צעדים מדעיים

מהי השיטה המדעית?

השיטה המדעית הייתה בשימוש נרחב מאז המאה ה -17 כתהליך שבאמצעותו מדענים "עושים מדע" בעולם האמיתי. הוא שימש לגלות דברים מדהימים רבים על העולם סביבנו. השיטה המדעית היא תהליך קבוע: גילוי אחד יכול להוביל לשאלות רבות נוספות אשר, כאשר נבדקות, יכולות להביא לתשובות נוספות. תלוי ברמת התלמידים שלך, בתוכנית הלימודים במחוזך ובגורמים אחרים, ייתכן שהצעדים המפורטים להלן אינם תואמים בדיוק את מה שאתה מלמד. עם זאת, התהליך עדיין צריך להיות תואם מבחינה רעיונית. בנוסף לסיכום של שלבי המפתח בשיטה המדעית, ישנן פעילויות המוצעות כדי לגרום לתלמידים שלך לעסוק בחשיבה על מדע בעולם האמיתי.

אפשרויות נוספות

העתק את לוח הסיפור הזה

Start Free Trial

1. ערכו תצפיות

כולם עושים את זה כל הזמן, מהשנייה שאנחנו מתעוררים לשנייה שאנחנו הולכים לישון. מגיל צעיר מאוד, ילדים לוקחים על עצמם את התפקיד כמדענים ועושים תצפיות מדוקדקות על העולם הסובב אותם. Storyboard That שניתן להשתמש בו לתיאור תצפיות אלה בצורה של קומיקס קצר. תצפיות אינן רק דברים שאנחנו רואים בעיניים. הם כוללים מגוון שונה של דברים, וכוללים דברים שאנחנו מרגישים, מריחים, טועמים, נוגעים או שומעים. הם יכולים להגיע גם ממידע שנאסף באמצעות ציוד מדעי, כגון מיקרוסקופים, מדחומים וסיסמומטרים.

אפשרויות נוספות

העתק את לוח הסיפור הזה

2. שאל שאלה

שאלות יכולות להיות מבוססות על כל דבר, אם כי שאלות מסוימות קלות יותר לענות מאשר אחרות. אחד החלקים החשובים ביותר בחקירה המדעית הוא חשיבה על "איך" ועל "whys". הפעלת שאלות יכולה להיות פעילות נהדרת להשלמת התלמידים שלך. בואו לתלמידים להמציא לוח תווך של מפת מחשבים של כל שאלה שיש להם על העולם, או לצמצם שאלות לנושא ספציפי. תלוי בגיל התלמידים שלך, יתכן שתבחין בשאלות אלה לעתים קרובות חופפות!

אפשרויות נוספות

העתק את לוח הסיפור הזה

3. מחקר

המחקר יכול להיות פשוט כמו חיפוש באינטרנט או בספריה, וזה זמן נהדר לדבר עם התלמידים שלך על מקורות אמינים ולא אמינים. מדענים משתמשים בכתבי-עת כדי לגלות אם מדענים אחרים עשו עבודה דומה ואילו הצעות הציעו המדענים להמשך מחקר וניסוי. רעיון נוסף הוא לקרוא כמה מחקרים שמצאתם לתלמידים, להדגיש ולהסביר כל אוצר מילים מפתח מאתגר. זה יעודד את התלמידים לבצע מחקר על מנת לענות על שאלותיהם לפני סיום הניסוי, במיוחד אם כבר נעשה זאת.

4. החלט על השערה

השערה היא אמירה ניתנת לבחינה או ניחוש משכיל. ההשערה חשובה מכיוון שהניסוי מנסה לקבוע כיצד משתנה אחד יכול להשפיע על אחר. בעת יצירת השערה, חשוב לזהות תחילה את המשתנים התלויים והעצמאיים בחקירה. חשוב על השפעה של שינוי המשתנה הבלתי תלוי על המשתנה התלוי. מכאן, צרו הצהרה "אם ... אז ...". לדוגמה, בעת ביצוע בדיקה כדי לבדוק כיצד הטמפרטורה משפיעה על גידול העובש על הלחם, המשתנה הבלתי תלוי הוא הטמפרטורה והמשתנה התלוי הוא כמות העובש שגדל על הלחם. ההשערה "אם ... אז ..." תהיה, "אם הטמפרטורה עולה, גם כמות העובש על הלחם תגדל."

5. אסוף נתונים

נתונים יכולים להגיע מהשלמת פעילות שנקבעה על ידי מורה, ביצוע ניסוי מבוסס על השערה ניתנת לבדיקה, או על ידי שימוש בנתונים שפורסמו בנושא. למידע נוסף כיצד לגרום לתלמידים שלך לעבוד כמדענים ולעצב ניסויים משלהם, ראה " תכנון ניסיוני ". זה יכול להיות רגע נהדר לעזור לתלמידים להבין אילו נתונים הם החשובים ביותר לאיסוף.

6. ניתוח נתונים

ארגן את תוצאות הניסוי וחפש דפוסים, מגמות או מידע אחר. לעתים קרובות בשלב זה התלמידים יכולים ליצור טבלאות ותרשימים כדי להקל על הבנת המידע. זו יכולה להיות דרך נהדרת לשלב כישורי מתמטיקה בתכנית הלימודים המדעית שלך.

7. להסיק מסקנות לאחר פרשנות נתונים

בשלב זה מדענים מפרשים את הנתונים כדי להסיק מסקנות; הם מחליטים אם הנתונים תומכים או מזייפים השערה.

כאשר מבצעים ניסוי בכדי לראות כיצד הטמפרטורה משפיעה על צמיחת העובש על הלחם, בדקו שתי חתיכות לחם: השאירו אחת במקום חם, והשנייה במקום קר. השערה אחת יכולה להיות אם הטמפרטורה יורדת, ואז התבנית תגדל מהר יותר . לאחר השלמת הניסוי, אם גדלה עובש נוסף על חתיכת הלחם שנשארה במקום החם, הנתונים אינם תומכים בהשערה.

8. שתף תוצאות עם מדענים אחרים

חשוב לגרום לתלמידים שלך לחלוק את עבודתם עם בני גילם בכדי להמשיך לעניין בחקירה מדעית. התלמידים יכולים לשתף בקלות את תוצאותיהם ומסקנותיהם בדרכים רבות:

• התלמידים מבקרים זה את העבודה הכתובה של זה ומספקים הערכת עמיתים
• התלמידים עובדים על כישוריהם הדיבור בציבור על ידי הכנת מצגת המפרטת את עבודתם ודיון על תוצאותיהם ומסקנותיהם
• צור יומן מדע כיתתי לאיסוף גוף העבודה של התלמידים
• פרסם נתונים, דיאגרמות או תוצאות בלוח המודעות
• התלמידים עוסקים בדיון בכיתה בעקבות ניסוי
• ערכו יריד מדע כדי לגרום לסטודנטים לשתף את תוצאותיהם ועבודתם המעשית
• אירוע בכל בית הספר, המזמין שופטים חיצוניים לבחון את עבודתו של התלמיד
• שיתוף בלתי פורמלי במידע בין תלמידים או קבוצות בכיתה עם פוסטרים או תערוכות

שיתוף התוצאות נעשה לרוב באמצעות פרסום מאמרים דרך כתבי עת מדעיים או דיבור בכנסים מדעיים. הראו לתלמידים דוגמאות לכתבי העת הללו ובדקו אם הם מוצאים משהו שהם חושבים שהוא מעניין.

9. חזור על הניסוי

זה בדרך כלל מבוצע על ידי מדענים אחרים ברחבי העולם. ככל שאנשים רבים יותר יכולים לשחזר ניסוי ולמצוא את אותן תוצאות, כך תיאוריה מרוויחה יותר. עם זאת, התלמידים שלך יכולים להשוות תוצאות מתלמידים אחרים או לבצע גם ניסויי המשך. זהו תרגיל נהדר במיוחד אם התלמידים עיצבו ניסוי. קבוצות מרובות צריכות לערוך ניסוי אחד כדי לבדוק אם יש להם אותן מסקנות או אם הניסוי אינו ניתן לשחזור.

רבים מהתגליות המדעיות הגדולות שעקבו אחר שיטה זו הם גם סיפורים נהדרים! Storyboard That ניתן להשתמש בו כדי לגרום לתלמידים לדמיין סיפורים אלה ולפתח הבנה כיצד נראית השיטה המדעית בפעולה. התלמידים יכולים לזהות את שלבי השיטה המדעית השונה בעקבות סיפור הגילויים המפורסמים. בדוגמה למטה לוח התכנון מסתכל על גילוי המבנה הסליל של ה- DNA.

גילוי מבנה ה- DNA

עבודות שנעשו על ידי אוסוולד אייברי, קולין מקלאוד ומקלין מקארטי בשנת 1944 הראו כי חומצה deoxyribonucleic (DNA) היא הכימיקל שנשא מידע גנטי. למרות שהם ידעו זאת, הקהילה המדעית עדיין לא הייתה בטוחה באיזו צורה הייתה מולקולת ה- DNA. ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק שיערו כי המולקולה תהיה צורה סלילית. הם ניבאו באמצעות חישובים מתמטיים כי דפוס העקירה של הרנטגן עבור סליל יהיה צורת X. ווטסון וקריק עבדו על ייצור מודל של DNA המבוסס על ההשערה שלהם.

רוזלינד פרנקלין, חוקרת צעירה במכללת קינגס בלונדון, ביצעה מחקר שבדק את דפוסי העקירה השונים שנעשו כאשר קרני הרנטגן הוארו על דגימות שונות. אחת הדגימות שהיא חקרה הייתה DNA מגובש.

צילום 51 היה דימוי של דיפרקציה של רנטגן של DNA שצילם ריימונד גוסלינג (סטודנט לתואר שלישי בהשגחת פרנקלין) ללא אישור או ידיעתו של פרנקלין. תמונה זו הוצגה בפני ווטסון וקריק. כשראה ווטסון את התצלום, הוא ידע מייד שהמבנה חייב להיות בעל צורה סגולה מהתבנית בצורת X של דפוס העקירה של הרנטגן.

ווטסון וקריק זכו בפרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה בשנת 1962 על מחקריהם על מבנה ה- DNA. רוזלינד פרנקלין נפטר מסרטן השחלות בגיל 38, ארבע שנים לפני פרס זה. מקובל כי עדויותיה היו קריטיות בזיהוי מבנה ה- DNA. עדיין ניתן להתווכח אם היא הייתה מזהה את המבנה לבד ללא עבודתם של ווטסון וקריק.

אפשרויות נוספות

העתק את לוח הסיפור הזה

פעילות נהדרת נוספת היא לגרום לתלמידים להשתמש ב- Storyboard That כדי לספר סיפור בהיסטוריה כמו זה שלמטה. חשוב לציין כי לא כל התגליות הגדולות בתולדות המדע פעלו בשיטה המדעית שלמעלה. גלילאו וגילויו של ירחי יופיטר הם דוגמא מרתקת לכך.

ישנם המון סיפורי גילוי מדעיים מרגשים שתוכלו להביא את התלמידים ללוח התכנון! להלן כמה סיפורים מעניינים אחרים שסטודנטים יכולים לחקור ולספר מחדש.

• אדמונד האלי והשביט של האלי
• אייזק ניוטון וגילוי כוח הכבידה
• קרל וילהלם שיל וגילוי חמצן
• צ'רלס דארווין ותהליך הבחירה הטבעית
• לואי פסטר והגילוי כיצד להרוג חיידקים
• אלכסנדר פלמינג וגילוי אנטיביוטיקה
• לואי דה ברוגלי עם עבודותיו על החומר ושכפול החלקיקים הגלים
• דימיטרי מנדלב והטבלה המחזורית
• וילהלם רואנטגן וצילומי רנטגן
• תומאס יאנג ותורת הגלים של האור
• פרויקט מנהטן ופצצת האטום

למשאבים נוספים על ההשפעה של חקירה וגילוי מדעי בהיסטוריה, עיין במשאבי ההיסטוריה שלנו.

גלילאו גליליי

גלילאו גליליי נולד בפיזה, איטליה, ב- 15 בפברואר 1564. הוא היה בנו של מוזיקאי איטלקי מפורסם. למרות שהוא התעניין מאוד להפוך לכומר קתולי, הוא החל את התואר כדי להיות רופא באוניברסיטת פיזה. הוא התאהב במתמטיקה ופיזיקה כאשר השתתף בטעות בהרצאה בנושא גיאומטריה.

אחד המסמכים החשובים והמחלוקת ביותר של גלילאו היה סיידרוס נונסיאס , או כוכב המסנג'ר , שפירט את תצפיותיו על ירחי יופיטר. תצפיות אלה תמכו בשינוי בדרך בה הבינו אנשים את מבנה היקום. עד לתצפיות מפתיעות אלה, אנשים הסכימו עם הפילוסוף והמדען היווני אריסטו , שהעלה לראשונה את הרעיון שכדור הארץ נמצא במרכז היקום. תפיסה זו של היקום נודעה בשם המודל הגיאוצנטרי .

גלילאו היה חלוץ מוקדם של הטלסקופ. הטלסקופים המוקדמים שלו הכילו לעיתים קרובות פגמים והפיקו תמונות מטושטשות, אך עדיין יכול היה להגדיל עצמים בערך פי 30 למתבונן. הוא מכר את הטלסקופים שלו והשתמש בכסף למימון המחקר שלו. הוא השתמש בטלסקופ שלו כדי לצפות בשמי הלילה ולערוך תצפיות מפורטות על מה שראה.

בלילה של ה- 7 בינואר, 1610, גלילאו הביטה בשמיים על יופיטר. הוא הבחין ב"שלושה כוכבים קבועים "קרובים מאוד לכוכב הלכת כולם בשורה. במהלך הלילות הבאים גילה ש"כוכבים "אלה לא כולם היו קבועים, ונראה שהוא נע יחסית ליופיטר. אנו יודעים כעת ש"כוכבים "אלה לא היו למעשה כוכבים, אלא ירחים של צדק. הוא הבין שאם הגופות האלה מקפות את צדק, אז המודל הגיאוצנטרי לא הגיוני. נתונים אלה תומכים במודל ההליוצנטרי , הרעיון שהשמש נמצאת במרכז היקום שלנו ושגופים שמימיים אחרים מקיפים אותו. ניקולאוס קופרניקוס היה מדען פולני שהשער כי לראשונה השמש נמצאת במרכז היקום שלנו.

הכנסיה הקתולית הייתה אז כוח רב עוצמה בעולם באותה עת והם לא התרשמו כלל מהתגליות של גלילאו. הכנסייה הרגישה כי כל אזכור ליקום מרוכז בשמש התנגד להשקפותיו ולתנ"ך והיה להוט מאוד לעצור את התפשטותו של רעיון זה. גלילאו נקרא על ידי האינקוויזיציה הרומית, מכיוון שהכנסייה חשבה שהוא מנסה לשכתב את התנ"ך. גלילאו התגלה כ"חשוד בכפירה "והוכנס לכלא. למחרת הוא הוכנס למעצר בית עד שנפטר אחרי שמונה שנים.

מדעני ימינו הבינו שהשמש היא מרכז מערכת השמש שלנו, אך לא היקום. השמש שלנו היא כוכב הדומה למיליארדים אחרים ביקום שלנו. בשנת 1992, 350 שנה לאחר כליית גלילאו, הכנסייה הקתולית הודתה שהם לא היו נכונים ביחס לדעותיו של גלילאו והאפיפיור ג'ון פול התנצל על האירוע.

אפשרויות נוספות

העתק את לוח הסיפור הזה

שאלות נפוצות על השיטה המדעית

מדוע השיטה המדעית חשובה?

השיטה המדעית חשובה מכיוון שהיא מספקת דרך שיטתית לחקור ולהבין את עולם הטבע. זה מאפשר למדענים לבצע תצפיות אובייקטיביות, לנסח השערות הניתנות לבדיקה ולתכנן ניסויים כדי לבדוק את ההשערות הללו. על ידי ביצוע השיטה המדעית, מדענים יכולים להבטיח שהממצאים שלהם מבוססים על ראיות אמפיריות ואינם רק תוצאה של הטיה או ספקולציות.

מהי השערה?

השערה היא הסבר טנטטיבי לתופעה נצפית. זוהי אמירה ניתנת לבדיקה החוזה מה יקרה בתנאים מסוימים אם ההשערה נכונה.

מהי קבוצת ביקורת?

קבוצת ביקורת היא קבוצה בניסוי המשמשת כסטנדרט השוואה. קבוצת הביקורת אינה נחשפת לטיפול הניסיוני, והיא משמשת כדי לקבוע אם תוצאות הניסוי נובעות מהטיפול או מגורם אחר.

מהו משתנה?

משתנה הוא כל גורם שיכול להשתנות בניסוי. ישנם שני סוגים של משתנים: משתנים בלתי תלויים ומשתנים תלויים. המשתנה הבלתי תלוי הוא הגורם שמבצע מניפולציה על ידי הנסיין, בעוד המשתנה התלוי הוא הגורם הנמדד.