خطوات المنهج العلمي

ما هي الطريقة العلمية؟

استخدمت الطريقة العلمية على نطاق واسع منذ القرن السابع عشر كعملية "يقوم بها العلماء" في العالم الواقعي. تم استخدامه لاكتشاف العديد من الأشياء الرائعة حول العالم من حولنا. الطريقة العلمية هي عملية مستمرة: يمكن أن يؤدي أحد الاكتشافات إلى المزيد من الأسئلة التي ، عند التحقيق ، يمكن أن تؤدي إلى المزيد من الإجابات. بناءً على مستوى طلابك ، ومنهج منطقتك ، وعوامل أخرى ، قد لا تتطابق الخطوات الموضحة أدناه مع ما تقوم بتدريسه بالضبط. ومع ذلك ، يجب أن تتوافق العملية من الناحية المفاهيمية. بالإضافة إلى ملخص للخطوات الأساسية للطريقة العلمية ، هناك أنشطة مقترحة لإشراك طلابك في التفكير في العلوم في العالم الواقعي.

المزيد من الخيارات

انسخ هذه القصة المصورة

Start Free Trial

1. جعل الملاحظات

الجميع يفعل هذا طوال الوقت ، من الثانية نستيقظ إلى الثاني نذهب للنوم. من سن مبكرة للغاية ، يضطلع الأطفال بدور العلماء ، ويقومون بملاحظات دقيقة حول العالم من حولهم. Storyboard That يمكن استخدامها لوصف هذه الملاحظات في شكل كاريكاتير قصير. الملاحظات ليست مجرد أشياء نراها بأعيننا. وهي تشمل مجموعة مختلفة تمامًا من الأشياء ، وتشمل الأشياء التي نشعر بها ، أو الرائحة ، أو الذوق ، أو اللمس ، أو السماع. يمكن أن تأتي أيضًا من المعلومات التي يتم جمعها باستخدام المعدات العلمية ، مثل المجاهر ومقاييس الحرارة ومقاييس الزلازل.

المزيد من الخيارات

انسخ هذه القصة المصورة

2. طرح سؤال

يمكن أن تعتمد الأسئلة على أي شيء ، على الرغم من أن بعض الأسئلة أسهل في الإجابة عليها من الأسئلة الأخرى. أحد أهم أجزاء البحث العلمي هو التفكير في "الأنماط" و "الأسباب". يمكن أن يكون طرح الأسئلة نشاطًا رائعًا لاستكماله مع طلابك. اطلب من الطلاب الخروج بلوحة القصة الذهنية لأية أسئلة لديهم حول العالم ، أو تضييق الأسئلة على موضوع معين. بناءً على عمر طلابك ، قد تلاحظ أن هذه الأسئلة تتداخل غالبًا!

المزيد من الخيارات

انسخ هذه القصة المصورة

3. البحوث

قد يكون البحث بسيطًا مثل البحث في الإنترنت أو المكتبات ، وهو وقت رائع للتحدث مع طلابك حول مصادر موثوقة وغير موثوقة. يستخدم العلماء المجلات لمعرفة ما إذا كان العلماء الآخرون قد قاموا بعمل مماثل وما هي الاقتراحات التي قدمها هؤلاء العلماء لإجراء مزيد من الدراسة والتجريب. هناك فكرة أخرى هي قراءة بعض الأبحاث التي وجدتها للطلاب ، وتسليط الضوء على وشرح أي مفردات أساسية صعبة. سيشجع ذلك الطلاب على إجراء البحوث للإجابة على أسئلتهم قبل إكمال التجربة ، خاصة إذا تم إجراء تجربة بالفعل.

4. اتخاذ قرار بشأن فرضية

الفرضية عبارة عن بيان قابل للاختبار أو تخمين متعلم. الفرضية مهمة لأن التجربة تحاول تحديد كيف يمكن أن يكون للمتغير تأثير على الآخر. عند إنشاء فرضية ، من المهم أولاً تحديد المتغيرات المستقلة والمستقلة في التحقيق. فكر في تأثير تغيير المتغير المستقل على المتغير التابع. من هذا ، شكل عبارة "إذا ... ثم ...". على سبيل المثال ، عند إجراء تحقيق لمعرفة مدى تأثير درجة الحرارة على نمو العفن على الخبز ، يكون المتغير المستقل هو درجة الحرارة والمتغير التابع هو مقدار القالب الذي ينمو على الخبز. ستكون فرضية "إذا ... ثم ..." ، "إذا زادت درجة الحرارة ، فستزيد أيضًا كمية العفن على الخبز".

5. جمع البيانات

يمكن أن تأتي البيانات من إكمال نشاط محدد تم تصميمه بواسطة معلم ، أو إجراء تجربة بناءً على فرضية قابلة للاختبار ، أو باستخدام بيانات منشورة حول هذا الموضوع. لمعرفة المزيد حول كيفية جعل طلابك يعملون كعلماء وتصميم تجاربهم الخاصة ، راجع " التصميم التجريبي ". قد تكون هذه أيضًا لحظة رائعة لمساعدة الطلاب على معرفة البيانات الأكثر أهمية لجمعها.

6. تحليل البيانات

قم بتنظيم نتائج التجربة وابحث عن الأنماط أو الاتجاهات أو غيرها من المعلومات. غالبًا في هذه المرحلة ، يمكن للطلاب إنشاء جداول ورسوم بيانية لتسهيل فهم المعلومات. قد تكون هذه طريقة رائعة لدمج مهارات الرياضيات في مناهج العلوم الخاصة بك.

7. استخلاص النتائج بعد تفسير البيانات

في هذه المرحلة ، يفسر العلماء البيانات لاستخلاص النتائج ؛ يقررون ما إذا كانت البيانات تدعم أو تزييف فرضية.

عند إجراء تجربة لمعرفة مدى تأثير درجة الحرارة على نمو العفن على الخبز ، قم باختبار قطعتين من الخبز: اترك واحدة في مكان دافئ والأخرى في مكان بارد. قد تكون إحدى الفرضيات هي انخفاض درجة الحرارة ، ثم ينمو القالب بسرعة أكبر . بعد الانتهاء من التجربة ، إذا نما قالب أكثر على قطعة الخبز التي تركت في مكان دافئ ، فإن البيانات لا تدعم الفرضية.

8. حصة النتائج مع علماء آخرين

من المهم أن تجعل طلابك يشاركون عملهم مع أقرانهم لمواصلة الاهتمام بالبحث العلمي. يمكن للطلاب بسهولة مشاركة نتائجهم واستنتاجاتهم بعدة طرق:

• ينتقد الطلاب العمل الكتابي لبعضهم البعض ويقدمون تقييم الأقران
• يعمل الطلاب على مهارات التحدث أمام الجمهور من خلال إعداد عرض تقديمي يوضح بالتفصيل عملهم ومناقشة نتائجهم واستنتاجاتهم
• قم بإنشاء مجلة علوم صفية لربط مجموعة عمل الطلاب
• نشر البيانات أو المخططات أو النتائج على لوحة إعلانات
• يشارك الطلاب في مناقشة الفصل بعد التجربة
• استضيف معرضًا علميًا لحمل الطلاب على مشاركة نتائجهم وعملهم العملي
• حدث على مستوى المدرسة ، يدعو القضاة الخارجيين لفحص عمل الطالب
• تبادل غير رسمي للمعلومات بين الطلاب أو المجموعات في الفصل مع الملصقات أو المعارض

غالبًا ما يتم تبادل النتائج من خلال نشر الأوراق من خلال المجلات العلمية أو التحدث في المؤتمرات العلمية. اعرض للطلاب أمثلة على هذه المجلات ومعرفة ما إذا وجدوا شيئًا يعتقدون أنه مثير للاهتمام.

9. كرر التجربة

ويتم ذلك عادة من قبل علماء آخرين في جميع أنحاء العالم. كلما زاد عدد الأشخاص الذين يمكنهم إعادة إنتاج التجربة والعثور على نفس النتائج ، زاد دعم نظرية ما. ومع ذلك ، يمكن للطلاب مقارنة النتائج من الطلاب الآخرين أو إجراء تجارب متابعة أيضًا. يعد هذا تمرينًا رائعًا بشكل خاص إذا قام الطلاب بتصميم تجربة. يجب على المجموعات المتعددة إجراء تجربة واحدة لمعرفة ما إذا كانت لديهم نفس الاستنتاجات أو إذا كانت التجربة غير قابلة للتكرار.

العديد من الاكتشافات العلمية العظيمة التي اتبعت هذه الطريقة هي أيضا قصص رائعة! Storyboard That يمكن استخدامها لحمل الطلاب على تصور هذه القصص وتطوير فهم لما تبدو عليه الطريقة العلمية في العمل. يمكن للطلاب التعرف على خطوات المنهج العلمي المختلفة التي تتبع قصة الاكتشافات الشهيرة. في المثال أدناه ، تبحث القصة المصورة في اكتشاف البنية الحلزونية للحمض النووي.

اكتشاف بنية الحمض النووي

أظهر العمل الذي أنجزه أوزوالد أفيري وكولن ماكلويد وماكلين مكارتي في عام 1944 أن حمض الديوكسي ريبونوكليك (DNA) هو المادة الكيميائية التي تحمل معلومات وراثية. على الرغم من أنهم يعرفون ذلك ، إلا أن المجتمع العلمي كان لا يزال غير متأكد من شكل جزيء الحمض النووي. افترض جيمس واتسون وفرانسيس كريك أن الجزيء سيكون شكل حلزوني. لقد تنبأوا باستخدام حسابات رياضية بأن نمط حيود الأشعة السينية لللولب سيكون شكل X. كان واطسون وكريك يعملان على إنتاج نموذج من الحمض النووي استنادًا إلى فرضيتهم.

أجرت روزاليند فرانكلين ، وهي باحثة شابة في جامعة كينجز كوليدج لندن ، بحثًا نظرت في أنماط الحيود المختلفة التي تم إجراؤها عندما تم إلقاء الأشعة السينية على عينات مختلفة. إحدى العينات التي كانت تبحث عنها كانت تبلور الحمض النووي.

كان التصوير رقم 51 صورة حيود الأشعة السينية للحمض النووي الذي التقطه ريموند جوسلينج (طالب دكتوراه تحت إشراف فرانكلين) دون إذن أو علم فرانكلين. تم عرض هذه الصورة على واتسون وكريك. عندما رأى واتسون الصورة ، عرف على الفور أن الهيكل يجب أن يكون حلزونيًا من نمط X على نمط حيود الأشعة السينية.

حصل Watson and Crick على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب في عام 1962 لبحثهما عن بنية الحمض النووي. توفيت روزاليند فرانكلين من سرطان المبيض عن عمر يناهز 38 عامًا ، أي قبل أربع سنوات من هذه الجائزة. من المقبول عادة أن أدلتها كانت حاسمة في تحديد بنية الحمض النووي. ما زال هناك جدال حول ما إذا كانت ستحدد الهيكل الخاص بها دون عمل واتسون وكريك.

المزيد من الخيارات

انسخ هذه القصة المصورة

نشاط رائع آخر هو جعل الطلاب يستخدمون Storyboard That لإخبار قصة في التاريخ مثل القصة أدناه. من المهم الإشارة إلى أن الاكتشافات العظيمة في تاريخ العلوم لم تتبع جميعها المنهج العلمي أعلاه. يعتبر غاليليو واكتشافه لأقمار كوكب المشتري مثالًا رائعًا على ذلك.

هناك الكثير من القصص المثيرة عن الاكتشافات العلمية التي يمكن أن تجعل طلابك على لوحة العمل! فيما يلي بعض القصص الأخرى المثيرة للاهتمام للطلاب للبحث عنهم وإعادة سردهم.

• مذنب إدموند هالي وهالي
• إسحاق نيوتن واكتشاف الجاذبية
• كارل فيلهلم شيل واكتشاف الأكسجين
• تشارلز داروين وعملية الانتقاء الطبيعي
• لويس باستور واكتشاف كيفية قتل البكتيريا
• الكسندر فليمنج واكتشاف المضادات الحيوية
• لويس دي بروغلي مع عمله في المسألة و ثنائية الجسيمات الموجية
• ديميتري منديليف والجدول الدوري
• فيلهلم رونتجن وأشعة إكس
• توماس يونغ ونظرية موجة الضوء
• مشروع مانهاتن والقنبلة الذرية

لمزيد من الموارد حول تأثير البحث العلمي والاكتشاف في التاريخ ، راجع موارد تاريخنا.

غاليليو غاليلي

وُلد غاليليو غاليلي في بيزا ، إيطاليا ، في 15 فبراير 1564. وكان ابن موسيقي إيطالي شهير. على الرغم من أنه كان مهتمًا جدًا بأن يصبح كاهنًا كاثوليكيًا ، إلا أنه بدأ دراسته ليصبح طبيبًا في جامعة بيزا. لقد وقع في حب الرياضيات والفيزياء عندما حضر بطريق الخطأ محاضرة عن الهندسة.

واحدة من أوراق غاليليو الأكثر أهمية والأكثر إثارة للجدل كانت Siderus Nuncias ، أو Starry Messenger ، الذي قام بتفصيل ملاحظاته حول أقمار كوكب المشتري. دعمت هذه الملاحظات تغييراً في طريقة فهم الناس لهيكل الكون. حتى هذه الملاحظات المدهشة ، اتفق الناس مع الفيلسوف اليوناني والعالم أرسطو ، الذي طرح فكرة أن الأرض كانت في مركز الكون. كان هذا المفهوم للكون معروفًا باسم نموذج مركز الأرض .

كان غاليليو رائدًا مبكرًا للتلسكوب. غالبًا ما احتوت مقاريبه المبكرة على عيوب وأنتجت صورًا ضبابية ، لكن لا يزال بإمكانها تكبير الأشياء بنحو 30 مرة للمراقب. باع تلسكوباته واستخدم المال لتمويل أبحاثه. استخدم تلسكوبه لمراقبة سماء الليل وإبداء ملاحظات تفصيلية عما رآه.

في ليلة 7 يناير 1610 ، نظر جاليليو إلى السماء على كوكب المشتري. لقد لاحظ "ثلاث نجوم ثابتة" قريبة جدًا من الكوكب. خلال الليالي القليلة التالية ، اكتشف أن هذه "النجوم" لم تكن ثابتة ، ويبدو أنها تتحرك بالنسبة إلى كوكب المشتري. نحن نعرف الآن أن هؤلاء "النجوم" لم يكونوا في الواقع نجومًا ، بل أقمار كوكب المشتري. أدرك أنه إذا كانت هذه الهيئات تدور حول كوكب المشتري ، فإن نموذج مركز الأرض لا معنى له. تدعم هذه البيانات نموذج مركز الشمس ، فكرة أن الشمس تقع في مركز كوننا وأن الأجرام السماوية الأخرى تدور حولها. كان نيكولاس كوبرنيكوس عالمًا بولنديًا افترض أولاً أن الشمس كانت في مركز كوننا.

كانت الكنيسة الكاثوليكية قوة قوية للغاية في العالم في ذلك الوقت ولم تتأثر على الإطلاق باكتشافات جاليليو. شعرت الكنيسة أن أي ذكر لكون يركز على الشمس يعارض وجهات نظره والكتاب المقدس وكان حريصًا جدًا على وقف انتشار هذه الفكرة. تم استدعاء جاليليو بواسطة محاكم التفتيش الرومانية ، حيث اعتقدت الكنيسة أنه كان يحاول إعادة كتابة الكتاب المقدس. وُجد أن غاليليو "يشتبه في بدعة" ووضع في السجن. في اليوم التالي ، وضع قيد الإقامة الجبرية حتى توفي بعد ثماني سنوات.

أدرك علماء العصر الحديث أن الشمس هي مركز نظامنا الشمسي ، ولكن ليس الكون. شمسنا نجمة تشبه إلى حد كبير بلايين آخرين في عالمنا. في عام 1992 ، بعد 350 عامًا من سجن غاليليو ، اعترفت الكنيسة الكاثوليكية بأنها غير صحيحة فيما يتعلق بوجهات نظر جاليليو ، واعتذر البابا يوحنا بولس عن الحدث.

المزيد من الخيارات

انسخ هذه القصة المصورة

أسئلة يتكرر طرحها عن المنهج العلمي

لماذا تعتبر الطريقة العلمية مهمة؟

تعتبر الطريقة العلمية مهمة لأنها توفر طريقة منهجية لاستكشاف وفهم العالم الطبيعي. يسمح للعلماء بعمل ملاحظات موضوعية ، وصياغة فرضيات قابلة للاختبار ، وتصميم تجارب لاختبار تلك الفرضيات. باتباع الطريقة العلمية ، يمكن للعلماء التأكد من أن نتائجهم تستند إلى أدلة تجريبية وليست مجرد نتيجة تحيز أو تكهنات.

ما هي الفرضية؟

الفرضية هي تفسير مؤقت لظاهرة ملحوظة. إنه بيان قابل للاختبار يتنبأ بما سيحدث في ظل ظروف معينة إذا كانت الفرضية صحيحة.

ما هي المجموعة الضابطة؟

المجموعة الضابطة هي مجموعة في تجربة تُستخدم كمعيار للمقارنة. لا تتعرض المجموعة الضابطة للعلاج التجريبي ، ويتم استخدامها لتحديد ما إذا كانت نتائج التجربة ناتجة عن العلاج أو إلى عامل آخر.

ما هو المتغير؟

المتغير هو أي عامل يمكن أن يتغير في التجربة. هناك نوعان من المتغيرات: المتغيرات المستقلة والمتغيرات التابعة. المتغير المستقل هو العامل الذي يتلاعب به المجرب ، بينما المتغير التابع هو العامل الذي يتم قياسه.