Lesson Objectives

• Tunnista tieteen tavoite.
• Selitä kysymysten esittämisen tärkeys.
• Kuvaile, miten tiedemiehet tutkivat luontoa.
• Erittele, miten ja miksi tiedemiehet keräävät tietoja.
• Kuvaile kolme tieteellisten mallien päätyyppiä.
• Erittele, miten tieteellinen teoria eroaa hypoteesista.
• Kuvaavat asianmukaiset turvatoimet luonnontieteellisessä laboratoriossa ja sen ulkopuolella.

Sanasto

• käsitteellinen malli
• kontrollin
• riippuvainen muuttuja
• hypoteesi
• riippumaton muuttuja
• matemaattinen malli
• malli
• fysikaalinen malli
• tieteellinen menetelmä
• teoria

Esittely

Tiede on väylä, jonka avulla saadaan tietoa luonnollisesta maailmasta. Tieteen tutkimukseen kuuluu myös tieteellisen tutkimuksen avulla kerätty tietämys.

Tieteellisen tutkimuksen suorittamiseksi tutkijat esittävät testattavia kysymyksiä. Vastatakseen näihin kysymyksiin he tekevät systemaattisia havaintoja ja keräävät huolellisesti asiaankuuluvaa todistusaineistoa. Sitten he käyttävät loogista päättelyä ja jonkin verran mielikuvitusta kehittääkseen hypoteeseja ja selityksiä. Lopuksi tutkijat suunnittelevat ja suorittavat kokeita hypoteesiensa pohjalta.

Tieteiden tavoite

Tutkijat pyrkivät ymmärtämään luonnon maailmaa. Tutkijat lähtevät liikkeelle kysymyksestä ja yrittävät sitten vastata kysymykseen todisteiden ja logiikan avulla. Tieteellisen kysymyksen on oltava testattavissa. Se ei perustu uskoon tai mielipiteisiin. Ymmärtämyksemme maapallon luonnollisista prosesseista auttaa meitä ymmärtämään, miksi maanjäristykset tapahtuvat siellä, missä ne tapahtuvat, ja ymmärtämään, mitä seurauksia on siitä, että ilmakehään lisätään liikaa kasvihuonekaasuja.

Tieteellistä tutkimusta voidaan tehdä tiedon rakentamiseksi tai ongelmien ratkaisemiseksi. Tieteelliset löydöt voivat johtaa teknologiseen kehitykseen. Puhdas tutkimus auttaa usein soveltavan tutkimuksen kehittämisessä. Joskus puhtaan tutkimuksen tuloksia voidaan soveltaa vielä kauan puhtaan tutkimuksen valmistumisen jälkeen. Joskus tiedemiehet löytävät jotain odottamatonta tutkimusta tehdessään.

Joitakin ideoita ei voi testata. Esimerkiksi yliluonnollisia ilmiöitä, kuten tarinoita aaveista, ihmissusista tai vampyyreistä, ei voida testata. Katso tältä verkkosivulta, miksi astrologia ei ole tieteellistä.

Tutkijat kuvaavat sitä, mitä he näkevät joko luonnossa tai laboratoriossa. Tiede on tosiasioiden ja havaintojen aluetta. Tiede ei kuitenkaan tee moraalisia tuomioita, kuten ”On paha, että tulivuori purkautui”, eivätkä mielipiteet kuulu tieteelliseen tutkimukseen. Tutkijat saattavat nauttia tornadojen tutkimisesta, mutta heidän mielipiteensä siitä, että tornadot ovat jännittäviä, ei ole tärkeä niitä koskevan oppimisen kannalta. Tutkijat lisäävät teknologista tietämystämme, mutta tiede ei määrittele, miten käytämme tätä tietoa tai käytämmekö sitä. Tiedemiehet oppivat rakentamaan atomipommin, mutta tiedemiehet eivät päätä, käytetäänkö sitä tai milloin sitä käytetään. Tutkijat ovat keränneet tietoa lämpötilojen lämpenemisestä. Heidän mallinsa ovat osoittaneet lämpenemisen todennäköiset syyt. Mutta vaikka tiedemiehet ovat suurelta osin yksimielisiä ilmaston lämpenemisen syistä, he eivät voi pakottaa poliitikkoja tai yksityishenkilöitä säätämään lakeja tai muuttamaan käyttäytymistään.

Jotta tiede voisi toimia, tiedemiesten on tehtävä joitakin oletuksia. Luonnon säännöt, olivatpa ne yksinkertaisia tai monimutkaisia, ovat samat kaikkialla maailmankaikkeudessa. Luonnollisilla tapahtumilla, rakenteilla ja maanpinnanmuodoilla on luonnolliset syyt. Luonnosta saatavien todisteiden avulla voidaan oppia näistä syistä. Luonnon esineitä ja tapahtumia voidaan ymmärtää huolellisen, järjestelmällisen tutkimuksen avulla. Tieteelliset käsitykset voivat muuttua, jos keräämme uutta tietoa tai opimme lisää. Jopa nykyisin hyväksyttyä ajatusta voidaan joutua muuttamaan hieman tai se voidaan korvata kokonaan, jos löydetään uusia todisteita, jotka ovat ristiriidassa sen kanssa. Tieteellinen tieto kestää ajan testin. Tieteessä hyväksytyistä ideoista tulee luotettavampia, kun ne selviävät useammista testeistä.

Tieteellinen menetelmä

Olet luultavasti oppinut, että tieteellinen menetelmä on tapa, jolla tutkijat lähestyvät työtään. Tieteellinen menetelmä on sarja vaiheita, joiden avulla tutkitaan kysymystä. Tutkijat käyttävät havainnoista, kokemuksista tai kokeista kerättyjä tietoja ja todisteita vastatakseen kysymyksiinsä.

Mutta tieteellinen tutkimus etenee harvoin samassa tieteellisen menetelmän hahmottelemassa vaiheiden järjestyksessä. Vaiheiden järjestys saattaa esimerkiksi muuttua, koska kerätyistä tiedoista nousee esiin lisää kysymyksiä. Silti todennettavissa oleviin johtopäätöksiin pääsemiseksi on noudatettava tieteellisen menetelmän loogisia, toistettavia vaiheita, kuten alla olevasta kuviosta nähdään.

Tässä kuviossa esitettyä yksinkertaista kaaviota paljon tarkempi vuokaavio tieteen toiminnasta.

Kysymykset

Tärkeintä, mitä tiedemies voi tehdä, on esittää kysymyksiä.

• Miksi taivas on sininen?
• Miksi Kaliforniassa on paljon maanjäristyksiä, kun taas Kansasissa ei ole?
• Miksi Maassa on niin paljon erilaisia elämänmuotoja, mutta muilla aurinkokunnan planeetoilla ei ole?

Maa- ja biotieteet pystyvät antamaan vastauksia testattavissa oleviin kysymyksiin, jotka koskevat luontoa. Mikä tekee kysymyksestä mahdottoman testattavissa olevan? Joitakin testaamattomia kysymyksiä ovat esimerkiksi se, onko aaveita olemassa tai onko kuoleman jälkeistä elämää.

Testattavissa oleva kysymys voisi koskea sitä, miten vähentää maaperän eroosiota maatilalla (kuva alla). Maanviljelijä on kuullut kylvömenetelmästä nimeltä ”no-till farming”. Tämän menetelmän käyttäminen poistaa tarpeen kyntää maata. Maanviljelijän kysymys kuuluu: Vähentääkö no-till-viljely viljelymaan eroosiota?

Tutkimus

Kysymykseen vastatakseen tutkija selvittää ensin, mitä aiheesta jo tiedetään lukemalla kirjoja ja lehtiä, etsimällä tietoa internetistä ja keskustelemalla asiantuntijoiden kanssa. Näiden tietojen avulla tutkija voi luoda hyvän koesuunnitelman. Jos kysymykseen on jo vastattu, tutkimus voi riittää tai se voi johtaa uusiin kysymyksiin.

Esimerkki: Maanviljelijä tutkii no-till-viljelyä Internetissä, kirjastossa, paikallisessa maataloustarvikeliikkeessä ja muualla. Hän tutustuu erilaisiin viljelymenetelmiin, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty. Hän oppii, minkälaista lannoitetta on parasta käyttää ja mikä olisi paras viljelyväli. Tutkimuksistaan hän saa tietää, että no-till-viljely voi olla keino vähentää hiilidioksidipäästöjä ilmakehään, mikä auttaa ilmaston lämpenemisen torjunnassa.

Hypoteesi

Taustatutkimuksen avulla kerätyillä tiedemiehen tiedoilla tiedemies laatii uskottavan selityksen kysymykseen. Tämä on hypoteesi. Hypoteesin on liityttävä suoraan kysymykseen ja sen on oltava testattavissa. Hypoteesin olemassaolo ohjaa tutkijaa kokeiden suunnittelussa ja tietojen tulkinnassa.

Esimerkki: Maanviljelijän hypoteesi on tämä: No-till-viljely vähentää maaperän eroosiota yhtä jyrkillä kukkuloilla verrattuna perinteiseen viljelytekniikkaan, koska maaperään kohdistuu vähemmän häiriöitä.

Tiedonkeruu

Hypoteesin tukemiseksi tai kumoamiseksi tutkijan on kerättävä tietoa. Paljon logiikkaa ja vaivaa kuluu kokeiden suunnitteluun tietojen keräämiseksi, jotta tietojen avulla voidaan vastata tieteellisiin kysymyksiin. Tietoa kerätään yleensä kokeella tai havainnoimalla. Joskus teknologian kehittyminen mahdollistaa uudet testit, joiden avulla hypoteesiin voidaan vastata paremmin.

Havainnointia käytetään tietojen keräämiseen silloin, kun kokeiden tekeminen ei ole käytännön tai eettisistä syistä mahdollista. Kirjalliset kuvaukset ovat havaintoihin perustuvaa laadullista tietoa. Tätä tietoa voidaan käyttää myös kysymyksiin vastaamiseen. Tutkijat käyttävät monenlaisia välineitä kvantitatiivisten mittausten tekemiseen. Elektronimikroskoopilla voidaan tutkia pieniä esineitä tai teleskoopilla maailmankaikkeutta. Luotaimilla tehdään havaintoja siellä, minne tutkijoiden on liian vaarallista tai epäkäytännöllistä mennä. Luotaimilta saadut tiedot kulkevat kaapeleita pitkin tai avaruuden halki tietokoneelle, jossa tutkijat käsittelevät niitä (kuva alla).

Kokeissa voi olla mukana kemikaaleja ja koeputkia, tai ne voivat vaatia kehittynyttä teknologiaa, kuten tehokkaan elektronimikroskoopin tai radioteleskoopin. Ilmakehätutkijat voivat kerätä tietoja analysoimalla kaasunäytteissä olevia kaasuja, ja geokemistit voivat tehdä kemiallisia analyysejä kivinäytteistä.

Hyvässä kokeessa on oltava yksi tekijä, jota voidaan manipuloida tai muuttaa. Tämä on riippumaton muuttuja. Muiden tekijöiden on pysyttävä samoina. Ne ovat kokeellisia kontrolleja. Kokeen tulos eli se, mikä muuttuu kokeen seurauksena, on riippuvainen muuttuja. Riippuva muuttuja ”riippuu” riippumattomasta muuttujasta.

Esimerkki: Maanviljelijä suorittaa kokeen kahdella eri kukkulalla. Kukkulat ovat yhtä jyrkkiä ja saavat samanlaisen määrän auringonpaistetta. Toisella viljelijä käyttää perinteistä viljelytekniikkaa, johon kuuluu kyntö. Toisella hän käyttää kylvötekniikkaa, jossa kasvit sijoitetaan kauemmaksi toisistaan ja istutukseen käytetään erikoislaitteita. Molempien rinteiden kasvit saavat saman määrän vettä ja lannoitteita. Viljelijä mittaa kasvien kasvua molemmilla rinteillä (kuva alla).

Tässä kokeessa:

• Mikä on riippumaton muuttuja?
• Mitkä ovat kokeelliset kontrollit?
• Mikä on riippuvainen muuttuja?

Riippumaton muuttuja on viljelytekniikka – joko perinteinen tai ei-peltoviljelytekniikka – koska sitä manipuloidaan. Jotta näitä kahta viljelytekniikkaa voidaan verrata oikeudenmukaisesti, kummallakin kukkulalla on oltava sama kaltevuus ja sama määrä lannoitteita ja vettä. Nämä ovat koekontrollit. Eroosion määrä on riippuvainen muuttuja. Sitä viljelijä mittaa.

Kokeen aikana tutkijat tekevät monia mittauksia. Numeroiden muodossa oleva tieto on kvantitatiivista. Kehittyneillä laitteilla kerätyt tiedot menevät yleensä suoraan tietokoneeseen, tai tutkija voi laittaa tiedot taulukkolaskentaohjelmaan. Tietoja voidaan sitten manipuloida. Kaaviot ja taulukot esittävät tietoja, ja ne tulisi merkitä selkeästi.

Statistinen analyysi tehostaa tietojen käyttöä, sillä sen avulla tutkijat voivat osoittaa eri tietoluokkien välisiä suhteita. Tilastollisella analyysillä voidaan saada tolkkua aineistossa olevasta vaihtelusta. Graafit auttavat tutkijoita ymmärtämään visuaalisesti tietojen välisiä suhteita. Kuvia luodaan, jotta muut kiinnostuneet ihmiset voivat helposti nähdä suhteet.

Vähän jokseenkin jokaisessa inhimillisessä toiminnassa virheet ovat väistämättömiä. Tieteellisessä kokeessa tätä kutsutaan kokeelliseksi virheeksi. Mitkä ovat kokeellisten virheiden lähteet? Systemaattiset virheet voivat olla luontaisia koejärjestelyssä niin, että luvut ovat aina vinoutuneet johonkin suuntaan. Esimerkiksi vaaka voi mitata aina puoli unssia korkeaksi. Virhe häviää, jos vaaka kalibroidaan uudelleen. Satunnaisvirheet johtuvat siitä, että mittausta ei tehdä tarkasti. Esimerkiksi sekuntikello saatetaan pysäyttää liian aikaisin tai liian myöhään. Löytyykö kokeen tulosten perusteella vastaus kysymykseen? Saiko hypoteesi tukea?

Jotkut kokeet tukevat hypoteesia täysin ja jotkin eivät. Jos hypoteesi osoittautuu vääräksi, koe ei ollut epäonnistunut. Kaikki kokeelliset tulokset edistävät tietämystä. Kokeet, jotka tukevat tai eivät tue hypoteesia, voivat johtaa entistä useampiin kysymyksiin ja uusiin kokeisiin.

Esimerkki: Vuoden kuluttua viljelijä havaitsee, että eroosio perinteisesti viljellyllä kukkulalla on 2,2 kertaa suurempi kuin eroosio muokkaamattomalla kukkulalla. No-till-lohkojen kasvit ovat pitempiä ja maan kosteus on korkeampi. Viljelijä päättää siirtyä peltoviljelyyn ilman maanmuokkausta tulevien viljelysten osalta. Viljelijä jatkaa tutkimuksiaan selvittääkseen, mitkä muut tekijät voivat auttaa vähentämään eroosiota.

Teoria

Kun tutkijat tekevät kokeita ja havaintoja hypoteesin testaamiseksi, he keräävät ajan mittaan paljon tietoa. Jos hypoteesi selittää kaikki tiedot eikä mikään tieto ole ristiriidassa hypoteesin kanssa, hypoteesista tulee teoria.

Tieteellinen teoria saa tukea monista havainnoista, eikä siinä ole suuria ristiriitaisuuksia. Teoriaa on jatkuvasti testattava ja tarkistettava. Kun teoria on kehitetty, sitä voidaan käyttää käyttäytymisen ennustamiseen. Teoria tarjoaa todellisuudesta mallin, joka on yksinkertaisempi kuin itse ilmiö. Teoriakin voidaan kumota, jos havaitaan ristiriitaisia tietoja. Pitkäaikainen teoria, jonka tueksi on paljon todisteita, on kuitenkin epätodennäköisempää kaataa kuin uudempi teoria.

Täältä löytyy interaktiivinen animaatio siitä, miten Darwin käytti eväitä (kuva alla) selittääkseen lajien syntyä Galapagossaarten eväiden avulla.

Tiede ei todista mitään aukottomasti. Tutkijat etsivät todisteita, jotka tukevat tai kumoavat ajatuksen. Jos ei ole merkittävää näyttöä ajatuksen kumoamiseksi ja paljon näyttöä sen puolesta, ajatus hyväksytään. Mitä useampi todiste tukee ajatusta, sitä todennäköisemmin se kestää ajan testin. Teorian arvo on silloin, kun tiedemiehet voivat sen avulla tarjota luotettavia selityksiä ja tehdä tarkkoja ennusteita.

Tieteelliset mallit

Systeemi, kuten maapallon pinta tai ilmasto, voi olla hyvin monimutkainen, ja tiedemiesten voi olla vaikea työskennellä sen kanssa. Sen sijaan tiedemiehet voivat luoda malleja edustamaan todellista järjestelmää, jonka tutkimisesta he ovat kiinnostuneita.

Mallit ovat hyödyllinen työkalu tieteessä. Ne auttavat tutkijoita havainnollistamaan tehokkaasti ideoita ja luomaan hypoteeseja. Mallien avulla voidaan tehdä ennusteita ja suorittaa kokeita ilman kaikkia niitä vaikeuksia, joita oikeiden esineiden käyttö aiheuttaa. Voisitko kuvitella, että voisitko yrittää selittää kasvisolun käyttämällä vain oikeaa kasvisolua tai yrittää ennustaa planeettojen seuraavan asettelun vain katsomalla niitä? Malleilla on kuitenkin rajoituksia, jotka on otettava huomioon, ennen kuin mihin tahansa ennusteeseen uskotaan tai mitä tahansa johtopäätöstä pidetään tosiasiana.

Mallit ovat yksinkertaisempia kuin esineiden tai järjestelmien esittäminen todellisessa elämässä. Yksi mallin käytön etu on, että sitä voidaan manipuloida ja säätää paljon helpommin kuin todellisia järjestelmiä. Mallit auttavat tutkijoita ymmärtämään, analysoimaan ja tekemään ennusteita järjestelmistä, joita olisi mahdotonta tutkia ilman mallien käyttöä. Mallin yksinkertaisuus, jonka vuoksi sitä on helpompi käyttää kuin todellista järjestelmää, on myös syy siihen, miksi malleilla on rajoituksia. Yksi yksinkertaisemman mallin ongelma on, että se ei välttämättä ennusta todellisen järjestelmän käyttäytymistä kovin tarkasti.

Tutkijoiden on validoitava ideansa testaamalla. Jos malli on suunniteltu ennustamaan tulevaisuutta, ei ehkä ole mahdollista odottaa tarpeeksi kauan, jotta nähdään, oliko ennuste oikea. Yksi tapa testata mallia on käyttää lähtökohtana ajankohtaa menneisyydessä ja antaa mallin sitten ennustaa nykyhetkeä. Malli, joka pystyy onnistuneesti ennustamaan nykyhetken, on todennäköisemmin tarkka ennustettaessa tulevaisuutta.

Monet mallit luodaan tietokoneilla, koska vain tietokoneet pystyvät käsittelemään ja käsittelemään näin valtavia tietomääriä. Esimerkiksi ilmastomallit ovat hyvin käyttökelpoisia, kun yritetään selvittää, millaisia muutoksia voimme odottaa ilmakehän koostumuksen muuttuessa. Kohtuullisen tarkka ilmastomalli olisi mahdoton muulla kuin tehokkaimmilla tietokoneilla.

Tutkijoiden käyttämiä malleja on kolmenlaisia.

Fysikaaliset mallit

Fysikaaliset mallit ovat tutkittavan kohteen fysikaalisia esityksiä. Nämä mallit ovat tyypillisesti pienempiä ja yksinkertaisempia kuin kohde, jota ne mallintavat, mutta ne sisältävät joitakin tärkeitä elementtejä. Kartta tai maapallo ovat fyysisiä malleja maapallosta, ja ne ovat pienempiä ja paljon yksinkertaisempia kuin todellinen asia (kuva alla).

Konseptuaaliset mallit

Konseptuaalinen malli sitoo yhteen monia ajatuksia yrittäessään selittää ilmiötä. Käsitteellisessä mallissa käytetään sitä, mitä tiedetään, ja siihen on voitava sisällyttää uutta tietoa sitä mukaa kuin sitä hankitaan (kuva alla). Esimerkiksi monet tiedot tukevat ajatusta, jonka mukaan Kuu syntyi, kun Marsin kokoinen planeetta törmäsi Maahan ja heitti kiertoradalle suuren määrän roskia ja kaasua, jotka lopulta yhdistyivät ja muodostivat Kuun. Hyvä toimiva ajatus on käsitteellinen malli.

Matemaattiset mallit

Matemaattinen malli on yhtälö tai yhtälöryhmä, jossa otetaan huomioon monia tekijöitä tai muuttujia. Matemaattiset mallit ovat yleensä monimutkaisia, eivätkä ne usein pysty ottamaan huomioon kaikkia mahdollisia tekijöitä (kuva alla). Näiden mallien avulla voidaan ennustaa monimutkaisia tapahtumia, kuten hurrikaanin sijaintia ja voimakkuutta.

Ilmastonmuutoksen mallintaminen on hyvin monimutkaista, koska mallissa on otettava huomioon sellaiset tekijät kuin lämpötila, jään tiheys, lumisade ja kosteus. Monet tekijät vaikuttavat toisiinsa: Jos korkeammat lämpötilat aiheuttavat lumen määrän vähenemisen, maanpinta pystyy vähemmän heijastamaan auringonvaloa ja lämpötila nousee enemmän.

Yhteisön merkitys tieteessä

Tieteelliset keksinnöt ovat parhaita silloin, kun ne ovat tutkijoiden yhteisön työtä. Jotta hypoteesi voidaan täysin hyväksyä, monien tiedemiesten työn on tuettava sitä. Tieteellisessä prosessissa on sisäänrakennettuja tarkastuksia ja tasapainoja. Yleensä tiedeyhteisö valvoo itseään hyvin. Vaikka uusia ideoita kritisoidaankin usein, jos jatkuva tutkimus tukee niitä, ne tulevat lopulta hyväksytyiksi.

Vaikka kukin tiedemies voi tehdä kokeita laboratoriossaan yksin tai muutaman apulaisen kanssa, hän kirjoittaa tuloksensa ja esittelee työnsä oman alansa tiedeyhteisölle (kuva alla). Aluksi hän voi esitellä tietonsa ja johtopäätöksensä tieteellisessä konferenssissa, jossa hän keskustelee muiden tiedemiesten kanssa näistä tuloksista.

Osaamaansa tietoa käyttäen hän kirjoittaa ammattijulkaisun tieteellisessä aikakauslehdessä julkaistavaksi (kuva alla). Ennen julkaisemista useat tutkijat tarkastavat artikkelin – tätä kutsutaan vertaisarvioinniksi – ehdottaakseen muutoksia ja suositellakseen tai hylätäkseen artikkelin julkaisemista. Kun työ on julkaistu, muut hänen alansa tutkijat saavat tietää työstä ja sisällyttävät tulokset omaan tutkimukseensa. He yrittävät toistaa hänen tuloksensa todistaakseen, ovatko tulokset oikeita vai vääriä. Tällä tavoin tiede rakentuu kohti parempaa ymmärrystä luonnosta.

Tiedeyhteisö valvoo hankerahoituksella tehdyn tutkimuksen laatua ja tyyppiä. Useimmat tieteelliset tutkimukset ovat kalliita, joten tutkijoiden on kirjoitettava ehdotus rahoittavalle taholle, kuten National Science Foundationille tai National Aeronautics and Space Administrationille (NASA), jotta laitteet, tarvikkeet ja palkat voidaan maksaa. Muut alan tutkijat tarkastavat tieteelliset ehdotukset ja arvioivat ne rahoituksen saamiseksi. Monilla aloilla rahoitusaste on alhainen, ja rahat menevät vain arvokkaimpiin tutkimushankkeisiin.

Tiedeyhteisö valvoo tieteellistä rehellisyyttä. Koulutuksensa aikana opiskelijat oppivat, miten tehdä hyviä tieteellisiä kokeita. He oppivat olemaan väärentämättä, salaamatta tai raportoimatta valikoivasti tietoja, ja he oppivat arvioimaan oikeudenmukaisesti tietoja ja muiden tutkijoiden työtä. Kun otetaan huomioon kaikki tehty tieteellinen tutkimus, tieteellisen epärehellisyyden tapauksia on vähän, mutta tiedotusvälineet raportoivat niistä usein kiivaasti. Usein tämä aiheuttaa yleisössä tarpeetonta epäluottamusta tiedemiehiä kohtaan. Tiedeyhteisö tuomitsee jyrkästi tiedemiehet, jotka eivät ole tieteellisesti rehellisiä.

Turvallisuus tieteessä

Perheellisessä elämässä sattuu aika ajoin onnettomuuksia, eikä tiede ole poikkeus. Tiedemiehet työskentelevätkin usein vaarallisten materiaalien parissa, joten tiedemiesten – ja jopa tiedeopiskelijoiden – on oltava varovaisia onnettomuuksien ehkäisemiseksi (kuva alla). Jos onnettomuus sattuu, tiedemiesten on huolehdittava siitä, että kaikki vammat tai vahingot hoidetaan asianmukaisesti.

Tiedelaboratorion sisällä

Jos työskentelet tiedelaboratoriossa, saatat törmätä vaarallisiin materiaaleihin tai tilanteisiin. Maantieteellisissä laboratorioissa käytetään toisinaan teräviä esineitä, kemikaaleja, lämpöä ja sähköä. Noudattamalla turvallisuusohjeita lähes kaikki onnettomuudet voidaan estää tai vahingot minimoida. Esimerkkejä laboratoriossa käytettävistä turvalaitteista löydät alla olevasta kuvasta.

• Tottele aina ohjeita.
• Tottele laboratorio-ohjeissa tai laboratorion valvojan antamia turvallisuusohjeita. Laboratorio ei ole leikkipaikka.
• Käytä vain ohjeistettuja ainemääriä. Tarkista asia vastuuhenkilöltä, ennen kuin poikkeat laboratoriomenetelmästä.
• Sido pitkät hiukset taakse. Käytä suljettuja kenkiä ja paitoja, joissa ei ole roikkuvia hihoja, huppuja tai kiristysnauhoja.
• Käytä käsineitä, suojalaseja tai suojaesiliinoja, kun sinua ohjeistetaan niin tekemään.
• Käyttäydy äärimmäisen varovaisesti terävien tai teräväkärkisten esineiden, kuten skalpellien, veitsien tai rikkinäisen lasin kanssa.
• Ei koskaan saa syödä tai juoda mitään luonnontieteellisessä laboratoriossa. Pöytätasoilla voi olla vaarallisia aineita.
• Pitäkää työalue siistinä ja puhtaana. Sotkuinen työskentelyalue voi johtaa roiskeisiin ja rikkoutumisiin.
• Puhdista ja huolla materiaalit, kuten koeputket ja dekantterilasit. Jäljelle jääneet aineet voivat olla vuorovaikutuksessa muiden aineiden kanssa tulevissa kokeissa.
• Ole varovainen, kun kurotat. Alhaalla voi olla liekkejä, lämpölevyjä tai kemikaaleja.
• Käytä sähkölaitteita ja polttimia ohjeiden mukaan.
• Osaa käyttää silmänhuuhtelupistettä, sammutuspeittoa, sammutinta tai ensiapupakkausta.
• Hälytä laboratorion ohjaajalle, jos jotain epätavallista tapahtuu. Onnettomuusraportti saatetaan vaatia, jos joku loukkaantuu; laboratorion valvojan on tiedettävä, jos materiaaleja on vahingoittunut tai hävitetty.

Laboratorion ulkopuolella

Monet maantieteilijät työskentelevät ulkona maastossa, kuten alla olevasta kuviosta näkyy. Ulkona työskentely edellyttää lisävarotoimia, kuten:

• Pukeudu tarkoituksenmukaisesti; esimerkiksi vaelluskengät, pitkät housut ja pitkät hihat.
• Tarraa mukanasi riittävästi ruokaa ja vettä myös lyhyelle matkalle. Kuivuminen voi tapahtua nopeasti.
• Pitäkää saatavilla asianmukaista ensiapua.
• Kertokaa muille, minne olette menossa, mitä aiotte tehdä ja milloin palaatte.
• Ottakaa kartta mukaanne. On myös hyvä jättää kopio kartasta jollekulle kotiin.
• Varmista, että sinulla on yhteys hätäpalveluihin ja jokin tapa kommunikoida. Muista, että monet kenttäalueet eivät ole niin syrjässä, että matkapuhelimista olisi hyötyä.
• Varmista, että mukanasi on henkilö, joka tuntee alueen tai tietää, millaista tutkimusta teet, jos olet uusi kenttätyössä.

Luennon yhteenveto

• Tieteiden tavoitteena on esittää testattavia kysymyksiä ja vastata niihin.
• Tiedemiehet käyttävät loogisten vaiheiden sarjaa, jota kutsutaan tieteelliseksi menetelmäksi ja johon kuuluu havaintojen tekeminen, hypoteesin muodostaminen, hypoteesin testaaminen ja johtopäätösten tekeminen.
• Fyysiset, käsitteelliset ja matemaattiset mallit auttavat tiedemiehiä keskustelemaan tieteellisestä tiedosta ja käsitteistä ja ymmärtämään niitä.
• Tieteellinen teoria on hypoteesi, jota on testattu toistuvasti ja jota ei ole todistettu vääräksi.
• Turvallisuus niin laboratoriossa kuin kentälläkin on olennainen osa hyviä tieteellisiä tutkimuksia.

Katselukysymykset

1. Kirjoita luettelo viidestä kiinnostavasta tieteellisestä kysymyksestä. Onko jokainen niistä testattavissa?
2. Tiedemies tutki öljyvahinkojen vaikutuksia meren merileviin. Hän arveli, että sadevesiviemäreistä valuva öljy estää merilevää kasvamasta normaalisti, joten hän päätti tehdä kokeen. Hän täytti kaksi samankokoista akvaarioallasta vedellä ja seurasi kummassakin liuennutta happea ja lämpötilaa varmistaakseen, että ne olivat yhtä suuret. Hän lisäsi toiseen säiliöön moottoriöljyä ja mittasi sitten merilevän kasvun kummassakin säiliössä. Säiliössä, jossa ei ollut öljyä, keskimääräinen kasvu oli 2,57 cm. Öljyä sisältäneessä säiliössä levän keskimääräinen kasvu oli 2,37 cm. Tämän kokeen perusteella:
   1. Millä kysymyksellä tutkija lähti liikkeelle?
   2. Mikä oli hänen hypoteesinsa?
   3. Tunnista riippumaton muuttuja, riippuvainen muuttuja ja kokeellinen kontrolli(t).
   4. Mitä aineisto osoitti?
   5. Voiko hän olla varma johtopäätöksestään? Miten hän voi tehdä johtopäätöksestään varmemman?
3. Erittele kolmenlaisia tieteellisiä malleja. Mikä on kunkin yksi etu ja yksi haitta?
4. Tunnista tai suunnittele viisi omaa turvallisuussymbolia, jotka perustuvat tietämykseesi luonnontieteellisessä laboratoriossa noudatettavista turvallisuusmenetelmistä.
5. Suunnittele oma kokeilu, joka perustuu yhteen edellä kysymyksessä 1 esittämääsi kysymykseen. Liitä mukaan kysymys, hypoteesi, riippumattomat ja riippuvaiset muuttujat sekä turvallisuustoimenpiteet. Voit työskennellä opettajan tai ryhmän kanssa.

Lisälukemista / täydentäviä linkkejä

• Erittäin hyvä ja yksityiskohtainen selitys siitä, mitä tiede on ja miten sitä tehdään.
• BrainPOPissa on syvällisiä keskusteluja luonnontieteellisestä tutkimuksesta, mukaan lukien tekstiä ja elokuvia.
• Esimerkki tieteellisen metodin käytöstä kasvihuonekaasupäästöjen ja puiden kasvuun liittyvien kysymysten tutkimisessa on täällä. Tai yksi tutkittaessa jalkakipujen suhdetta säähän.

Pohdittavaa

• Millaisista malleista sinulla on kokemusta? Mitä olet oppinut niistä?
• Mitä tilanteita tutkijoiden on sekä tarpeellista että vaarallista tutkia? Mitä varotoimenpiteitä heidän tulisi mielestäsi käyttää niitä tutkiessaan?
• Miten sanan teoria tieteellinen merkitys eroaa yleisestä käytöstä? Löydätkö mediasta esimerkin, jossa sanaa on käytetty väärin tieteellisessä jutussa? Sanan teoria väärinkäyttö on yleistä mediassa ja jokapäiväisessä elämässä.