الطرائق العلمية

الطريقة العلمية Scientific Method **

الطريقة العلمية هي عملية للتجريب تستخدم للإجابة عن الأسئلة و استكشاف الملاحظات،  والخطوات المستخدمة فيها تتضمن مجموعة من العمليات يمكن استخدامها لحل المشكلات منطقيا في مجالات مختلفة من الحياة.

نماذج مختلفة من الطريقة العلمية :Different Forms of the Scientific Method **

الجانب المحير من العلوم هو إن كل مجالات العلوم لا تصل إلى الاستنتاجات بالطريقة نفسها ؛ فالعلوم الفيزيائية مثل الفيزياء و الكيمياء تستخدم نماذج مختلفة من الطريقة العلمية فهي تقوم بتجارب لجمع البيانات الرقمية التي يمكن اشتقاق العلاقات منها وعمل الاستنتاجات، أما العلوم الوصفية كعلم الحيوان و الانثربولوجيا (علم الإنسان) تستخدم الطريقة التي تتضمن جمع معلومات من خلال الملاحظة البصرية أو المقابلة. ولكن المشترك بين هذه العلوم كلها هو بناء الفرضيات لشرح الملاحظات و جمع البيانات و اشتقاق الاستنتاجات بناءً عليها لإثبات الفرضية الأصلية أو نفيها ,و الاختلاف  بينها في كيفية جمع البيانات ومعالجتها.
   بيانات العلوم الفيزيائية هي الأرقام وغالبا ما يتم تمثيلها على الرسوم البيانية التي يمكن استخدامها لاشتقاق المعادلات التي يمكن من خلالها التوصل للتوقعات، أما البيانات بالنسبة لعالم الإنثربولوجي قد تكون مقابلة تم تسجيلها، ويمكن مقارنة المقابلات مع المعلومات الأخرى المتعلقة، ولذلك فالفرق بين العلوم الفيزيائية ( التي تستخدم الأرقام للقياس وحساب النتائج)والعلوم الوصفية ( التي تستخدم الوصف) هو في  الوصول إلى النتائج، وإذا  لم تكن واعيا لهذه الاختلافات فقد تكتب تقريرا  لمشروعك العلمي يعرض ما تعرفه حول الموضوع فقط بدلا من الإجابة عن الأسئلة بالطريقة التجريبية حول الملاحظات التي قمت بها . تفترض المعلومات أدناه أنك تقوم بمشروع علمي تجريبي تستخدم فيه الطريقة التجريبية لجمع البيانات أو اختبار الفرضيات.


الطريقة التجريبية العلمية The Experimental Scientific Method : **

ستساعدك الخطوات الآتية على فحص الملاحظات بطريقة منظمة باستخدام الطريقة التجريبية ولا يمكن التعامل مع الأسئلة كلها بهذه الطريقة, إنما يجب عليك اختيار سؤال أو مشكلة يمكن صياغتها على شكل فرضيات قابله للفحص، وتسمى الاختبارات التي تستخدم لفحص الفرضيات "التجارب ". و لتصميم تجارب مناسبة يجب عليك التنبؤ بالأشياء التي تؤثر على النظام الذي تريد فحصه وتسمّى المتغيرات؛ وهذا يتطلب منك التفكير وجمع المعلومات ودراسة الحقائق الموجودة المتعلقة بمشكلتك، وعند أدائك للتجربة ستقوم بتسجيل البيانات التي تقيس تأثير المتغيرات، حيث ستحتاج إلى هذه البيانات عند حسابك للنتائج , ويتم عرض النتائج على شكل جداول أو رسوم بيانيه وستوضح لك هذه النتائج الاتجاهات المتعلقة بكيفية تأثير المتغيرات في النظام الذي كنت تعمل عليه، واستنادا على هذه الاتجاهات يمكنك التوصل إلى الاستنتاجات الخاصة بالفرضيات التي قمت بوضعها؛ فوجود علاقة السبب والتأثير في الطبيعة هو ما يجعل التجربة العلمية ممكنة، ويمكن التحقق من الفرضيات فقط باستخدام الطريقة العلمية،  في حالة وجود علاقة السبب والتأثير بين المتغيرات التي اخترتها والنظام الذي تدرسه .التجربة العلمية في الواقع هي البحث عن علاقة السبب والتأثير في الطبيعة، وأفضل توقعاتك لهذه العلاقة هي الفرضيات . وستسمح لك خلاصتك  توقع نتائج علاقات السبب والتأثير مستقبلا. وإذا استطعت ذلك يمكنك توظيف التأثير لعمل أشياء كثيرة، والتكنولوجيا هي المجال الذي يطبق نتائج العلوم لإنتاج الآلات وعمل الأشياء لنا .
خطوات عمل مشروع علمي تجريبي Steps in Doing an Experimental Science Project  **:

خطوات الطريقة التجريبية العلمية هي : الملاحظات، والفرضيات ،والتجربة المتحكم بها , والاستنتاجات/الخلاصة , وفيما يأتي شرح لهذه الخطوات :
1 – الملاحظات الأولية **:Initial Observation

 عند قيامك بتنفيذ تجربة ما تلاحظ أشياء مختلفة، وتتساءل عن سبب وكيفية حدوثها؛ لذا عليك تدوين ما تلاحظه كله بدقة، ووضع أسئلة حوله، والشيء الذي تقوم باختباره .

2-جمع المعلومات  **:Information Gathering

اجمع معلومات عن الموضوع الذي تريد فحصه من خلال قراءتك الكتب والمجلات أو سؤال المختصين ( الأشخاص ذو الخبرة) لتتعرف مجال دراستك، واستمر في متابعة المصادر التي حصلت منها على المعلومات.

3- ضع عنوانا للمشروع **:Title the Project

 اختر عنوانا يصف الشيء الذي تختبره، ويجب أن يكون العنوان قصيرا، ويلخص ما سيتعامل معه الاستكشاف.

4-اذكر الغرض من المشروع   **:State the Purpose of the Project

   ما الذي تود الحصول عليه؟ اكتب عبارة تصف ماذا تريد القيام به مستخدما ملاحظاتك وأسئلتك التي أعددتها .

5-حدد المتغيرات **:Identify Variables

   بناء على المعلومات التي جمعتها، قم بوضع توقعاتك حول الأشياء التي تؤثر على النظام الذي تعمل به، وحدد المتغيرات قبل أن تبني الفرضية .

6-ضع فرضية   **:Make an Hypothesis

عند معرفتك بالمتغيرات ذات العلاقة بموضوع التجربة يجب عليك التفكير في طرق تغيير أحد هذه المتغيرات في كل مرة؛ لأنك إذا غيرت أكثر من واحد في كل مرة فلن تعرف أي من المتغيرات كان سببا لملاحظاتك، وأحيانا تكون المتغيرات مرتبطة بعضها ببعض، و تعمل معا لتسبب شيئا ما؛ لذا حاول في البداية اختيار المتغيرات التي تعتقد أنها تعمل مستقلة عن المتغيرات الأخرى، وعند هذه النقطة تكون مستعدا لترجمة أسئلتك إلى فرضيات (الفرضية هي السؤال الذي يتم صياغته بشكل يمكن فحصه لاختباره بالتجربة). ضع قائمة لإجاباتك عن الأسئلة التي وضعتها بناء على المتغيرات التي حددتها، ويمكن أن تكون هذه القائمة مجموعة من العبارات تفسر الأشياء التي لاحظتها، وغالبا ما تكون هناك فرضية واحدة لكل سؤال لديك، ويجب عليك أداء تجربة واحدة لكل فرضية وهذه الخطوة مهمة جدا، وأن أمكنك اسأل مختصا ليطلع على الفرضيات التي وضعتها.
 
7- صمم تجربة لاختبار فرضياتك:** Design Experiments to Test Your Hypothesis

 صمم تجربة لفحص لكل فرضية، وذلك بإعداد قائمة تتضمن الخطوات الإجرائية للتجربة . ولكي تحصل على إجابات موثوق بها عن طريق التجربة ينبغي أن يكون للتجربة ضوابط محددة، وهي عبارة عن تجربة إضافية منفصلة لا يتم فيها تغيير المتغيرات التجريبية ويمكن اعتبارها نقطة مرجعية للمقارنة بينها وبين نتائج تأثير أحد المتغيرات في التجربة. وقد تكون هذه التجربة أصعب خطوة في المشروع حيث إنه بدونها لا يمكن التأكد من أن تغيير المتغير هو سبب في ملاحظتك وتسمى هذه التجربة ( التجربة الضابطة ) .
 يتم عمل التجارب عدة مرات لضمان الحصول على النتائج نفسها في كل مرة، مما يعني أن نتائجك موثوق بها ونسبة الأخطاء بها قليل .
8- بعض الإرشادات للإجراءات التجريبية :**   Some Guidelines for Experimental Procedures
- اختر شيئا واحدا لتغيره في كل تجربة، والأشياء التي يتم تغييرها تسمى المتغيرات .
- غير الشيء الذي سيساعدك على الإجابة عن أسئلتك .
- يجب أن توضح الخطوات الإجرائية حول كيفية تغيير المتغير وقياس مقدار التغيير .
- يجب أن يكون لكل تجربه ضابط ( تجربة ضابطة ) للمقارنة بينها وبين تأثير المتغير.
9- احصل على المواد و الأجهزة  : ** Obtain Materials and Equipment

   قم بإعداد قائمه بالأشياء التي تحتاجها لإجراء التجربة، واعمل على تحضيرها؛ فإذا احتجت جهازا معينا غير متوافر يمكنك استعارته من كليه محليه أو مؤسسة أعمال .

10- نفذ التجربة وسجل البيانات :** Do the Equipment and Record Data

 يتم عمل سلسلة من التجارب بطريقة متتالية، وذلك بتغيير مقدار متغير واحد مختلف في كل مرة، وتعمل هذه السلسلة وفق  إجراءات منفصلة، وخلال كل إجراء يتم قياس مدى تأثير المتغير على النظام الذي يتم دراسته، حيث يستخدم مقدارا مختلفا من التغيير في المتغيرات مما يؤدي إلى حدوث استجابات مختلفة في النظام.قم بتسجيل البيانات في جدول خاص لهذا الغرض ، وتعتبر هذه  البيانات أوليه ؛ لأنها لم تتم معالجتها أو تغييرها بعد , و تصبح نتائج بعد أن يتم معالجتها حسابيا .
سجل كل المقاييس الرقمية في أثناء التجربة، فقد تكون البيانات كميات من المواد الكيميائية المستخدمة، أو أطوال الأشياء، أو الوقت المستغرق لحدوث الشيء ...... إلخ، وإذا لم تقم بأي مقاييس فمن المحتمل أنك لا تجري مشروعا علميا تجريبيا.
11- سجل ملاحظاتك :** Record Your Observations

يمكن أن تكون الملاحظات عبارة عن وصف كتابي لما لاحظته في أثناء التجربة، أو المشاكل التي واجهتك خلالها، والملاحظات قيمة فهي تفيدك في كتابة الخلاصة وتحديد أخطاء التجربة .
12-اجر العمليات الحسابية :** Perform Calculations

قم بإجراء أية عمليات حسابية مطلوبة لبياناتك الأولية للحصول على الأرقام التي تحتاجها، والوصول إلى الاستنتاجات .مثلا : وزنت وعاء ما ، سجل الوزن باعتباره معلومات أولية "وزن الوعاء" ، ثم وضعت بعض التربة في الوعاء، وقمت بوزنه مرة أخرى سجل المعلومة هكذا " وزن الوعاء + التربة " ، وفي قسم العمليات الحسابية أنجز العمليات الآتية لإيجاد كمية التربة التي استخدمت في التجربة : (وزن الوعاء + التربة ) _ (وزن الوعاء ) = (وزن التربة المستخدمة). يجب إدخال كل إجابة للعمليات الحسابية التي تمت في جدول في قسم النتائج.
لا تحتاج التجارب كلها إلى قسم العمليات الحسابية، فالذي يحدد ذلك هو موضوع التجربة .
13- لخص النتائج :** Summarize Results

لخص ما حدث على شكل جدول يتضمن البيانات الحسابية التي تمت معالجتها أو الرسوم البيانية، أو عن طريق عبارات حول ما حدث خلال التجارب. ومن خلال العمليات الحسابية المستخدمة للبيانات المدونة، ودراسة الجداول والرسوم البيانية يمكننا مشاهدة الاتجاهات التي تخبرنا كيف تكون المتغيرات المختلفة سببا لملاحظاتنا. وبناءً على هذا الاتجاهات يمكننا التوصل للاستنتاجات حول النظام الذي يتم دراسته، وتساعدنا هذه الاستنتاجات على إثبات الفرضية الأصلية أو نفيها، وغالبا ما يتم عمل المعادلات الرياضية من الرسوم البيانية، حيث تتيح لنا هذه المعادلات توقع كيف سيؤثر التغيير على النظام دون الحاجة إلى تجارب إضافية.
و يعتمد المستوى المتقدم في العلوم التجريبية على التحليل البياني والحسابي للبيانات بشدة ، وتصبح العلوم في هذا المستوى أكثر تشويقاً وقوة.

14-التوصل إلى استنتاجات : ** Draw Conclusions

حاول الإجابة عن أسئلتك الأساسية باستخدام الاتجاهات في بياناتك وملاحظاتك التجريبية.
هل فرضيتك صحيحة؟ والآن هو وقت تجميع لما حدث، وتقييم التجربة التي تم إجراؤها.

أ-الأشياء الأخرى التي يمكنك ذكرها في الاستنتاجات:** Other Things You Can Mention in Conclusion
·      إذا كانت فرضيتك غير صحيحة, ماذا قد تكون الإجابة عن سؤالك؟
·     لخص أية صعوبات أو مشاكل وجدتها في أثناء التجربة.
·     هل تحتاج إلى تغيير الإجراءات وإعادة التجربة مرة أخرى ؟
·      ما الشيء المختلف الذي ستفعله في المرة القادمة ؟
·     اكتب قائمة بالأشياء الأخرى التي تعلمتها.

ب- حاول الإجابة عن الأسئلة المرتبطة:**Try to Answer Related Questions
قد يتيح لك ما تعلمته الإجابة عن أسئلة أخرى معظمها ذات علاقة, و قد تظهر أسئلة جديدة متعددة في إثناء إجرائك التجارب. وقد تكون الآن قادراً على فهم الأشياء التي اكتشفتها، أو التحقق منها عند جمعك معلومات عن المشروع. وتقودك الأسئلة إلى أسئلة أكثر تؤدي إلى فرضيات إضافية تحتاج إلى اختبار.

ج-الأخطاء التجريبية : هل يمكن أن أثق بنتائجي؟** Experimental Errors – can I Trust My Results?
إذا لم تلاحظ أي شيء مختلف عن الذي حدث في التجربة الضابطة, فإن المعايير التي
غيرتها لم تؤثر على النظام الذي تفحصه، وإذا لم تلاحظ اتجاها ثابتا عند إجرائك التجربة لكل متغير, فقد تكون هناك أخطاء تجريبية تؤثر على نتائجك.
أول شيء تفحصه هو طريقة القياس .هل طريقة القياس معتمدة علمياً أم لا ؟ قد تكون قراءتك للمقياس خطأ، أو أن أداة القياس تعمل بطريقه غير صحيحة، وإذا حددت الأخطاء التجريبية التي أثرت على نتائجك فأعد التفكير في تصميم تجاربك بحذر.راجع كل خطوة في الإجراءات لإيجاد مصادر الخطأ المحتملة, وإذا كان بالإمكان استعن بمختص ليراجع معك، فقد يرى الأشياء التي لا تراها .

د- الأخطاء العشوائية:** Random Errors

حين يتم إجراء تجربة بمنتهى الدقة ثم تعاد بالدقة نفسها، تلاحظ أننا نحصل على قراءات ونتائج مختلفة عنها في المرة الأولى ؛ وهذا يرجع إلى صعوبة الحصول على المكان نفسه في تدريج الجهاز، أو دقة ضبط المفتاح في الجهاز المستخدم ، ولذلك غالباً ما تكون القراءات أقل قلياً أو أكثر قليلاً من قيمتها على التدريج ، ونتغلب على ذلك بأخذ عدد كبير من القراءات ثم أخذ المتوسط الحسابي لها بحيث تتلاشى الأخطاء أو على الأقل تنخفض نسبتها .
  فعلى سبيل المثال : عند قياس كتلة حلقة ثلاث مرات باستخدام الميزان نفسه والحصول على ثلاث قراءات بينها اختلافات طفيفة ( 17.46 ، 17.42 ، 17.44 ) فيمكنك التقليل من هذا الخطأ بإيجاد المتوسط الحسابي لهذه القراءات .

هـ- الأخطاء المنتظمة :** Systematic Errors

معرفة الأخطاء المنتظمة صعب جداً، فقد تبدو بياناتك ونتائجك ثابتة ويمكن إعادة الحصول عليها، وقد تعمل شيئا دون وعي يتسبب في جعل مقاييسك كلها بالكمية نفسها ، فمثلا : إذا كنت غير منتبه إلى أن قطعة من مسطرتك قد تم قطعها، و تبدأ المسطرة من الرقم 2سننتيمتر بدلا من الصفر, فستكون قياساتك أطول بـ 2 سنتيمتر، وهذا خطأ منتظم ؛ لأن كل البيانات تتأثر بالمقدار نفسه و في نفس الاتجاه . وتوجد عدة طرق لفحص الأخطاء المنتظمة منها : إجراء التجربة بتصميم مختلف بحيث يعطي الإجابات نفسها، ويجري العلماء أنواعا مختلفة من التجارب غالبا ما تكون لتدقيق نتائجهم، أو إعادة التجربة من قبل أشخاص آخرين بحيث يحصلون على النتائج التي حصلت عليها نفسها .

و-التغيرات المرتبطة :**   Linked Variables

قد تكون نتائجك غير صالحة إذا لم تكن متغيراتك مستقلة عن بعضها بعضاً، وأنت لم تلاحظ
ذلك . إذا أحدثت المتغيرات تأثيرات مختلفة عن بعضها الآخر فهي متغيرات مستقلة، بمعنى آخر ، إن تغيير أحد المتغيرات لا يؤثر على التغييرات التي  يحدثها متغير آخر .


15 – ماذا لو لم يعمل مشروعي العلمي ؟** What If My Science Project Doesn’t Work ?

مهما حدث فسوف تتعلم شيئا ما؛ لأن العلوم ليست الحصول على الإجابة الصحيحة فقط حتى وإن لم تعط تجاربك إجابات عن أسئلتك؛ فهي ستزودك بأفكار يمكن استخدامها لتصميم تجارب أخرى ومعرفتك أن شيئا ما لم يعمل، تعني في الحقيقة معرفتك بشيء كثير.وتعتبر التجارب غير الناجحة خطوة مهمة في البحث عن الإجابة، ويمكن للعلماء الذين يدرسون مشاكل في غاية التعقيد قضاء حياتهم في هذه التجارب دون الوصول إلى الإجابة،  ومع هذا تعتبر نتائجهم قيمة ، وفي النهاية سيستخدمها شخص آخر لإيجاد الإجابة . هل ستكون أنت هذا الشخص؟


اعداد الطالبة:بشاير الجابري