Tieteellinen menetelmä on kokeissa käytettävä ongelmanratkaisuprosessi. Sitä voidaan muokata oppilaiden iän ja taitojen mukaan sekä kehittää tiettyjä taitoja.

Kysymyksen esittäminen on tieteellisen menetelmän ensimmäinen vaihe (esim. Kuka, Mitä, Milloin, Missä, Miksi, Miten). Laajasta, yksinkertaisesta kysymyksestä löytyy yleensä vastaus. Vastaukset johtavat usein uusiin kysymyksiin. Tästä tieteellinen menetelmä todella alkaa.

Tässä artikkelissa tieteellinen menetelmä on esitetty vaiheittain.

Käytännössä se ei kuitenkaan yleensä ole näin siisti. Tutkijat ja opiskelijat joutuvat usein toistamaan vaiheita ja aloittamaan kokeet alusta. Se on osa prosessia, ”tieteen taidetta”, ei merkki epäonnistumisesta!

Kun koe on valmis, sen tuloksia voidaan käyttää uuden kokeen lähtökohtana. Tätä kutsutaan iteroinniksi.

Tieteellisen menetelmän neljä vaihetta:

Vaihe 1: Aloita kysymyksellä. Mitä sinä ihmettelet? Mitä haluaisit tietää? Voit tehdä taustatutkimusta saadaksesi lisätietoja. Se voi auttaa sinua määrittelemään kysymyksesi ja päättämään, mitä haluat löytää.

Vaihe 2: Muodosta hypoteesi. Hypoteesi on valistunut arvaus tai selitys sille, mitä tiedät. Se on lähtökohta kokeelle (ja jatkotutkimukselle). Voit todistaa hypoteesin havaittavasti oikeaksi tai kumota sen kokeiden avulla. Havainnollisesti, koska tieteelliset selitykset kokeen tuloksille kehittyvät ja muuttuvat.

Vaihe 3: Suorita koe, tee havaintoja ja seuraa tuloksia. Järjestä testikokeilu nähdäksesi, onko hypoteesisi oikea vai väärä. Tee havaintoja kokeen aikana ja seuraa niitä kirjoittamalla ne ylös. Usein on tarpeen toistaa koe samalla tavalla, jotta voit olla varma tuloksista.

Vaihe 4: Tee johtopäätös. Päätä, oliko hypoteesisi oikea vai väärä. Mitkä olivat kokeesi tulokset? Osaatko sanoa, miksi näin kävi? Selitä ja kerro tuloksesi.

Nämä periaatteita voi käyttää luonnon tutkimiseen ja elämän haasteissa suunnistamiseen. Voit tutkia mitä tahansa kasveista ja kivistä biologiaan tai kemiallisiin reaktioihin näiden neljän vaiheen avulla. Jopa hyvin nuoret oppilaat voivat käyttää muunneltua versiota tieteellisestä menetelmästä ajatustensa järjestämiseen.

Pienimmille oppilaille:

Pienimmät oppilaat voivat opiskella käytännön tiedettä käyttämällä yksinkertaista versiota tieteellisestä menetelmästä. Voit käyttää heidän luontaista uteliaisuuttaan ohjaamiseen ja tehdä siitä mieleenpainuvaa. Kokeile opettaa varhaisimmille luokka-asteille samoja vaiheita, mutta tee kielestä helpommin ymmärrettävää.

1. Ihmettele – Mitä haluan tietää ympäröivästä maailmasta?
2. Ajattele – Mitä arvelen tapahtuvan?
3. Toimi – Testaa ideaani. Mitä tapahtuu?
4. Sano – Olenko oikeassa?

Nämä oppilaat voivat tehdä omia kokeita oppiakseen ympäröivästä maailmasta. Nuoret oppilaat voivat esimerkiksi tutkia aineen olomuotoja sulattamalla jäätä auringossa ja varjossa. Ennen kuin aloitat, pyydä oppilasta ennustamaan, mitä tapahtuu aurinkoon laitetulle jäälle vs. varjoon laitetulle jäälle. Testaa sitten hänen ajatustaan, tarkista jääpalat ajan mittaan ja pyydä oppilasta selittämään, mitä tapahtui. Oliko oppilas oikeassa?

Toisessa esimerkissä nuoret oppilaat voivat tutkia kemiallisia reaktioita lisäämällä saippuaa ja elintarvikeväriä maitoon. Pyydä taas ennen aloittamista oppilasta kertomaan, mitä hänen mielestään tapahtuu, kun lisäät saippuaa ja elintarvikeväriä maitoon. Testaa koe, tarkkaile reaktiota ja pyydä oppilasta selittämään, mitä tapahtui. Oliko oppilas oikeassa?

Luontaisen uteliaisuutensa innoittamana nuorimmat oppilaat voivat ihmetellä, ajatella ja havainnoida. Pienestä pitäen he voivat kehittää kykyä tarkkaavaisesti havainnoida ja kuvata näkemäänsä. He voivat alkaa kehittää kriittisen ajattelun taitoja, joita tarvitaan sen määrittämiseen, onko kokeesta tullut sellainen kuin he odottivat – tieteellisen päättelyn alku!

Keskikoululaisille tai yläkoululaisille:

Iäkkäämmät oppilaat voivat käyttää tieteellisen menetelmän vaiheita itsenäisemmin toteuttaakseen luonnontieteellisen messuprojektin tai kokeen aiheesta, josta he ovat kiinnostuneita. Kiinnostus on avainasemassa – ilman sitä he kyllästyvät.

Ohjata oppilaiden oppimista seuraavalla laajennuksella tieteellisen menetelmän kahteen viimeiseen vaiheeseen, jotka vaativat edistyneempiä kriittisen ajattelun taitoja.

Toteuta koe, tee havaintoja ja seuraa tuloksia.

Yläkoululaiset, yläkoululaiset ja lukiolaiset voivat suunnitella kokeita vastatakseen maailmaa koskeviin kysymyksiin. Kokeen monimutkaisuus riippuu oppilaan kyvyistä.

Kokeita suunnitellessaan näiden oppilaiden tulisi kiinnittää huomiota:

• Kokeen toistamiseen. Jotta voit olla varma tuloksista, koe on toistettava aina samalla tavalla. Mitä useammin koe toistetaan ja saadaan samat tulokset, sitä luotettavammaksi sitä sanotaan. Tieteellinen edistys on riippuvainen luotettavista kokeista, jotka ovat riippumattomia niiden suorittajasta.
• Muuttujien kontrollointi. Muuttuja on kokeen osa, joka voi muuttua. Jotta voit olla varma tuloksista, mikään ei saa muuttua, kun koe toistetaan. Kaikki, mikä voi vaihdella, kuten aineen määrät, aineen laji, vuorokaudenaika tai ympäristö, tulisi ”pitää vakiona” tai ”kontrolloida.”
• Vain yhden muuttujan muuttaminen kerrallaan. Kaikki kokeen muuttujat vaikuttavat lopputulokseen. Siksi kokeita vertailtaessa on tärkeää muuttaa vain yhtä muuttujaa kerrallaan. Näin erot lopputuloksissa voidaan osoittaa oikein. Jos esimerkiksi haluat selvittää, miten kastelu vaikuttaa kasvin kasvunopeuteen, säädät kaikki muut muuttujat (maaperä, valo, ilman lämpötila) kastelun tasoa lukuun ottamatta.
• Seuraa tuloksia. Mitä tapahtui kokeesi aikana? Tunnista kaikki muuttujasi ja pidä kirjaa havainnoistasi tiedevihkoon. Kun olet saanut kaikki tiedot kirjattua (eli datan), voit aloittaa analysoinnin.

Kerro johtopäätös.

Mihin tulokseen päädyit, kun analysoit kaikkien havaintojesi tulokset? Sujuiko kokeesi odotetulla tavalla? Oliko hypoteesisi oikea vai väärä? Jos tuloksesi olivat yllättäviä, et ehkä pysty tekemään johtopäätöstä heti. Saatat haluta harkita uudelleen kaikkia muuttujia, muuttaa jotakin osaa suunnitelmastasi ja tehdä uuden kokeen keräämällä lisää tietoja. Johtopäätökseen pääseminen edellyttää kokeen tulosten harkittua arviointia.

Tieteellinen menetelmä alkaa pikemminkin induktiivisella kuin deduktiivisella päättelyllä. Deduktiivisessa päättelyssä siirrytään yleisistä käsitteistä tarkempaan tietoon. Induktiivinen päättely siirtyy tietyistä tosiasioista tai havainnoista yleiseen johtopäätökseen. Esimerkiksi kukan paloittelu ja sen yksittäisten osien (esim. munasarja, terälehti, pistooli) tutkiminen opettaa meille tietoa kukista yleensä. Tutkimalla jotakin asiaa läheltä tiede käyttää kriittisen ajattelun taitoja, joita ovat havainnointi, vertailu, vastakkainasettelu ja analysointi, yleisten johtopäätösten tekemiseksi.

Tieteellinen menetelmä on tehokas työkalu, jolla voit muuttaa kysymyksesi uusiksi löydöksiksi!