الأهداف
الأهداف
- توضح خطوات الطرائق العلمية.
- تقارن بين المتغيرات والثوابت في التجارب العلمية.
- توضح كيفية ضبط المتغيرات في أثناء التجربة العلمية.
الأهمية
تساعدنا الطرائق العلمية على حل أنواع مختلفة من المشكلات.
مراجعة المفردات
التحليل: تجزئة الشيء ودراسته بمكوناته من أجل التوصل إلى فهم شامل.
حل المشكلات بطريقة علمية
الطرائق العلمية
اتبعنا في الدرس السابق عدة خطوات لكي نتعرف قطعة الفخار التي عثر عليها في الحفريات.
هل يمكنك ترتيب تلك الخطوات؟ وماذا كانت النتيجة؟
مثل تلك الخطوات التي تتبع في حل المشكلات هي ما يسمى الطرائق العلمية Scientific Methods.
ويوضح الشكل 5 الخطوات الأساسية المتبعة عادة في الطرائق العلمية، وإن كان ترتيب هذه الخطوات قد يختلف من حالة إلى أخرى.
ماذا قرأت؟
ما أهمية الطرائق العلمية؟
الإجابة:
تساعد الطرائق العلمية على حل المشكلات بطريقة منظمة، والوصول إلى نتائج يمكن اختبارها والتحقق منها.
الصورة المرتبطة:
`خطوات_الطرائق_العلمية.png`
الشكل 5
يوضح الشكل إحدى طرائق حل المشكلة العلمية، أو الإجابة عن سؤال ما.
خطوات الطرائق العلمية كما في الشكل:
- تحديد المشكلة.
- الملاحظة.
- وضع فرضية.
- اختبار الفرضية.
- التخطيط للتجربة.
- تنفيذ التجربة.
- جمع البيانات.
- تحليل البيانات.
- استخلاص النتائج، الاستنتاج.
- التواصل في النتائج.
تحديد المشكلة
رغم كل ما درسناه في مادة العلوم في السنوات السابقة فإننا لا نزال في حاجة إلى دراسة المزيد لنتعرف العالم من حولنا.
لقد شاهد أحد الطلاب نباتًا ذابلًا على شرفة غرفته، فسقاه بالماء، وفي نهاية اليوم لاحظ انتعاش أوراقه، فتوصل إلى أهمية الماء لنمو النباتات. فأخذ يسقيه بالماء كل يوم.
وبعد عدة أسابيع لاحظ اصفرار الأوراق وتحولها إلى اللون البني، فتساءل:
لماذا يحدث ذلك للنبات مع أنه يوفر له الماء الذي يحتاج إليه؟
لقد حدد الطالب المشكلة، ولكي يحلها وضع خطة يرجع فيها إلى مصادر تزوده بالمعلومات، كما يوضح الشكل 6.
ماذا قرأت؟
ما الخطوة الأولى في الطريقة العلمية لحل مشكلة ما؟
الإجابة:
تحديد المشكلة.
الملاحظة
تتضمن الملاحظة Observation الحصول على المعلومات باستخدام الحواس، أو بمساعدة أدوات القياس.
ولجمع المعلومات، قد زار الطالب المكتبة، واستخدم الحاسوب، وتحدث إلى المعلم. وقد لاحظ الطالب سقوط بعض أوراق النبات، وكذلك تغير لون الساق. وبمرور الوقت لاحظ تجمع مادة بيضاء ذات رائحة على التربة بجانب النبات. وعند إدخال إصبعه في التربة وجدها رطبة.
كثيرًا ما تؤدي الملاحظات إلى توقعات؛ فقد يتوقع الطالب مما لاحظه مثلًا أن المبالغة في ري النبات هي السبب في ذبوله واصفرار أوراقه.
الصورة المرتبطة:
`جمع_المعلومات_لحل_المشكلة.png`
الشكل 6
جمع المعلومات من المكتبة والإنترنت يسهم في حل المشكلة.
اذكر
مصادر معلومات أخرى بالإضافة إلى المكتبة والإنترنت.
تكوين الفرضيات
بعد تحديد المشكلة يبدأ تكوين العالم فرضية. وقد يطرح سؤالًا محددًا حول هذه المشكلة.
الفرضية Hypothesis: تخمين علمي عن كيفية ارتباط المتغيرات بعضها ببعض.
ويوضح الشكل 8 صفحة 27 كيف تبنى الفرضية في ضوء الملاحظات والبحوث والمعرفة السابقة حول المشكلة.
ويمكن تكوين أكثر من فرضية للمشكلة الواحدة. فقد يضع الطالب، بعدما لاحظه، الفرضية التالية:
تنمو النبتة أفضل عند ريها بالماء مرة واحدة كل أسبوع.
لا بد من إجراء تجربة لكي تختبر الفرضية. ففي حالة ذبول النبات قد يجري التجربة الموضحة في الشكل 7.
في هذه التجربة هناك عامل يتغير باستمرار، وهو عدد مرات ري النباتات أسبوعيًا، ويسمى هذا العامل المتغير المستقل Independent Variable.
أما نمو النبات فهو المتغير التابع Dependent Variable، وهو المتغير أو الناتج الذي تريد أن تقيسه في التجربة.
ماذا قرأت؟
ما المتغير التابع في التجربة؟
الإجابة:
نمو النبات.
اختبار الفرضيات
عند اختبار الفرضيات يراعى ما يلي:
التخطيط للتجربة
عند اختبار الفرضيات يتم اختيار متغير واحد وتثبيت العوامل الأخرى دون تغيير، وتسمى هذه العوامل الثوابت Constants.
وفي تجربة النبات فإن:
- نوع النبات ثابت.
- حجم النبات ثابت.
- نوع التربة ثابت.
- كمية الأوعية المستخدمة ثابتة.
- مقدار الإضاءة المتوافرة ثابت.
وفي بعض التجارب قد يستعمل أحد العوامل معيارًا للمقارنة، ويسمى العامل الضابط Control.
فإذا أراد الطالب مثلًا أن يدرس مكونات التربة، فسوف يحتاج إلى عينة منها، ثم يقارن البيانات التي يحصل عليها ببيانات تحليل تربة أخرى معروفة مسبقًا.
إجراء التجربة
جمع الطالب المواد التي يحتاج إليها لاختبار فرضيته، ووضع خطة ليتبعها.
استخدم ثلاثة أصص متماثلة مزروعًا فيها النوع نفسه من النبات:
- النبات أ: تتم ريه مرة واحدة عند بدء التجربة.
- النبات ب: تتم ريه بالماء يوميًا.
- النبات ج: تتم ريه بالماء مرة واحدة أسبوعيًا.
وصمم الطالب جدولًا لتسجيل بياناته شمل:
- رمز كل نبات.
- عدد مرات ريه.
- طول كل نبتة.
- مدى تغير لونها.
- عدد الأوراق الساقطة إن وجدت.
وذلك طوال فترة التجربة التي استمرت شهرًا كاملًا.
الصورة المرتبطة:
`تأثير_عدد_مرات_الري_في_نمو_النباتات.png`
الشكل 7
تأثير الري في نمو النباتات.
يوضح نقص الماء أو زيادته أهمية كل العوامل ما عدا عدد مرات الري للنبات.
أوضحت التجربة تأثير عدد مرات الري في نمو النبات.
الملاحظة والاستنتاج
الخطوات
- تأمل الشكل أعلى الصفحة، وهو جزء من صورة أكبر.
- سجل في دفتر العلوم كل ما تلاحظه في هذا الشكل.
التحليل
- ماذا تستنتج حين تنظر إلى هذا الشكل؟
- قارن استنتاجاتك بالشكل الموجود في مراجعة الفصل إلى أن تتأكد من أن استنتاجاتك صحيحة.
الصورة المرتبطة:
`الملاحظة_والاستنتاج_رجل_عند_النافذة.png`
الفرضية
كثيرًا ما يكون تكوين الفرضيات مبنيًا على ملاحظة من أسباب تصدرها. فمن ذلك ما حدث لإحدى الباحثات في أثناء ملاحظتها سلوك الفيلة في حديقة الحيوان.
لقد شعرت هذه الباحثة بذبذبات ضئيلة في الهواء، كما لاحظت تحرك أنثى الفيلة نحو أفرادها تحت سمعية ذات ذبذبات منخفضة لا تلتقطها الأذن البشرية، لكي تتواصل بها بينها عبر المسافات الطويلة.
ولكي تختبر الباحثة فرضيتها استعملت جهازًا ذا مواصفات خاصة لتسجيل الذبذبات وقياسها عند قطيع من الفيلة في حديقة الحيوان.
وأوضحت الذبذبات الإلكترونية التي سجلها الجهاز أن الفيلة تصدر نظمًا صوتية ذات ترددات منخفضة جدًا.
ولاختبار الفرضية بشكل أدق، سافرت الباحثة برفقة فريق بحثي إلى إفريقيا، وقامت بتسجيل الذبذبات تحت السمعية التي تصدرها الفيلة في بيئاتها الطبيعية.
عندما قامت الباحثة بتشغيل الجهاز على بعد ميلين من قطيع إناث الفيلة، وأظهرت السجلات صوتيًا واحدًا لأصوات الفيلة، صمتت الإناث وتمكنت في أماكنها.
اختارت الباحثة تسجيلًا آخر من الفيلة ليكون مجموعة ضابطة، فجاءت مجموعة ضابطة للصوت، وقد لوحظ أنها سلكت سلوكًا عاديًا، ولم تظهر أي استجابة أو سلوك مختلف.
في ضوء النتائج دعمت الباحثة صحة فكرتها أن الفيلة تصدر أصواتًا تحت سمعية للتواصل فيما بينها.
الصورة المرتبطة:
`الفرضية_تواصل_الفيلة_بالذبذبات.png`
الشكل 8
مثال على تكوين الفرضيات بناءً على الملاحظات العلمية.
تحليل البيانات
في أي تجربة علمية يتم جمع البيانات، ثم تحليلها.
ويختلف نوع البيانات من تجربة إلى أخرى؛ فقد تكون بعض هذه البيانات مقادير كمية، ومنها طول جسم معين، ودرجة حرارة سائل، وبعضها يتم التعبير عنه بمصطلحات مثل: أسرع من، أبطأ من، أكثر بياضًا، أشد قساوة، وهكذا.
وعلى من ينفذ التجربة أن يسجل هذه البيانات ويدرسها بدقة قبل أن يستخلص النتائج.
وقد لوحظ في التجربة السابقة أن النبات الذي روي مرة واحدة أصابه الذبول الشديد وسقطت جميع أوراقه، والنبات الذي روي يوميًا أصابه الذبول معظم أوراقه، أما النبات الذي كان يروى أسبوعيًا فقد نما بصورة جيدة، وكانت أوراقه نضرة خضراء.
استخلاص النتائج: الاستنتاج
بعد تنفيذ التجربة وجمع البيانات وتحليلها يتم استخلاص النتائج.
في التجربة السابقة كان ذبول النبات عائدًا إلى عدم ريه أو إلى المبالغة في ريه. وهكذا فقد استخلص الطالب من هذه التجربة أن المناسب لنمو هذا النبات بشكل جيد، في ظل هذه الظروف والمعطيات، هو أن يروى مرة واحدة كل أسبوع.
الاستنتاج: هو النتيجة المستخلصة من التجربة.
التواصل في النتائج
عندما عرض الطالب نتائج تجربته طلب إليه المعلم أن يعيدها مرة أخرى للتأكد من صحة استنتاجاته.
وقد أعاد الطالب التجربة بكل خطواتها، وخرج بالنتائج نفسها، مما عزز ثقته فيها وفي صحتها، وأتاح له أن يقدمها بثقة إلى زملائه في اليوم العلمي، لكي يطلعوا عليها، ويعيدوا إجراءها للتأكد من مدى صحتها ودقة نتائجها.
وهذه هي مهارة التواصل مع الآخرين التي يمارسها العلماء أيضًا عندما ينشرون نتائج أبحاثهم وتجاربهم على الآخرين في المجلات العلمية المتخصصة؛ للاستفادة منها والبناء عليها.
ويوضح الجدول 1 النتائج التي توصل إليها أحد الطلاب عندما أجرى تجربة مشابهة، ويبين توافقها مع نتائج التجربة الأولى.
الصورة المرتبطة:
`جدول_طول_النبات_سم.png`
الجدول 1: طول النبات سم
| الأسبوع | النبات أ | النبات ب | النبات ج |
| ------- | -------: | -------: | -------: |
| 1 | 10.5 | 10.3 | 10.8 |
| 2 | 10.7 | 11.2 | 12.6 |
| 3 | 9.2 | 12.0 | 14.6 |
| 4 | 5.1 | 12.4 | 15.5 |
مراجعة الدرس 2
الخلاصة
الطرائق العلمية
- تتضمن الطرائق العلمية خطوات منظمة تتبع في أثناء الاستقصاء العلمي.
تعريف المشكلة وتحديدها
- تحديد المشكلة هو الخطوة الأولى في الاستقصاء العلمي.
تكوين الفرضية
- الفرضية عبارة يمكن اختبارها.
- يتم اختبار الفرضيات بإجراء تجارب يتم فيها تثبيت بعض عواملها، وقياس عوامل أخرى متغيرة.
تحليل البيانات واستخلاص النتائج والتواصل
- يتضمن تحليل البيانات إجراء حسابات وإنشاء رسوم بيانية.
- في ضوء تحليل البيانات يتم استخلاص النتائج، ومن ثم التواصل بها مع الآخرين.
اختبر نفسك
- ما الخطوات المتبعة في أي طريقة علمية؟
- وضح كيف تختلف الملاحظات عن الاستنتاجات؟
- قارن بين العامل الثابت والعامل المتغير في التجربة.
- قوّم: ما أهمية تكرار إجراء التجربة العلمية؟
- التفكير الناقد: قال إسحق نيوتن: "لقد رأيت أبعد من غيري؛ لأنني وقفت على أكتاف العمالقة من العلماء الذين سبقوني". ترى، ما الذي كان يعنيه نيوتن بقوله هذا؟
- تطبيق المهارات: استخدام المتغيرات والضوابط. فكر في متغير مستقل آخر يمكن أن يؤثر في نمو النبات الذي خضع للتجربة السابقة في هذا الدرس، وصمم تجربة لاختبار تأثير هذا المتغير.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.