A tudományos módszert a 17. század óta széles körben használják olyan eljárásként, amellyel a tudósok "tudományt végeznek" a való világban. Számos hihetetlen dolog felfedezésére használták a körülöttünk lévő világról. A tudományos módszer állandó folyamat: egy felfedezés még sok további kérdést felvethet, amelyek vizsgálatakor további válaszokat eredményezhetnek. A hallgatók szintjétől, a körzet tantervétől és más tényezőktől függően az alábbiakban ismertetett lépések nem feltétlenül egyeznek meg azzal, amit tanítanak. Ennek a folyamatnak azonban még mindig fogalmi szempontból meg kell egyeznie. A tudományos módszer kulcsfontosságú lépéseinek összefoglalása mellett javasolt tevékenységek is felkelteni a hallgatókat a tudomány gondolkodására a való világban.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
Mindenki ezt mindig végzi, a másodiktól ébredtünk a másodikig, amikor alszunk. A gyermekek már nagyon fiatal kortól tudósok szerepet töltenek be, gondos megfigyeléssel követve a körülvevő világot. Storyboard That Ezeket a megfigyeléseket rövid képregény formájában lehet leírni. A megfigyelések nem csupán dolgok, amelyeket a szemünkkel látunk. Magában foglalják a dolgok egész sorát, és olyan dolgokat is, amiket érzelünk, szaglunk, ízlelünk, megérintünk vagy hallunk. Ezek származhatnak a tudományos berendezések, például mikroszkópok, hőmérők és szeizométerek segítségével gyűjtött információkból is.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
A kérdések alapja lehet bármi, bár egyes kérdésekre könnyebben lehet válaszolni, mint másokra. A tudományos kutatás egyik legfontosabb része a "hogyan" és a "miért" gondolkodás. A kérdések felvitele nagyszerű feladat lehet a hallgatók számára. A tanulók készítsenek egy gondolattérkép-rajzot a világgal kapcsolatos bármilyen kérdésükre, vagy szűkítsék le a kérdéseket egy adott témára. Diákjainak életkorától függően előfordulhat, hogy ezek a kérdések gyakran átfedésben vannak!
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
A kutatás olyan egyszerű lehet, mint egy internetes vagy könyvtári keresés, és remek alkalom, hogy a hallgatókkal megbízható és megbízhatatlan forrásokról beszéljen. A tudósok a folyóiratok segítségével megtudják, hogy más tudósok hasonló munkát végeztek-e, és milyen javaslatokat tett ezek a tudósok a további tanulmányok és kísérletek elvégzésére. Egy másik ötlet az, hogy elolvassa néhány tanulmányt, amelyet a hallgatók számára talált, kiemelve és magyarázva minden kihívást jelentő kulcsfontosságú szókincset. Ez arra ösztönzi a hallgatókat, hogy végezzenek kutatást, hogy kérdéseikre válaszolhassanak egy kísérlet befejezése előtt, különösen, ha ezt már megtették.
A hipotézis egy tesztelhető állítás vagy kitalált kijelentés. A hipotézis azért fontos, mert a kísérlet megkísérli meghatározni, hogy az egyik változó milyen hatással lehet a másikra. Hipotézis megfogalmazásakor fontos először a függő és független változók azonosítása. Gondolj arra, hogy a független változó megváltoztatása milyen hatással lehet a függő változóra. Ebből formáljon egy „ha ... akkor…” nyilatkozatot. Például, amikor azt vizsgáljuk, hogy a hőmérséklet hogyan befolyásolja a kenyér penészedését, a független változó a hőmérséklet, a függő változó pedig az a mennyiség, amely a kenyéren nő. A "ha ... akkor ..." hipotézis a következő lenne: "Ha a hőmérséklet megemelkedik, akkor a kenyéren lévő penész mennyisége is növekszik."
Az adatok származhatnak egy tanár által megtervezett előírt tevékenység elvégzéséből, egy tesztelhető hipotézis alapján végzett kísérlet elvégzéséből vagy a témáról közzétett adatok felhasználásával. Ha többet szeretne megtudni arról, hogyan lehet a diákok tudósokként dolgozni és saját kísérleteiket megtervezni, olvassa el a „ Kísérleti tervezés ” című szakaszt. Ez egy remek alkalom is lehet arra, hogy a hallgatók kitalálják, milyen adatok gyűjtése a legfontosabb.
Szervezze meg a kísérlet eredményeit, és keressen mintákat, trendeket vagy egyéb információkat. Ebben a szakaszban a hallgatók gyakran készíthetnek táblázatokat és grafikonokat az információk megértésének megkönnyítése érdekében. Ez nagyszerű módszer lehet a matematikai készségek beépítésére a tudományos tantervbe.
Ebben a szakaszban a tudósok az adatokat értelmezik következtetések levonására; döntenek arról, hogy az adatok alátámasztják-e vagy meghamisítják-e a hipotézist.
Amikor kísérletet végez annak megállapítása érdekében, hogy a hőmérséklet hogyan befolyásolja a kenyér penészedését, teszteljen két darab kenyeret: hagyjon egyet meleg helyen, a másikat pedig hideg helyen. Az egyik hipotézis lehet, ha a hőmérsékletet alacsonyabb lesz, akkor a penész gyorsabban növekszik . A kísérlet befejezése után, ha több penész nőtt a meleg helyen hagyott kenyérdarabra, akkor az adatok nem támasztják alá a hipotézist.
Fontos, hogy a hallgatók megosszák munkájukat társaikkal, hogy továbbra is érdeklődjenek a tudományos kutatás iránt. A hallgatók sokféle módon megoszthatják eredményeiket és következtetéseiket:
Az eredmények megosztására gyakran a tudományos folyóiratokban publikációkat vagy tudományos konferenciákon való beszédet tesznek közzé. Mutassa meg a hallgatóknak a folyóiratok példáit, és nézzen meg valamit, ami érdekesnek tartja őket.
Ezt általában más tudósok végzik a világ minden tájáról. Minél több ember képes reprodukálni egy kísérletet, és ugyanazokat az eredményeket kapja, annál inkább támogatja az elméletet. A hallgatók azonban összehasonlíthatják a többi hallgató eredményeit, vagy utólagos kísérleteket is végezhetnek. Ez különösen nagy feladat, ha a hallgatók kísérletet terveztek. Több csoportnak kell elvégeznie egy kísérletet annak megállapítására, hogy ugyanazok a következtetések vannak-e, vagy ha a kísérlet nem reprodukálható.
Az ezt a módszert követő nagy tudományos felfedezések közül sok nagyszerű történet is! Storyboard That arra Storyboard That, hogy a hallgatókat elképzeljék ezeket a történeteket, és megértsék, hogyan működik a tudományos módszer. A hallgatók megismerhetik a tudományos módszer különböző lépéseit, a híres felfedezések története után. Az alábbi példában a forgatókönyv a DNS spirális szerkezetének felfedezésére irányul.
Oswald Avery, Colin MacLeod és Maclyn McCarty 1944-ben végzett munkája kimutatta, hogy a dezoxiribonukleinsav (DNS) volt a vegyi anyag, amely genetikai információt hordozott. Noha tudták ezt, a tudományos közösség még mindig nem volt biztos abban, hogy milyen alakú volt a DNS-molekula. James Watson és Francis Crick feltételezte, hogy a molekula spirális alakú lesz. Matematikai számítások segítségével megjósolták, hogy a spirál röntgendiffrakciós mintája X alakú lesz. Watson és Crick hipotézisük alapján egy DNS-modell elkészítésén dolgoztak.
Rosalind Franklin, a Londoni King's College fiatal kutatója kutatást folytatott, amely a különféle diffrakciós mintázatokat vizsgálta, amikor a röntgenfelvételek különböző mintákon ragyogtak. Az egyik minta, amelyet ő vizsgált, kristályosított DNS volt.
Az 51. fénykép egy Raymond Gosling (Franklin felügyelete alatt doktorandusz) által készített DNS röntgendiffrakciós képe Franklin engedélyének vagy ismerete nélkül. Ezt a képet Watson és Crick mutatta be. Amikor Watson meglátta a fényképet, azonnal tudta, hogy a szerkezetnek spirális alakúnak kell lennie a röntgendiffrakciós minta X alakú mintázatától.
Watson és Crick 1962-ben Nobel-díjat kapott a fiziológiában vagy az orvostudományban a DNS szerkezetének kutatásáért. Rosalind Franklin 38 éves korában, négy évvel ez a díj előtt meghalt petefészekrákban. Általánosan elfogadott tény, hogy bizonyítékai kritikusak voltak a DNS szerkezetének azonosításában. Még vitatható, vajon Watson és Crick munkája nélkül képes-e önmagában azonosítani a struktúrát.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
Egy másik nagyszerű tevékenység az, hogy a hallgatókat használja a Storyboard That hogy elmeséljen egy történetet a történelemben, mint az alábbiakban. Fontos megjegyezni, hogy a tudományos történelem nagyszerű felfedezései nem követik a fenti tudományos módszert. Galileo és Jupiter holdjainak felfedezése ennek izgalmas példája.
Sok izgalmas történet létezik a tudományos felfedezésekről, amelyeket a tanulók a forgatókönyvhöz vezethetnek! Íme néhány érdekes történet a hallgatók számára a kutatáshoz és az átmondáshoz.
További tudnivalók a tudományos kutatások és a történelem során felfedezés hatásáról nézze meg történelem erőforrásainkat.
Galileo Galilei 1564. február 15-én született Pisában, Olaszországban. Híres olasz zenész fia volt. Annak ellenére, hogy nagyon érdekelt katolikus papnak lenni, orvosa a Pisa Egyetemen kezdte meg diplomáját. Beleszeretett a matematikába és a fizikába, amikor véletlenül részt vett a geometria előadásáról.
A Galileo egyik legfontosabb és legvitatottabb cikke a Siderus Nuncias vagy a Starry Messenger volt , amely részletesen megfigyelte a Jupiter holdjait. Ezek a megfigyelések alátámasztották az emberek megértését az univerzum felépítésében. E meglepő megfigyelésekig az emberek megállapodtak a görög filozófussal és tudósnal, Arisztotelészel , aki először azt az elképzelést terjesztette elő, hogy a Föld az univerzum középpontjában áll. A világegyetem ezt a koncepcióját geocentrikus modellként ismerték.
Galileo volt a távcső korai úttörője. Korai távcsövei gyakran tartalmaztak hibákat és elmosódott képeket produkáltak, ám a tárgyat körülbelül harmincszorosíthatták a megfigyelő számára. Eladta távcsöveit, és a pénzt kutatásainak finanszírozására fordította. Távcsőjével megfigyelte az éjszakai égboltot, és részletes megfigyeléseket készített a látottról.
1610. január 7-én éjjel Galileo az ég felé nézett Jupiternél. A bolygóhoz nagyon közel álló „három rögzített csillagot” észrevette, hogy mind sorakoznak egymással. A következő néhány éjszaka felfedezte, hogy ezek a "csillagok" nem voltak rögzítve, és úgy tűnt, hogy Jupiterhez viszonyítva mozognak. Most tudjuk, hogy ezek a "csillagok" valójában nem csillagok voltak, hanem a Jupiter holdjai. Rájött, hogy ha ezek a testek Jupiter körül keringnek, akkor a geocentrikus modellnek nincs értelme. Ezek az adatok alátámasztják a heliócentrikus modellt , azt az elképzelést, hogy a Nap a világegyetemünk középpontjában áll, és hogy más égi testek keringnek rajta. Nicolaus Copernicus lengyel tudós volt, aki először feltételezte, hogy a Nap a világegyetem központjában áll.
A katolikus egyház abban az időben rendkívül hatalmas erő volt a világon, és Galileo felfedezései egyáltalán nem voltak lenyűgözve. Az egyház úgy érezte, hogy egy napközpontú univerzum bármilyen említése ellentmond annak nézeteinek és a Bibliának, és nagyon szívesen állította meg ennek az ötletnek a terjedését. A római inkvizíció hívta Galileót, mivel az egyház azt hitte, hogy megpróbálja átírni a Bibliát. Galileót „eretnekség gyanújának” találták, és börtönbe helyezték. Másnap házi őrizetbe vették, amíg nyolc évvel később meg nem halt.
A mai tudósok rájöttek, hogy a Nap a naprendszerünk központja, de nem az univerzum. A Napunk egy csillag, nagyon hasonlít az univerzumunk milliói számára. 1992-ben, 350 évvel a Galileo bebörtönzése után, a katolikus egyház beismerte, hogy tévedett a Galileo nézeteiben, és János Pál pápa bocsánatot kért az esemény miatt.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
A tudományos módszer azért fontos, mert szisztematikus módszert biztosít a természeti világ feltárására és megértésére. Lehetővé teszi a tudósok számára, hogy objektív megfigyeléseket végezzenek, tesztelhető hipotéziseket fogalmazzanak meg, és kísérleteket tervezzenek e hipotézisek tesztelésére. A tudományos módszer követésével a tudósok biztosíthatják, hogy megállapításaik empirikus bizonyítékokon alapuljanak, és ne csupán elfogultság vagy spekuláció eredményei.
A hipotézis egy kísérleti magyarázat egy megfigyelt jelenségre. Ez egy tesztelhető állítás, amely megjósolja, hogy bizonyos feltételek mellett mi fog történni, ha a hipotézis helyes.
A kontrollcsoport egy kísérletben szereplő csoport, amelyet összehasonlítási standardként használnak. A kontrollcsoportot nem tesszük ki a kísérleti kezelésnek, és ennek alapján állapítják meg, hogy a kísérlet eredménye a kezelésnek vagy más tényezőnek köszönhető-e.
Változó minden olyan tényező, amely egy kísérlet során megváltozhat. Kétféle változó létezik: független változók és függő változók. A független változó a kísérletező által manipulált tényező, míg a függő változó a mért tényező.