Шаги Научного Метода

Что такое научный метод?

Научный метод широко используется с 17-го века как процесс, с помощью которого ученые "делают науку" в реальном мире. Он был использован, чтобы обнаружить много невероятных вещей об окружающем нас мире. Научный метод - это постоянный процесс: одно открытие может привести к большему количеству вопросов, которые при исследовании могут привести к большему количеству ответов. В зависимости от уровня ваших учеников, учебной программы вашего округа и других факторов, приведенные ниже шаги могут не совсем соответствовать тому, что вы преподаете. Тем не менее, процесс все равно должен соответствовать концептуально. В дополнение к краткому описанию основных этапов научного метода, предлагаются мероприятия, которые помогут вашим ученикам задуматься о науке в реальном мире.

Больше опций

Скопируйте эту Раскадровку

Start Free Trial

1. Сделать наблюдения

Все делают это все время, от второго, когда мы просыпаемся, до второго, когда мы ложимся спать. С самого раннего возраста дети играют роль ученых, тщательно следя за окружающим миром. Storyboard That можно использовать для описания этих наблюдений в виде коротких комиксов. Наблюдения - это не просто то, что мы видим своими глазами. Они включают в себя целый ряд различных вещей и включают в себя то, что мы чувствуем, ощущаем, ощущаем на вкус, прикасаемся или слышим. Они также могут быть получены из информации, собранной с использованием научного оборудования, такого как микроскопы, термометры и сейсмометры.

Больше опций

Скопируйте эту Раскадровку

2. Задать вопрос

Вопросы могут быть основаны на чем угодно, хотя на некоторые вопросы легче ответить, чем на другие. Одна из самых важных частей научного исследования - размышления о том, «как» и «почему». Задавать вопросы может быть отличным занятием для ваших учеников. Предложите студентам составить план расстановки мыслей по любым вопросам об окружающем мире или сузить вопросы до определенной темы. В зависимости от возраста ваших студентов, вы можете заметить, что эти вопросы часто пересекаются!

Больше опций

Скопируйте эту Раскадровку

3. Исследования

Исследование может быть таким же простым, как поиск в Интернете или в библиотеке, и это отличное время, чтобы поговорить со своими учениками о надежных и ненадежных источниках. Ученые используют журналы, чтобы узнать, проделали ли другие ученые аналогичную работу и какие предложения эти ученые внесли для дальнейшего изучения и экспериментов. Другая идея состоит в том, чтобы прочитать некоторые исследования, которые вы нашли для студентов, выделив и объяснив любой сложный ключевой словарь. Это будет стимулировать студентов проводить исследования, чтобы ответить на их вопросы перед завершением эксперимента, особенно если он уже был проведен.

4. Определитесь с гипотезой

Гипотеза - это проверяемое утверждение или обоснованное предположение. Гипотеза важна, потому что эксперимент пытается определить, как одна переменная может влиять на другую. При создании гипотезы важно сначала определить зависимые и независимые переменные в исследовании. Подумайте, какой эффект может оказать изменение независимой переменной на зависимую переменную. Исходя из этого, сформируйте утверждение «если ... тогда ...». Например, при проведении исследования, чтобы увидеть, как температура влияет на рост плесени на хлебе, независимой переменной является температура, а зависимой переменной является количество плесени, которая растет на хлебе. Гипотеза «если ... тогда ...» будет такой: «Если температура повысится, то количество плесени на хлебе также увеличится».

5. Сбор данных

Данные могут поступать от выполнения предписанного упражнения, разработанного учителем, проведения эксперимента на основе проверяемой гипотезы или использования опубликованных данных по предмету. Чтобы узнать больше о том, как заставить своих студентов работать в качестве ученых и разрабатывать собственные эксперименты, см. « Дизайн экспериментов ». Это также может быть отличным моментом, чтобы помочь студентам выяснить, какие данные наиболее важны для сбора.

6. Анализ данных

Организуйте результаты эксперимента и ищите закономерности, тенденции или другую информацию. Часто на этом этапе учащиеся могут создавать таблицы и графики, чтобы упростить понимание информации. Это может быть отличным способом включения математических навыков в вашу учебную программу.

7. Сделайте выводы после интерпретации данных

На этом этапе ученые интерпретируют данные, чтобы сделать выводы; они решают, подтверждают ли данные гипотезу или опровергают ее.

При проведении эксперимента, чтобы увидеть, как температура влияет на рост плесени на хлебе, протестируйте два куска хлеба: оставьте один в теплом месте, а другой в холодном месте. Одна из гипотез может быть, если температура снизится, то плесень будет расти быстрее . После завершения эксперимента, если на кусочке хлеба, оставленном в теплом месте, выросло больше плесени, данные не подтверждают гипотезу.

8. Поделитесь результатами с другими учеными

Важно, чтобы ваши студенты поделились своей работой со своими сверстниками, чтобы продолжить интерес к научным исследованиям. Студенты могут легко поделиться своими результатами и выводами разными способами:

• Студенты оценивают письменную работу друг друга и дают оценку коллегам
• Студенты работают над своими навыками публичных выступлений, готовя презентацию, подробно описывающую их работу и обсуждающую их результаты и выводы
• Создать классный научный журнал, чтобы сопоставить работу студентов
• Размещать данные, диаграммы или результаты на доске объявлений
• Студенты участвуют в обсуждении в классе после эксперимента
• Проведите научную ярмарку, чтобы студенты поделились своими результатами и практической работой
• Общешкольное мероприятие, на которое приглашаются внешние судьи для проверки работы учащегося.
• Неформальный обмен информацией между учениками или группами в классе с плакатами или выставками

Обмен результатами часто осуществляется через публикацию статей в научных журналах или выступления на научных конференциях. Покажите студентам примеры этих журналов и посмотрите, не найдут ли они что-то интересное.

9. Повторите эксперимент

Обычно это делают другие ученые по всему миру. Чем больше людей сможет воспроизвести эксперимент и найти те же результаты, тем больше поддержки получит теория. Однако ваши ученики могут сравнивать результаты других учеников или проводить дополнительные эксперименты. Это особенно хорошее упражнение, если ученики разработали эксперимент. Несколько групп должны провести один эксперимент, чтобы увидеть, имеют ли они одинаковые выводы или эксперимент не воспроизводим.

Многие из великих научных открытий, которые последовали за этим методом, также являются великими историями! Storyboard That может быть использовано для того, чтобы студенты могли визуализировать эти истории и развить понимание того, как научный метод выглядит в действии. Студенты могут определить различные шаги научного метода, следуя истории знаменитых открытий. В приведенном ниже примере раскадровка рассматривает открытие спиральной структуры ДНК.

Открытие структуры ДНК

Работа, проделанная Освальдом Эйвери, Колином МакЛаудом и Маклин Маккарти в 1944 году, показала, что дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) является химическим веществом, которое несет генетическую информацию. Хотя они знали это, научное сообщество все еще не было уверено, какую форму имела молекула ДНК. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предположили, что молекула будет иметь спиральную форму. Используя математические вычисления, они предсказали, что рентгенограмма спирали будет иметь форму X. Уотсон и Крик работали над созданием модели ДНК, основанной на их гипотезе.

Розалинда Франклин, молодой исследователь из Королевского колледжа в Лондоне, проводила исследования, в которых рассматривались различные дифракционные картины, полученные при облучении рентгеновских лучей на разных образцах. Одним из образцов, которые она исследовала, была кристаллизованная ДНК.

Фотография 51 была рентгеновским дифракционным изображением ДНК, полученным Раймондом Гослингом (аспирантом под руководством Франклина) без разрешения или ведома Франклина. Это изображение было показано Уотсону и Крику. Когда Уотсон увидел фотографию, он сразу понял, что структура должна быть спиральной из X-образного рисунка дифракционной картины.

Ватсон и Крик были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1962 году за исследования структуры ДНК. Розалинд Франклин умерла от рака яичников в возрасте 38 лет, за четыре года до этой награды. Общепринято, что ее доказательства были критически важны для определения структуры ДНК. До сих пор неясно, определила бы она сама структуру без работы Уотсона и Крика.

Больше опций

Скопируйте эту Раскадровку

Еще одно замечательное занятие - заставить учеников использовать Storyboard That чтобы рассказать историю в истории, подобную той, что приведена ниже. Важно отметить, что не все великие открытия в истории науки следовали научному методу, описанному выше. Галилей и его открытие лун Юпитера - захватывающий пример этого.

Есть много захватывающих историй о научных открытиях, которые вы можете заставить своих учеников раскадрировать! Вот некоторые другие интересные истории для студентов, чтобы исследовать и пересказать.

• Эдмонд Галли и комета Галлея
• Исаак Ньютон и открытие гравитации
• Карл Вильгельм Шееле и открытие кислорода
• Чарльз Дарвин и процесс естественного отбора
• Луи Пастер и открытие, как убивать бактерии
• Александр Флеминг и открытие антибиотиков
• Луи де Бройль со своей работой о материи и дуальности волновых частиц
• Дмитрий Менделеев и периодическая таблица
• Вильгельм Рентген и рентген
• Томас Янг и волновая теория света
• Манхэттенский проект и атомная бомба

Для получения дополнительных ресурсов о влиянии научных исследований и открытий в истории, ознакомьтесь с нашими историческими ресурсами.

Галилео Галилей

Галилео Галилей родился в Пизе, Италия, 15 февраля 1564 года. Он был сыном известного итальянского музыканта. Хотя он был очень заинтересован в том, чтобы стать католическим священником, он начал свою степень, чтобы стать доктором в университете Пизы. Он влюбился в математику и физику, когда случайно посетил лекцию по геометрии.

Одним из наиболее важных и самых противоречивых документов Галилея был « Siderus Nuncias» или « Звездный вестник» , в котором подробно описывались его наблюдения о спутниках Юпитера. Эти наблюдения подтверждают изменение в понимании людьми структуры Вселенной. До этих удивительных наблюдений люди соглашались с греческим философом и ученым Аристотелем , который впервые выдвинул идею, что Земля находится в центре вселенной. Эта концепция вселенной была известна как геоцентрическая модель .

Галилей был пионером телескопа. Его ранние телескопы часто содержали недостатки и создавали размытые изображения, но все же могли увеличивать объекты примерно в 30 раз для наблюдателя. Он продал свои телескопы и использовал деньги для финансирования своих исследований. Он использовал свой телескоп, чтобы наблюдать ночное небо и делать подробные наблюдения того, что он видел.

В ночь на 7 января 1610 года Галилей посмотрел в небо на Юпитер. Он заметил, что «три неподвижные звезды» очень близко к планете выстроились в ряд. В течение следующих нескольких ночей он обнаружил, что не все эти «звезды» зафиксированы и, похоже, движутся относительно Юпитера. Теперь мы знаем, что эти «звезды» на самом деле были не звездами, а спутниками Юпитера. Он понял, что если эти тела вращаются вокруг Юпитера, то геоцентрическая модель не имеет смысла. Эти данные подтверждают гелиоцентрическую модель , идею о том, что Солнце находится в центре нашей вселенной и что другие небесные тела вращаются вокруг нее. Николай Коперник был польским ученым, который первым предположил, что Солнце находится в центре нашей вселенной.

В то время католическая церковь была чрезвычайно мощной силой в мире, и на нее не произвели впечатления открытия Галилея. Церковь чувствовала, что любое упоминание о солнечно-центрированной вселенной противоречит ее взглядам и Библии, и она очень хотела остановить распространение этой идеи. Галилей был вызван римской инквизицией, поскольку церковь думала, что он пытается переписать Библию. Галилей был признан «подозреваемым в ереси» и был заключен в тюрьму. На следующий день его поместили под домашний арест, пока он не умер восемь лет спустя.

Современные ученые дня поняли, что Солнце является центром нашей солнечной системы, но не вселенной. Наше Солнце - звезда, очень похожая на миллиарды других в нашей Вселенной. В 1992 году, через 350 лет после того, как Галилей был заключен в тюрьму, католическая церковь признала, что они ошибались в отношении взглядов Галилея, и папа Иоанн Павел извинился за это событие.

Больше опций

Скопируйте эту Раскадровку

Часто задаваемые вопросы о научном методе

Почему важен научный метод?

Научный метод важен, потому что он обеспечивает систематический способ изучения и понимания мира природы. Это позволяет ученым проводить объективные наблюдения, формулировать проверяемые гипотезы и планировать эксперименты для проверки этих гипотез. Следуя научному методу, ученые могут гарантировать, что их выводы основаны на эмпирических данных, а не являются просто результатом предвзятости или предположений.

Что такое гипотеза?

Гипотеза – это предварительное объяснение наблюдаемого явления. Это проверяемое утверждение, которое предсказывает, что произойдет при определенных условиях, если гипотеза верна.

Что такое контрольная группа?

Контрольная группа — это группа в эксперименте, которая используется в качестве эталона сравнения. Контрольная группа не подвергается экспериментальному лечению, и ее используют для определения того, обусловлены ли результаты эксперимента лечением или каким-либо другим фактором.

Что такое переменная?

Переменная — это любой фактор, который может измениться в ходе эксперимента. Существует два типа переменных: независимые переменные и зависимые переменные. Независимая переменная — это фактор, которым манипулирует экспериментатор, а зависимая переменная — это измеряемый фактор.