De wetenschappelijke methode wordt sinds de 17e eeuw op grote schaal gebruikt als een proces waarbij wetenschappers in de echte wereld 'wetenschap doen'. Het is gebruikt om veel ongelooflijke dingen over de wereld om ons heen te ontdekken. De wetenschappelijke methode is een constant proces: één ontdekking kan tot veel meer vragen leiden die, wanneer ze worden onderzocht, tot meer antwoorden kunnen leiden. Afhankelijk van het niveau van uw studenten, het curriculum van uw district en andere factoren, komen de onderstaande stappen mogelijk niet exact overeen met wat u leert. Het proces moet echter nog steeds conceptueel overeenkomen. Naast een samenvatting van de belangrijkste stappen van de wetenschappelijke methode, zijn er voorgestelde activiteiten om uw studenten te betrekken bij het denken over wetenschap in de echte wereld.
(Hiermee start u een gratis proefperiode van 2 weken - geen creditcard nodig)
Iedereen doet dit de hele tijd, vanaf het moment dat we wakker worden tot het moment dat we gaan slapen. Vanaf zeer jonge leeftijd nemen kinderen de rol van wetenschapper aan en maken ze zorgvuldig de wereld om hen heen waar. Storyboard That kan worden gebruikt om deze observaties te beschrijven in de vorm van korte strips. Observaties zijn niet alleen dingen die we met onze ogen zien. Ze omvatten een heel ander scala van dingen en omvatten dingen die we voelen, ruiken, proeven, voelen of horen. Ze kunnen ook afkomstig zijn van informatie die is verzameld met behulp van wetenschappelijke apparatuur, zoals microscopen, thermometers en seismometers.
(Hiermee start u een gratis proefperiode van 2 weken - geen creditcard nodig)
Vragen kunnen overal op gebaseerd zijn, hoewel sommige vragen gemakkelijker te beantwoorden zijn dan andere. Een van de belangrijkste onderdelen van wetenschappelijk onderzoek is nadenken over het "hoe" en het "waarom". Vragen stellen kan een geweldige activiteit zijn om met je studenten te voltooien. Laat de cursisten een mindmap-storyboard maken met vragen over de wereld, of beperk vragen tot een specifiek onderwerp. Afhankelijk van de leeftijd van je studenten, merk je dat deze vragen vaak overlappen!
(Hiermee start u een gratis proefperiode van 2 weken - geen creditcard nodig)
Onderzoek kan zo eenvoudig zijn als zoeken op internet of in de bibliotheek en is een goed moment om met uw studenten te praten over betrouwbare en onbetrouwbare bronnen. Wetenschappers gebruiken tijdschriften om erachter te komen of andere wetenschappers soortgelijk werk hebben gedaan en welke suggesties deze wetenschappers hebben gedaan voor verder onderzoek en experimenten. Een ander idee is om wat onderzoek dat je hebt gevonden aan studenten te lezen, waarbij je elke uitdagende belangrijke vocabulaire belicht en uitlegt. Dit stimuleert studenten om onderzoek te doen om hun vragen te beantwoorden voordat ze een experiment voltooien, vooral als er al een is gedaan.
Een hypothese is een toetsbare uitspraak of een onderbouwde gok. De hypothese is belangrijk omdat het experiment probeert te bepalen hoe de ene variabele effect kan hebben op de andere. Bij het opstellen van een hypothese is het belangrijk om eerst de afhankelijke en onafhankelijke variabelen in het onderzoek te identificeren. Bedenk welk effect het wijzigen van de onafhankelijke variabele kan hebben op de afhankelijke variabele. Vorm hieruit een "if ... then ..." -verklaring. Wanneer bijvoorbeeld een onderzoek wordt uitgevoerd om te zien hoe temperatuur de schimmelgroei op brood beïnvloedt, is de onafhankelijke variabele temperatuur en de afhankelijke variabele de hoeveelheid schimmel die op brood groeit. De hypothese "als ... dan ..." zou zijn: "Als de temperatuur stijgt, neemt ook de hoeveelheid schimmel op het brood toe."
Gegevens kunnen afkomstig zijn van het voltooien van een voorgeschreven activiteit ontworpen door een leraar, het uitvoeren van een experiment op basis van een testbare hypothese, of door gepubliceerde gegevens over het onderwerp te gebruiken. Zie " Experimenteel ontwerp " voor meer informatie over hoe u uw studenten aan de praat kunt krijgen als wetenschappers en hun eigen experimenten kunt ontwerpen. Dit kan ook een geweldig moment zijn om studenten te helpen erachter te komen welke gegevens het belangrijkst zijn om te verzamelen.
Organiseer de resultaten van het experiment en zoek naar patronen, trends of andere informatie. Vaak kunnen studenten in dit stadium tabellen en grafieken maken om de informatie beter te begrijpen. Dit kan een geweldige manier zijn om wiskundevaardigheden in je wetenschapscurriculum op te nemen.
In dit stadium interpreteren wetenschappers de gegevens om conclusies te trekken; ze beslissen of de gegevens een hypothese ondersteunen of vervalsen.
Wanneer u een experiment uitvoert om te zien hoe temperatuur de schimmelgroei op brood beïnvloedt, test u twee stukken brood: laat de ene op een warme plaats liggen en de andere op een koude plaats. Een hypothese zou kunnen zijn dat als de temperatuur wordt verlaagd, de schimmel sneller groeit . Na het voltooien van het experiment, als er meer schimmel was gegroeid op het stuk brood dat op de warme locatie was achtergelaten, ondersteunen de gegevens de hypothese niet.
Het is belangrijk om uw studenten hun werk te laten delen met hun collega's om de interesse in wetenschappelijk onderzoek te blijven behouden. Studenten kunnen hun resultaten en conclusies gemakkelijk op vele manieren delen:
Het delen van resultaten gebeurt vaak door het publiceren van artikelen via wetenschappelijke tijdschriften of door het spreken op wetenschappelijke conferenties. Laat studenten voorbeelden zien van deze tijdschriften en kijk of ze iets vinden dat zij interessant vinden.
Dit wordt normaal uitgevoerd door andere wetenschappers over de hele wereld. Hoe meer mensen een experiment kunnen reproduceren en dezelfde resultaten vinden, hoe meer steun een theorie krijgt. Uw studenten kunnen echter resultaten van andere studenten vergelijken of ook vervolgexperimenten uitvoeren. Dit is een bijzonder goede oefening als studenten een experiment hebben ontworpen. Meerdere groepen moeten één experiment uitvoeren om te zien of ze dezelfde conclusies hebben of dat het experiment niet reproduceerbaar is.
Veel van de grote wetenschappelijke ontdekkingen die deze methode volgden, zijn ook geweldige verhalen! Storyboard That kan worden gebruikt om studenten deze verhalen te laten visualiseren en inzicht te geven in hoe de wetenschappelijke methode er in actie uitziet. Studenten kunnen de verschillende stappen van de wetenschappelijke methode identificeren die het verhaal van beroemde ontdekkingen volgen. In het onderstaande voorbeeld kijkt het storyboard naar de ontdekking van de spiraalvormige structuur van DNA.
Werk uitgevoerd door Oswald Avery, Colin MacLeod en Maclyn McCarty in 1944 toonde aan dat deoxyribonucleic acid (DNA) de chemische stof was die genetische informatie droeg. Hoewel ze dit wisten, was de wetenschappelijke gemeenschap nog steeds niet zeker van de vorm van het DNA-molecuul. James Watson en Francis Crick veronderstelden dat het molecuul een spiraalvormige vorm zou hebben. Ze voorspelden met behulp van wiskundige berekeningen dat het röntgendiffractiepatroon voor een helix een X-vorm zou hebben. Watson en Crick hadden gewerkt aan het produceren van een DNA-model op basis van hun hypothese.
Rosalind Franklin, een jonge onderzoeker aan King's College London, deed onderzoek naar de verschillende diffractiepatronen die werden gemaakt toen röntgenstralen op verschillende monsters werden geschenen. Een van de monsters die ze onderzocht was gekristalliseerd DNA.
Fotografie 51 was een röntgendiffractiebeeld van DNA genomen door Raymond Gosling (een promovendus onder toezicht van Franklin) zonder toestemming of kennis van Franklin. Deze afbeelding werd getoond aan Watson en Crick. Toen Watson de foto zag, wist hij meteen dat de structuur spiraalvormig moest zijn vanuit het X-vormige patroon van het röntgendiffractiepatroon.
Watson en Crick ontvingen in 1962 de Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde voor hun onderzoek naar de structuur van DNA. Rosalind Franklin stierf op 38-jarige leeftijd aan eierstokkanker, vier jaar voor deze prijs. Het is algemeen aanvaard dat haar bewijs kritisch was bij het identificeren van de structuur van DNA. Het is nog steeds de vraag of ze de structuur zelf zou hebben geïdentificeerd zonder het werk van Watson en Crick.
(Hiermee start u een gratis proefperiode van 2 weken - geen creditcard nodig)
Een andere leuke activiteit is om studenten Storyboard That te laten gebruiken om een verhaal in de geschiedenis te vertellen zoals het verhaal hieronder. Het is belangrijk op te merken dat niet alle grote ontdekkingen in de wetenschapsgeschiedenis de bovenstaande wetenschappelijke methode hebben gevolgd. Galileo en zijn ontdekking van de manen van Jupiter zijn hier een fascinerend voorbeeld van.
Er zijn veel spannende verhalen over wetenschappelijke ontdekkingen die je studenten naar een storyboard kunnen brengen! Hier zijn enkele andere interessante verhalen voor studenten om te onderzoeken en opnieuw te vertellen.
Bekijk onze bronnen voor geschiedenis voor meer informatie over de impact van wetenschappelijk onderzoek en ontdekking in de geschiedenis.
Galileo Galilei werd geboren in Pisa, Italië, op 15 februari 1564. Hij was de zoon van een beroemde Italiaanse muzikant. Hoewel hij erg geïnteresseerd was in het worden van een katholieke priester, begon hij zijn doctoraat aan de universiteit van Pisa. Hij werd verliefd op wiskunde en natuurkunde toen hij per ongeluk een lezing over Geometry bijwoonde.
Een van de belangrijkste en meest controversiële kranten van Galileo was Siderus Nuncias of Starry Messenger , waarin zijn observaties van de manen van Jupiter werden beschreven. Deze observaties ondersteunden een verandering in de manier waarop mensen de structuur van het universum begrepen. Tot deze verrassende observaties waren mensen het eens met de Griekse filosoof en wetenschapper, Aristoteles , die eerst het idee naar voren bracht dat de aarde in het centrum van het universum was. Dit concept van het universum stond bekend als het Geocentric Model .
Galileo was een vroege pionier van de telescoop. Zijn vroege telescopen bevatten vaak fouten en produceerden wazige beelden, maar konden nog steeds objecten ongeveer 30 keer vergroten voor de waarnemer. Hij verkocht zijn telescopen en gebruikte het geld om zijn onderzoek te financieren. Hij gebruikte zijn telescoop om de nachtelijke hemel te observeren en gedetailleerde observaties te maken van wat hij zag.
In de nacht van 7 januari 1610 keek Galileo in de lucht naar Jupiter. Hij zag 'drie vaste sterren' heel dicht bij de planeet in een rij staan. In de komende paar nachten ontdekte hij dat deze 'sterren' niet allemaal vast waren en leek te bewegen ten opzichte van Jupiter. We weten nu dat deze 'sterren' geen echte sterren waren, maar manen van Jupiter. Hij realiseerde zich dat als deze lichamen in een baan rond Jupiter draaiden, het Geocentric Model geen steek hield. Deze gegevens ondersteunen het Heliocentrische model , het idee dat de zon in het centrum van ons universum staat en dat andere hemellichamen in een baan om de aarde draaien. Nicolaus Copernicus was een Poolse wetenschapper die voor het eerst veronderstelde dat de zon in het centrum van ons universum stond.
De katholieke kerk was destijds een buitengewoon krachtige macht in de wereld en ze waren helemaal niet onder de indruk van de ontdekkingen van Galileo. De kerk was van mening dat elke vermelding van een op de zon gericht universum in tegenspraak was met zijn opvattingen en de bijbel en heel graag de verspreiding van dit idee wilde stoppen. Galileo werd geroepen door de Romeinse inquisitie, omdat de kerk dacht dat hij de bijbel probeerde te herschrijven. Galileo bleek "verdacht van ketterij" te zijn en werd in de gevangenis gezet. De volgende dag werd hij onder huisarrest geplaatst tot hij acht jaar later stierf.
Hedendaagse wetenschappers hebben zich gerealiseerd dat de zon het centrum van ons zonnestelsel is, maar niet het universum. Onze zon is een ster, net als miljarden anderen in ons universum. In 1992, 350 jaar nadat Galileo gevangen was gezet, gaf de katholieke kerk toe dat ze onjuist waren over de standpunten van Galileo en paus Johannes Paulus verontschuldigde zich voor de gebeurtenis.
(Hiermee start u een gratis proefperiode van 2 weken - geen creditcard nodig)
De wetenschappelijke methode is belangrijk omdat het een systematische manier biedt om de natuurlijke wereld te verkennen en te begrijpen. Het stelt wetenschappers in staat om objectieve observaties te doen, toetsbare hypothesen te formuleren en experimenten te ontwerpen om die hypothesen te testen. Door de wetenschappelijke methode te volgen, kunnen wetenschappers ervoor zorgen dat hun bevindingen gebaseerd zijn op empirisch bewijs en niet simpelweg het resultaat zijn van vooringenomenheid of speculatie.
Een hypothese is een voorlopige verklaring voor een waargenomen fenomeen. Het is een testbare verklaring die voorspelt wat er onder bepaalde omstandigheden zal gebeuren als de hypothese correct is.
Een controlegroep is een groep in een experiment die wordt gebruikt als vergelijkingsstandaard. De controlegroep wordt niet blootgesteld aan de experimentele behandeling en wordt gebruikt om te bepalen of de resultaten van het experiment te danken zijn aan de behandeling of aan een andere factor.
Een variabele is elke factor die in een experiment kan veranderen. Er zijn twee soorten variabelen: onafhankelijke variabelen en afhankelijke variabelen. De onafhankelijke variabele is de factor die wordt gemanipuleerd door de onderzoeker, terwijl de afhankelijke variabele de factor is die wordt gemeten.