Khái niệm phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học

Thực nghiệm là một phương pháp thu thập thông tin được thực hiện bởi những quan sát trong điều kiện gây biến đổi đối tượng khảo sát và môi trường xung quanh đối tượng khảo sát một cách có chủ định. Phương pháp thực nghiệm được áp dụng phổ biến không chỉ trong nghiên cứu tự nhiên, kỹ thuật, y học, mà cả trong xã hội và các lĩnh vực nghiên cứu khác.

• Nói cách khác: Là chủ động gây ra hiện tượng nghiên cứu trong những điều kiện khống chế, nhờ đó có thể lặp lại nhiều lần, tách bạch và biến thiên từng nhân tố tác động và đnáh giá, đo đặc tỉ mỉ sự biến đổi của hiệu quả theo sự biến thiên ấy.
• Phương pháp thực nghiệm khoa học là một trong các phương pháp cơ bản của nghiên cứu khoa học. Song chỉ được sư dụng khi và chỉ khi đặt ra bài toán làm sáng tỏ các mối liên hệ, sự phụ thuộc, giữa các hiện tượng nghiên cứu và sự thể hiện các giả định, kiểm định các giải thuyết. (nguồn: https://123docz.net/trich-doan/622684-phuong-phap-thuc-nghiemkhoa-hoc.htm)

Bằng việc thay đổi các tham số, người nghiên cứu có thể tạo ra nhiều cơ hội thu được những kết quả mong muốn, như:

• Tách riêng từng phần thuần nhất của đối tượng nghiên cứu để quan sát. Đây là quá trình thu thập dữ liệu thực nghiệm cho nghiên cứu. Ở giai đoạn này, nhà nghiên cứu tập hợp dữ liệu thực nghiệm có liên quan bằng các phương pháp quan sát định tính hoặc định lượng. Điều này được thực hiện trước để có thể đưa ra các giả thuyết nghiên cứu.
• Biến đổi môi trường của đối tượng nghiên cứu.

Ở giai đoạn này, nhà nghiên cứu sử dụng lý luận quy nạp để đi đến kết luận nghiên cứu có thể xảy ra dựa trên dữ liệu thu được từ quan sát của mình. Nhà nghiên cứu tạo ra một giả định chung cố gắng giải thích dữ liệu thực nghiệm và họ tiếp tục quan sát dữ liệu thực nghiệm phù hợp với giả định này

• Rút ngắn được thời gian tiếp cận trong quan sát.

Đây là giai đoạn suy luận. Đây là nơi nhà nghiên cứu tạo ra các giả thuyết bằng cách áp dụng logic và tính hợp lý vào quan sát của mình

• Tiến hành những thực nghiệm lặp lại nhiều lần để kiểm tra lẫn nhau. Ở đây, nhà nghiên cứu đặt các giả thuyết để kiểm tra bằng các phương pháp nghiên cứu định tính hoặc định lượng. Trong giai đoạn thử nghiệm, nhà nghiên cứu kết hợp các công cụ điều tra có hệ thống có liên quan với các phương pháp thực nghiệm để đi đến kết quả khách quan hỗ trợ hoặc phủ nhận các giả thuyết nghiên cứu
• Không bị hạn chế về không gian và thời gian.

Đánh giá là giai đoạn cuối cùng trong một nghiên cứu thực nghiệm. Ở đây, nghiên cứu phác thảo dữ liệu thực nghiệm, kết quả nghiên cứu và các lập luận hỗ trợ cộng với bất kỳ thách thức nào gặp phải trong quá trình nghiên cứu.

Dù phương pháp thực nghiệm có những ưu điểm như vậy, nhưng nó không thể áp dụng trong hàng loạt trường hợp, chẳng hạn, nghiên cứu lịch sử, địa lý, địa chất, khí tượng, thiên văn. Những lĩnh vực nghiên cứu này chỉ có thể thực hiện bằng quan sát; còn nghiên cứu lịch sử, văn học, v.v... lại chỉ có thể thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu tài liệu.

Phân loại thực nghiệm

Nơi thực hiện:

• Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm
• Thực nghiệm tại hiện trường
• Thực nghiệm trong quần thể xã hội Mục đích:
• Thực nghiệm thăm dò được tiến hành để phát hiện bản chất của sự vật hoặc hiện tượng. Loại thực nghiệm này được sử dụng để nhận dạng vấn đề và xây dựng giả thuyết.
• Thực nghiệm kiểm tra được tiến hành để kiểm chứng các giả thuyết.
• Thực nghiệm song hành là những thực nghiệm trên các đối tượng khác nhau trong những điều kiện được khống chế giống nhau.
• Thực nghiệm đối nghịch được tiến hành trên hai đối tượng giống nhau với các điều kiện ngược nhau, nhằm quan sát kết quả của các phương thức tác động của các điều kiện thí nghiệm trên các thông số của đối tượng nghiên cứu.
• Thực nghiệm so sánh là thực nghiệm được tiến hành trên hai đối tượng khác nhau, trong đó có một trong hai được chọn làm đối chứng nhằm tìm chỗ khác biệt giữa các phương pháp, giữa các hậu quả so với đối chứng. Diễn trình:
• Thực nghiệm cấp diễn, để xác định tác động hoặc ảnh hưởng của các tác nhân lên đối tượng nghiên cứu trong một thời gian ngắn.
• Thực nghiệm trường diễn, để xác định sự tác dụng của các giải pháp lên đối tượng nghiên cứu lâu dài, liên tục.
• Ngoài ra còn thực nghiệm bán cấp diễn như một mức độ trung gian giữa hai phương pháp thực nghiệm nói trên.

Trong thực nghiệm, người nghiên cứu phải tuân thủ các nguyên tắc sau:

• Đề ra những chuẩn đánh giá và phương thức đánh giá.
• Giữ ổn định các yếu tố không bị người nghiên cứu khống chế.
• Mẫu được lựa chọn trong thực nghiệm phải mang tính phổ biến để cho kết quả thực nghiệm được khách quan.
• Đưa ra một số giả thiết thực nghiệm để loại bớt những yếu tố tác động phức tạp.

Ví dụ

Ví dụ đầu tiên là thực nghiệm tại hiện trường vụ án.Chúng ta cần làm đủ các bước sau đây

Bước 1: Chuẩn bị: Thông báo cho VKS cùng cấp biết về thời gian, địa điểm tiến hành thực nghiệm. Viện kiểm sát cử kiểm sát viên tham gia thực nghiệm như thông báo. Mời người làm chứng/người có chuyên môn (bác sĩ pháp y) tham dự và chứng kiến việc khám nghiệm tử thi.

Bước 2: Tiến hành thực nghiệm điều tra tại hiện trường: Tiến hành trực tiếp tại hiện trường/diễn lại hành vi, tình huống của một sự việc nhất định, có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến việc phạm tội. Khi thực nghiệm điều tra phải đo đạc, chụp ảnh, ghi hình, vẽ sơ đồ, ghi rõ kết quả thực nghiệm điều tra vào biên bản

Bước 3: Lập biên bản thực nghiệm điều tra hiện trường vụ án hình sự:

Biên bản thực nghiệm điều tra vụ án hình sự là văn bản ghi lại toàn bộ quá trình diễn ra hoạt động thực nghiệm điều tra hiện trường. Nội dung biên bản ghi rõ ngày giờ, địa điểm diễn ra hoạt động thực nghiệm điều tra và có chữ ký của những người tham

Tiếp theo là một ví dụ về nghiên cứu thực nghiệm trong vật lí

• Tìm hiểu về sự đóng băng của nước tinh khiết (băng) được tạo ra từ nước ở dưới 0 độ C (hay 32 độ F). “nước” ở đây là nước chúng ta dùng hàng ngày có lẫn tạp chất. Vậy đối với nước không lẫn tạp chất ( nước tinh khiết) có xảy ra hiện tượng đóng băng?
• Tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết quả( quan sát, đo…..) : Đặt chai nước tinh khiết vào tủ đông điều chỉnh nhiệt độ -24 độ C (-11,2 độ F), sau 24 tiếng lấy ra và quan sát kết quả thu được
• Phân tích kết quả và kết luận:

Kết quả: Nước tinh khiết không bị đóng băng

Giải thích: Trong quá trình nước đóng băng các phân tử nước cần 1 hạt nhân để bám vào, trong nước tinh khiết không có tạp chất, vi khuẩn, virus… vì vậy nước tinh khiết ko bị đóng băng

Một ví dụ khác cũng là thực nghiệm trong vật lí đó là hiện tượng tán sắc ánh sáng

Vào những năm 1660, nhà vật lý và toán học người Anh Isaac Newton đã bắt đầu một loạt các thí nghiệm với ánh sáng mặt trời và lăng kính. Ông đã chứng minh rằng ánh sáng trắng trong bao gồm bảy màu có thể nhìn thấy được. Bằng cách cho ánh sáng mặt trời đi qua lăng kính sau đó có thể thấy chùm sáng mặt trời sau khi đi qua lăng kính bị phân tách thành một chùm sáng có màu biến thiên liên tục từ đỏ tới tím.

Ví dụ về sự đổi màu của hoa phù dung

Qua quan sát , ta nhận thấy hoa phù dung có hiện tượng đổi màu theo từng khung giờ trong ngày, sáng màu trắng, trưa thì hông nhạt và càng về cuối ngày hoa càng đỏ sậm màu hơn, và để giải thích cho hiện tượng này là:

Do trong cánh hoa có chứa chất nanthoxyan nên hoa mới có thể thay đổi màu sắc ( sáng trắng, trưa hồng, chiều đỏ). Chất này ban đầu không màu, nhưng sau khi tiếp xúc lâu với không khí, anthoxyan bị oxi hóa biến đổi thành màu đỏ khiến hoa chuyển màu theo.

Một ví dụ thú vị khác là thí nghiệm Marshmallow

Năm 1960 bởi một giáo sư tâm lý học của Đại học Stanford thực hiện một thực nghiệm. Ông đặt kẹo dẻo lên chiếc bàn trước mặt một đứa trẻ .

+ Đứa bé có thể ăn viên kẹo ngay

+ Nhưng nếu nó đợi đến khi ông ấy trở lại thì ông ấy sẽ cho nó hai viên kẹo.

Nhóm nghiên cứu tiếp tục tiến hành quan sát sự phát triển của lũ trẻ trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong nhiều năm sau đó

Những đứa trẻ có thể đợi để được chiếc kẹo thứ hai sau này đạt điểm SAT( SAT là bài thi đánh giá khả năng đọc hiểu, phân tích và tư duy phản biện của mỗi một học sinh) cao hơn, tỷ lệ lạm dụng thuốc, tỷ lệ béo phì thấp hơn và biết cách giải quyết các căng thẳng trong cuộc sống tốt hơn, các kỹ năng xã hội cũng cải thiện hơn.

Nhìn chung thì những người này cũng đạt điểm số cao hơn trong những thang đo chất lượng cuộc sống khác.

Ví dụ về Thực nghiệm lâm sàng với các bệnh nhân bị đau dạ dày nhằm giảm đau tức thời cho bệnh nhân

Có hai nhóm người đau dạ dày tham gia thí nghiệm:

Nhóm 1 được điều trị bằng cách dùng nước lạnh

Nhóm 2 được điều trị bằng cách dùng nước ấm 37C

 Kết quả cho thấy nhóm người dùng nước ấm điều trị có kết quả giảm đau tốt hơn nhóm người dùng nước lạnh.

Cuối cùng sẽ là một thực nhiệm trong y học đó là Đột phá mới trong lĩnh vực xương nhân tạo tại Việt Nam

Nhóm nghiên cứu tại Viên Hàn lâm khoa học công nghệ Việ t Nam đã tổng hợp thành ̣ công vật liệu α-Canxi Sulphat Hemihydrate (α-HH) và Biphasic Canxi Phosphate (BCP) trong quy mô phòng thí nghiêm. Đây là hai loại vậ t liệ u được sử dụng chính yếu trong ̣ lĩnh vực chế tạo, ghép xương nhân tạo nói riêng và y học tái tạo nói chung.

Có thể thấy rằng, việc cấy ghép xương trên cơ thể người hiện có nhiều bước tiến vượt bâc, từ chủng loại cho đến kỹ thuậ t, tất cả nhằm giúp bệ nh nhân khắc phục được ̣ những mất mát về chức năng, tổn thương về tinh thần bằng viêc thay thế hay phục hồi ̣ các bộ phận đã mất, khiếm khuyết.

So với cấy ghép bằng xương tự thân (hay còn gọi là xương tự nhiên, xương đồng loại), thì cấy ghép xương nhân tạo từ lâu đã được ngành y đăc biệ t quan tâm nhiều hơn, bởi ̣ nhiều ưu điểm như bệnh nhân không phải đau đớn, trải qua một ca phẫu thuật cắt xương, cùng môt số đòi hỏi khắt khe khác về bảo quản phần xương vừa tách khỏi cơ ̣ thể. Dĩ nhiên, dù xương nhân tạo vẫn còn những "hạn chế" nhất định như dễ diễn ra tình trạng tiêu xương sau khi cấy, thời gian cứng/khô lâu, độ kết dính không cao vì thế cơ chế lành vết thương rất chậm, nhưng với sự phát triển của khoa học, đăc biệ t trong ̣ lĩnh vực y tế, thì nhiều loại xương nhân tạo vẫn có cấu trúc, tính chất và thành phần giống xương tự nhiên.

PGS. TS Nguyễn Đại Hải (Viên khoa học vậ t liệ u ứng dụng, Việ n Hàn lâm khoa học ̣ công nghệ Viêt Nam) cho biết, khuynh hướng sử dụng xương nhân tạo ngày càng phổ ̣ biến, nhưng khách quan mà nhân định thì việc nghiên cứu phát triển vật liệu y sinh nói ̣ chung và vật liệu xương nói riêng chưa được quan tâm đúng mức, không chỉ tại Viêt ̣ Nam mà còn tại nhiều quốc gia khác.

"Hơn thế nữa, nguồn cung cấp xương nhân tạochủ yếu được nhập khẩu nên giá thành cao, ảnh hưởng trực tiếp tới kinh tế người bệnh", TS. Nguyễn Đại Hải chia sẻ, "Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu tại Viên khoa học vậ t liệ u ứng dụng đã đặ t mục tiêu tạo ra các ̣ sản phẩm liên quan tới vật liệu y sinh mà cụ thể là vật liệu tái tạo xương, và mục tiêu này không chỉ mang tính khoa học cao, tạo tiền đề cho các vật liệu khác phát triển mà còn có tính thực tiễn cao khi đáp ứng được nhu cầu bức thiết của bênh nhân trong ̣ nước"