesquisadores expandam e desenvolvam suas descobertas. A comunicação e a colaboração dentro e entre as sub-disciplinas da ciência são fundamentais para o avanço do conhecimento na ciência. Por essa razão, um aspecto importante do trabalho de um cientista é divulgar os resultados e se comunicar com os colegas.

Os cientistas podem compartilhar resultados apresentando-os em uma reunião ou conferência científica, mas essa abordagem pode alcançar apenas os poucos que estão presentes. Em vez disso, a maioria dos cientistas apresenta seus resultados em artigos revisados ​​por pares publicados em revistas científicas. Artigos revisados ​​por pares são artigos científicos que são revisados, geralmente anonimamente pelos colegas de um cientista, ou colegas.

Esses colegas são indivíduos qualificados, geralmente especialistas na mesma área de pesquisa, que julgam se o trabalho do cientista é ou não adequado para publicação. O processo de revisão por pares ajuda a garantir que a pesquisa descrita em um artigo científico ou proposta de concessão seja original, significativa, lógica e completa. Propostas de subsídios, que são pedidos de financiamento para pesquisa, também estão sujeitas a revisão por pares.

Os cientistas publicam seu trabalho para que outros cientistas possam reproduzir seus experimentos em condições semelhantes ou diferentes para ampliar as descobertas. Os resultados experimentais devem ser consistentes com os achados de outros cientistas.

Há muitos periódicos e a imprensa popular que não usam um sistema de revisão por pares. Um grande número de periódicos de acesso aberto on-line, periódicos com artigos disponíveis sem custo, agora estão disponíveis, muitos dos quais usam sistemas rigorosos de revisão por pares, mas alguns deles não. Os resultados de quaisquer estudos publicados nesses fóruns sem revisão por pares não são confiáveis ​​e não devem servir de base para outros trabalhos científicos. Em uma exceção, os periódicos podem permitir que um pesquisador cite uma comunicação pessoal de outro pesquisador sobre resultados não publicados com a permissão do autor citado.

Resumo da seção

Biologia é a ciência que estuda organismos vivos e suas interações entre si e com seus ambientes. A ciência tenta descrever e compreender a natureza do universo no todo ou em parte. A ciência tem muitos campos; os campos relacionados ao mundo físico e seus fenômenos são considerados ciências naturais.

Uma hipótese é uma tentativa de explicação para uma observação. Uma teoria científica é uma explicação bem testada e consistentemente verificada para um conjunto de observações ou fenômenos. Uma lei científica é uma descrição, muitas vezes na forma de uma fórmula matemática, do comportamento de um aspecto da natureza sob certas circunstâncias.

Dois tipos de raciocínio lógico são usados ​​na ciência. O raciocínio indutivo usa resultados para produzir princípios científicos gerais. O raciocínio dedutivo é uma forma de pensamento lógico que prediz resultados aplicando princípios gerais. O traço comum em toda a pesquisa científica é o uso do método científico. Os cientistas apresentam seus resultados em artigos científicos revisados ​​por pares publicados em revistas científicas.

A ciência pode ser básica ou aplicada. O principal objetivo da ciência básica é expandir o conhecimento sem qualquer expectativa de aplicação prática a curto prazo desse conhecimento. O principal objetivo da pesquisa aplicada, no entanto, é resolver problemas práticos.

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