Charles Darwin Orang Pertama Kali Memulai Metode Ilmiah Biologi – Pilihan metode ilmiah yang akan digunakan tergantung pada pertanyaan yang akan diselidiki, jenis studi yang dilakukan, dan kematangan subdisiplin tertentu. Saya meninjau metode ilmiah yang sering digunakan dalam biologi sejak Darwin, aspek sifat sains yang relevan untuk pengajaran dan pembelajaran tentang evolusi, dan beberapa penelitian terbaru yang menguji teori evolusi dan beberapa fiturnya.
Charles Darwin Orang Pertama Kali Memulai Metode Ilmiah Biologi
brainmysteries – Saya juga menyajikan beberapa pedoman untuk guru, dalam kerangka instruksional berbasis inkuiri, untuk memfasilitasi pemahaman siswa bahwa studi yang digerakkan oleh hipotesis dan pengamatan sama-sama penting dan bertanggung jawab untuk kemajuan pengetahuan ilmiah di bidang biologi, baik di bidang biologi. masa lalu dan di masa sekarang.
Pemahaman tentang sifat sains (NOS) penting dalam pengembangan warga yang melek sains dan memfasilitasi pembelajaran materi pelajaran ilmiah tertentu Lederman, 2007. Oleh karena itu, National Science Teachers Association (NSTA) merekomendasikan bahwa NOS harus menjadi fokus kelas sains NSTA Board of Directors, 2000 dan bahwa semua guru K-16 harus memfasilitasi pembelajaran siswa melalui inkuiri ilmiah, yang merupakan pusat pembelajaran sains dan mencerminkan bagaimana sains dilakukan Dewan Direksi NSTA, 2004.
Aspek NOS dapat dipelajari baik melalui instruksi eksplisit, reflektif maupun implisit melalui melakukan sains ( Lederman, 2007).). Di sini, saya menawarkan kontribusi untuk memfasilitasi penerapan NOS dan konsep evolusi guru di kelas sains terstruktur, terpandu, atau penyelidikan terbuka.
Karya Charles Darwin menunjukkan kepada kita kompleksitas dunia alami dan sains biologi yang mempelajari fenomena alam yang dikenal sebagai bagian dari sistem yang kompleks. Melakukan biologi adalah kegiatan yang kompleks, dijelaskan oleh ilmuwan yang berbeda dengan cara yang berbeda, dan oleh karena itu membantu siswa memahami bagaimana biologi dilakukan adalah tugas yang sulit.
Berbagai model instruksi berbasis inkuiri tersedia untuk digunakan guru, termasuk “model aktivitas” berbasis empiris. Yang terdiri dari 10 kegiatan yang dilakukan ilmuwan, dilakukan dalam urutan apa pun dan dengan pengulangan sebanyak yang diperlukan melakukan pengamatan (sebagai titik awal dan/atau diulang beberapa kali), mengajukan pertanyaan, mendefinisikan masalah (membatasi bidang kajian), membentuk pertanyaan (mengembangkan pertanyaan untuk penelitian), menyelidiki yang diketahui (sastra dan ahli), mengartikulasikan harapan (hipotesis dan prediksi), melaksanakan penelitian, meneliti hasil, merefleksikan temuan, dan berkomunikasi dengan orang lain.
Baca Juga : Perusahaan Ilmiah Menghadapi Serangkaian Masalah Paralel
ahli biologi melakukan pekerjaan mereka setiap hari termasuk gagasan sains sebagai proses yang terbuka untuk banyak jalan, proses yang didorong oleh pertanyaan, tidak selalu menghasilkan teori baru dan memberikan kerangka kerja bagi guru untuk perencanaan, pelaksanaan, dan evaluasi instruksi penyelidikan, dengan fokus pada satu atau lebih aspek dan kegiatan ini.
Di sini, saya menjawab pertanyaan penting tentang bagaimana “melaksanakan studi” dan menekankan aspek NOS dengan berfokus pada karya Darwin dan temuan terbaru yang mendukung teori evolusinya.
Mengingat bahwa penerjemahan konsep NOS ke dalam praktik telah digambarkan sebagai dimediasi oleh pemahaman NOS yang diperoleh guru, artikel ini merupakan “pembaruan instan” yang bertujuan untuk memfasilitasi pengembangan pelajaran yang membantu siswa melakukan penalaran ilmiah induktif dan deduktif dalam kehidupan sehari-hari.
Revolusi Darwin
Darwin berkontribusi pada biologi dengan menetapkan fakta evolusi, berdasarkan sejumlah besar pengamatan, dan kemudian mengajukan teori untuk menjelaskan salah satu mekanisme evolusi yang paling umum, yang ia sebut “seleksi alam”. Fakta dan teori bukanlah langkah-langkah untuk meningkatkan kepastian; menurut Gould (1981) , fakta adalah data dunia, dan teori adalah struktur ide yang menjelaskan dan menafsirkan fakta. Karya Darwin mencerahkan perbedaan antara keduanya.
Alfred Russel Wallace (1860) menganggap bahwa Darwin menciptakan ilmu baru dan filsafat baru. Dalam salah satu studi Darwin yang pertama kali diterbitkan, “The Structure and Distribution of Coral Reefs”, seseorang dapat melihat perannya dalam mengubah pandangan dunia alami bagian yang berbeda darinya, mungkin semuanya disesuaikan dengan stasiun yang mereka tempati, dan mempertahankan tempat mereka, seperti makhluk organik lainnya, dengan perjuangan satu sama lain, dan dengan alam maka kita dapat menyimpulkan bahwa pertumbuhan mereka umumnya akan lambat, kecuali dalam keadaan khusus yang menguntungkan.
Ringkasnya, Darwin berkontribusi pada perubahan pandangan kita tentang dunia alami, dalam aspek-aspek seperti keragaman, adaptasi terhadap lingkungan, kompetisi intraspesifik, dan fenomena bertahap.
Metode Ilmiah & Cara Melakukan Kajian Ilmiah
Karl Popper (1902-1994), salah satu filsuf paling berpengaruh abad ke-20, mengusulkan penggunaan metode hipotetis deduktif sebagai satu satunyametode ilmiah, menolak induktivisme yang diusulkan oleh Francis Bacon (1561–1626) dan metode induksi yang diajukan oleh John Stuart Mill (1806–1873).
Menurut metode hipotetis-deduktif, hipotesis apa pun dianggap sebagai hipotesis ilmiah hanya jika dapat difalsifikasi. Selanjutnya, metode ini dicirikan oleh dua fase utama, seperti merumuskan hipotesis dan kemudian mengujinya. Oleh karena itu, praktik ini sering dicirikan sebagai “metode ilmiah” dan secara historis dikaitkan dengan ilmuwan seperti Blaise Pascal (1623–62), fisikawan seperti Isaac Newton (1624–1727) dan ahli biologi, Claude Bernard (1813–78), Louis Pasteur (1822-1895), dan Gregor Mendel (1822-1884).
Tiga yang terakhir adalah ahli biologi dan sezaman dengan Darwin, dan beberapa penulis menganggap bahwa Darwin juga mengikuti metode hipotetis-deduktif (Ayala, 2009 ), meskipun ini merupakan isu yang kontroversial.
Darwin, bagaimanapun, mengklaim dalam otobiografinya bahwa ia telah mengikuti metode induktivis “pada prinsip-prinsip Baconian yang benar dan tanpa teori apa pun mengumpulkan fakta dalam skala besar” ( Barlow, 1958 ), mengumpulkan pengamatan terkait sehingga pernyataan universal (teori atau hipotesis) akhirnya bisa muncul dari mereka.
Dalam On the Origin of Species , Darwin (1859) menyoroti pentingnya akumulasi pengamatan, dan dia juga mengakui bahwa karyanya tentang struktur dan distribusi terumbu karang ( Barlow, 1958 ) adalah yang paling deduktif dari studinya, di mana ia menulis teori berdasarkan hipotesis yang dibuat sebelum mengamati karang apa pun.
Ringkasnya, Darwin, seperti semua ilmuwan, mengajukan pertanyaan-pertanyaan menarik yang memandu karyanya namun, tujuan epistemik yang berbeda dan sifat dari fenomena yang dipelajari akan mengarah pada pertanyaan yang berbeda, dan pertanyaan yang berbeda ditangani dengan menggunakan jenis penyelidikan ilmiah yang berbeda.
Skema yang disederhanakan yang berfokus pada berbagai cara penelitian dapat dilakukan sebagai bagian dari proses ilmiah yang didorong oleh pertanyaan, kreatif, dan terbuka untuk banyak jalur penemuan tidak harus prosedur selangkah demi selangkah atau linier.
Darwin adalah seorang induktivis yang juga menggunakan metode hipotetis-deduktif untuk menguji teorinya, melakukan beberapa penelitian dengan cara yang dapat diringkas seperti di sisi kiri dan mengikuti garis panah putus-putus, pada subjek seperti karang Darwin, 1842 , teritip hidup dan fosil Darwin, 1851 anggrek dan pembuahannya oleh serangga ( Darwin, 1862 ), dan tanaman pemakan serangga dan memanjat. Darwin dengan demikian mempengaruhi ilmuwan lain untuk tidak menganggap metode hipotetis-deduktif sebagai satu-satunya cara yang benar untuk melakukan sains.
Investigasi Berbasis Observasi vs. Investigasi Berbasis Hipotesis
Para ilmuwan menggunakan beberapa metode penelitian (eksperimen, penelitian observasional, penelitian komparatif, dan pemodelan) untuk mengumpulkan data. Menurut beberapa penulis, ilmu kehidupan dapat dibagi menjadi dua kategori historis atau deskriptif dan eksperimental, masing-masing menggunakan metodologi ilmiah yang berbeda masing-masing didorong oleh observasi dan didorong oleh hipotesis ( Meyer et al., 2013 ).
Hipotesis sejarah, umum dalam paleontologi dan geologi, dirumuskan dengan mengamati fenomena alam dan merupakan hipotesis penjelas yang tidak dapat direplikasi dan diuji di laboratorium mana pun, terutama karena skala waktu fenomena ( Cleland, 2001).
Misalnya, dampak meteor pertama kali dihipotesiskan sebagai penyebab kepunahan dinosaurus setelah endapan iridium (komponen langka di permukaan bumi) ditemukan di batas Kapur–Tersier ( Alvarez et al., 1980 ). Beberapa bukti lain kemudian menguatkan hipotesis ini, seperti penemuan kawah tumbukan dan catatan fosil dinosaurus yang terkait dengan endapan iridium dan kuarsa yang disetrum ( Alvarez et al., 1995 ).
Saat ini dalam biologi, ketika mempelajari subjek yang informasinya sedikit tersedia atau ketika mempelajari sistem yang sangat kompleks, adalah umum untuk merumuskan hipotesis dan kemudian mengumpulkan sejumlah besar data yang kemudian dianalisis dalam upaya untuk mengungkap korelasi apa pun yang belum belum dijelaskan. Klasifikasi yang disederhanakan menggunakan dikotomi, manipulasi versus nonmanipulasi, dan observasi versus pengujian hipotesis namun, ini lebih rumit, karena seseorang dapat menemukan kontinuitas di antara kategori-kategori ini.
Sumber daya komputasi dan metode statistik saat ini memungkinkan pengembangan studi deskriptif, seperti karakterisasi genom, proteom, dan metabolom spesies model atau individu, serta karakterisasi kondisi perubahan patologis atau lingkungan.
Studi semacam itu sering diikuti oleh penelitian yang didorong oleh hipotesis tentang gen atau mekanisme molekuler tertentu. Eksperimen ini dapat dilakukan dalam pengaturan yang berbeda di laboratorium, di lapangan, atau melalui pemodelan virtual (digital).
Umumnya kita menganggap pekerjaan deskriptif didasarkan pada pengamatan, tanpa manipulasi alam, tetapi jika seseorang bermaksud mempelajari variabel terikat, maka ia mengubah dan/atau mengendalikan variabel bebas dan mengamati konsekuensinya.
Diinginkan untuk menggunakan beberapa baris bukti, yang diperoleh dengan tes yang berbeda atau bidang studi yang berbeda, untuk mengevaluasi ide ilmiah apa pun. Oleh karena itu, penting bagi siswa untuk memahami perbedaan antara pekerjaan eksperimental dan pekerjaan deskriptif dan bahwa kedua jenis studi tersebut berguna dan sama pentingnya untuk kemajuan pengetahuan ilmiah.
Dasar-dasar Biologi Modern: Teori, Hukum, Prinsip & Model
Teori dasar utama biologi modern adalah teori evolusi dan teori sel. Kontribusi utama untuk mengembangkan mereka dibuat pada abad ke-19 dan ke-17, masing-masing.
Sebuah hukum ilmiah adalah pernyataan deskriptif hubungan antara gejala yang tampak ( Abb-El-Khalick 2012 ). Hukum biologi diturunkan dari pengamatan empiris yang tidak mutlak dan disertai dengan pengecualian karena aspek sistem yang tidak diketahui (misalnya, bias kodon dalam kode genetik); dengan demikian, mereka memformalkan pengamatan yang konsisten tetapi tidak menjelaskannya. Relatif sedikit hukum biologi yang telah dijelaskan, termasuk hukum pewarisan Mendel dan hukum skala metabolik Kleiber ( Dhar & Giuliani, 2010 ).
Darwin adalah kontributor utama dalam mendefinisikan dua hukum yang saat ini diterima oleh ahli biologi: yang pertama menyatakan bahwa semua sifat yang diketahui dari organisme hidup mengikuti hukum fisika dan kimia, dan yang kedua menyatakan bahwa semua proses biologis dan semua karakteristik yang membedakan spesies yang berbeda telah berevolusi. oleh seleksi alam (seperti yang dirangkum oleh Wilson, 2006 ).
Darwin (1837) menggunakan hukum pertama untuk berhipotesis tentang asal usul kehidupan dari kombinasi senyawa kimia. Dia menulis: “Hubungan intim Kehidupan dengan hukum kombinasi kimia, & universalitas yang terakhir membuat generasi spontan tidak mustahil.”
Pada tahun 1973, Van Valen mengusulkan hukum evolusi dengan menunjukkan bahwa ada kemungkinan kepunahan yang konstan untuk setiap garis keturunan sepanjang sejarah kehidupan dan bahwa setiap peningkatan (dalam kecocokan) dalam satu garis keturunan diimbangi dengan perbaikan pada yang lain; dengan demikian, ada “perlombaan senjata” koevolusioner yang berkelanjutan ( Morris & Lundberg, 2011 ).
Baru-baru ini, McShea & Brandon (2010) mengusulkan “hukum evolusi kekuatan nol”, yang dirumuskan sebagai berikut: “Dalam sistem evolusi mana pun di mana ada variasi dan hereditas, ada kecenderungan keragaman dan kompleksitas meningkat, satu yang selalu ada tetapi dapat ditentang atau ditambah oleh seleksi alam, kekuatan lain, atau kendala pada keragaman atau kompleksitas.
Hukum ini mengkorelasikan keragaman, kompleksitas, dan evolusi dengan seleksi alam atau faktor lain, dan mencakup peningkatan probabilistik keragaman dan kompleksitas yang ada bahkan tanpa seleksi alam. Menurut penulis, hukum ini adalah generalisasi yang berguna yang muncul dari sifat-sifat variasi di alam (misalnya, kompleksitas meningkat selama suksesi ekologis).
Peningkatan jumlah data empiris dari sekuensing generasi berikutnya dan pendekatan analitik baru telah berkontribusi pada pemahaman genetika spesiasi dan merupakan dasar dari bidang baru genomik spesiasi Seehausen et al 2014. Hukum baru kemungkinan akan dibentuk oleh bidang ini di masa depan.
Prinsip dasar menurut Morris & Lundberg (2011) adalah bahwa hidup adalah permainan (yaitu, tantangan evolusioner), sehingga strategi untuk pertumbuhan, reproduksi, dan kelangsungan hidup dimainkan satu sama lain dan solusi evolusi bergantung pada frekuensi dan kepadatan strategi alternatif.
Sebuah Model ilmiah adalah sebuah ide atau satu set ide-ide yang menjelaskan apa yang menyebabkan fenomena alam tertentu. Misalnya, model keseimbangan bersela tentang bagaimana evolusi terjadi memprediksi bahwa sebagian besar perubahan evolusioner terjadi dalam waktu singkat dan terkait dengan peristiwa spesiasi, yang jarang terjadi karena stabilitas atau stasis evolusi Eldredge & Gould, 1972.
Sebuah model dapat direpresentasikan dengan persamaan dengan grafik, seperti model pertumbuhan kultur bakteri Jacques Monod oleh struktur 3D misalnya, model heliks ganda DNA atau dengan gambar misalnya, model pohon kehidupan. Menggambarkan model penjelas yang digunakan untuk memprediksi perilaku sistem biologis tertentu.