Den videnskabelige metode er blevet brugt i vid udstrækning siden det 17. århundrede som en proces, hvorpå forskere "videnskaber" i den virkelige verden. Det er blevet brugt til at opdage mange utrolige ting om verden omkring os. Den videnskabelige metode er en konstant proces: en opdagelse kan føre til mange flere spørgsmål, der, når de undersøges, kan føre til flere svar. Afhængigt af niveauet for dine studerende, dit distrikts læseplan og andre faktorer svarer trinnene nedenfor ikke til nøjagtigt det, du underviser i. Processen skal dog stadig være konceptuelt. Foruden et resumé af de vigtigste trin i den videnskabelige metode foreslås der aktiviteter for at få dine studerende til at tænke på videnskab i den virkelige verden.
(Dette vil starte en 2 ugers gratis prøveperiode - ingen kreditkort nødvendig)
Alle gør dette hele tiden, fra det andet vi vågner op til det andet, vi går i dvale. Fra en meget ung alder påtager børn sig rollen som videnskabsfolk og foretager omhyggelige observationer af verden omkring dem. Storyboard That kan bruges til at beskrive disse observationer i form af korte tegneserier. Observationer er ikke kun ting, vi ser med vores øjne. De inkluderer en helt anden række ting og inkluderer ting, vi føler, lugter, smager, rører eller hører. De kan også komme fra information indsamlet ved hjælp af videnskabeligt udstyr, såsom mikroskoper, termometre og seismometre.
(Dette vil starte en 2 ugers gratis prøveperiode - ingen kreditkort nødvendig)
Spørgsmål kan være baseret på alt, selvom nogle spørgsmål er lettere at besvare end andre. En af de vigtigste dele af den videnskabelige undersøgelse er at tænke på "hvordan" og "whys". At komme med spørgsmål kan være en fantastisk aktivitet at afslutte med dine studerende. Bed eleverne komme med et tankekort storyboard med spørgsmål, de har om verden, eller indsnævre spørgsmål til et specifikt emne. Afhængig af dine studerendes alder, kan du muligvis bemærke, at disse spørgsmål ofte overlapper hinanden!
(Dette vil starte en 2 ugers gratis prøveperiode - ingen kreditkort nødvendig)
Forskning kan være så enkel som en internet- eller biblioteksøgning, og er et godt tidspunkt at tale med dine studerende om pålidelige og upålidelige kilder. Forskere bruger tidsskrifter for at finde ud af, om andre forskere har gjort lignende arbejde, og hvilke forslag disse forskere har fremsat til yderligere undersøgelse og eksperimentering. En anden idé er at læse nogle undersøgelser, du har fundet for studerende, fremhæve og forklare ethvert udfordrende nøgleordforråd. Dette vil tilskynde eleverne til at undersøge deres besvarelser, før de afslutter et eksperiment, især hvis et allerede er gjort.
En hypotese er en testbar erklæring eller et veluddannet gæt. Hypotesen er vigtig, fordi eksperimentet forsøger at bestemme, hvordan en variabel kan have en effekt på en anden. Når man opretter en hypotese, er det vigtigt først at identificere de afhængige og uafhængige variabler i undersøgelsen. Tænk over, hvilken effekt ændring af den uafhængige variabel kan have på den afhængige variabel. Fra dette skal du danne en "hvis ... så ..." -sætning. For eksempel, når man udfører en undersøgelse for at se, hvordan temperatur påvirker skimmelvækst på brød, er den uafhængige variabel temperatur, og den afhængige variabel er mængden af skimmel, der vokser på brød. Hypotesen "hvis ... så ..." ville være, "Hvis temperaturen stiger, vil mængden af skimmel på brødet også stige."
Data kan komme fra at gennemføre en ordineret aktivitet designet af en lærer, udføre et eksperiment baseret på en testbar hypotese eller ved at bruge offentliggjorte data om emnet. Se " Eksperimentelt design " for at finde ud af mere om, hvordan du får dine studerende til at arbejde som videnskabsmænd og designe deres egne eksperimenter. Dette kan også være et godt øjeblik at hjælpe eleverne med at finde ud af, hvilke data der er det vigtigste at indsamle.
Organiser resultaterne af eksperimentet og kig efter mønstre, tendenser eller anden information. Ofte på dette trin kan studerende oprette tabeller og grafer for at gøre det lettere at forstå informationen. Dette kan være en god måde at integrere matematikfærdigheder i dit naturvidenskabsplan.
På dette tidspunkt tolker forskere dataene for at drage konklusioner; de beslutter, om dataene understøtter eller forfalsker en hypotese.
Når du udfører et eksperiment for at se, hvordan temperaturen påvirker skimmelvæksten på brød, skal du teste to stykker brød: lad den ene være på et varmt sted og det andet på et koldt sted. En hypotese kunne være, hvis temperaturen sænkes, så skimmel vokser hurtigere . Hvis eksperimentet var afsluttet, hvis der var vokset mere skimmel på det brød, der blev efterladt i det varme sted, understøtter dataene ikke hypotesen.
Det er vigtigt at få dine studerende til at dele deres arbejde med deres jævnaldrende for at fortsætte interessen for videnskabelig undersøgelse. Studerende kan nemt dele deres resultater og konklusioner på mange måder:
Delingen af resultater sker ofte gennem offentliggørelse af artikler gennem videnskabelige tidsskrifter eller tale på videnskabelige konferencer. Vis studerende eksempler på disse tidsskrifter, og se, om de finder noget, de synes er interessant.
Dette udføres normalt af andre forskere over hele verden. Jo flere mennesker, der kan gengive et eksperiment og finde de samme resultater, jo mere er en teori opnået. Imidlertid kan dine studerende sammenligne resultater fra andre studerende eller gennemføre opfølgende eksperimenter. Dette er en særlig god øvelse, hvis studerende har designet et eksperiment. Flere grupper bør gennemføre et eksperiment for at se, om de har de samme konklusioner, eller om eksperimentet ikke er reproducerbart.
Mange af de store videnskabelige opdagelser, der fulgte denne metode, er også gode historier! Storyboard That kan bruges til at få studerende til at visualisere disse historier og udvikle en forståelse af, hvordan den videnskabelige metode ser ud i handling. Studerende kan identificere de forskellige videnskabelige metodetrin efter historien om berømte opdagelser. I eksemplet nedenfor ser storyboardet på opdagelsen af DNA's spiralformede struktur.
Arbejde udført af Oswald Avery, Colin MacLeod og Maclyn McCarty i 1944 viste, at deoxyribonucleic acid (DNA) var det kemiske stof, der bar genetisk information. Selvom de vidste dette, var det videnskabelige samfund stadig usikker på, hvilken form DNA-molekylet havde. James Watson og Francis Crick antog, at molekylet ville være en spiralform. De forudsagde ved hjælp af matematiske beregninger, at røntgendiffraktionsmønsteret for en helix ville være en X-form. Watson og Crick havde arbejdet på at fremstille en model af DNA baseret på deres hypotese.
Rosalind Franklin, en ung forsker ved King's College London, udførte forskning, der så på de forskellige diffraktionsmønstre, der blev lavet, da røntgenstråler blev skinnet på forskellige prøver. En af prøverne, hun undersøgte, var krystalliseret DNA.
Fotografi 51 var et røntgenstrålediffraktionsbillede af DNA taget af Raymond Gosling (en ph.d.-studerende under opsyn af Franklin) uden Franklins tilladelse eller viden. Dette billede blev vist til Watson og Crick. Da Watson så fotografiet, vidste han øjeblikkeligt, at strukturen skal være spiralformet fra det X-formede mønster i røntgendiffraktionsmønsteret.
Watson og Crick blev tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1962 for deres forskning på DNA-strukturen. Rosalind Franklin døde af kræft i æggestokkene i en alder af 38 år fire år før denne pris. Det er almindeligt accepteret, at hendes bevis var kritisk til identificering af DNA-strukturen. Det kan stadig diskuteres, om hun ville have identificeret strukturen på egen hånd uden Watsons og Cricks arbejde.
(Dette vil starte en 2 ugers gratis prøveperiode - ingen kreditkort nødvendig)
En anden stor aktivitet er at få studerende til at bruge Storyboard That til at fortælle en historie i historien som den nedenfor. Det er vigtigt at bemærke, at ikke alle de store opdagelser i videnskabshistorie har fulgt den videnskabelige metode ovenfor. Galileo og hans opdagelse af Jupiters måner er et fascinerende eksempel på dette.
Der er masser af spændende historier om videnskabelig opdagelse, som du kan få dine studerende til storyboard! Her er nogle andre interessante historier, som studerende kan undersøge og genfortælle.
For flere ressourcer om virkningen af videnskabelig undersøgelse og opdagelse i historien, se vores historiske ressourcer.
Galileo Galilei blev født i Pisa, Italien, den 15. februar 1564. Han var søn af en berømt italiensk musiker. Selvom han var meget interesseret i at blive en katolsk præst, begyndte han sin grad til at blive en læge ved University of Pisa. Han blev forelsket i matematik og fysik, da han ved et uheld deltog i et foredrag om geometri.
Et af Galileos vigtigste og mest kontroversielle papirer var Siderus Nuncias eller Starry Messenger , som detaljerede hans observationer af Jupiters måner. Disse observationer understøttede en ændring i den måde folk forstod universets struktur. Indtil disse overraskende observationer var folk enige med den græske filosof og videnskabsmand, Aristoteles , der først fremsatte ideen om, at Jorden var i centrum af universet. Dette koncept af universet blev kendt som den geocentriske model .
Galileo var en tidlig pioner for teleskopet. Hans tidlige teleskoper indeholdt ofte mangler og frembragte slørede billeder, men kunne stadig forstørre genstande ca. 30 gange for observatøren. Han solgte sine teleskoper og brugte pengene til at finansiere sin forskning. Han brugte sit teleskop til at observere nattehimlen og foretage detaljerede observationer af, hvad han så.
Natten den 7. januar 1610 kiggede Galileo på himlen på Jupiter. Han bemærkede ”tre faste stjerner” meget tæt på planeten, som alle er oprettet. I løbet af de næste par nætter opdagede han, at disse 'stjerner' ikke alle var faste, og at det så ud til at bevæge sig i forhold til Jupiter. Vi ved nu, at disse 'stjerner' faktisk ikke var stjerner, men måner fra Jupiter. Han indså, at hvis disse kroppe kredsede om Jupiter, så gav den geocentriske model ikke mening. Disse data understøtter den heliocentriske model , ideen om, at solen er i centrum af vores univers, og at andre himmellegemer kredser om den. Nicolaus Copernicus var en polsk videnskabsmand, der først antog, at Solen var i centrum af vores univers.
Den katolske kirke var en ekstremt magtfuld styrke i verden på det tidspunkt, og de var slet ikke imponeret over Galileos opdagelser. Kirken mente, at enhver omtale af et solcentreret univers modsatte sig dets synspunkter og Bibelen og var meget ivrig efter at stoppe spredningen af denne idé. Galileo blev kaldt af den romerske inkvisition, da kirken troede, at han forsøgte at omskrive Bibelen. Galileo blev fundet at være ”mistænkt for kætteri” og blev sat i fængsel. Den næste dag blev han anbragt i husarrest, indtil han døde otte år senere.
Moderne forskere har indset, at solen er centrum i vores solsystem, men ikke universet. Vores sol er en stjerne meget ligesom milliarder af andre i vores univers. I 1992, 350 år efter Galileo blev fængslet, indrømmede den katolske kirke, at de var ukorrekte over Galileos synspunkter, og pave John Paul undskyldte om begivenheden.
(Dette vil starte en 2 ugers gratis prøveperiode - ingen kreditkort nødvendig)
Den videnskabelige metode er vigtig, fordi den giver en systematisk måde at udforske og forstå den naturlige verden på. Det giver videnskabsmænd mulighed for at foretage objektive observationer, formulere testbare hypoteser og designe eksperimenter for at teste disse hypoteser. Ved at følge den videnskabelige metode kan videnskabsmænd sikre, at deres resultater er baseret på empiriske beviser og ikke blot er resultatet af bias eller spekulationer.
En hypotese er en foreløbig forklaring på et observeret fænomen. Det er et testbart udsagn, der forudsiger, hvad der vil ske under visse forhold, hvis hypotesen er korrekt.
En kontrolgruppe er en gruppe i et eksperiment, der bruges som sammenligningsstandard. Kontrolgruppen udsættes ikke for den eksperimentelle behandling, og den bruges til at afgøre, om resultaterne af forsøget skyldes behandlingen eller en anden faktor.
En variabel er enhver faktor, der kan ændre sig i et eksperiment. Der er to typer variabler: uafhængige variable og afhængige variable. Den uafhængige variabel er den faktor, der manipuleres af forsøgslederen, mens den afhængige variabel er den faktor, der måles.