سه شنبه, ۲ خرداد , ۱۳۹۶
مطالب آموزش
آزمایشگاه
سوالات امتحانی
Print Friendly

دنیای امروز دنیایی دانش است و توانایی اندیشیدن به شیوه‌ی علمی نیاز بی‌چون و چرای آن. از این رو، بسیاری از افراد، خواسته یا نا خواسته، واژه‌های علمی را در بیان خود به کار می‌برند و اغلب بی آن که مفهوم آن‌ها را به درستی بدانند، آن‌ها را به جای واژه‌‌ها معمولی مناسب‌تر و گاهی به جای یک‌دیگر به کار می‌برند. واژه‌های پیش‌بینی، فرضیه، نظریه و قانون علمی از جمله‌ی بسیاری دیگر از واژه‌هایی است که نه تنها در کلاس‌های علوم، بلکه در روزنامه‌ها و رسانه‌های دیگر و زبان روزمره‌ی مردم استفاده می‌شود. اما لازم است معلمان علوم این واژه‌ها را به مفهوم واقعی آن به دانش‌آموزان منتقل کنند، زیرا به کارگیری نادرست این واژه‌ها می‌تواند فرصت تفکر علمی درست را از دانش‌آموزان بگیرد.

برای پی بردن به اهمیت پرداختن به این موضوع، می‌توانید از همکاران، دوستان و افراد پیرامون خود بپرسید که فرضیه چیست؟ در بهترین حالت شاید به شما بگویند:” حدس علمی”، “حدس علمی دانشمندان” یا ” حدس علمی و یکی از مرحله‌های روش علمی”. اما حدس علمی چیست؟ تفاوت آن با حدس غیر علمی چیست؟ اگر درباره‌ی واژه‌های پیش‌گویی، پیش‌بینی و نظریه نیز پرس و جو کنید، ممکن است با پاسخ‌های پرسش برانگیز دیگری رو به رو شوید و در نهایت به این پرسش‌ها برسید که: تفاوت پیش‌بینی با فرضیه چیست؟ تفاوت نظریه با قانون علمی چیست؟ و پرسش‌های دیگر.

در این مقاله تلاش می‌کنیم مفهوم علمی واژه‌های پیش‌بینی، فرضیه، نظریه و قانون علمی را بیان کنیم. در آغاز مفهوم حقیقی این واژه‌ها را در حیطه‌ی دانش تجربی تعریف می‌کنیم و سپس آن‌ها را برای شرح بیش‌تر در مثال‌های ساده‌ی به کار می‌بریم.

پیش‌بینی: حدس علمی درباره‌ی پیامد مورد انتظار از یک آزمایش خاص.

فرضیه: حدس علمی درباره‌ی این که چرا پیامدهای خاصی رخ می‌دهند.

نظریه: توضیح گسترده‌ای که از همگرایی فرضیه‌های زیادی به دست می‌آید.

قانون: واژه‌ای که امروزه از آن کم‌تر استفاده می‌شود و اغلب از واژه‌ی فرضیه به جای آن استفاده می‌شود.

فرضیه و پیش‌بینی

این دو واژه، که هر دو به نحوی مفهوم حدس علمی را در خود دارند، به صورت گمراه‌ کننده یا به جای یکدیگر به کار می‌روند. برای مثال، آموزگاری می‌پرسد: من چوب پنبه‌ای را روی آب می‌گذارم. چه کسی می‌تواند فرضیه‌ای برای آن چه رخ می‌دهد، پیشنهاد کند. این پرسش به پیش‌بینی نیاز دارد نه فرضیه. زیرا در پاسخ باید گفته شود که به عنوان پیامدی از آن آزمون خاص، چه رخ می‌دهد، نه این که چرا آن پیامد رخ می‌دهد.

به عنوان نمونه‌ای دیگر، فرض کنید دانش‌آموزان مشغول تماشای جیرجیرک‌ها هستند. آنان مشاهده می‌کنند جیرجیرک‌ها خودشان را زیر چیزهایی که در قفس‌شان وجود دارد، پنهان می‌کنند. شما می‌پرسید چرا این کار را می‌کنند و آنان می‌گویند برای این که پنهان بمانند. بار دیگر می‌پرسید از چه چیز خود را پنهان کنند و آنان می‌گویند از جانوران شکارچی.

دانش آموزان فرضیه‌ای بیان کرده‌اند: جیرجیرک‌ها برای پنهان ماندن از شکارچی‌ها زیر چیزها می‌روند. این بیان در واقع توضیحی غیر قطعی برای علت رفتار جیرجیرک‌ها است. دانش‌آموزان از داده‌های تجربی، یعنی مشاهده‌ی این که جیرجیرک‌ها پنهان می‌شوند، به یک حدس علمی دست یافته‌اند. اما توجه داشته باشید این حدس علمی درباره‌ی آن‌چه رخ می‌دهد نیست. این حدس درباره‌ی علت این پدیده است که به آن فرضیه می‌گوییم.

دانش‌آموزان تصور می‌کنند علت رفتن جیرجیرک‌ها زیر چیزها، پنهان شدن از چشم جانوران شکارچی است. شما می‌توانید از آنان بخواهید آزمایشی برای اثبات فرضیه‌ی خود طراحی کنند. در این راه شما می‌توانید به آنان کمک کنید. به دانش‌اموزان دو قفس بدهید که در هر یک از آن‌ها ۱۰ جیرجیرک وجود داشته باشد. از دانش‌آموزان بخواهید سقف و دیوارهای جانبی هر دو قفس را با کاغذ مشکی بپوشانند. سپس مارمولکی را به درون یکی از قفس‌ها بفرستند. دانش‌آموزان انتظار دارند همه‌ی جیرجیرک‌های آن قفس خود را پنهان می‌کنند، اما جیرجیرک‌های قفس دیگر چنین نخواهند کرد. سپس آنان تصمیم می‌گیرند مارمولک را در قفس دیگر بگذارند و چند بار این کار را تکرار می‌کنند. آن چه دانش‌آموزان تصور می‌کنند رخ خواهد داد، پیش‌بینی آنان است.

آزمایش دیگری که با پیش‌بینی متفاوتی همراه است، می‌تواند گذاشتن مارمولک و جیرجیرک‌ها در قفس باشد به نحوی که مانعی بین آن‌ها وجود داشته باشد. اگر جیرجیرک‌ها وقتی شکارچی را می‌بینند پنهان می‌شوند، آن‌گاه تنها زمانی پنهان می‌شوند که شکارچی در معرض دید آن‌ها باشد، برای مثال زمانی که پوزه‌اش از بالای مانع بیرون زده است. در این مثال، آزمایش و پیش‌بینی متفاوت است، اما یک فرضیه را ثابت می‌کنند.

اگر جیرجیرک‌ها آن طور که انتظار می‌رود رفتار کنند، آیا ثابت می‌شود که جیرجیرک‌ها از شکارچی‌ها پنهان می‌شوند؟ بدون شک خیر و آن هم به دو دلیل. نخست، عامل‌های مداخله کننده‌ی زیادی وجود دارد. شاید جیرجیرک‌ها از روشنایی روی بر می‌گردانند و رفتار آن‌ها به حضور شکارچیان ربطی ندارد. شاید فصل جفت‌گیری آن‌ها است و برای پوشاندن تخم‌هایی که می‌گذارند، به دنبال پناهگاه می‌روند. دوم، هیچ فردی نمی‌تواند برای ثابت کردن این فرضیه همه‌ی جیرجیرک‌های دنیا را آزمایش کند.

برای این که فرضیه‌ای ثابت شود باید در همه موردها درست باشد. اگر چه دانش‌آموزان می‌توانند جیرجیرک‌های زیادی را آزمایش کنند، اما همه‌ی جیرجیرک‌های دنیا را نمی‌توانند. با وجود این، هر چه دانش‌آموزان آزمایش‌های بیش‌تری انجام دهند (به خصوص اگر از آزمون‌های متفاوتی برای ثابت کردن یک فرضیه استفاده کنند) و هر چه جیرجیرک‌های بیش‌تری آن گونه که انتظار می‌رود رفتار کنند، دانش‌اموزان به فرضیه‌ی خود اطمینان بیش‌تری پیدا می‌کنند.

وقتی موردهایی پیش می‌آید که نتیجه‌ی آزمایش‌ها از فرضیه پشتیبانی نمی‌کنند، آن گاه می‌توانیم فرضیه را رد کنیم. اما هیچ‌گاه نمی‌توانیم فرضیه‌ای را ثابت کنیم. در اصل، ما نمی‌توانیم هیچ چیز را در علوم اثبات کنیم. ریچار فاینمن، فیزیک‌دان برنده‌ی نوبل، این اصل را این گونه بیان کرده است:

” دانش علمی مجموعه‌ای از گفته‌هایی با درجه‌های متفاوتی از قطعیت است. از برخی تا حدود بسیار زیادی اطمینان نداریم و به برخی تا حدود زیادی اطمینان دارم، اما به درستی هیچ کدام از آن‌ها یقین قطعی نداریم.”

پشتیبانی از فرضیه‌ها

فرضیه‌های قوی، فرضیه‌هایی هستند که آزمایش‌های مختلف، به خصوص آزمایش‌هایی که برای رد آن فرضیه طراحی شده‌اند، نتوانند آن‌ها را رد کنند. به عنوان مثال، وقتی پرندگان در معرض DDT قرار گیرند، پوسته‌ی تخم آن‌ها نازک می‌شود. آن‌هایی که هنوز رد نشده‌اند، اما فقط چند بار آزمایش شده‌اند یا نمونه‌ی مورد آزمایش کوچک بوده است، فرضیه‌های ضعیف گفته می‌شوند. هر ساله می‌شنویم که خوردن نوعی ماده‌ی غذایی باعث پیش‌گیری از سرطان می‌شود. یک سال پرتغال و سال بعد زغال اخته خوش‌نام می‌شود. ما هر سال چیز تازه‌ای می‌شنویم، زیرا نتیجه‌ی یک آزمایش جدید را می‌شنویم. یعنی، فرضیه هنوز ضعیف است، حتی اگر تعداد شرکت کنندگان در آزمایش زیاد باشد.

باید بدانیم که قوی بودن فرضیه به این مفهوم نیست که به نظریه تبدیل می‌شود. بلکه نظریه‌ها مفهوم گسترده‌تری را در بر می‌گیرند و برای توضیح چند حقیقت از چند فرضیه بهره‌ می‌گیرند. نظریه‌ی تکامل مثال خوبی در این باره است. این فرضیه فقط بر قوی بودن فرضیه‌ی قدمت استخوان های دایناسورها استوار نیست، بلکه بر مجموعه‌ای از فرضیه‌های قوی( و حتی نظریه‌های دیگری) از زمینه‌های مختلف علمی استوار است. فرضیه‌های مانند شباهت موجود بین DNA جانداران مختلف، چگونگی تکوین جنین، شباهت‌های کالبدشناختی، مسیرهای زیست‌شیمیایی و نظریه‌ی صفحه‌های زمین، از این نظریه پشتیبانی می‌کنند و در این که چیزها طی زمان تغییر می‌کنند، همگرایی دارند.

یکی از ویژگی‌های بسیار خوب علم همین نداشتن عدم قطعیت است. این ویژگی اغلب به عنوان نقص علم مطرح می‌شود، اما در واقع عامل اصلی پیشرفت علم و فناوری بوده است. اگر روزی شواهد فسیلی پیدا کنیم که نگرش ما به فسیل‌ها را به طور کامل عوض کند یا همه‌ی نظریه‌ها و فرضیه‌های قوی دیگری را که از تکامل حمایت می‌کنند، رد کنند، آن گاه نظریه‌ی تکامل را کنار می‌گذاریم. البته، چون نظریه‌ها و فرضیه‌هایی که از تکامل حمایت می‌کنند، بسیار قوی هستند و چون به زمینه‌های مختلف علم مربوط می‌شوند، احتمال این که این نظریه به طور کامل رد شود، بسیار ضعیف است، اما با یافته‌ها بیش‌تر اصلاح می‌شود و این ماهیت علم است.

یک راه خوب برای تشخیص پیش‌بینی از فرضیه و نظریه این است که در نظر داشته باشیم ما می‌توانیم ببینیم آیا پیش‌بینی ما درست است یا نه. از نتیجه‌ی آزمون‌های علمی به داده‌های تجربی دست می‌یابیم. اما نمی‌توانیم چرایی آزمایش‌ها را ببینیم. چیزهای استدلالی به طور معمول در ذهن ما هستند. این‌ها فرضیه‌ها و نظریه‌هایی هستند که داده‌های بیش‌تر ممکن است از آن‌ها پشتیبانی کنند، اما ما هرگز نمی‌دانیم آیا آن‌ها در همه‌ی موردها پشتیبانی می‌شوند یا نه. فرضیه‌ها و نظریه‌ها هیچ گاه ثابت نمی‌شوند، اما می‌توانند بی‌نهایت پشتیبانی شوند.

قانون علمی را می‌توان چیزی در نظر گرفت که همیشه رخ می‌دهد. اما توضیح نمی‌دهد چرا رخ می‌دهد، فقط می‌گوید رخ می‌دهد. برای مثال، ” چیزها همیشه به سمت زمین سقوط می‌کنند؛ : به جز در واکنش‌های هسته‌ای، مقدار ماده در واکنش‌های شیمیایی ثابت می‌ماند” و ” هر چیز در حال حرکتی به حرکت خود ادامه می‌دهد، مگر نیروی خارجی بر آن اثر بگذارد.” این‌ها آن قدر مشاهده شده‌اند که اصل‌های پایه‌ای را می‌سازند که با آن‌ها کار می‌کنیم. به تازگی در برخی نمونه‌ها دیده شده است که از واژه‌ی نظریه با جای قانون استفاده می‌شود.

شفاف سازی برای آینده

زبان علمی بسیار دقیق و واضح است و بیان نادرست واژه‌های علمی می‌تواند به سردرگمی منجر شود. فرضیه در بیش‌ترکلاس‌های علوم به صورت حدس علمی تعریف می‌شود، حال آن که پیش‌بینی نیز نوعی حدس علمی است. پیش‌بینی، حدس علمی درباره‌ی نتیجه‌ها‌ی یک آزمایش خاص و فرضیه، حدس علمی درباره‌ی علت رخ دادن آن نتیجه‌ها است. ما آموزگاران باید این مفهوم‌ها را درست به دانش‌آموزان منتقل کنیم تا بتوانند پژوهش‌های خود را به صورت علمی‌تری انجام دهند.

گاهی از دانش‌آموزان خواسته می‌شود آن چه را طی یک فعالیت علمی رخ خواهد داد، پیش‌بینی کنند و آن را روی برگه‌ی خود بنویسند. اما پیش از این کار باید از خود بپرسیم وقتی دانش‌آموزان را به حدس زدن درباره‌ی چیزی دعوت می‌کنیم که درباره‌ی آن مشاهده‌ای انجام نداده‌اند، آیا از آنان انتظار داریم در کسب مهارت‌های پژوهشی پیشرفت کنند.

پیش‌بینی‌های هواشناسی، نمونه‌های خوبی از پیش‌بینی علمی هستند. این پیش‌بینی‌ها بر اساس داده‌های جمع‌آوری شده طی بیش از صد سال فراهم می‌شوند. هواشناسان هر روز مشاهده‌هایی انجام می‌دهند و آن‌ها را با الگوهای پیشین مقایسه می‌کنند و نتیجه را به صورت خبرهای هواشناسی در اختیار ما قرار می‌دهند. هر چه داده‌های پیشین(داده‌های پایه‌ای) بیش‌تر و دقیق‌تر باشند، امکان درستی پیش‌بینی آنان بیش‌تر است. به علاوه، مشاهده‌هایی که پیش‌بینی امروز به کمک آن‌ها انجام شد، بخشی از داده‌های پایه‌ای برای پیش‌بینی فردا خواهند بود. از این رو، هر چند گاهی پیش‌بینی‌ها درست از آب در نمی‌آیند، اما با افزایش تعداد مشاهده‌ها که نتیجه‌ی به کار گیری ابزارهای پیشرفته‌تر است، امکان پیش‌بینی درست‌تر بالا می‌رود.

درباره‌ی فرضیه نیز باید خود را از آن چه در زبان روزمره یا رادیو و تلویزیون می‌شنویم، جدا کنیم. استفاده از رابطه‌ی” اگر … پس …” می‌تواند به فهم بهتر فرضیه و ساختن فرضیه‌های علمی به دانش‌آموزان کمک بکند. برای مثال، اگر جیرجیرک‌ها جانور شکارچی را ببینند، آن‌گاه پنهان می‌شوند؛ اگر ضخامت دستمال کاغذی بیش‌تر شود، آن‌گاه میزان جذب آب دو برابر خواهد شد؛ اگر کود به خاک افزوده شود، آن‌گاه رشد محصول افزایش می‌یابد و …. البته، باید مواظب باشیم که گاهی پیش‌گویی‌ها نیز به صورت همین رابطه بیان می‌شوند.

هنگام پرسیدن از دانش‌آموزان نیز باید دقت بیش‌تری داشته باشیم. پرسش دقیق و علمی به همان اندازه‌ی افزایش محتوای علمی درس اهمیت دارد. همیشه باید منظور ما از پرسش‌ها شفاف باشد. وقتی انتظار دارید دانش‌آموزان چیزی را حدس بزنند، خیلی ساده بپرسید:”می‌توانید حدس بزنید چه اتفاقی رخ می‌دهد؟” و ادامه بدهید:”فکر می‌کنید چرا این گونه می‌شود؟” بنابراین، پرسش‌های خود را هدف‌دار طرح کنید و منظور اصلی خود را شفاف بیان کنید.

آزمون هوش

تعیین کنید کدام یک از جمله‌های زیر پیش‌بینی، کدام یک فرضیه و کدام یک نظریه است؟

۱٫ اگر دو خرگوش را در قفسی بگذاریم، پس از مدتی کنار هم می‌خوابند.

۲٫ چوب پنبه روی آب شناور می‌ماند، زیرا چگالی آن از آب کم‌تر است.

۳٫ ماده از اتم تشکیل شده است.

۴٫ اگر درون شیشه‌ساعت آب بریزیم و آن را بالای یک شمع روشن نگه داریم، آب در یک جا جمع می‌شود.

۵٫ چون دانش‌آموزان از راه دیدن بهتر یاد می‌گیرند، آن‌ها آزمایش‌های مبتنی بر رایانه را بهتر فرامی‌گیرند.

۱٫ پیش‌بینی ۲٫ فرضیه ۳٫ نظریه ۴٫ پیش‌بینی ۵٫ فرضیه ( پاسخ‌ها در انتهای این کادر به صورت وارونه قرار گیرند)

منبع‌:

۱٫ Louis M. Baxter and Martha J. Kuurtz, When Hypothesis is not an educated Guess, Science and Children, Aprill 2001

۲٫ Frank L. Misiti, Standadizing the Language of Inquiry, Science and Children, February 2001

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.

آموزش ویژه علوم




دانلود کتاب های علوم


















طرح درس سالانه






دانلود راهنمای معلم



عضویت خبرنامه