Tieteellinen Menetelmä Vaiheet

Mikä on tieteellinen menetelmä?

Tieteellistä menetelmää on käytetty laajasti 1500-luvulta lähtien prosessina, jolla tutkijat "tekevät tiedettä" todellisessa maailmassa. Sitä on käytetty etsimään monia uskomattomia asioita ympäröivästä maailmasta. Tieteellinen menetelmä on jatkuva prosessi: yksi löytö voi johtaa moniin uusiin kysymyksiin, jotka tutkittaessa voivat johtaa enemmän vastauksia. Opiskelijoiden tasosta, piirisi opetussuunnitelmasta ja muista tekijöistä riippuen alla olevat vaiheet eivät välttämättä vastaa tarkalleen sitä, mitä opetat. Prosessin tulisi kuitenkin silti vastata käsitteellisesti. Tieteellisen menetelmän keskeisten vaiheiden yhteenvedon lisäksi ehdotetaan toimintoja, joiden avulla opiskelijat kiinnostuvat ajattelemaan tiedettä todellisessa maailmassa.

Lisää vaihtoehtoja

Kopioi Tämä Kuvakäsikirjoitus

Start Free Trial

1. Tee havaintoja

Kaikki tekevät tämän koko ajan, toisesta heräämme toiseen menemme nukkumaan. Lapset ovat jo nuoresta iästä lähtien ottaneet tutkijan roolin ja tarkkailleet huolellisesti ympäröivää maailmaa. Storyboard That jota voidaan käyttää kuvaamaan näitä havaintoja lyhyinä sarjakuvina. Havainnot eivät ole vain asioita, jotka näemme silmillämme. Ne sisältävät kokonaan erilaisia asioita, ja asioita, joita tunnemme, haistamme, maistamme, koskemme tai kuulemme. Ne voivat myös tulla tieteellisillä laitteilla, kuten mikroskoopeilla, lämpömittarilla ja seismometreillä, kerätystä tiedosta.

Lisää vaihtoehtoja

Kopioi Tämä Kuvakäsikirjoitus

2. Kysy kysymys

Kysymykset voivat perustua mihin tahansa, vaikka joihinkin kysymyksiin on helpompi vastata kuin toisiin. Yksi tieteellisen tutkimuksen tärkeimmistä osista on ajattelu "miten" ja "miksi". Kysymyksiin vastaaminen voi olla hieno tapa suorittaa opiskelijoiden kanssa. Pyydä oppilaita keksimään mielenkartan kuvakäsikirjoitus kaikista kysymyksistään, jotka koskevat maailmaa, tai kavenna kysymykset tiettyyn aiheeseen. Opiskelijoiden iästä riippuen saatat huomata, että nämä kysymykset ovat usein päällekkäisiä!

Lisää vaihtoehtoja

Kopioi Tämä Kuvakäsikirjoitus

3. Tutkimus

Tutkimus voi olla yhtä yksinkertaista kuin Internet- tai kirjastohaku, ja se on hyvä aika puhua opiskelijoillesi luotettavista ja epäluotettavista lähteistä. Tutkijat käyttävät lehtiä selvittääkseen, ovatko muut tutkijat tehneet samanlaista työtä ja mitä ehdotuksia nämä tutkijat ovat antaneet jatkotutkimuksille ja kokeille. Toinen idea on lukea opiskelijoille löytämäsi tutkimus, jossa tuodaan esiin ja selitetään haastavat avainsanat. Tämä kannustaa opiskelijoita tekemään tutkimusta vastatakseen kysymyksiinsä ennen kokeen suorittamista, etenkin jos kokeilu on jo tehty.

4. Päätä hypoteesista

Hypoteesi on testattavissa oleva lausunto tai koulutettu arvaus. Hypoteesi on tärkeä, koska kokeilu pyrkii selvittämään, kuinka yhdellä muuttujalla voi olla vaikutusta toiseen. Hypoteesia luotaessa on tärkeää ensin tunnistaa riippuvat ja riippumattomat muuttujat tutkimuksessa. Ajattele, mikä vaikutus itsenäisen muuttujan muuttamisella voi olla riippuvaiseen muuttujaan. Tästä muodostuu lause "jos ... niin ...". Esimerkiksi suorittaessaan tutkimusta sen selvittämiseksi, kuinka lämpötila vaikuttaa leivän homekasvuun, riippumaton muuttuja on lämpötila ja riippuvainen muuttuja on leivän kasvattavan homeen määrä. "Jos ... niin ..." -hypoteesi olisi "Jos lämpötila nousee, niin myös leivän homeen määrä kasvaa."

5. Kerää tietoja

Tiedot voivat tulla opettajan suunnitteleman määrätyn toiminnan suorittamisesta, testattavan hypoteesin perusteella tehdyn kokeen suorittamisesta tai julkaistua tietoa aiheesta. Lisätietoja siitä, miten saada oppilaat työskentelevät tutkijat ja suunnitella omia kokeiluja, katso " Koesuunnittelu ". Tämä voi olla myös hieno hetki auttaa oppilaita selvittämään, mitä tietoja on tärkein kerätä.

6. Analysoi tiedot

Järjestä kokeen tulokset ja etsi malleja, suuntauksia tai muuta tietoa. Usein tässä vaiheessa opiskelijat voivat luoda taulukoita ja kaavioita tietojen ymmärtämisen helpottamiseksi. Tämä voi olla hieno tapa sisällyttää matemaattiset taidot luonnontieteiden opetussuunnitelmaan.

7. Tee johtopäätökset tulkinnan jälkeen

Tässä vaiheessa tutkijat tulkitsevat tietoja johtopäätösten tekemiseksi; he päättävät, tukeeko vai väärentääkö tieto hypoteesia.

Kun teet kokeilun nähdäksesi kuinka lämpötila vaikuttaa leivän homekasvuun, testaa kaksi leipäpalaa: jätä toinen lämpimään ja toinen kylmään. Yksi hypoteesi voisi olla, jos lämpötilaa alennetaan, niin muotti kasvaa nopeammin . Kokeen suorittamisen jälkeen, jos lämpimään paikkaan jätetylle leipäpalolle oli kasvanut enemmän homeita, tiedot eivät tue olettamaa.

8. Jaa tulokset muiden tutkijoiden kanssa

On tärkeää saada opiskelijat jakamaan työnsä vertaistensa kanssa jatkaakseen kiinnostusta tieteelliseen tutkimukseen. Opiskelijat voivat helposti jakaa tuloksensa ja päätelmänsä monin tavoin:

• Opiskelijat kritisoivat toistensa kirjoituksia ja antavat vertaisarvioinnin
• Opiskelijat työskentelevät julkisen puhumisen taitojaan valmistelemalla esityksen, jossa yksityiskohtaisesti esitellään heidän työnsä, ja keskustelemalla heidän tuloksistaan ja päätelmistään
• Luo luokitieteellinen päiväkirja kootaksesi opiskelijoiden työryhmää
• Lähetä tiedot, kaaviot tai tulokset ilmoitustaululle
• Opiskelijat osallistuvat luokkakeskusteluun kokeilun jälkeen
• Isännöi tiedemessuja saadaksesi opiskelijat jakamaan tulokset ja käytännön työn
• Koko koulun koko tapahtuma, jossa ulkoiset tuomarit kutsutaan tarkastamaan opiskelijan työtä
• Tietojen epävirallinen jakaminen luokkahuoneessa olevien opiskelijoiden tai ryhmien välillä julisteiden tai näyttelyiden kanssa

Tulosten jakaminen tapahtuu usein julkaisemalla artikkeleita tieteellisten lehtien kautta tai puhumalla tieteellisissä konferensseissa. Näytä opiskelijoille esimerkkejä näistä lehdistä ja katso jos he löytävät jotain mielenkiintoista.

9. Toista kokeilu

Tätä suorittavat yleensä muut tutkijat ympäri maailmaa. Mitä enemmän ihmisiä voi toistaa kokeilun ja löytää samat tulokset, sitä enemmän tukea teoria saa. Opiskelijat voivat kuitenkin verrata muiden opiskelijoiden tuloksia tai tehdä myös jatkokokeita. Tämä on erityisen hieno harjoitus, jos opiskelijat ovat suunnitelleet kokeilun. Useiden ryhmien tulisi suorittaa yksi koe saadakseen selville, onko niillä samat johtopäätökset vai onko kokeilu toistamaton.

Monet tämän menetelmän mukaisista suurista tieteellisistä löytöistä ovat myös hienoja tarinoita! Storyboard That avulla opiskelijat voivat visualisoida nämä tarinat ja kehittää ymmärrystä siitä, miltä tieteellinen menetelmä näyttää käytännössä. Opiskelija osaa tunnistaa eri tieteelliset menetelmävaiheet seuraten tarinoita tunnetuista löytöistä. Seuraavassa esimerkissä kuvakäsikirjoituksessa tarkastellaan DNA: n kierteisen rakenteen löytämistä.

DNA: n rakenteen löytäminen

Oswald Averyn, Colin MacLeodin ja Maclyn McCartyn vuonna 1944 tekemä työ osoitti, että deoksiribonukleiinihappo (DNA) oli kemikaali, joka kantoi geneettistä tietoa. Vaikka tiedemiehet tiesivät tämän, tiedeyhteisö oli edelleen epävarma siitä, minkä muodon DNA-molekyyli oli. James Watson ja Francis Crick olettivat molekyylin olevan kierteisen muodon. He ennustivat matemaattisia laskelmia käyttämällä, että helixin röntgendiffraktiokuvio olisi X-muoto. Watson ja Crick olivat työskennelleet DNA-mallin tuottamiseksi hypoteesin perusteella.

Rosalind Franklin, nuori tutkija King's College Lontoossa, suoritti tutkimusta, jossa tarkasteltiin erilaisia diffraktiokuvioita, joita tehtiin, kun röntgenkuvat loistivat eri näytteissä. Yksi näytteistä, joita hän tutki, oli kiteinen DNA.

Valokuva 51 oli Raymond Goslingin (Franklinin valvonnassa jatko-opiskelija) ottama röntgendiffraktion kuva DNA: sta ilman Franklinin lupaa tai tietoa. Tämä kuva osoitettiin Watsonille ja Crickille. Kun Watson näki valokuvan, hän tiesi heti, että rakenteen on oltava kierteinen röntgendiffraktion kuvion X-muotoisesta kuviosta.

Watson ja Crick saivat Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon vuonna 1962 DNA: n rakenteen tutkimuksesta. Rosalind Franklin kuoli munasarjasyöpään 38-vuotiaana, neljä vuotta ennen palkintoa. On yleisesti hyväksyttyä, että hänen todisteensa olivat kriittisiä DNA: n rakenteen tunnistamisessa. On edelleen kiistanalaista, olisiko hän löytänyt rakenteen yksinään ilman Watsonin ja Crickin työtä.

Lisää vaihtoehtoja

Kopioi Tämä Kuvakäsikirjoitus

Toinen hieno tehtävä on saada oppilaat käyttämään Storyboard That kertoa tarina historiassa, kuten alla. On tärkeää huomata, että kaikki tiedehistorian suuret löytöt eivät ole noudattaneet edellä mainittua tieteellistä menetelmää. Galileo ja hänen löytönsä Jupiterin kuut ovat kiehtova esimerkki tästä.

On olemassa monia mielenkiintoisia tarinoita tieteellisestä löytöstä, jonka voit saada opiskelijasi kuvakäsikirjoitukseen! Tässä on joitain muita mielenkiintoisia tarinoita opiskelijoille tutkittavaksi ja kerrottavaksi.

• Edmond Halleyn ja Halleyn komeetta
• Isaac Newton ja painovoiman löytäminen
• Carl Wilhelm Scheele ja hapen löytö
• Charles Darwin ja luonnollisen valinnan prosessi
• Louis Pasteur ja löytö kuinka tappaa bakteereja
• Alexander Fleming ja antibioottien löytäminen
• Louis de Broglie aineistoteoksellaan ja aaltohiukkasten kaksinaisuudessa
• Dimitry Mendeleev ja jaksollinen taulukko
• Wilhelm Roentgen ja röntgenkuvat
• Thomas Young ja valon aaltojen teoria
• Manhattan-projekti ja atomipommi

Tutustu historiallisiin lähteisiin saadaksesi lisää resursseja tieteellisten tutkimusten ja löytöjen vaikutuksista historiaan.

Galileo Galilei

Galileo Galilei syntyi Pisassa, Italiassa, 15. helmikuuta 1564. Hän oli kuuluisan italialaisen muusikon poika. Vaikka hän oli erittäin kiinnostunut tulla katoliseksi papiksi, hän aloitti tutkintonsa lääkäriksi Pisan yliopistossa. Hän rakastui matematiikkaan ja fysiikkaan, kun hän vahingossa osallistui luentoon geometriasta.

Yksi Galileon tärkeimmistä ja kiistanalaisimmista papereista oli Siderus Nuncias tai Starry Messenger , joka tarkensi havaintojaan Jupiterin kuista. Nämä havainnot tukivat muutosta tavassa, jolla ihmiset ymmärsivät maailmankaikkeuden rakennetta. Näihin yllättäviin havaintoihin asti ihmiset olivat sopineet kreikkalaisen filosofin ja tiedemiehen Aristoteleen kanssa , joka esitti ensin ajatuksen siitä, että Maa oli maailmankaikkeuden keskipiste. Tämä maailmankaikkeuden käsite tunnettiin geosentrisenä mallina .

Galileo oli teleskoopin varhainen edelläkävijä. Hänen varhaiset kaukoputkensa sisälsivät usein puutteita ja tuottivat epäselviä kuvia, mutta pystyivät silti suurentamaan kohteita noin 30 kertaa tarkkailijalle. Hän myi kaukoputkensa ja käytti rahaa tutkimuksen rahoittamiseen. Hän käytti kaukoputkensa tarkkailemaan yötaivasta ja tekemään yksityiskohtaisia havaintoja näkemästään.

Yöllä 7. tammikuuta 1610 Galileo katsoi taivaalle Jupiterissa. Hän huomasi, että ”kolme kiinteää tähteä”, jotka ovat lähellä planeettaa, ovat kaikki rivissä. Muutaman seuraavan yön aikana hän huomasi, että nämä 'tähdet' eivät olleet kaikkia kiinteitä ja näyttivät liikkuvan suhteessa Jupiteriin. Tiedämme nyt, että nämä 'tähdet' eivät oikeastaan olleet tähtiä, vaan Jupiterin kuut. Hän tajusi, että jos nämä elimet kiertävät Jupiteria, geokeskeisellä mallilla ei ollut järkeä. Tämä tieto tukee heliosentristä mallia , ajatusta siitä, että aurinko on maailmankaikkeuden keskipisteessä ja että muut taivaankappaleet kiertävät sitä. Nicolaus Copernicus oli puolalainen tutkija, joka oletti ensin, että aurinko oli maailmankaikkeuden keskipisteessä.

Katolinen kirkko oli tuolloin erittäin voimakas voima maailmassa, ja Galileon löytöihin he eivät ollenkaan vaikuttaneet. Kirkon mielestä mikä tahansa aurinkokeskeisen maailmankaikkeuden mainitseminen vastusti sen näkemyksiä ja Raamattua ja oli erittäin halukas lopettamaan tämän ajatuksen leviämisen. Rooman inkvisitio kutsui Galileoa, koska kirkko luuli yrittävänsä kirjoittaa Raamattua uudelleen. Galileon todettiin olevan "epäilty harhaoppia" ja hänet asetettiin vankilaan. Seuraavana päivänä hänet asetettiin kotiarestiin, kunnes hän kuoli kahdeksan vuotta myöhemmin.

Nykypäivän tutkijat ovat huomanneet, että aurinko on aurinkokunnan järjestelmä, mutta ei maailmankaikkeus. Aurinkomme on tähti hyvin paljon kuin miljardit muut maailmankaikkeudessa. Vuonna 1992, 350 vuotta Galileon vangitsemisen jälkeen, katolinen kirkko myönsi olevansa väärässä Galileon näkemyksissä ja paavi Johannes Paavali pyysi anteeksi tapahtumasta.

Lisää vaihtoehtoja

Kopioi Tämä Kuvakäsikirjoitus

Usein kysytyt kysymykset tieteellisestä menetelmästä

Miksi tieteellinen menetelmä on tärkeä?

Tieteellinen menetelmä on tärkeä, koska se tarjoaa systemaattisen tavan tutkia ja ymmärtää luontoa. Sen avulla tutkijat voivat tehdä objektiivisia havaintoja, muotoilla testattavia hypoteeseja ja suunnitella kokeita näiden hypoteesien testaamiseksi. Tieteellistä menetelmää noudattamalla tiedemiehet voivat varmistaa, että heidän havaintonsa perustuvat empiiriseen näyttöön eivätkä ole pelkästään puolueellisuuden tai spekuloinnin tulosta.

Mikä on hypoteesi?

Hypoteesi on alustava selitys havaitulle ilmiölle. Se on testattava lausunto, joka ennustaa, mitä tapahtuu tietyissä olosuhteissa, jos hypoteesi on oikea.

Mikä on kontrolliryhmä?

Kontrolliryhmä on ryhmä kokeessa, jota käytetään vertailun standardina. Kontrolliryhmä ei altistu kokeelliselle hoidolle, vaan sen avulla selvitetään, johtuvatko kokeen tulokset hoidosta vai jostain muusta tekijästä.

Mikä on muuttuja?

Muuttuja on mikä tahansa tekijä, joka voi muuttua kokeessa. Muuttujia on kahdenlaisia: riippumattomat muuttujat ja riippuvat muuttujat. Riippumaton muuttuja on tekijä, jota kokeilija manipuloi, kun taas riippuvainen muuttuja on tekijä, jota mitataan.