A tudományos módszer a kísérletek során alkalmazott problémamegoldó folyamat. A tanulók életkorának és képességeinek megfelelően, valamint az egyes készségek fejlesztése érdekében módosítható.
A tudományos módszer első lépése a kérdésfeltevés (pl. Ki, mit, mikor, hol, miért, hogyan). Egy tág, egyszerű kérdésre általában választ találunk. A válaszok gyakran további kérdésekhez vezetnek. Itt kezdődik igazán a tudományos módszer.
Ebben a cikkben a tudományos módszer lépésekben van lefektetve.
A gyakorlatban azonban általában nem ilyen rendezett. A tudósoknak és a diákoknak gyakran meg kell ismételniük a lépéseket, és újra kell kezdeniük a kísérleteket. Ez a folyamat része, a “tudomány művészete”, nem pedig a kudarc jele!
Amikor egy kísérlet befejeződött, a kísérlet eredményei egy új kísérlet kiindulópontjaként használhatók fel. Ezt nevezzük iterációnak.
A tudományos módszer négy lépése:
1. lépés: Kezdd egy kérdéssel. Mi az, amire kíváncsi vagy? Mit szeretnél megtudni? Esetleg végezhetsz némi háttérkutatást, hogy többet tudj meg. Ez segíthet meghatározni a kérdésedet, és eldönteni, hogy mit szeretnél felfedezni.
2. lépés: Állíts fel egy hipotézist. A hipotézis egy megalapozott találgatás vagy magyarázat arra, amit tudsz. Ez a kísérlet (és a további tanulmányok) kiindulópontja. A hipotézist megfigyelhetően helyesnek bizonyíthatod, vagy kísérletezéssel megcáfolhatod. Megfigyelhetően, mert a kísérlet eredményeinek tudományos magyarázatai fejlődnek és változnak.
3. lépés: Végezzen kísérletet, végezzen megfigyeléseket és kövesse nyomon az eredményeket. Állítson be egy tesztkísérletet, hogy kiderüljön, hogy a hipotézise helyes vagy téves. Kísérleted során végezz megfigyeléseket, és jegyezd fel azokat. Gyakran szükséges a kísérletet ugyanúgy megismételni, hogy megbizonyosodj az eredményeidről.
4. lépés: Vonj le következtetést. Döntsd el, hogy a hipotézised helyes vagy téves volt-e. Milyen eredményeket hozott a kísérleted? Meg tudod mondani, miért történt így? Magyarázd meg és közöld az eredményeidet.
Ezek az elvek felhasználhatók a természet tanulmányozására és az élet kihívásaiban való eligazodásra. E négy lépés segítségével bármit tanulmányozhatsz a növényektől és a kőzetektől kezdve a biológián át a kémiai reakciókig. Még a nagyon fiatal diákok is használhatják a tudományos módszer módosított változatát gondolataik rendszerezésére.
A legfiatalabb diákoknak:
A legfiatalabb diákok a tudományos módszer egyszerű változatának segítségével tanulmányozhatják a gyakorlati tudományt. A természetes kíváncsiságukat felhasználva irányíthatod őket, és emlékezetessé teheted. Próbáld meg a legkorábbi évfolyamokon ugyanezeket a lépéseket tanítani, de a nyelvezetet könnyebben érthetővé téve:
- Csodálkozz – Mit akarok tudni a körülöttem lévő világról?
- Gondolkozz – Szerintem mi fog történni?
- Cselekedj – Teszteld az ötletemet. Mi történik?
- Mondd – Igazam van?
A tanulók saját kísérleteket végezhetnek, hogy megismerjék az őket körülvevő világot. A kisdiákok például tanulmányozhatják az anyagállapotokat úgy, hogy jeget olvasztanak a napon és az árnyékban. Mielőtt elkezdenénk, kérjünk meg egy tanulót, hogy jósolja meg, mi fog történni a napra helyezett jéggel szemben az árnyékba helyezett jéggel. Ezután tesztelje az ötletét, ellenőrizze a jégkockákat az idő múlásával, és kérje meg a tanulót, hogy magyarázza el, mi történt. Igaza volt a tanulónak?
Egy másik példában a kisdiákok kémiai reakciókat tanulmányozhatnak úgy, hogy szappant és ételfestéket adnak a tejhez. Ismét, mielőtt elkezdenénk, kérjünk meg egy tanulót, hogy mondja el, szerinte mi fog történni, ha szappant és ételfestéket adunk egy kis tejhez. Próbáld ki a kísérletet, figyeld a reakciót, és kérd meg a tanulót, hogy magyarázza el, mi történt. Igaza volt a tanulónak?
A természetes kíváncsiságuk által ösztönözve a legfiatalabb tanulók is csodálkozhatnak, gondolkodhatnak és megfigyelhetnek. Már a legfiatalabb korban kifejlődhet bennük az a képesség, hogy gondosan megfigyeljék és leírják, amit látnak. Elkezdhetik fejleszteni a kritikai gondolkodás képességét, amely ahhoz szükséges, hogy megállapítsák, hogy egy kísérlet úgy sikerült-e, ahogyan várták – ez a tudományos érvelés kezdete!
Középiskolás vagy középiskolás diákok számára:
A nagyobb diákok önállóbban használhatják a tudományos módszer lépéseit egy tudományos projekt vagy egy olyan témával kapcsolatos kísérlet elvégzéséhez, amely iránt érdeklődnek. Az érdeklődés kulcsfontosságú – enélkül unatkozni fognak.
Vezesse a tanulók tanulását a tudományos módszer két utolsó lépésének alábbi bővítésével, amelyek fejlettebb kritikai gondolkodást igényelnek.
Végezzenek kísérletet, végezzenek megfigyeléseket, és kövessék nyomon az eredményeket.
A felső tagozatos általános, középiskolás és középiskolás tanulók kísérleteket tervezhetnek a világgal kapcsolatos kérdések megválaszolására. A kísérlet összetettsége a tanuló képességeitől függ.
A kísérletek megtervezésekor ezeknek a tanulóknak nagy figyelmet kell fordítaniuk:
- A kísérlet megismétlésére. Ahhoz, hogy biztosak legyünk az eredményeinkben, egy kísérletet meg kell ismételni, mindig ugyanolyan módon. Minél többször ismételnek meg egy kísérletet, amely ugyanazt az eredményt produkálja, annál megbízhatóbbnak mondható. A tudományos fejlődés az azt végző személytől független, megbízható kísérletektől függ.
- A változók ellenőrzése. A változó a kísérlet olyan része, amely változhat. Ahhoz, hogy biztosak legyünk az eredményeinkben, egy kísérlet megismétlésekor semmi sem változhat. Mindent, ami változhat, például egy anyag mennyiségét, egy anyag fajtáját, a napszakot vagy a környezetet, “állandónak kell tartani” vagy “ellenőrizni”.
- Egyszerre csak egy változót változtathatunk. Egy kísérletben minden változó befolyásolja az eredményt. Ezért fontos, hogy a kísérletek összehasonlításakor egyszerre csak egy változót változtassunk meg. Ez lehetővé teszi az eredménybeli különbségek helyes hozzárendelését. Ha például azt szeretné kideríteni, hogyan befolyásolja egy növény növekedési ütemét az öntözés, akkor az öntözés mértékén kívül minden változót (talaj, fény, levegő hőmérséklete) ellenőrizni kell.
- Az eredmények nyomon követése. Mi történt a kísérleted során? Határozzátok meg az összes változót, és jegyezzétek fel megfigyeléseiteket egy tudományos füzetbe. Amint minden információt (azaz adatot) rögzítettél, elkezdheted az elemzést.
Következtetésre jutni.
Mi lett az eredménye az összes megfigyelésed eredményeinek elemzésének? A kísérleted a várakozásoknak megfelelően alakult? Helyes vagy téves volt a hipotézised? Ha az eredményeid meglepőek voltak, lehet, hogy nem tudsz rögtön következtetést levonni. Lehet, hogy újra át kell gondolnod az összes változót, meg kell változtatnod a terved egy részét, és újabb kísérletet kell végezned, több adatot gyűjtve. A következtetés levonásához a kísérleted eredményeinek átgondolt értékelésére van szükség.
A tudományos módszer induktív, nem pedig deduktív érveléssel kezdődik. A deduktív érvelés az általános fogalmaktól halad a konkrétabb információk felé. Az induktív érvelés konkrét tényekből vagy megfigyelésekből jut el egy általános következtetésig. Például egy virág felboncolása és egyes részeinek (pl. petefészek, szirom, virágporzó) vizsgálata általánosságban tanít bennünket a virágokról. Valamit közelről megvizsgálva a tudomány a megfigyelés, az összehasonlítás, a szembeállítás és az elemzés kritikai gondolkodási készségeit használja az általános következtetés levonásához.
A tudományos módszer hatékony eszköz arra, hogy a kérdéseidet új felfedezésekké alakítsd!