20درصد تخفیف در خرید محصولات سایت با عضویت و شارژ کیف پول شارژ کیف پول

آموزش علمی روش علمی

دنيای امروز دنيايی دانش است و توانايی انديشيدن به شيوه‌ی علمی نياز بی‌چون و چرای آن. از اين رو، بسياری از افراد، خواسته يا نا خواسته، واژه‌های علمی را در بيان 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 يک‌ديگر به کار می‌برند. واژه‌های پيش‌بينی، فرضيه، نظريه و قانون علمی از جمله‌ی بسياری ديگر از واژه‌هايی است که نه تنها در کلاس‌های علوم، بلکه در روزنامه‌ها و رسانه‌های ديگر و زبان روزمره‌ی مردم استفاده می‌شود. اما لازم است معلمان علوم اين واژه‌ها را به مفهوم واقعی آن به دانش‌آموزان منتقل کنند، زيرا به کارگيری نادرست اين واژه‌ها می‌تواند فرصت تفکر علمی درست را از دانش‌آموزان بگيرد.

برای پی بردن به اهميت پرداختن به اين موضوع، می‌توانيد از همکاران، دوستان و افراد پيرامون خود بپرسيد که فرضيه چيست؟ در بهترين حالت شايد به شما بگويند:” حدس علمی”، “حدس علمی دانشمندان” يا ” حدس علمی و يکی از مرحله‌های روش علمی”. اما حدس علمی چيست؟ تفاوت آن با حدس غير علمی چيست؟ اگر درباره‌ی واژه‌های پيش‌گويی، پيش‌بينی و نظريه نيز پرس و جو کنيد، ممکن است با پاسخ‌های پرسش برانگيز ديگری رو به رو شويد و در نهايت به اين پرسش‌ها برسيد که: تفاوت پيش‌بينی با فرضيه چيست؟ تفاوت نظريه با قانون علمی چيست؟ و پرسش‌های ديگر.

در اين مقاله تلاش می‌کنيم مفهوم علمی واژه‌های پيش‌بينی، فرضيه، نظريه و قانون علمی را بيان کنيم. در آغاز مفهوم حقيقی اين واژه‌ها را در حيطه‌ی دانش تجربی تعريف می‌کنيم و سپس آن‌ها را برای شرح بيش‌تر در مثال‌های ساده‌ی به کار می‌بريم.

پيش‌بينی: حدس علمی درباره‌ی پيامد مورد انتظار از يک آزمايش خاص.

فرضيه: حدس علمی درباره‌ی اين که چرا پيامدهای خاصی رخ می‌دهند.

نظريه: توضيح گسترده‌ای که از همگرايی فرضيه‌های زيادی به دست می‌آيد.

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

فرضيه و پيش‌بينی

اين دو واژه، که هر دو به نحوی مفهوم حدس علمی را در خود دارند، به صورت گمراه‌ کننده يا به جای يکديگر به کار می‌روند. برای مثال، آموزگاری می‌پرسد: من چوب پنبه‌ای را روی آب می‌گذارم. چه کسی می‌تواند فرضيه‌ای برای آن چه رخ می‌دهد، پيشنهاد کند. اين پرسش به پيش‌بينی نياز دارد نه فرضيه. زيرا در پاسخ بايد گفته شود که به عنوان پيامدی از آن آزمون خاص، چه رخ می‌دهد، نه اين که چرا آن پيامد رخ می‌دهد.

به عنوان نمونه‌ای ديگر، فرض کنيد دانش‌آموزان مشغول تماشای جيرجيرک‌ها هستند. آنان مشاهده می‌کنند جيرجيرک‌ها خودشان را زير چيزهايی که در قفس‌شان وجود دارد، پنهان می‌کنند. شما می‌پرسيد چرا اين کار را می‌کنند و آنان می‌گويند برای اين که پنهان بمانند. بار ديگر می‌پرسيد از چه چيز خود را پنهان کنند و آنان می‌گويند از جانوران شکارچی.

دانش آموزان فرضيه‌ای بيان کرده‌اند: جيرجيرک‌ها برای پنهان ماندن از شکارچی‌ها زير چيزها می‌روند. اين بيان در واقع توضيحی غير قطعی برای علت رفتار جيرجيرک‌ها است. دانش‌آموزان از داده‌های تجربی، يعنی مشاهده‌ی اين که جيرجيرک‌ها پنهان می‌شوند، به يک حدس علمی دست يافته‌اند. اما توجه داشته باشيد اين حدس علمی درباره‌ی آن‌چه رخ می‌دهد نيست. اين حدس درباره‌ی علت اين پديده است که به آن فرضيه می‌گوييم.

دانش‌آموزان تصور می‌کنند علت رفتن جيرجيرک‌ها زير چيزها، پنهان شدن از چشم جانوران شکارچی است. شما می‌توانيد از آنان بخواهيد آزمايشی برای اثبات فرضيه‌ی خود طراحی کنند. در اين راه شما می‌توانيد به آنان کمک کنيد. به دانش‌اموزان دو قفس بدهيد که در هر يک از آن‌ها 10 جيرجيرک وجود داشته باشد. از دانش‌آموزان بخواهيد سقف و ديوارهای جانبی هر دو قفس را با کاغذ مشکی بپوشانند. سپس مارمولکی را به درون يکی از قفس‌ها بفرستند. دانش‌آموزان انتظار دارند همه‌ی جيرجيرک‌های آن قفس خود را پنهان می‌کنند، اما جيرجيرک‌های قفس ديگر چنين نخواهند کرد. سپس آنان تصميم می‌گيرند مارمولک را در قفس ديگر بگذارند و چند بار اين کار را تکرار می‌کنند. آن چه دانش‌آموزان تصور می‌کنند رخ خواهد داد، پيش‌بينی آنان است.

آزمايش ديگری که با پيش‌بينی متفاوتی همراه است، می‌تواند گذاشتن مارمولک و جيرجيرک‌ها در قفس باشد به نحوی که مانعی بين آن‌ها وجود داشته باشد. اگر جيرجيرک‌ها وقتی شکارچی را می‌بينند پنهان می‌شوند، آن‌گاه تنها زمانی پنهان می‌شوند که شکارچی در معرض ديد آن‌ها باشد، برای مثال زمانی که پوزه‌اش از بالای مانع بيرون زده است. در اين مثال، آزمايش و پيش‌بينی متفاوت است، اما يک فرضيه را ثابت می‌کنند.

اگر جيرجيرک‌ها آن طور که انتظار می‌رود رفتار کنند، آيا ثابت می‌شود که جيرجيرک‌ها از شکارچی‌ها پنهان می‌شوند؟ بدون شک خير و آن هم به دو دليل. نخست، عامل‌های مداخله کننده‌ی زيادی وجود دارد. شايد جيرجيرک‌ها از روشنايی روی بر می‌گردانند و رفتار آن‌ها به حضور شکارچيان ربطی ندارد. شايد فصل جفت‌گيری آن‌ها است و برای پوشاندن تخم‌هايی که می‌گذارند، به دنبال پناهگاه می‌روند. دوم، هيچ فردی نمی‌تواند برای ثابت کردن اين فرضيه همه‌ی جيرجيرک‌های دنيا را آزمايش کند.

برای اين که فرضيه‌ای ثابت شود بايد در همه موردها درست باشد. اگر چه دانش‌آموزان می‌توانند جيرجيرک‌های زيادی را آزمايش کنند، اما همه‌ی جيرجيرک‌های دنيا را نمی‌توانند. با وجود اين، هر چه دانش‌آموزان آزمايش‌های بيش‌تری انجام دهند (به خصوص اگر از آزمون‌های متفاوتی برای ثابت کردن يک فرضيه استفاده کنند) و هر چه جيرجيرک‌های بيش‌تری آن گونه که انتظار می‌رود رفتار کنند، دانش‌اموزان به فرضيه‌ی خود اطمينان بيش‌تری پيدا می‌کنند.

وقتی موردهايی پيش می‌آيد که نتيجه‌ی آزمايش‌ها از فرضيه پشتيبانی نمی‌کنند، آن گاه می‌توانيم فرضيه را رد کنيم. اما هيچ‌گاه نمی‌توانيم فرضيه‌ای را ثابت کنيم. در اصل، ما نمی‌توانيم هيچ چيز را در علوم اثبات کنيم. ريچار فاينمن، فيزيک‌دان برنده‌ی نوبل، اين اصل را اين گونه بيان کرده است:

” دانش علمی مجموعه‌ای از گفته‌هايی با درجه‌های متفاوتی از قطعيت است. از برخی تا حدود بسيار زيادی اطمينان نداريم و به برخی تا حدود زيادی اطمينان دارم، اما به درستی هيچ کدام از آن‌ها يقين قطعی نداريم.”

پشتيبانی از فرضيه‌ها

فرضيه‌های قوی، فرضيه‌هايی هستند که آزمايش‌های مختلف، به خصوص آزمايش‌هايی که برای رد آن فرضيه طراحی شده‌اند، نتوانند آن‌ها را رد کنند. به عنوان مثال، وقتی پرندگان در معرض DDT قرار گيرند، پوسته‌ی تخم آن‌ها نازک می‌شود. آن‌هايی که هنوز رد نشده‌اند، اما فقط چند بار آزمايش شده‌اند يا نمونه‌ی مورد آزمايش کوچک بوده است، فرضيه‌های ضعيف گفته می‌شوند. هر ساله می‌شنويم که خوردن نوعی ماده‌ی غذايی باعث پيش‌گيری از سرطان می‌شود. يک سال پرتغال و سال بعد زغال اخته خوش‌نام می‌شود. ما هر سال چيز تازه‌ای می‌شنويم، زيرا نتيجه‌ی يک آزمايش جديد را می‌شنويم. يعنی، فرضيه هنوز ضعيف است، حتی اگر تعداد شرکت کنندگان در آزمايش زياد باشد.

بايد بدانيم که قوی بودن فرضيه به اين مفهوم نيست که به نظريه تبديل می‌شود. بلکه نظريه‌ها مفهوم گسترده‌تری را در بر می‌گيرند و برای توضيح چند حقيقت از چند فرضيه بهره‌ می‌گيرند. نظريه‌ی تکامل مثال خوبی در اين باره است. اين فرضيه فقط بر قوی بودن فرضيه‌ی قدمت استخوان های دايناسورها استوار نيست، بلکه بر مجموعه‌ای از فرضيه‌های قوی( و حتی نظريه‌های ديگری) از زمينه‌های مختلف علمی استوار است. فرضيه‌های مانند شباهت موجود بين DNA جانداران مختلف، چگونگی تکوين جنين، شباهت‌های کالبدشناختی، مسيرهای زيست‌شيميايی و نظريه‌ی صفحه‌های زمين، از اين نظريه پشتيبانی می‌کنند و در اين که چيزها طی زمان تغيير می‌کنند، همگرايی دارند.

يکی از ويژگی‌های بسيار خوب علم همين نداشتن عدم قطعيت است. اين ويژگی اغلب به عنوان نقص علم مطرح می‌شود، اما در واقع عامل اصلی پيشرفت علم و فناوری بوده است. اگر روزی شواهد فسيلی پيدا کنيم که نگرش ما به فسيل‌ها را به طور کامل عوض کند يا همه‌ی نظريه‌ها و فرضيه‌های قوی ديگری را که از تکامل حمايت می‌کنند، رد کنند، آن گاه نظريه‌ی تکامل را کنار می‌گذاريم. البته، چون نظريه‌ها و فرضيه‌هايی که از تکامل حمايت می‌کنند، بسيار قوی هستند و چون به زمينه‌های مختلف علم مربوط می‌شوند، احتمال اين که اين نظريه به طور کامل رد شود، بسيار ضعيف است، اما با يافته‌ها بيش‌تر اصلاح می‌شود و اين ماهيت علم است.

يک راه خوب برای تشخيص پيش‌بينی از فرضيه و نظريه اين است که در نظر داشته باشيم ما می‌توانيم ببينيم آيا پيش‌بينی ما درست است يا نه. از نتيجه‌ی آزمون‌های علمی به داده‌های تجربی دست می‌يابيم. اما نمی‌توانيم چرايی آزمايش‌ها را ببينيم. چيزهای استدلالی به طور معمول در ذهن ما هستند. اين‌ها فرضيه‌ها و نظريه‌هايی هستند که داده‌های بيش‌تر ممکن است از آن‌ها پشتيبانی کنند، اما ما هرگز نمی‌دانيم آيا آن‌ها در همه‌ی موردها پشتيبانی می‌شوند يا نه. فرضيه‌ها و نظريه‌ها هيچ گاه ثابت نمی‌شوند، اما می‌توانند بی‌نهايت پشتيبانی شوند.

قانون علمی را می‌توان چيزی در نظر گرفت که هميشه رخ می‌دهد. اما توضيح نمی‌دهد چرا رخ می‌دهد، فقط می‌گويد رخ می‌دهد. برای مثال، ” چيزها هميشه به سمت زمين سقوط می‌کنند؛ : به جز در واکنش‌های هسته‌ای، مقدار ماده در واکنش‌های شيميايی ثابت می‌ماند” و ” هر چيز در حال حرکتی به حرکت خود ادامه می‌دهد، مگر نيروی خارجی بر آن اثر بگذارد.” اين‌ها آن قدر مشاهده شده‌اند که اصل‌های پايه‌ای را می‌سازند که با آن‌ها کار می‌کنيم. به تازگی در برخی نمونه‌ها ديده شده است که از واژه‌ی نظريه با جای قانون استفاده می‌شود.

شفاف سازی برای آينده

زبان علمی بسيار دقيق و واضح است و بيان نادرست واژه‌های علمی می‌تواند به سردرگمی منجر شود. فرضيه در بيش‌ترکلاس‌های علوم به صورت حدس علمی تعريف می‌شود، حال آن که پيش‌بينی نيز نوعی حدس علمی است. پيش‌بينی، حدس علمی درباره‌ی نتيجه‌ها‌ی يک آزمايش خاص و فرضيه، حدس علمی درباره‌ی علت رخ دادن آن نتيجه‌ها است. ما آموزگاران بايد اين مفهوم‌ها را درست به دانش‌آموزان منتقل کنيم تا بتوانند پژوهش‌های خود را به صورت علمی‌تری انجام دهند.

گاهی از دانش‌آموزان خواسته می‌شود آن چه را طی يک فعاليت علمی رخ خواهد داد، پيش‌بينی کنند و آن را روی برگه‌ی خود بنويسند. اما پيش از اين کار بايد از خود بپرسيم وقتی دانش‌آموزان را به حدس زدن درباره‌ی چيزی دعوت می‌کنيم که درباره‌ی آن مشاهده‌ای انجام نداده‌اند، آيا از آنان انتظار داريم در کسب مهارت‌های پژوهشی پيشرفت کنند.

پيش‌بينی‌های هواشناسی، نمونه‌های خوبی از پيش‌بينی علمی هستند. اين پيش‌بينی‌ها بر اساس داده‌های جمع‌آوری شده طی بيش از صد سال فراهم می‌شوند. هواشناسان هر روز مشاهده‌هايی انجام می‌دهند و آن‌ها را با الگوهای پيشين مقايسه می‌کنند و نتيجه را به صورت خبرهای هواشناسی در اختيار ما قرار می‌دهند. هر چه داده‌های پيشين(داده‌های پايه‌ای) بيش‌تر و دقيق‌تر باشند، امکان درستی پيش‌بينی آنان بيش‌تر است. به علاوه، مشاهده‌هايی که پيش‌بينی امروز به کمک آن‌ها انجام شد، بخشی از داده‌های پايه‌ای برای پيش‌بينی فردا خواهند بود. از اين رو، هر چند گاهی پيش‌بينی‌ها درست از آب در نمی‌آيند، اما با افزايش تعداد مشاهده‌ها که نتيجه‌ی به کار گيری ابزارهای پيشرفته‌تر است، امکان پيش‌بينی درست‌تر بالا می‌رود.

درباره‌ی فرضيه نيز بايد خود را از آن چه در زبان روزمره يا راديو و تلويزيون می‌شنويم، جدا کنيم. استفاده از رابطه‌ی” اگر … پس …” می‌تواند به فهم بهتر فرضيه و ساختن فرضيه‌های علمی به دانش‌آموزان کمک بکند. برای مثال، اگر جيرجيرک‌ها جانور شکارچی را ببينند، آن‌گاه پنهان می‌شوند؛ اگر ضخامت دستمال کاغذی بيش‌تر شود، آن‌گاه ميزان جذب آب دو برابر خواهد شد؛ اگر کود به خاک افزوده شود، آن‌گاه رشد محصول افزايش می‌يابد و …. البته، بايد مواظب باشيم که گاهی پيش‌گويی‌ها نيز به صورت همين رابطه بيان می‌شوند.

هنگام پرسيدن از دانش‌آموزان نيز بايد دقت بيش‌تری داشته باشيم. پرسش دقيق و علمی به همان اندازه‌ی افزايش محتوای علمی درس اهميت دارد. هميشه بايد منظور ما از پرسش‌ها شفاف باشد. وقتی انتظار داريد دانش‌آموزان چيزی را حدس بزنند، خيلی ساده بپرسيد:”می‌توانيد حدس بزنيد چه اتفاقی رخ می‌دهد؟” و ادامه بدهيد:”فکر می‌کنيد چرا اين گونه می‌شود؟” بنابراين، پرسش‌های خود را هدف‌دار طرح کنيد و منظور اصلی خود را شفاف بيان کنيد.

آزمون هوش

تعيين کنيد کدام يک از جمله‌های زير پيش‌بينی، کدام يک فرضيه و کدام يک نظريه است؟

1. اگر دو خرگوش را در قفسی بگذاريم، پس از مدتی کنار هم می‌خوابند.

2. چوب پنبه روی آب شناور می‌ماند، زيرا چگالی آن از آب کم‌تر است.

3. ماده از اتم تشکيل شده است.

4. اگر درون شيشه‌ساعت آب بريزيم و آن را بالای يک شمع روشن نگه داريم، آب در يک جا جمع می‌شود.

5. چون دانش‌آموزان از راه ديدن بهتر ياد می‌گيرند، آن‌ها آزمايش‌های مبتنی بر رايانه را بهتر فرامی‌گيرند.

1. پيش‌بينی 2. فرضيه 3. نظريه 4. پيش‌بينی 5. فرضيه ( پاسخ‌ها در انتهای اين کادر به صورت وارونه قرار گيرند)

منبع‌:

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

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

 

درباره این مطلب نظر دهید !

مطالب زیرا حتما بخوانید ...

نکاتی جالب در مورد گروه های خونی

نکاتی جالب در مورد گروه های خونی

ادامه مطلب

بیماری پروگلیا

دانشمندان در مطالعات اخیر، ژن‌های عامل پیری زودرس ( سندرم پروگریا ) به نام LMNA را در کودکان شناسایی کرده‌اند. این ژن حامل …

ادامه مطلب

فیلم همیاری مورچه و شته

دانلود فیلم آموزشی همیاری شته و مورچه

ادامه مطلب

محصولات تصادفی