ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์และทักษะทางวิทยาศาสตร์

ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์และทักษะทางวิทยาศาสตร์

วิทยาศาสตร์เป็นเรื่องของการเรียนรู้เกี่ยวกับธรรมชาติ  โดยมนุษย์ใช้กระบวนการสังเกต  สำรวจ  ตรวจสอบ  ทดลองเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ  และนำผลมาจัดเป็นระบบหลักการ  แนวคิดและทฤษฎี  แนวคิดและทฤษฎี  ดังนั้น ทักษะวิทยาศาสตร์  จึงเป็นการปฏิบัติเพื่อให้ได้มาซึ่งคำตอบในข้อสงสัยหรือข้อสมมติฐานต่าง ๆ ของมนุษย์ตั้งไว้

ทักษะทางวิทยาศาสตร์ ประกอบด้วย

1.การสังเกตเป็นวิธีการได้มาของข้อสงสัย รับรู้ข้อมูล พิจารณาข้อมูลจากปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดขึ้น

2. ตั้งสมมติฐานเป็นการการระดมความคิด สรุปสิ่งที่คาดว่าจะเป็นคำตอบของปัญหาหรือข้อสงสัยนั้น ๆ

3. ออกแบบการทดลองเพื่อศึกษาผลของตัวแปรที่ต้องศึกษาโดยควบคุมตัวแปรอื่น ๆ     ที่อาจมีผลต่อตัวแปรที่ต้องการศึกษา

4.ดำเนินการทดลองเป็นการจักกระทำกับตัวแปรที่กำหนดซึ่งได้แก่ ตัวแปรต้น ตัวแปรตาม และตัวแปรที่ต้องควบคุม

5. รวบรวมข้อมูลเป็นการบันทึกรวบรวมผลการทดลองหรือผลจากการกระทำของตัวแปร  ที่กำหนด

6.แปลและสรุปผลการทดลอง

ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ประกอบด้วย 13 ทักษะ  ดังนี้

          1.  ทักษะขั้นมูลฐาน 8 ทักษะ ได้แก่

1.1  ทักษะการสังเกต ( Observing )

1.2  ทักษะการวัด ( Measuring )         

1.3  ทักษะการจำแนกหรือทักษะการจัดประเภทสิ่งของ ( Classifying )

1.4  ทักษะการใช้ความสัมพันธ์ระหว่างสเปสกับเวลา( Using Space/Relationship )

1.5  ทักษะการคำนวณและการใช้จำนวน ( Using Numbers )

1.6  ทักษะการจัดกระทำและสื่อความหมายข้อมูล ( Communication )

1.7  ทักษะการลงความเห็นจากข้อมูล ( Inferring )

1.8  ทักษะการพยากรณ์ ( Predicting )

     2. ทักษะขั้นสูงหรือทักษะขั้นผสม 5 ทักษะ ได้แก่

2.1 ทักษะการตั้งสมมุติฐาน ( Formulating Hypothesis )

2.2 ทักษะการควบคุมตัวแปร ( Controlling Variables )

2.3 ทักษะการตีความและลงข้อสรุป ( Interpreting data )

2.4 ทักษะการกำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการ ( Defining Operationally )

2.5 ทักษะการทดลอง ( Experimenting )

รายละเอียดทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ทั้ง 13 ทักษะ มีรายละเอียดโดยสรุปดังนี้

ทักษะการสังเกต (Observing) หมายถึง การใช้ประสาทสัมผัสทั้ง 5 ในการสังเกต ได้แก่ ใช้ตาดูรูปร่าง ใช้หูฟังเสียง ใช้ลิ้นชิมรส ใช้จมูกดมกลิ่น และใช้ผิวกายสัมผัสความร้อนเย็น หรือใช้มือจับต้องความอ่อนแข็ง เป็นต้น การใช้ประสาทสัมผัสเหล่านี้จะใช้ทีละอย่างหรือหลายอย่างพร้อมกัน เพื่อรวบรวมข้อมูลก็ได้โดยไม่เพิ่มความคิดเห็นของผู้สังเกตลงไป

ทักษะการวัด (Measuring) หมายถึง การเลือกและการใช้เครื่องมือวัดปริมาณของสิ่งของออกมาเป็นตัวเลขที่แน่นอนได้อย่างเหมาะสม และถูกต้องโดยมีหน่วยกำกับเสมอในการวัดเพื่อหาปริมาณของสิ่งที่วัดต้องฝึกให้ผู้เรียนหาคำตอบ 4 ค่า คือ จะวัดอะไร วัดทำไม ใช้เครื่องมืออะไรวัดและจะวัดได้อย่างไร

ทักษะการจำแนกหรือทักษะการจัดประเภทสิ่งของ (Classifying) หมายถึง การแบ่งพวกหรือการเรียงลำดับวัตถุ หรือสิ่งที่อยู่ในปรากฏการณ์โดยการหาเกณฑ์หรือสร้างเกณฑ์ในการจำแนกประเภท ซึ่งอาจใช้เกณฑ์ความเหมือนกัน ความแตกต่างกัน หรือความสัมพันธ์กันอย่างใดอย่างหนึ่งก็ได้ ซึ่งแล้วแต่ผู้เรียนจะเลือกใช้เกณฑ์ใด นอกจากนี้ควรสร้างความคิดรวบยอดให้เกิดขึ้นด้วยว่าของกลุ่มเดียวกันนั้น อาจแบ่งออกได้หลายประเภท ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเกณฑ์ที่เลือกใช้ และวัตถุชิ้นหนึ่งในเวลาเดียวกันจะต้องอยู่เพียงประเภทเดียวเท่านั้น

ทักษะการใช้ความสัมพันธ์ระหว่างสเปสกับเวลา (Using Space/Relationship) หมายถึง การหาความสัมพันธ์ระหว่างมิติต่างๆ ที่เกี่ยวกับสถานที่ รูปทรง ทิศทาง ระยะทาง พื้นที่ เวลา ฯลฯ เช่น การหาความสัมพันธ์ระหว่าง สเปสกับสเปส คือ การหารูปร่างของวัตถุโดยสังเกตจากเงาของวัตถุ เมื่อให้แสงตกกระทบวัตถุในมุมต่างๆกัน ฯลฯ

การหาความสัมพันธ์ระหว่าง เวลากับเวลา เช่น การหาความสัมพันธ์ระหว่างจังหวะการแกว่งของลูกตุ้มนาฬิกากับจังหวะการเต้นของชีพจร ฯลฯ

การหาความสัมพันธ์ระหว่าง สเปสกับเวลา เช่น การหาตำแหน่งขอวัตถุที่เคลื่อนที่ไปเมื่อเวลาเปลี่ยนไป ฯลฯ

ทักษะการคำนวณและการใช้จำนวน (Using Numbers) หมายถึง การนำเอาจำนวนที่ได้จากการวัด การสังเกต และการทดลองมาจัดกระทำให้เกิดค่าใหม่ เช่น การบวก ลบ คูณ หาร การหาค่าเฉลี่ย การหาค่าต่างๆ ทางคณิตศาสตร์ เพื่อนำค่าที่ได้จากการคำนวณ ไปใช้ประโยชน์ในการแปลความหมาย และการลงข้อสรุป ซึ่งในทางวิทยาศาสตร์เราต้องใช้ตัวเลขอยู่ตลอดเวลา เช่น การอ่าน เทอร์โมมิเตอร์ การตวงสารต่าง ๆเป็นต้น                                

ทักษะการจัดกระทำและสื่อความหมายข้อมูล (Communication) หมายถึงการนำเอาข้อมูล ซึ่งได้มาจากการสังเกต การทดลอง ฯลฯ มาจัดกระทำเสียใหม่ เช่น นำมาจัดเรียงลำดับ หาค่าความถี่ แยกประเภท คำนวณหาค่าใหม่ นำมาจัดเสนอในรูปแบบใหม่ ตัวอย่างเช่น กราฟ ตาราง แผนภูมิ แผนภาพ วงจร ฯลฯ การนำข้อมูลอย่างใดอย่างหนึ่ง หรือหลาย ๆ อย่างเช่นนี้เรียกว่า การสื่อความหมายข้อมูล

ทักษะการลงความเห็นจากข้อมูล (Inferring) หมายถึง การเพิ่มเติมความคิดเห็นให้กับข้อมูลที่มีอยู่อย่างมีเหตุผลโดยอาศัยความรู้หรือประสบการณ์เดิมมาช่วย ข้อมูลอาจจะได้จากการสังเกต การวัด การทดลอง การลงความเห็นจากข้อมูลเดียวกันอาจลงความเห็นได้หลายอย่าง

ทักษะการพยากรณ์ (Predicting) หมายถึง การคาดคะเนหาคำตอบล่วงหน้าก่อนการทดลองโดยอาศัยข้อมูลที่ได้จากการสังเกต การวัด รวมไปถึงความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรที่ได้ศึกษามาแล้ว หรืออาศัยประสบการณ์ที่เกิดซ้ำ ๆ

ทักษะการตั้งสมมุติฐาน (Formulating Hypothesis) หมายถึง การคิดหาค่าคำตอบล่วงหน้าก่อนจะทำการทดลอง โดยอาศัยการสังเกต ความรู้ ประสบการณ์เดิมเป็นพื้นฐาน คำตอบที่คิดล่วงหน้ายังไม่เป็นหลักการ กฎ หรือทฤษฎีมาก่อน คำตอบที่คิดไว้ล่วงหน้านี้ มักกล่าวไว้เป็นข้อความที่บอกความสัมพันธ์ ระหว่างตัวแปรต้นกับตัวแปรตามเช่น ถ้าแมลงวันไปไข่บนก้อนเนื้อ หรือขยะเปียกแล้วจะทำให้เกิดตัวหนอน

ทักษะการควบคุมตัวแปร (Controlling Variables) หมายถึงการควบคุมสิ่งอื่น ๆ นอกเหนือจากตัวแปรอิสระ ที่จะทำให้ผลการทดลองคลาดเคลื่อน ถ้าหากว่าไม่ควบคุมให้เหมือนๆกัน และเป็นการป้องกันเพื่อมิให้มีข้อโต้แย้ง ข้อผิดพลาดหรือตัดความไม่น่าเชื่อถือออกไป

ตัวแปรแบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ

1.  ตัวแปรอิสระหรือตัวแปรต้น

2.   ตัวแปรตาม

3.   ตัวแปรที่ต้องควบคุม

ทักษะการตีความและลงข้อสรุป ( Interpreting data ) 

ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของลักษณะตาราง  รูปภาพ กราฟ ฯลฯ การนำข้อมูลไปใช้จึงจำเป็นต้องตีความให้สะดวกที่จะสื่อความหมายได้ถูกต้องและเข้าใจตรงกัน

การตีความหมายข้อมูล คือ การบรรยายลักษณะและคุณสมบัติ

การลงข้อสรุป คือ การบอกความสัมพันธ์ของข้อมูลที่มีอยู่ เช่น ถ้า ความดันน้อย น้ำจะเดือด ที่อุณหภูมิต่ำหรือน้ำจะเดือดเร็ว ถ้าความดันมากน้ำจะเดือดที่อุณหภูมิสูงหรือน้ำจะเดือดช้าลง

ทักษะการกำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการ (Defining Operationally) หมายถึง การกำหนดความหมาย และขอบเขตของคำต่าง ๆที่มีอยู่ในสมมุติฐานที่จะทดลองให้มีความรัดกุม เป็นที่เข้าใจตรงกันและสามารถสังเกตและวัดได้ เช่น “การเจริญเติบโต” หมายความว่าอย่างไร ต้องกำหนดนิยามให้ชัดเจน เช่น การเจริญเติบโดหมายถึง มีความสูงเพิ่มขึ้น เป็นต้น

ทักษะการทดลอง (Experimenting) หมายถึง กระบวนการปฏิบัติการโดยใช้ทักษะต่าง ๆ เช่น การสังเกต การวัด การพยากรณ์ การตั้งสมมุติฐาน ฯลฯ มาใช้ร่วมกันเพื่อหาคำตอบ หรือทดลองสมมุติฐานที่ตั้งไว้ ซึ่งประกอบด้วยกิจกรรม 3 ขั้นตอน

1.    การออกแบบการทดลอง

2.    การปฏิบัติการทดลอง

3.    การบันทึกผลการทดลอง

การใช้กระบวนการวิทยาศาสตร์ แสวงหาความรู้ หรือแก้ปัญหาอย่างส่ำเสมอ ช่วยพัฒนาความคิดสร้างสรรค์ทางวิทยาศาสตร์ เกิดผลผลิตหรือผลิตภัณฑ์ทางวิทยาศาสตร์ เกิดผลผลิตหรือผลิตภัณฑ์ทางวิทยาศาสตร์ ที่แปลกใหม่ และมีคุณค่าต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์มากขึ้น

คุณลักษณะของบุคคลที่มีจิตวิทยาศาสตร์ 6 ลักษณะ

1.  เป็นคนที่มีเหตุผล

1)  จะต้องเป็นคนที่ยอมรับ และเชื่อในความสำคัญของเหตุผล

2)  ไม่เชื่อโชคลาง คำทำนาย หรือสิ่งศักดิ์สิทธิ์ต่าง ๆ

3)  ค้นหาสาเหตุของปัญหาหรือเหตุการณ์และหาความสัมพันธ์ของสาเหตุกับผลที่เกิดขึ้น

4)  ต้องเป็นบุคคลที่สนใจปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้น และจะต้องเป็นบุคคลที่พยายามค้นหาคำตอบว่า ปรากฏการณ์ต่าง ๆ นั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร  และทำไมจึงเกิดเหตุการณ์เช่นนั้น

2.  เป็นคนที่มีความอยากรู้อยากเห็น

1)  มีความพยายามที่จะเสาะแสวงหาความรู้ในสถานการณ์ใหม่ ๆ อยู่เสมอ

2)  ตระหนักถึงความสำคัญของการแสวงหาข้อมูลเพิ่มเติมเสมอ

3)  จะต้องเป็นบุคคลที่ชอบซักถาม ค้นหาความรู้โดยวิธีการต่าง ๆ อยู่เสมอ

3.  เป็นบุคคลที่มีใจกว้าง

1)  เป็นบุคคลที่กล้ายอมรับการวิพากษ์วิจารณ์จากบุคคลอื่น

2)  เป็นบุคคลที่จะรับรู้และยอมรับความคิดเห็นใหม่ ๆ อยู่เสมอ

3)  เป็นบุคคลที่เต็มใจที่จะเผยแพร่ความรู้และความคิดให้แก่บุคคลอื่น

4)  ตระหนักและยอมรับข้อจำกัดของความรู้ที่ค้นพบในปัจจุบัน

4.  เป็นบุคคลที่มีความซื่อสัตย์ และมีใจเป็นกลาง

1)  เป็นบุคคลที่มีความซื่อตรง อดทน ยุติธรรม และละเอียดรอบคอบ

2)  เป็นบุคคลที่มีความมั่นคง หนักแน่นต่อผลที่ได้จากการพิสูจน์

3)  สังเกตและบันทึกผลต่าง ๆ อย่างตรงไปตรงมา ไม่ลำเอียง และมีอคติ

5.  มีความเพียรพยายาม

1)  ทำกิจกรรมที่ได้รับมอบหมายให้เสร็จสมบูรณ์

2)  ไม่ท้อถอยเมื่อผลการทดลองล้มเหลว หรือมีอุปสรรค

3)  มีความตั้งใจแน่วแน่ต่อการค้นหาความรู้

6.  มีความละเอียดรอบคอบ

1)  รู้จักใช้วิจารณญาณก่อนที่จะตัดสินใจใด ๆ

2)  ไม่ยอมรับสิ่งหนึ่งสิ่งใดจนกว่าจะมีการพิสูจน์ที่เชื่อถือได้

3)  หลีกเลี่ยงการตัดสินใจ และการสรุปผลที่ยังไม่มีการวิเคราะห์แล้วเป็นอย่างดี