Die wissenschaftliche Methode wird seit dem 17. Jahrhundert in großem Umfang als ein Prozess verwendet, mit dem Wissenschaftler in der realen Welt "Wissenschaft betreiben". Es wurde verwendet, um viele unglaubliche Dinge über die Welt um uns herum zu entdecken. Die wissenschaftliche Methode ist ein ständiger Prozess: Eine Entdeckung kann zu viel mehr Fragen führen, die, wenn sie untersucht wird, zu mehr Antworten führen können. Abhängig vom Niveau Ihrer Schüler, dem Lehrplan Ihres Distrikts und anderen Faktoren stimmen die unten aufgeführten Schritte möglicherweise nicht genau mit dem überein, was Sie unterrichten. Der Prozess sollte jedoch konzeptionell noch übereinstimmen. Neben einer Zusammenfassung der wichtigsten Schritte der wissenschaftlichen Methode werden Aktivitäten vorgeschlagen, mit denen Sie Ihre Schüler zum Nachdenken über die Naturwissenschaften in der realen Welt bewegen können.
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Jeder tut dies die ganze Zeit, von der Sekunde an, in der wir aufwachen bis zur Sekunde, in der wir schlafen gehen. Schon in jungen Jahren übernehmen Kinder die Rolle von Wissenschaftlern und beobachten die Welt um sich herum genau. Storyboard That können diese Beobachtungen in Form von kurzen Comics beschrieben werden. Beobachtungen sind nicht nur Dinge, die wir mit unseren Augen sehen. Sie umfassen eine ganz andere Reihe von Dingen und umfassen Dinge, die wir fühlen, riechen, schmecken, berühren oder hören. Sie können auch aus Informationen stammen, die mit wissenschaftlichen Geräten wie Mikroskopen, Thermometern und Seismometern erfasst wurden.
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Fragen können auf irgendetwas basieren, obwohl einige Fragen leichter zu beantworten sind als andere. Einer der wichtigsten Teile der wissenschaftlichen Forschung ist das Nachdenken über das "Wie" und das "Warum". Fragen zu stellen kann eine großartige Aktivität sein, die Sie mit Ihren Schülern abschließen können. Lassen Sie die Schüler ein Mind-Map-Storyboard mit Fragen zur Welt erstellen oder Fragen auf ein bestimmtes Thema eingrenzen. Abhängig vom Alter Ihrer Schüler können sich diese Fragen häufig überschneiden.
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Recherchen können so einfach sein wie eine Internet- oder Bibliotheksrecherche und sind eine großartige Gelegenheit, um mit Ihren Schülern über zuverlässige und unzuverlässige Quellen zu sprechen. Wissenschaftler nutzen Zeitschriften, um herauszufinden, ob andere Wissenschaftler ähnliche Arbeit geleistet haben und welche Vorschläge diese Wissenschaftler für weitere Studien und Experimente gemacht haben. Eine andere Idee ist es, einige von Ihnen gefundene Forschungsergebnisse vorzulesen, um herausfordernde Schlüsselvokabeln hervorzuheben und zu erklären. Dies wird die Schüler ermutigen, vor Abschluss eines Experiments Nachforschungen anzustellen, um ihre Fragen zu beantworten, insbesondere wenn bereits eine durchgeführt wurde.
Eine Hypothese ist eine überprüfbare Aussage oder eine fundierte Vermutung. Die Hypothese ist wichtig, da das Experiment zu bestimmen versucht, wie sich eine Variable auf eine andere auswirken kann. Bei der Erstellung einer Hypothese ist es wichtig, zunächst die abhängigen und unabhängigen Variablen in der Untersuchung zu identifizieren. Überlegen Sie, welche Auswirkungen das Ändern der unabhängigen Variablen auf die abhängige Variable haben kann. Bilden Sie daraus eine "wenn ... dann ..." - Aussage. Wenn beispielsweise untersucht wird, wie sich die Temperatur auf das Schimmelwachstum auf Brot auswirkt, ist die unabhängige Variable die Temperatur und die abhängige Variable die Menge an Schimmel, die auf Brot wächst. Die "wenn ... dann ..." Hypothese wäre: "Wenn die Temperatur steigt, steigt auch die Menge an Schimmel auf dem Brot."
Daten können aus einer vorgeschriebenen Aktivität stammen, die von einem Lehrer entworfen wurde, aus einem Experiment, das auf einer überprüfbaren Hypothese basiert, oder aus veröffentlichten Daten zu dem Thema. Weitere Informationen dazu, wie Sie Ihre Schüler dazu bringen, als Wissenschaftler zu arbeiten und ihre eigenen Experimente zu entwerfen, finden Sie unter " Experimentelles Design ". Dies kann auch ein großartiger Moment sein, um den Schülern zu helfen, herauszufinden, welche Daten am wichtigsten sind.
Organisieren Sie die Ergebnisse des Experiments und suchen Sie nach Mustern, Trends oder anderen Informationen. In dieser Phase können die Schüler häufig Tabellen und Grafiken erstellen, um das Verständnis der Informationen zu erleichtern. Dies kann eine großartige Möglichkeit sein, mathematische Fähigkeiten in Ihren naturwissenschaftlichen Lehrplan aufzunehmen.
In diesem Stadium interpretieren die Wissenschaftler die Daten, um Schlussfolgerungen zu ziehen. Sie entscheiden, ob die Daten eine Hypothese stützen oder verfälschen.
Testen Sie bei einem Versuch, wie sich die Temperatur auf das Schimmelwachstum des Brotes auswirkt, zwei Brotstücke: eines an einem warmen Ort und das andere an einem kalten Ort. Eine Hypothese könnte sein , dass die Schimmelpilze schneller wachsen , wenn die Temperatur gesenkt wird . Wenn nach Abschluss des Experiments mehr Schimmel auf dem Brotstück gewachsen ist, das an der warmen Stelle belassen wurde, stützen die Daten die Hypothese nicht.
Es ist wichtig, dass Ihre Schüler ihre Arbeit mit Gleichaltrigen teilen, um das Interesse an wissenschaftlichen Untersuchungen aufrechtzuerhalten. Die Schüler können ihre Ergebnisse und Schlussfolgerungen auf vielfältige Weise mitteilen:
Der Austausch von Ergebnissen erfolgt häufig durch Veröffentlichung von Beiträgen in wissenschaftlichen Fachzeitschriften oder durch Vorträge auf wissenschaftlichen Konferenzen. Zeigen Sie den Schülern Beispiele dieser Zeitschriften und prüfen Sie, ob sie etwas finden, das sie für interessant halten.
Dies wird normalerweise von anderen Wissenschaftlern auf der ganzen Welt durchgeführt. Je mehr Personen ein Experiment reproduzieren und die gleichen Ergebnisse erzielen können, desto mehr Unterstützung erhält eine Theorie. Ihre Schüler können jedoch auch Ergebnisse anderer Schüler vergleichen oder Folgeversuche durchführen. Dies ist eine besonders gute Übung, wenn die Schüler ein Experiment entworfen haben. Mehrere Gruppen sollten ein Experiment durchführen, um festzustellen, ob sie dieselben Schlussfolgerungen ziehen oder ob das Experiment nicht reproduzierbar ist.
Viele der großen wissenschaftlichen Entdeckungen, die dieser Methode folgten, sind auch großartige Geschichten! Storyboard That können die Schüler diese Geschichten visualisieren und ein Verständnis dafür entwickeln, wie die wissenschaftliche Methode in Aktion aussieht. Die Schüler können die verschiedenen wissenschaftlichen Methodenschritte identifizieren, die der Geschichte berühmter Entdeckungen folgen. Im folgenden Beispiel befasst sich das Storyboard mit der Entdeckung der helikalen Struktur der DNA.
Die Arbeit von Oswald Avery, Colin MacLeod und Maclyn McCarty im Jahr 1944 zeigte, dass Desoxyribonukleinsäure (DNA) die Chemikalie war, die genetische Informationen trug. Obwohl sie das wussten, war sich die wissenschaftliche Gemeinschaft noch nicht sicher, welche Form das DNA-Molekül hatte. James Watson und Francis Crick stellten die Hypothese auf, dass das Molekül eine helikale Form haben würde. Sie sagten unter Verwendung mathematischer Berechnungen voraus, dass das Röntgenbeugungsmuster für eine Helix eine X-Form sein würde. Watson und Crick hatten daran gearbeitet, auf der Grundlage ihrer Hypothese ein DNA-Modell zu erstellen.
Rosalind Franklin, eine junge Forscherin am King's College London, untersuchte die verschiedenen Beugungsmuster, die erzeugt wurden, wenn Röntgenstrahlen auf verschiedene Proben gerichtet wurden. Eine der untersuchten Proben war kristallisierte DNA.
Fotografie 51 war ein Röntgenbeugungsbild der DNA, das von Raymond Gosling (ein Doktorand unter der Aufsicht von Franklin) ohne die Erlaubnis oder das Wissen von Franklin aufgenommen wurde. Dieses Bild wurde Watson und Crick gezeigt. Als Watson das Foto sah, wusste er sofort, dass die Struktur vom Röntgenbeugungsmuster helixförmig sein musste.
Watson und Crick wurden 1962 für ihre Forschungen zur Struktur der DNA mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet. Rosalind Franklin starb vier Jahre vor dieser Auszeichnung im Alter von 38 Jahren an Eierstockkrebs. Es ist allgemein anerkannt, dass ihre Beweise für die Identifizierung der DNA-Struktur von entscheidender Bedeutung waren. Es ist immer noch fraglich, ob sie die Struktur ohne die Arbeit von Watson und Crick selbst identifiziert hätte.
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Eine weitere großartige Aktivität besteht darin, die Schüler dazu zu bringen, Storyboard That zu verwenden, um eine Geschichte wie die folgende zu erzählen. Es ist wichtig anzumerken, dass nicht alle großen Entdeckungen in der Wissenschaftsgeschichte der obigen wissenschaftlichen Methode gefolgt sind. Ein faszinierendes Beispiel dafür ist Galilei und seine Entdeckung der Jupitermonde.
Es gibt viele spannende Geschichten über wissenschaftliche Entdeckungen, mit denen Sie Ihre Schüler zum Storyboard bringen können! Hier sind einige andere interessante Geschichten, die die Schüler erforschen und nacherzählen können.
Weitere Ressourcen zu den Auswirkungen wissenschaftlicher Untersuchungen und Entdeckungen in der Geschichte finden Sie in unseren Ressourcen zur Geschichte.
Galileo Galilei wurde am 15. Februar 1564 in Pisa, Italien, geboren. Er war der Sohn eines berühmten italienischen Musikers. Obwohl er sehr daran interessiert war, katholischer Priester zu werden, begann er sein Doktorat an der Universität von Pisa. Er verliebte sich in Mathematik und Physik, als er versehentlich eine Vorlesung über Geometrie besuchte.
Einer von Galileo wichtigsten und umstrittensten Papiere war Siderus Nuncias oder Starry Messenger, die seine Beobachtungen der Jupitermonde detailliert beschrieben. Diese Beobachtungen unterstützten eine Veränderung in der Art und Weise, wie Menschen die Struktur des Universums verstanden. Bis zu diesen überraschenden Beobachtungen hatten sich die Leute mit dem griechischen Philosophen und Wissenschaftler Aristoteles einverstanden erklärt, der zuerst die Idee vertreten hatte, dass die Erde im Zentrum des Universums sei. Dieses Konzept des Universums wurde als geozentrisches Modell bezeichnet .
Galileo war ein früher Pionier des Teleskops. Seine frühen Teleskope enthielten oft Fehler und erzeugten verschwommene Bilder, konnten jedoch Objekte für den Betrachter um das 30-fache vergrößern. Er verkaufte seine Teleskope und nutzte das Geld, um seine Forschung zu finanzieren. Mit seinem Teleskop beobachtete er den Nachthimmel und machte detaillierte Beobachtungen von dem, was er sah.
In der Nacht vom 7. Januar 1610 sah Galilei Jupiter in den Himmel. Er bemerkte, dass „drei Fixsterne“ sehr nahe am Planeten aufgereiht waren. In den nächsten Nächten stellte er fest, dass diese "Sterne" nicht alle fixiert waren und sich relativ zum Jupiter zu bewegen schienen. Wir wissen jetzt, dass diese "Sterne" eigentlich keine Sterne waren, sondern Monde des Jupiters. Er erkannte, dass das geozentrische Modell keinen Sinn ergab, wenn diese Körper den Jupiter umkreisten. Diese Daten stützen das Heliozentrische Modell , die Vorstellung, dass sich die Sonne im Zentrum unseres Universums befindet und dass andere Himmelskörper es umkreisen. Nicolaus Copernicus war ein polnischer Wissenschaftler, der zuerst die Hypothese aufstellte, dass sich die Sonne im Zentrum unseres Universums befindet.
Die katholische Kirche war zu dieser Zeit eine äußerst mächtige Kraft auf der Welt und sie waren von Galileis Entdeckungen überhaupt nicht beeindruckt. Die Kirche war der Ansicht, dass jede Erwähnung eines sonnenzentrierten Universums ihren Ansichten und der Bibel widersprach und sehr daran interessiert war, die Verbreitung dieser Idee zu stoppen. Galilei wurde von der römischen Inquisition gerufen, als die Kirche glaubte, er versuche, die Bibel umzuschreiben. Galileo wurde als „Verdächtiger der Häresie“ befunden und ins Gefängnis gesteckt. Am nächsten Tag wurde er unter Hausarrest gestellt, bis er acht Jahre später starb.
Moderne Wissenschaftler haben erkannt, dass die Sonne das Zentrum unseres Sonnensystems ist, aber nicht das Universum. Unsere Sonne ist ein Stern, der Milliarden von Menschen in unserem Universum sehr ähnlich ist. Im Jahr 1992, 350 Jahre nach der Inhaftierung von Galileo, gab die katholische Kirche zu, dass sie in Bezug auf Galileos Ansichten falsch war, und Papst Johannes Paul entschuldigte sich für das Ereignis.
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Die wissenschaftliche Methode ist wichtig, weil sie einen systematischen Weg bietet, die natürliche Welt zu erforschen und zu verstehen. Es ermöglicht Wissenschaftlern, objektive Beobachtungen zu machen, überprüfbare Hypothesen zu formulieren und Experimente zu entwerfen, um diese Hypothesen zu testen. Indem sie der wissenschaftlichen Methode folgen, können Wissenschaftler sicherstellen, dass ihre Ergebnisse auf empirischen Beweisen beruhen und nicht einfach das Ergebnis von Vorurteilen oder Spekulationen sind.
Eine Hypothese ist eine vorläufige Erklärung für ein beobachtetes Phänomen. Es ist eine überprüfbare Aussage, die vorhersagt, was unter bestimmten Bedingungen passieren wird, wenn die Hypothese richtig ist.
Eine Kontrollgruppe ist eine Gruppe in einem Experiment, das als Vergleichsstandard verwendet wird. Die Kontrollgruppe wird der experimentellen Behandlung nicht ausgesetzt und wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Ergebnisse des Experiments auf die Behandlung oder auf einen anderen Faktor zurückzuführen sind.
Eine Variable ist jeder Faktor, der sich in einem Experiment ändern kann. Es gibt zwei Arten von Variablen: unabhängige Variablen und abhängige Variablen. Die unabhängige Variable ist der Faktor, der vom Experimentator manipuliert wird, während die abhängige Variable der Faktor ist, der gemessen wird.