Il metodo scientifico

1. Il metodo scientifico

2. Cos’ è la scienza e a cosa serve?

3. Per esplorare il mondo della natura • La scienza è puro interesse culturale, è desiderio di sapere. Essa serve unicamente a soddisfare la curiosità innata nell’uomo di conoscere l’ambiente che lo circonda e sé stesso.

4. Scienza e Tecnologia • Scienza: è sviluppo di idee, di teorie, il cui primo scopo è cercare di capire quali siano le leggi che regolano il mondo • Tecnologia: è l’insieme delle attività rivolte a modificare e controllare l’ambiente in cui si vive

5. La ricerca scientifica Ciò che distingue la ricerca scientifica da qualsiasi altra attività del pensiero è il metodo di indagine che essa utilizza. Questo metodo viene comunemente indicato come metodo scientifico (o metodo sperimentale) e consiste, fondamentalmente, nell'analisi sistematica, attraverso l'osservazione e la sperimentazione dei fenomeni naturali, nell’ organizzazione degli stessi e nella loro interpretazione

6. Le tappe attraverso le quali si sviluppa il lavoro dello scienziato • Si inizia con l'osservazione, scrupolosa e puntuale, degli aspetti della natura sui quali si desidera indagare e dei fenomeni che ne modificano le proprietà; • Si riflette su quanto osservato e si formulano, quindi, delle ipotesi; • Si eseguono, successivamente, e dove è possibile, degli esperimenti, cioè le riproduzioni artificiali dei fenomeni precedentemente osservati, per consentire l’esame degli stessi sotto un più attento controllo (Galilei, ad esempio, per studiare la caduta dei gravi, misurava tempi e distanze percorse da alcune biglie di bronzo che faceva rotolare lungo un piano inclinato); • Prescindendo quindi dai caratteri occasionali che ciascun corpo e ciascun fenomeno presenta, si misurano quelli essenziali e si passa alla loro catalogazione. I valori numerici, ricavati attraverso la misurazione, rappresentano i cosiddetti dati sperimentali; • Se all'interno di questi dati sperimentali si notano delle regolarità, queste rappresentano quella che viene chiamata legge scientifica. La legge scientifica quindi non è altro che l’espressione di un comportamento sistematico dellanatura e può essere descritta a parole o attraverso un'equazione matematica

8. Galileo e la sperimentazione Il piano inclinato: ovvero l'esperimento di fisica per eccellenza

9. Ci sono tre tipi di Metodo • Induttivo • Deduttivo • Ipotetico - deduttivo  

10. Metodo Induttivo Il metodo induttivo crea leggi a partire dall’osservazione dei fatti, mediante generalizzazione del comportamento osservato; in realtà, ciò che compie è una sorta di generalizzazione, senza che possa giungere ad una dimostrazione delle suddette leggi o insieme di conclusioni mediante la logica. Tali conclusioni potrebbero essere false e, al contempo, l’applicazione parziale eseguita dalla logica potrebbe mantenerne la validità; per questo il metodo induttivo richiede una condizione addizionale, la sua applicazione si considera valida finché non si trova nessun caso che soddisfi il metodo proposto.

11. Ad esempio: quando Galilei ……. Vide cadere dalla torre di Pisa oggetti di peso diverso che peraltro impiegavano tutti più o meno lo stesso tempo per arrivare a terra, concluse che la velocità di caduta dei gravi doveva essere la stessa per qualsiasi corpo, compreso per quelli che non aveva visto. 

12. Metodo Deduttivo Il metodo deduttivo aspira a dimostrare, mediante la logica pura, la conclusione nella sua totalità partendo da premesse, in modo da garantire la veracità delle conclusioni, se non si invalida la logica applicata. Si tratta del modello assiomatico proposto da Aristotele come il metodoscientifico ideale. Il metodo deduttivo parte sempre da un postulato, ovvero da una verità assoluta che non ha bisogno di verifica, quindi deduce, attraverso un ragionamento logico, una serie di fatti tutti giusti e consequenziali, ma la cui validità crollerebbe se si dimostrassero false o arbitrarie le premesse su cui il ragionamento stesso si era fondato. 

13. Il metodo ipotetico-deduttivo Il metodo ipotetico-deduttivo. I ricercatori tentano di spiegare le osservazioni verificando delle ipotesi. Le osservazioni sperimentali stimolano i ricercatori a porsi domande e a cercare spiegazioni circa le strutture e i fenomeni; tali indagini devono essere condotte seguendo un processo investigativo chiamato metodo scientifico. Il modo di procedere che si basa sul metodo scientifico è chiamato ragionamento ipotetico- deduttivo, o scienza delle ipotesi guidate. La logica deduttiva è usata per verificare le ipotesi (cioè i tentativi di spiegazione)

14. Il filosofo della scienza, Karl Popper, afferma che non si può mai essere certi che una teoria scientifica sia giusta; al più la si può falsificare, ossia dimostrare, attraverso un esperimento, che è sbagliata. Popper, generalizzò questo concetto fino ad affermare che una proposizione, per avere valore scientifico, deve essere falsificabile, cioè di essa deve essere concepibile almeno un esperimento in grado di dimostrare (se non dà il risultato previsto) che è falsa

15. Intervista a Karl Raimund Popper, Il metodo ipotetico-deduttivodel 25/7/1989 Nella “Prefazione" alla seconda edizione, Kant dice "Allorché Galilei fece rotolare lungo un piano inclinato le sue sfere, il cui peso era stato da lui stesso prestabilito, e Torricelli fece sopportare all'aria un peso, da lui precedentemente calcolato pari a quello di una colonna d'acqua nota [...] una gran luce risplendette per tutti gli indagatori della natura. Si resero allora conto che la ragione scorge soltanto ciò che essa stessa produce secondo il proprio disegno, e compresero che essa deve procedere innanzi coi princìpi dei suoi giudizi secondo leggi stabili, costringendo la natura a rispondere alle proprie domande, senza lasciarsi guidare da essa. In caso diverso le nostre osservazioni casuali, fatte senza un piano preciso, non trovano connessione in alcuna delle leggi necessarie di cui invece la ragione va alla ricerca ed ha impellente bisogno" (Critica della ragion pura, B XII-XIII, tr. it. Torino, UTET, 1967, p. 42).

16. Intervista a Karl Raimund Popper, Il metodo ipotetico-deduttivodel 25/7/1989 È una citazione abbastanza lunga, ma importante soprattutto là dove Kant parla di Galilei e Torricelli e degli esperimenti da loro architettati, affermando che i filosofi della natura - cioè quelli che noi oggi chiamiamo fisici - compresero che noi dobbiamo costringere la natura a rispondere alle nostre domande, liberamente scelte da noi, piuttosto che aggrapparci alle gonne di madre natura e aspettare che sia lei a guidarci. Osservazioni fatte a casaccio, senza un piano elaborato in anticipo, non possono essere infatti connesse da leggi, mentre sono proprio le leggi ciò di cui la ragione va alla ricerca.

17. Intervista a Karl Raimund Popper, Il metodo ipotetico-deduttivodel 25/7/1989 Si tratta della "teoria del faro", in quanto siamo noi a gettare, per così dire, dei fasci di luce sulla natura, ed è del tutto differente da quella che suppone che sia la natura a darci informazioni secondo il suo piacere. In breve, il metodo che tale teoria prefigura è il metodo ipotetico. Kant dimostra quanto bene egli avesse compreso che dobbiamo presentarci davanti alla natura armati delle nostre ipotesi, cercando risposte alle nostre domande, o, meglio, ai nostri problemi. Infatti, noi lavoriamo sempre con ipotesi e con problemi. Senza il loro aiuto, potremmo solo fare osservazioni casuali, fuori da qualsiasi piano, incapaci pertanto di condurci alla formulazione di una legge naturale. In altre parole, già Kant vide con estrema chiarezza che la storia della scienza ha confutato quell'idea del metodo - che è un dogma infondato - stando alla quale noi dovremmo partire dalle osservazioni e derivare poi da esse le nostre teorie. In realtà, facciamo qualcos'altro: partiamo da un problema, con l'aiuto di un'ipotesi. È questo - io credo - il punto decisivo.

18. Intervista a Karl Raimund Popper, Il metodo ipotetico-deduttivodel 25/7/1989 Ma, se questo è il metodo della ricerca scientifica, non potremmo spingerci ancor oltre, affermando che tutti coloro che apprendono qualcosa - anche la gente comune e persino gli animali o i bambini - di fatto adottano esattamente lo stesso metodo ipotetico che usano gli scienziati? Possiamo cioè sostenere che esso sia il metodo con cui in generale si arriva ad apprendere?

19. Intervista a Karl Raimund Popper, Il metodo ipotetico-deduttivodel 25/7/1989 È esattamente ciò che penso: cioè che il metodo per tentativi ed errori, il metodo ipotetico-deduttivo, sia un metodo universale. Se osserviamo un coleottero alla ricerca di cibo, lo vediamo muovere tutt'intorno le sue antenne: ogni movimento corrisponde all'ipotesi di poter trovare cibo, o qualsiasi altra cosa stesse cercando, in una certa direzione; quando poi muove le sue antenne in un'altra direzione, questa è una nuova ipotesi, cioè che quanto esso cerca si trovi in quest'altra direzione, che esplora, come se avvertisse che quella è la via giusta per trovare qualcosa. Talvolta ho fatto ricorso alla famosa storiella dell'uomo nero che cerca in una stanza buia un cappello nero che potrebbe non essere lì. Che cosa può fare? Può solo muovere la mano in una certa direzione e vedere se per caso il cappello è lì. Oppure muovere l'altra mano in un'altra direzione: ognuna di queste azioni corrisponde a un'ipotesi: precisamente che il cappello nero si trovi proprio in un punto o nell'altro. Il coleottero, in altre parole, deve essere attivo: non può aspettarsi che quel che cerca gli venga incontro o gli si mostri da solo. Tutto ciò che può fare è cercare attivamente, sfruttando il movimento. Quest'ultimo, infatti, è estremamente importante: è ancora più importante della vista. Ad esempio, un cieco, muovendosi, può trovare degli oggetti. Anche il guardarsi intorno equivale a muovere gli occhi in certe direzioni, che sono quelle in cui si cerca. La storiella dell'uomo nero rappresenta dunque bene la situazione in cui si trova chiunque non conosca già, ma voglia conoscere. La stessa situazione vale per tutti noi quando cerchiamo qualcosa e, soprattutto, per gli scienziati.

20. Intervista a Karl Raimund Popper, Il metodo ipotetico-deduttivodel 25/7/1989 Altrettanto vale per l’apprendimento delle regole della grammatica. Immaginiamo un bambino che stia imparando il participio passato dei verbi. Sa già che il participio del verbo "sedere" è "seduto" e del verbo "vendere" è "venduto"; pertanto, dinanzi al verbo "ledere", dirà "leduto" (invece di "leso") e dinanzi al verbo "fondere" dirà "fonduto" (invece di "fuso"). Gli adulti aiutano i piccoli a eliminare questi errori. Il nostro modo di apprendere mediante tentativi ed errori consiste proprio in questo, vale a dire nell'eliminare gli errori commessi.I tentativi sono ipotesi e l'eliminazione degli errori è il modo in cui ci adattiamo, nel nostro esempio, alla lingua esistente oppure, come avviene in altri casi, all'ambiente circostante, e così via.

21. Intervista a Karl Raimund Popper, Il metodo ipotetico-deduttivodel 25/7/1989 Dunque, nella scienza, come in altri ambiti, noi andiamo alla ricerca della verità attraverso l'eliminazione degli errori. Ma in quale senso preciso il metodo per tentativi ed errori è legato alla ricerca della verità? Noi aspiriamo alla verità, e poiché non possiamo mai essere sicuri di averla davvero trovata, andiamo alla ricerca dei punti deboli delle nostre ipotesi, cercando di eliminare i possibili errori, i quali ci mostrano che quanto abbiamo raggiunto non è la verità, che la nostra ipotesi non è vera, ma falsa. In altri termini, tentiamo di falsificare le nostre stesse ipotesi, cioè di dimostrarne la falsità, di confutarle. In questo consiste il metodo consapevolmente critico. Lo scienziato serio, che è sempre critico, non assume un'ipotesi sperando che sia vera, ma con la determinazione di controllarla per stabilire se non sia invece falsa.

22. Esempio di metodo scientifico: l’esperimento di Pasteur sul carbonchio (1881) Il chimico francese Louis Pasteur (1822-1892) condusse nel 1881 un drammatico esperimento. In pratica utilizzò il Bacillus anthracis, agente infettivo responsabile del carbonchio (conosciuto anche come antrace) attenuato mediante un agente fisico (coltura a 42-43°C: la crescita a tale temperatura ne attenua la virulenza), e lo inoculò successivamente in un certo numero di pecore. La sua idea era verificare l’origine battericadella malattia, contrariamente a quanto affermato da una gran parte della comunità scientifica del tempo, la quale attribuiva il carbonchio all’inalazione dei miasmi ambientali, quindi ad una causa di tipo chimico.Osservazioni:*le pecore si ammalavano dopo aver trascorso del tempo sui campi infetti*le pecore si ammalavano se venivano messe a contatto con il materiale in decomposizione presente sui campi o derivante da altri animali malati*nel sangue delle pecore malate era presente un organismo unicellulare a forma di bastoncello (osservabile al microscopio) Scopo dell’esperimentoDimostrare se il responsabile del carbonchio era il Bacillus anthracis (isolato dal medico tedesco Robert Koch) oppure i miasmi ambientali.IpotesiForse le pecore potevano acquisire l’immunità qualora fossero venute a contatto con il bacillo attenuato, cioè la cui infettività era stata ridotta mediante un reattivo chimico.EsperimentoPasteur selezionò dapprima 60 pecore: *10 di esse furono tenute da parte ed isolate; ciò serviva da controllo*25 furono sottoposte all’inoculazione (vaccinazione) del bacillo attenuato per ben 2 volte (il 5 maggio 1881 e il 17 maggio 1881)*25 non furono vaccinate

23. Successivamente (31 maggio 1881), ai due gruppi di pecore da 25 individui fu iniettata una coltura virulenta di carbonchio, cioè ricca di bacilli non attenuati ma perfettamente vitali.Pasteur verificò pubblicamente, il 2 giugno 1881, che:*del primo gruppo, quello delle pecore vaccinate, sopravvissero 24 individui su 25. Si registrò quindi un tasso di mortalità del 4% *del secondo gruppo, quello delle pecore non vaccinate, ne sopravvissero 2 (moribonde); le altre risultarono decedute. Si registrò quindi un tasso di mortalità del 92%TeoriaIl carbonchio era dovuto all’azione del Bacillus anthracis. La vaccinazione attiva le difese immunitarie e previene le malattie infettive. Bibliografia Enger - Ross - Concepts in biology - McGraw Hill 2002Lilia Alberghini - Franca Tonini - Biologia - Arnoldo Mondadori Scuola 2005 (ISBN 88-247-2452-3)Isaac Asimov – Breve storia della biologia – Zanichelli 2005 (ristampa) (ISBN 88-08-02472-5)

24. Infine, quando uno scienziato fa una scoperta seguendo le regole del metodo scientifico, comunica i risultati ottenuti attraverso un articolo scientifico.

25. Come è fatto un articolo scientifico Osservate le seguenti parti dell’articolo: 1) Titolo della rivista e dati bibliografici:volume: 85; fascicolo : 8; anno pubblicazione : 2004 ; pagine del fascicolo in cui si trova l’articolo: 2100-2106 2)Titolo dell’articolo 3) Nome degli Autori 4) Affiliazione degli autori: per quale Università o istituzione lavorano 5) Abstract. E’ un sommario, preparato dagli autori, che riassume il “succo” della ricerca. E’ importante perché leggendolo si può capire se l’articolo è di nostro interesse senza leggere tutto l’articolo. 6) Key-words: sono le ”parole-chiave” scelte dagli autori per definire gli argomenti di cui si occupa l’articolo. 7) Testo dell’articolo vero e proprio 8) Date di ricezione, revisione e accettazione del lavoro da parte del comitato editoriale della rivista 9) Bibliografia Come viene “citato” cioè identificato un articolo scientifico? Esistono dei sistemi standard di citazione, che è opportuno imparare a conoscere, sia per leggere correttamente i riferimenti bibliografici e quindi avere successo nella ricerca degli articoli, sia perché il rispetto di queste norme è richiesto nella compilazione della bibliografia della tesi di laurea e di ogni pubblicazione scientifica. Questa è una citazione (citation): Bertness, M.D. (1991a) Zonation of Spartina patens and Spartina alterniflora in a New England salt marsh. Ecology, 72, 138–148.

28. Fonti utilizzate • Intervista a Karl Raimund Popper, Il metodo ipotetico-deduttivo del 25.07.1989 http://www.emsf.rai.it/scripts/interviste.asp?d=79 • Le riviste scientifiche di Monica Vezzosi http://dspace-unipr.cilea.it/bitstream/1889/393/1/Riviste.pdf