Metode ilmiah

Metode ilmiah atau proses ilmiah merupakan proses keilmuan untuk memperoleh pengetahuan secara sistematis berdasarkan bukti fisis. Ilmuwan melakukan observasi serta membentuk hipotesis dalam usahanya untuk menjelaskan fenomena alam. Prediksi yang dibuat berdasarkan hipotesis tersebut diuji dengan melakukan eksperimen. Jika suatu hipotesis lolos uji berkali-kali, hipotesis tersebut dapat menjadi suatu teori ilmiah.

Unsur metode ilmiah

Unsur utama metode ilmiah adalah pengulangan empat langkah berikut:

Karakterisasi (observasi dan pengukuran)
Hipotesis (penjelasan teoretis yang merupakan dugaan atas hasil observasi dan pengukuran)
Prediksi (deduksi logis dari hipotesis)
Eksperimen (pengujian atas semua hal di atas)

DNA/contoh

Setiap langkah diilustrasikan dengan contoh dari penemuan struktur DNA:

Contoh tersebut dilanjutkan pada tahap "Evaluasi dan pengulangan", yaitu DNA/pengulangan.

Karakterisasi

Metode ilmiah bergantung pada karakterisasi yang cermat atas subjek investigasi. Dalam proses karakterisasi, ilmuwan mengidentifikasi sifat-sifat utama yang relevan yang dimiliki oleh subjek yang diteliti. Selain itu, proses ini juga dapat melibatkan proses penentuan (definisi) dan observasi; observasi yang dimaksud seringkali memerlukan pengukuran dan/atau perhitungan yang cermat.

Proses pengukuran dapat dilakukan dalam suatu tempat yang terkontrol, seperti laboratorium, atau dilakukan terhadap objek yang tidak dapat diakses atau dimanipulasi seperti bintang atau populasi manusia. Proses pengukuran sering memerlukan peralatan ilmiah khusus seperti termometer, spektroskop, atau voltmeter, dan kemajuan suatu bidang ilmu biasanya berkaitan erat dengan penemuan peralatan semacam itu. Hasil pengukuran secara ilmiah biasanya ditabulasikan dalam tabel, digambarkan dalam bentuk grafik, atau dipetakan, dan diproses dengan perhitungan statistika seperti korelasi dan regresi.

Pengukuran dalam karya ilmiah biasanya juga disertai dengan estimasi ketidakpastian hasil pengukuran tersebut. Ketidakpastian tersebut sering diestimasikan dengan melakukan pengukuran berulang atas kuantitas yang diukur. Ketidakpastian juga dapat dihitung berdasarkan ketidakpastian masing-masing kuantitas yang digunakan. Penghitungan, misalnya atas jumlah manusia pada suatu negara pada saat tertentu, juga dapat memiliki ketidakpastian karena keterbatasan metode penghitungan yang digunakan.

DNA/karakterisasi(1)

Sejarah penemuan struktur DNA merupakan contoh klasik dari empat tahap metode ilmiah: pada tahun 1950 telah diketahui bahwa pewarisan genetik memiliki deskripsi matematis, diawali oleh penelitian Gregor Mendel, namun mekanisme gen tersebut belumlah diketahui dengan jelas. Para peneliti di laboratorium William Lawrence Bragg di Universitas Cambridge membuat gambar-gambar difraksi sinar-X atas berbagai macam molekul. Berdasarkan susunan kimianya, dirasakan mungkin untuk mengkarakterisasikan struktur fisis DNA dengan gambar sinar-X. Lihat: DNA 2

Pembentukan hipotesis

Suatu hipotesis adalah usulan penjelasan atas suatu hal.

Biasanya suatu hipotesis dibuat dalam bentuk model matematis. Kadang kala hipotesis juga dapat diformulasikan dalam bentuk pernyataan eksistensial, yang menyatakan bahwa fenomena yang sedang dipelajari memiliki karakteristik dan penjelasan kausal tertentu.

Suatu hipotesis harus diformulasikan sedemikian sehingga hipotesis tersebut dapat diuji. Hipotesis harus dapat diuji benar atau salahnya agar dapat ditindaklanjuti.

Para ilmuwan bebas untuk menggunakan apapun — kreativitas pribadi, gagasan dari bidang lain, induksi, pendugaan sistematis, inferensia Bayesian, dsb. — untuk membayangkan penjelasan yang mungkin atas fenomena yang sedang dipelajari. Dalam sejarah ilmu, banyak ilmuwan yang mengaku mendapatkan "inspirasi mendadak" yang kemudian memovitasi mereka untuk mencari bukti yang dapat mendukung atau menolak gagasan mereka.

DNA/hipotesis(2)

Sebagai contoh, dalam usaha untuk menentukan struktur DNA, Francis Crick dan James Watson menghipotesiskan bahwa molekul tersebut memiliki struktur heliks: dua spiral yang saling memilin. Linus Pauling yang baru akan melakukan studi serius terhadap molekul tersebut menghipotesiskan struktur heliks ganda tiga. Lihat: DNA 1|...DNA 3

Prediksi dari hipotesis

Hipotesis yang berguna akan memungkinkan prediksi berdasarkan deduksi.

Prediksi tersebut mungkin meramalkan hasil suatu eksperimen dalam laboratorium atau observasi suatu fenomena di alam. Prediksi tersebut dapat pula bersifat statistik dan hanya berupa probabilitas.

Hasil yang diramalkan oleh prediksi tersebut haruslah belum diketahui kebenarannya (apakah benar-benar akan terjadi atau tidak). Hanya dengan demikianlah maka terjadinya hasil tersebut menambah probabilitas bahwa hipotesis yang dibuat sebelumnya adalah benar. Jika hasil yang diramalkan sudah diketahui, hal itu disebut konsekuensi dan seharusnya sudah diperhitungkan saat membuat hipotesis.

Jika prediksi tersebut tidak dapat diobservasi, hipotesis yang mendasari prediksi tersebut belumlah berguna bagi metode bersangkutan dan harus menunggu metode yang mungkin akan datang. Sebagai contoh, teknologi atau teori baru boleh jadi memungkinkan eksperimen untuk dapat dilakukan.

DNA/prediksi(3)

Setelah Watson dan Crick menghipotesiskan bahwa DNA merupakan heliks ganda, Francis Crick memprediksikan bahwa gambar difraksi sinar-X DNA akan menunjukkan suatu bentuk huruf X. Lihat: DNA 1 | ...DNA 4

Eksperimen

Setelah prediksi dibuat, hasilnya dapat diuji dengan eksperimen. Jika hasil eksperimen bertentangan dengan prediksi, maka hipotesis yang sedak diuji tidaklah benar atau tidak lengkap dan membutuhkan perbaikan atau bahkan perlu ditinggalkan. Jika hasil eksperimen sesuai dengan prediksi, maka hipotesis tersebut boleh jadi benar namun masih mungkin salah dan perlu diuji lebih lanjut.

Hasil eksperimen tidak pernah dapat membenarkan suatu hipotesis, melainkan meningkatkan probabilitas kebenaran hipotesis tersebut. Hasil eksperimen secara mutlak bisa menyalahkan suatu hipotesis bila hasil eksperimen tersebut bertentangan dengan prediksi dari hipotesis.

Bergantung pada prediksi yang dibuat, berupa-rupa eksperimen dapat dilakukan. Eksperimen tersebut dapat berupa eksperimen klasik di dalam laboratorium atau ekskavasi arkeologis. Eksperimen bahkan dapat berupa mengemudikan pesawat dari New York ke Paris dalam rangka menguji hipotesis aerodinamisme yang digunakan untuk membuat pesawat tersebut.

Pencatatan yang detail sangatlah penting dalam eksperimen, untuk membantu dalam pelaporan hasil eksperimen dan memberikan bukti efektivitas dan keutuhan prosedur yang dilakukan. Pencatatan juga akan membantu dalam reproduksi eksperimen.

DNA/eksperimen(4)

Ketika James Watson meneliti apa yang telah ditemukan Rosalind Franklin pada gambar difraksi sinar-X DNA buatannya, Watson melihat bentuk huruf X yang telah diprediksikan Crick sebagai struktur heliks. Lihat: DNA 1 | ...DNA/pengulangan

Evaluasi dan pengulangan

Proses ilmiah merupakan suatu proses yang iteratif, yaitu berulang. Pada langkah yang manapun, seorang ilmuwan mungkin saja mengulangi langkah yang lebih awal karena pertimbangan tertentu. Ketidakberhasilan untuk membentuk hipotesis yang menarik dapat membuat ilmuwan mempertimbangkan ulang subjek yang sedang dipelajari. Ketidakberhasilan suatu hipotesis dalam menghasilkan prediksi yang menarik dan teruji dapat membuat ilmuwan mempertimbangkan kembali hipotesis tersebut atau definisi subjek penelitian. Ketidakberhasilan eksperimen dalam menghasilkan sesuatu yang menarik dapat membuat ilmuwan mempertimbangkan ulang metode eksperimen tersebut, hipotesis yang mendasarinya, atau bahkan definisi subjek penelitian itu.

Dapat pula ilmuwan lain memulai penelitian mereka sendiri dan memasuki proses tersebut pada tahap yang manapun. Mereka dapat mengadopsi karakterisasi yang telah dilakukan dan membentuk hipotesis mereka sendiri, atau mengadopsi hipotesis yang telah dibuat dan mendeduksikan prediksi mereka sendiri. Sering kali eksperimen dalam proses ilmiah tidak dilakukan oleh orang yang membuat prediksi, dan karakterisasi didasarkan pada eksperimen yang dilakukan oleh orang lain.

DNA/pengulangan

Watson dapat mendeduksikan struktur utama DNA dengan menggunakan model konkret bentuk fisik nukleotida yang menyusun DNA. Dia menggunakan acuan panjang ikatan kimia yang telah dideduksikan oleh Linus Pauling. Diawali dengan penemuan oleh James Watson dan Francis Crick tersebut, lahirlah bidang ilmu baru: biologi molekular. Lihat: DNA 1

Pranala luar

An Introduction to Science: Scientific Thinking and a scientific method oleh Steven D. Schafersman.
Introduction to a scientific method

Gourt Home::Gourt :: Metode ilmiah