วิธีการทางวิทยาศาสตร์

เครื่องมือสำคัญของนักวิทยาศาสตร์ในการเสาะแสวงหาความจริง หรือความรู้ต่าง ๆในทางธรรมชาติ คือ วิธีการทาง
วิทยาศาสตร์ มีลำดับขั้นดังนี้
1.ตั้งปัญหา
พยายามตั้งปัญหาให้ชัดเจน เมื่อมีปัญหา หรือข้อข้องใจใด ๆ เกิดขึ้น ว่าเป็นปัญหาเรื่องอะไร มีประเด็นปัญหาที่สำคัญอะไรบ้าง ก่อนที่จะดำเนินการค้นหาคำตอบ ต้องเข้าใจปัญหาให้ชัดเจนก่อน
ปัญหาที่ดีทางวิทยาศาสตร์ จะต้องเป็นปัญหาที่มีคุณค่าต่อการศึกษา ค้นคว้า สัมพันธ์กับความรู้เดิม ( ข้อเท็จจริงที่รวบรวมได้ และสามารถวางแนวทางในการตรวจสอบได้ด้วยการทดลอง )
เช่น อเล็กซานเดอร์ เฟลมมิง ได้สังเกตพบโดยบังเอิญว่า ถ้ามีกลุ่มราชนิด Penicillium notatum มาขึ้นในจาเลี้ยงแบคทีเรียจะมีผลคือ สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียได้ แสดงว่าเป็นคนช่างสังเกต ละเอียดรอบคอบ มีความอยากรู้อยากเห็น(จึงเกิดปัญหาขึ้น ) ลองฝึกตั้งปัญหาเกี่ยวกับเรื่องนี้ เช่น
1. ทำไมแบคทีเรียจึงไม่เจริญเติบโต เมื่อมีราอยู่ในจานเลี้ยงเชื้อ
2. ราแย่งอาหารที่ทำลายแบคทีเรียได้หรือไม่
3. ราชนิดใดบ้างมีอิทธิพลยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย
4. แบคทีเรียชนิดใดบ้างที่ไม่เจริญในจานเพาะเลี้ยงเชื้อเมื่อมีราขึ้น
5. ราปล่อยสารบางอย่างมายับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียใช่หรือไม่

2. เก็บรวบรวมข้อมูล หรือข้อเท็จจริง
เมื่อเข้าใจปัญหาแล้ว ต้องรวบรวมข้อมูลจากการสังเกต และค้นคว้าจากแหล่งข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับ ปัญหานั้น ๆ เพื่อนำไปสู่การ แก้ปัญหาตัวอย่าง ข้อมูลที่ได้จากการสังเกต
1. ขณะที่เป็นไข้อุณหภูมิของร่างกายจะสูงกว่า 37 องศาเซลเซียส
2. ต้นพืชที่อยู่ใต้ต้นไม้ใหญ่มักไม่เจริญงอกงาม
3. ใบไม้จะมีหลังใบสีเขียวเข้มกว่าด้านท้องใบ

3. สร้างสมมติฐาน
หลังจากได้ข้อมูลต่าง ๆแล้วตั้งสมมตฐาน คือ คิดหาทางเลือกไว้ว่า ทางเลือกไหนน่าจะเป็นทางเลือกที่ถูกต้อง โดยอาศัยการ พิจารณาจากข้อมูลต่าง ๆที่รวบรวมไว้ก่อนที่จะทดลองค้นหาความจริงต่อไป
สมมติฐานที่ดี ควรสามารถอธิบายปัญหาต่าง ๆ ได้ชัดเจนและแน่นอน สมมติฐานที่ตั้งขึ้นในการแก้ปัญหาต่าง ๆมีข้อสำคัญอยู่ 2 ข้อ
1.สมมติฐานที่ดีต้องสามารถอธิบายถึงปัญหาต่าง ๆได้ชัดเจนและแน่นอน โดยอธิบายและแสดงความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูล หรือข้อเท็จจริงต่าง ๆที่ได้จากการสังเกต
2.สมมติฐานที่ดีต้องทำให้เกิดความสัมพันธ์ระหว่างปัญหาและข้อมูลต่าง ๆอันก่อให้เกิดปัญหาอันใหม่หรือข้อมูลใหม่ที่แจ่ม ชัดมากขึ้น
ตัวอย่าง การตั้งสมมติฐานจากการสังเกตของอเล็กซานเดอร์ เฟลมมิง เกี่ยวกับอิทธิพลของราต่อการเจริญของแบคทีเรีย เช่น
1. รากินและย่อยแบคทีเรียจนตายหมด
2. ราแข็งแรงและเจริญเร็วกว่าแบคทีเรียจึงแย่งที่จนแบคทีเรียอยู่ไม่ได้
3. ราแย่งสารอาหารในวุ้นที่ใช้เลี้ยงแบคทีเรีย ฯลฯ
สมมติฐานที่ยังพิสูจน์ไม่ได้ ซึ่งอาจต้องมีการเปลี่ยนแปลงหรือล้มเลิกไป
ข้อสังเกต
สมมติฐาน และทฤษฎีจึงอาจมีการเปลี่ยนแปลง หรือล้มเลิกไปได้ เมื่อได้รับข้อเท็จจริงเพิ่มขึ้นและถูกต้องกว่า
ทฤษฎี คือสมมติฐานที่ได้รับการตรวจสอบแล้วหลายครั้ง ซึ่งสามารถไปอ้างอิงหรือกำหนดข้อเท็จจริงอื่น ๆได้กว้างขวาง พอสมควร
ทฤษฎีที่ดีต้องกำหนดขอบเขต และสถานการณ์เป็นข้อบ่งชี้ไว้ด้วยถ้านอกขอบเขตหรือสถานการณ์นี้แล้วจะทำนายเหตุการณ์ได้ถูกต้องเช่นเดิมหรือไม่

4.ทดลองพิสูจน์
เมื่อกำหนดสมมติฐาน หรือกำหนดคำตอบไว้แล้วต้องทำการทดลองเพื่อพิสูจน์ทุกคำตอบว่า คำตอบใดถูกต้องเป็นจริงเพื่อเป็นการทดสอบหาเหตุผล สมมติฐานที่ตั้งนั้น
การตรวจสอบสมมติฐาน กระทำได้โดย ทำการทดลองที่มีการควบคุม ( Control experiment ) กลุ่มควบคุม ( Controlled group ) คือกลุ่มที่ไม่มีตัวแปรเข้ามาเกี่ยวข้องแต่มีไว้เป็นตัวเปรียบเทียบกับกลุ่มทดลอง ( Experiment group )
สิ่งที่ต้องควบคุมให้เหมือนกัน คือสิ่งที่เราไม่ต้องการศึกษาสิ่งที่ต้องการศึกษาจะให้แตกต่างกันเราเรียกว่าตัวแปร ( Voriables ) เช่น ตัวอย่าง
1. การเจริญเติบโตของผักคะน้า กวางตุ้ง และผักกาดหอม ต้องการ pH ระหว่าง 5 –6
ตัวแปรต้น คือ pH ของสารละลายปุ๋ย
ตัวแปรตาม คือ การเจริญเติบโตของผัก
ตัวแปรที่ต้องควบคุม คือ แสง อุณหภูมิ ความชื้น ปริมาณของสารละลายปุ๋ย เครื่องปลูกทุกชิ้น เมล็ดพันธุ์

5.สรุปผล
เมื่อกำหนดปัญหารวบรวมข้อมูล ตั้งสมมติฐาน และทดลองพิสูจน์แล้วก็นำผลที่ได้จากการทดลองมาสรุปผลการทดลองเพื่อ พิจารณาเลือกคำตอบที่ถูกต้อง แล้วตั้งกฏเกณฑ์ สูตร และกฏวิทยาศาสตร์ขึ้นไว้สำหรับใช้ต่อไป

สรุป กระบวนการหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์เขียนย่อ ๆได้ดังนี้
ตั้งปัญหา -->ตั้งสมมติฐาน --> รวบรวมข้อมูล -- > ทดลองพิสูจน์ --> สรุปผล