Lesson Objectives

• Identify the goal of science.
• Explain the importance of asking questions.
• Describe how scientists study the natural world.
• Wyjaśnij, jak i dlaczego naukowcy zbierają dane.
• Opisać trzy główne typy modeli naukowych.
• Wyjaśnić, czym różni się teoria naukowa od hipotezy.
• Opisać odpowiednie środki ostrożności w laboratorium naukowym i poza nim.

Słownictwo

• model koncepcyjny
• kontrola
• zmienna zależna
• hipoteza
• zmienna niezależna
• model matematyczny model
• model
• model fizyczny
• metoda naukowa
• teoria

Wprowadzenie

Nauka jest drogą do zdobywania wiedzy o świecie przyrody. Badanie nauki obejmuje również ciało wiedzy, która została zebrana w drodze naukowego inquiry.

Aby przeprowadzić naukowe dochodzenie, naukowcy zadają testowalne pytania. Aby odpowiedzieć na te pytania, robią systematyczne obserwacje i starannie zbierają odpowiednie dowody. Następnie używają logicznego rozumowania i trochę wyobraźni, aby rozwinąć hipotezy i wyjaśnienia. Wreszcie, naukowcy projektują i przeprowadzają eksperymenty oparte na ich hipotezach.

Cel nauki

Naukowcy dążą do zrozumienia świata przyrody. Naukowcy zaczynają od pytania, a następnie próbują odpowiedzieć na to pytanie za pomocą dowodów i logiki. Pytanie naukowe musi być testowalne. Nie opiera się na wierze lub opinii. Nasze zrozumienie naturalnych procesów zachodzących w Ziemi pomaga nam zrozumieć, dlaczego trzęsienia ziemi występują tam, gdzie występują, oraz zrozumieć konsekwencje dodawania nadmiaru gazów cieplarnianych do naszej atmosfery.

Badania naukowe mogą być prowadzone w celu budowania wiedzy lub rozwiązywania problemów. Odkrycia naukowe mogą prowadzić do postępu technologicznego. Czyste badania często pomagają w rozwoju badań stosowanych. Czasami wyniki czystych badań mogą być zastosowane długo po tym, jak czyste badania zostały zakończone. Czasami coś nieoczekiwanego zostaje odkryte, gdy naukowcy prowadzą swoje badania.

Niektóre idee nie są testowalne. Na przykład, nadprzyrodzone zjawiska, takie jak historie o duchach, wilkołakach lub wampirach, nie mogą być testowane. Spójrz na tę stronę internetową, aby zobaczyć, dlaczego astrologia nie jest naukowa.

Naukowcy opisują to, co widzą, czy to w przyrodzie, czy w laboratorium. Nauka jest królestwem faktów i obserwacji. Nauka nie wydaje jednak sądów moralnych, takich jak „To źle, że wulkan wybuchł”, a opinie nie są istotne dla dociekań naukowych. Naukowcy mogą czerpać przyjemność z badania tornad, ale ich opinia, że tornada są ekscytujące, nie jest ważna dla nauki o nich. Naukowcy zwiększają naszą wiedzę technologiczną, ale nauka nie określa, jak lub czy używamy tej wiedzy. Naukowcy nauczyli się budować bombę atomową, ale nie zdecydowali, czy i kiedy jej użyć. Naukowcy zgromadzili dane na temat ocieplenia temperatur. Ich modele pokazały prawdopodobne przyczyny tego ocieplenia. Ale chociaż naukowcy są w dużej mierze zgodni co do przyczyn globalnego ocieplenia, nie mogą zmusić polityków lub osób prywatnych do uchwalenia ustaw lub zmiany zachowań.

Aby nauka mogła działać, naukowcy muszą przyjąć pewne założenia. Reguły natury, proste lub złożone, są takie same wszędzie we wszechświecie. Naturalne wydarzenia, struktury i formy terenu mają naturalne przyczyny. Dowody ze świata przyrody mogą być użyte do poznania tych przyczyn. Obiekty i zdarzenia w przyrodzie można zrozumieć poprzez staranne, systematyczne badania. Idee naukowe mogą się zmienić, jeśli zgromadzimy nowe dane lub dowiemy się czegoś więcej. Idea, nawet ta, która jest dziś akceptowana, może wymagać niewielkiej zmiany lub całkowitego zastąpienia, jeśli pojawią się nowe dowody, które jej zaprzeczają. Wiedza naukowa może przetrwać próbę czasu. Przyjęte idee w nauce stają się bardziej wiarygodne, gdy przetrwają więcej testów.

Metoda naukowa

Prawdopodobnie dowiedziałeś się, że metoda naukowa jest sposobem, w jaki naukowcy podchodzą do swojej pracy. Metoda naukowa to seria kroków, które pomagają zbadać pytanie. Naukowcy wykorzystują dane i dowody zebrane z obserwacji, doświadczeń lub eksperymentów, aby odpowiedzieć na swoje pytania.

Ale badanie naukowe rzadko przebiega w tej samej kolejności kroków nakreślonych przez metodę naukową. Na przykład, kolejność kroków może się zmienić, ponieważ więcej pytań wynika z danych, które są zbierane. Mimo to, aby dojść do weryfikowalnych wniosków, należy przestrzegać logicznych, powtarzalnych kroków metody naukowej, jak widać na poniższym rysunku.

Schemat blokowy tego, jak działa nauka, który jest znacznie dokładniejszy niż prosty schemat na rysunku powyżej, można znaleźć tutaj.

Pytania

Najważniejszą rzeczą, jaką może zrobić naukowiec, jest zadawanie pytań.

• Dlaczego niebo jest niebieskie?
• Dlaczego Kalifornia ma wiele trzęsień ziemi, a Kansas nie?
• Dlaczego Ziemia ma tak wiele różnorodnych form życia, ale inne planety w układzie słonecznym nie mają?

Nauka o Ziemi może odpowiedzieć na testowalne pytania dotyczące świata przyrody. Co sprawia, że pytanie jest niemożliwe do sprawdzenia? Niektóre nietestowalne pytania to czy duchy istnieją lub czy istnieje życie po śmierci.

Testowalne pytanie może dotyczyć tego, jak zmniejszyć erozję gleby na farmie (rysunek poniżej). Pewien rolnik słyszał o metodzie uprawy roślin zwanej „rolnictwem bez orki”. Stosowanie tego procesu eliminuje potrzebę orania ziemi. Pytanie rolnika brzmi: Czy uprawa bez orki zmniejszy erozję ziemi uprawnej?

Badania

Aby odpowiedzieć na pytanie, naukowiec najpierw dowiaduje się, co już wiadomo na dany temat, czytając książki i czasopisma, przeszukując Internet i rozmawiając z ekspertami. Te informacje pozwolą naukowcowi stworzyć dobry projekt eksperymentalny. Jeśli na to pytanie udzielono już odpowiedzi, badania mogą być wystarczające lub mogą prowadzić do nowych pytań.

Przykład: Rolnik bada uprawę bez orki w Internecie, w bibliotece, w lokalnym sklepie z artykułami rolniczymi i w innych miejscach. Dowiaduje się o różnych metodach uprawy, jak pokazano na rysunku poniżej. Dowiaduje się, jakiego rodzaju nawozu najlepiej używać i jakie są najlepsze odstępy między uprawami. Ze swoich badań dowiaduje się, że uprawa bez orki może być sposobem na zmniejszenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery, co pomaga w walce z globalnym ociepleniem.

Hipoteza

W oparciu o informacje zebrane podczas badań podstawowych naukowiec tworzy wiarygodne wyjaśnienie pytania. To jest hipoteza. Hipoteza musi bezpośrednio odnosić się do pytania i musi być testowalna. Posiadanie hipotezy prowadzi naukowca w projektowaniu eksperymentów i interpretowaniu danych.

Przykład: Hipoteza rolnika jest następująca: No-till farming zmniejszy erozję gleby na wzgórzach o podobnej stromości w porównaniu do tradycyjnej techniki rolniczej, ponieważ będzie mniej zakłóceń w glebie.

Zbieranie danych

Aby poprzeć lub obalić hipotezę, naukowiec musi zbierać dane. Dużo logiki i wysiłku idzie do projektowania testów do zbierania danych, więc dane mogą odpowiedzieć na pytania naukowe. Dane są zwykle zbierane w drodze eksperymentu lub obserwacji. Czasami ulepszenia w technologii pozwolą na nowe testy, aby lepiej odpowiedzieć na hipotezę.

Obserwacja jest używana do zbierania danych, gdy nie jest możliwe ze względów praktycznych lub etycznych, aby wykonać eksperymenty. Opisy pisemne są danymi jakościowymi opartymi na obserwacjach. Dane te mogą być również wykorzystane do odpowiedzi na pytania. Naukowcy używają wielu różnych typów instrumentów do dokonywania pomiarów ilościowych. Mikroskopy elektronowe mogą być używane do badania małych obiektów, a teleskopy do poznawania wszechświata. Sondy prowadzą obserwacje tam, gdzie jest to zbyt niebezpieczne lub niepraktyczne dla naukowców. Dane z sond podróżują przez kable lub przez przestrzeń do komputera, gdzie są przetwarzane przez naukowców (rysunek poniżej).

Doświadczenia mogą obejmować chemikalia i probówki lub mogą wymagać zaawansowanych technologii, takich jak mikroskop elektronowy o dużej mocy lub teleskop radiowy. Naukowcy zajmujący się atmosferą mogą zbierać dane analizując gazy obecne w próbkach gazu, a geochemicy mogą przeprowadzać analizy chemiczne na próbkach skał.

Dobry eksperyment musi mieć jeden czynnik, którym można manipulować lub go zmieniać. Jest to zmienna niezależna. Reszta czynników musi pozostać bez zmian. Są to kontrole eksperymentalne. Wynik eksperymentu, lub to, co zmienia się w wyniku eksperymentu, jest zmienną zależną. Zmienna zależna „zależy” od zmiennej niezależnej.

Przykład: Rolnik przeprowadza eksperyment na dwóch oddzielnych wzgórzach. Wzgórza te mają podobną stromość i otrzymują podobną ilość słońca. Na jednym z nich rolnik stosuje tradycyjną technikę rolniczą, która obejmuje orkę. Na drugim, stosuje technikę bezorkową, rozstawiając rośliny w większych odstępach i używając specjalistycznego sprzętu do sadzenia. Rośliny na obu zboczach otrzymują identyczne ilości wody i nawozu. Rolnik mierzy wzrost roślin na obu zboczach (rysunek poniżej).

W tym eksperymencie:

• Co jest zmienną niezależną?
• Jakie są kontrole eksperymentalne?
• Jaka jest zmienna zależna?

Zmienną niezależną jest technika uprawy roli – albo tradycyjna, albo bez orki – ponieważ to właśnie nią się manipuluje. Aby porównanie tych dwóch technik rolniczych było rzetelne, dwa wzgórza muszą mieć takie samo nachylenie oraz taką samą ilość nawozu i wody. To są kontrole eksperymentalne. Wielkość erozji jest zmienną zależną. To jest to, co rolnik mierzy.

Podczas eksperymentu naukowcy dokonują wielu pomiarów. Dane w postaci liczb to dane ilościowe. Dane zebrane z zaawansowanego sprzętu zazwyczaj trafiają bezpośrednio do komputera, lub naukowiec może umieścić dane w arkuszu kalkulacyjnym. Dane te mogą być następnie przetwarzane. Wykresy i tabele wyświetlają dane i powinny być wyraźnie oznaczone.

Analiza statystyczna sprawia, że bardziej efektywne wykorzystanie danych poprzez umożliwienie naukowcom pokazać związki między różnymi kategoriami danych. Statystyka może nadać sens zmienności w zbiorze danych. Wykresy pomagają naukowcom wizualnie zrozumieć zależności między danymi. Obrazy są tworzone tak, że inni ludzie, którzy są zainteresowani mogą zobaczyć relacje łatwo.

W prawie każdym ludzkim przedsięwzięciu, błędy są nieuniknione. W eksperymencie naukowym, to jest nazywane błędem eksperymentalnym. Jakie są źródła błędów doświadczalnych? Systematyczne błędy mogą być nieodłącznym elementem eksperymentalnej konfiguracji tak, że liczby są zawsze przekrzywione w jednym kierunku. Na przykład, waga może zawsze mierzyć pół uncji. Błąd ten zniknie, jeśli waga zostanie ponownie skalibrowana. Błędy przypadkowe występują, ponieważ pomiar nie jest wykonywany precyzyjnie. Na przykład, stoper może zostać zatrzymany zbyt wcześnie lub zbyt późno. Aby skorygować ten rodzaj błędu, wykonuje się wiele pomiarów, a następnie uśrednia się je.

Jeśli wynik jest niespójny z wynikami z innych próbek i wykonano wiele testów, prawdopodobnie popełniono błąd w tym eksperymencie, a niespójny punkt danych można wyrzucić.

Wnioski

Naukowcy badają wykresy, tabele, diagramy, obrazy, opisy i wszystkie inne dostępne dane, aby wyciągnąć wniosek ze swoich eksperymentów. Czy istnieje odpowiedź na pytanie na podstawie wyników eksperymentu? Czy hipoteza została poparta?

Niektóre eksperymenty całkowicie potwierdzają hipotezę, a inne nie. Jeśli hipoteza okaże się błędna, eksperyment nie był porażką. Wszystkie wyniki eksperymentów przyczyniają się do rozwoju wiedzy. Eksperymenty, które potwierdzają lub nie potwierdzają hipotezy, mogą prowadzić do jeszcze większej liczby pytań i kolejnych eksperymentów.

Przykład: Po roku rolnik stwierdza, że erozja na wzgórzu uprawianym tradycyjnie jest 2,2 razy większa niż erozja na wzgórzu uprawianym bez orki. Rośliny na działkach uprawianych metodą no-till są wyższe, a wilgotność gleby jest wyższa. Rolnik podejmuje decyzję o przejściu na uprawę bez orki przy kolejnych uprawach. Rolnik kontynuuje badania, aby zobaczyć, jakie inne czynniki mogą pomóc zmniejszyć erozję.

Teoria

Jak naukowcy przeprowadzają eksperymenty i dokonują obserwacji, aby sprawdzić hipotezę, z czasem zbierają wiele danych. Jeśli hipoteza wyjaśnia wszystkie dane i żadne z danych nie zaprzecza hipotezie, hipoteza staje się teorią.

Teoria naukowa jest poparta wieloma obserwacjami i nie ma większych niespójności. Teoria musi być stale testowana i weryfikowana. Po opracowaniu teorii można ją wykorzystać do przewidywania zachowań. Teoria dostarcza modelu rzeczywistości, który jest prostszy niż samo zjawisko. Nawet teoria może zostać obalona, jeśli zostaną odkryte sprzeczne dane. Jednak prawdopodobieństwo obalenia teorii istniejącej od dawna, która ma wiele dowodów na poparcie, jest mniejsze niż w przypadku teorii nowszej.

Interaktywna animacja pokazująca, jak Darwin wykorzystał zięby (rysunek poniżej) do wyjaśnienia pochodzenia gatunków na przykładzie zięb z wysp Galapagos, znajduje się tutaj.

Nauka nie udowadnia niczego ponad wszelką wątpliwość. Naukowcy poszukują dowodów, które wspierają lub obalają daną ideę. Jeśli nie ma znaczących dowodów na obalenie idei i wiele dowodów na jej poparcie, idea jest akceptowana. Im więcej dowodów na poparcie idei, tym większe prawdopodobieństwo, że wytrzyma ona próbę czasu. Wartość teorii jest wtedy, gdy naukowcy mogą ją wykorzystać do zaoferowania wiarygodnych wyjaśnień i dokonania dokładnych przewidywań.

Modele naukowe

System, taki jak powierzchnia Ziemi lub klimat, może być bardzo złożony i może być trudny do pracy dla naukowców. Zamiast tego, naukowcy mogą tworzyć modele, aby reprezentować rzeczywisty system, który są zainteresowani badaniem.

Modele są użytecznym narzędziem w nauce. Pomagają naukowcom skutecznie demonstrować pomysły i tworzyć hipotezy. Modele są używane do przewidywania i przeprowadzania eksperymentów bez wszystkich trudności związanych z wykorzystaniem rzeczywistych obiektów. Czy mógłbyś sobie wyobrazić próbę wyjaśnienia komórki roślinnej tylko przy użyciu prawdziwej komórki roślinnej lub próbę przewidzenia następnego ułożenia planet tylko poprzez patrzenie na nie? Ale modele mają ograniczenia, które należy rozważyć, zanim uwierzy się w jakiekolwiek przewidywanie lub jakikolwiek wniosek zostanie uznany za fakt.

Modele są prostsze niż rzeczywiste reprezentacje obiektów lub systemów. Jedną z korzyści z używania modelu jest to, że można nim manipulować i dostosowywać go o wiele łatwiej niż rzeczywiste systemy. Modele pomagają naukowcom zrozumieć, analizować i przewidywać systemy, które byłyby niemożliwe do zbadania bez użycia modeli. Prostota modelu, która sprawia, że jest on łatwiejszy w użyciu niż rzeczywisty system, jest również powodem, dla którego modele mają ograniczenia. Jednym z problemów z prostszym modelem jest to, że może on nie przewidywać zachowania rzeczywistego systemu bardzo dokładnie.

Naukowcy muszą zatwierdzać swoje pomysły poprzez testowanie. Jeśli model jest zaprojektowany do przewidywania przyszłości, może nie być możliwe, aby czekać wystarczająco długo, aby zobaczyć, czy przewidywania były dokładne. Jednym ze sposobów na przetestowanie modelu jest użycie czasu w przeszłości jako punktu wyjścia, a następnie zlecenie modelowi przewidzenia teraźniejszości. Model, który może z powodzeniem przewidzieć teraźniejszość, jest bardziej prawdopodobne, że będzie dokładny przy przewidywaniu przyszłości.

Wiele modeli jest tworzonych na komputerach, ponieważ tylko komputery mogą obsługiwać i manipulować takimi ogromnymi ilościami danych. Na przykład, modele klimatyczne są bardzo przydatne w próbach określenia, jakich zmian możemy się spodziewać, gdy zmienia się skład atmosfery. Dość dokładny model klimatyczny byłby niemożliwy do wykonania na czymkolwiek innym niż najpotężniejsze komputery.

Istnieją trzy rodzaje modeli używanych przez naukowców.

Modele fizyczne

Modele fizyczne są fizycznymi reprezentacjami badanego przedmiotu. Modele te są zazwyczaj mniejsze i prostsze niż rzecz, którą modelują, ale zawierają niektóre z ważnych elementów. Mapa lub globus są fizycznymi modelami Ziemi i są mniejsze i znacznie prostsze niż rzeczywista rzecz (rysunek poniżej).

Modele pojęciowe

Model pojęciowy wiąże razem wiele pomysłów w próbie wyjaśnienia zjawiska. Model konceptualny wykorzystuje to, co jest znane i musi być zdolny do włączenia nowej wiedzy w miarę jej zdobywania (rysunek poniżej). Na przykład, wiele danych przemawia za tym, że Księżyc powstał, gdy planeta wielkości Marsa uderzyła w Ziemię, wyrzucając na orbitę dużą ilość gruzu i gazu, który ostatecznie uformował się w Księżyc. Dobry pomysł roboczy to model konceptualny.

Modele matematyczne

Model matematyczny to równanie lub zestaw równań uwzględniający wiele czynników lub zmiennych. Modele matematyczne są zazwyczaj złożone i często nie mogą uwzględniać nie wszystkich możliwych czynników (rysunek poniżej). Modele te mogą być używane do przewidywania złożonych zdarzeń, takich jak lokalizacja i siła huraganu.

Modelowanie zmian klimatu jest bardzo złożone, ponieważ model musi uwzględniać takie czynniki, jak temperatura, gęstość lodu, opad śniegu i wilgotność. Wiele czynników wpływa na siebie nawzajem: Jeśli wyższe temperatury powodują zmniejszenie ilości śniegu, powierzchnia ziemi jest mniej zdolna do odbijania światła słonecznego i temperatura wzrośnie bardziej.

Ważność społeczności w nauce

Odkrycia naukowe są najlepsze, gdy są dziełem społeczności naukowców. Dla hipotezy być w pełni akceptować, praca wiele naukowiec musieć poparcie ono. Proces naukowy ma wbudowaną kontrolę i równowagę. Ogólnie rzecz biorąc, społeczność naukowa dobrze radzi sobie z monitorowaniem samej siebie. Chociaż nowe pomysły są często krytykowane, jeśli dalsze badania je wspierają, w końcu zostaną zaakceptowane.

Ale każdy naukowiec może przeprowadzać eksperymenty w swoim laboratorium sam lub z kilkoma pomocnikami, zapisze swoje wyniki i przedstawi swoją pracę społeczności naukowców w swojej dziedzinie (rysunek poniżej). Na początku może przedstawić swoje dane i wnioski na konferencji naukowej, gdzie będzie rozmawiać z innymi naukowcami o tych wynikach.

Korzystając z tego, czego się nauczyli, napiszą profesjonalną pracę, która zostanie opublikowana w czasopiśmie naukowym (rysunek poniżej). Przed publikacją kilku naukowców dokona przeglądu pracy – tzw. peer review – aby zasugerować zmiany, a następnie zalecić lub odrzucić pracę do publikacji. Gdy praca zostanie opublikowana, inni naukowcy z tej dziedziny dowiedzą się o niej i wykorzystają jej wyniki we własnych badaniach. Będą próbowali powtórzyć wyniki pracy, aby udowodnić, czy są one prawidłowe czy nieprawidłowe. W ten sposób nauka rozwija się w kierunku lepszego zrozumienia natury.

Społeczność naukowa kontroluje jakość i rodzaj badań, które są prowadzone poprzez finansowanie projektów. Większość badań naukowych jest kosztowna, więc naukowcy muszą napisać wniosek do agencji finansującej, takiej jak National Science Foundation lub National Aeronautics and Space Administration (NASA), aby zapłacić za sprzęt, dostawy i wynagrodzenia. Wnioski naukowe są recenzowane przez innych naukowców z danej dziedziny i oceniane pod kątem finansowania. W wielu dziedzinach wskaźnik finansowania jest niski, a pieniądze trafiają tylko do najbardziej wartościowych projektów badawczych.

Społeczność naukowa monitoruje rzetelność naukową. Podczas szkolenia studenci uczą się, jak przeprowadzać dobre eksperymenty naukowe. Uczą się, aby nie fałszować, ukrywać lub selektywnie raportować dane, i uczą się, jak sprawiedliwie oceniać dane i pracę innych naukowców. Biorąc pod uwagę wszystkie badania naukowe, które są przeprowadzane, istnieje niewiele przypadków nieuczciwości naukowej, jednak są one często opisywane z wielką gwałtownością przez media. Często powoduje to, że opinia publiczna nie ufa naukowcom w sposób, który nie jest konieczny. Naukowcy, którzy nie mają naukowej uczciwości są zdecydowanie potępiani przez społeczność naukową.

Bezpieczeństwo w nauce

Wpadki zdarzają się od czasu do czasu w życiu codziennym, a nauka nie jest wyjątkiem. Rzeczywiście, naukowcy często pracują z niebezpiecznymi materiałami i dlatego naukowcy – a nawet studenci nauk ścisłych – muszą być ostrożni, aby zapobiec wypadkom (rysunek poniżej). Jeśli dojdzie do wypadku, naukowcy muszą mieć pewność, że wszelkie obrażenia lub szkody zostaną odpowiednio potraktowane.

Wewnątrz laboratorium naukowego

Jeśli pracujesz w laboratorium naukowym, możesz natknąć się na niebezpieczne materiały lub sytuacje. Ostre przedmioty, chemikalia, ciepło i elektryczność są używane w laboratoriach nauk o ziemi. Stosując się do zasad bezpieczeństwa, można zapobiec prawie wszystkim wypadkom lub zminimalizować szkody. Przykłady wyposażenia bezpieczeństwa w laboratorium znajdują się na poniższym rysunku.

• Przestrzegać wskazówek przez cały czas.
• Przestrzegać wskazówek bezpieczeństwa podanych w instrukcjach laboratoryjnych lub przez kierownika laboratorium. Laboratorium to nie miejsce do zabawy.
• Używaj tylko takich ilości materiałów, jakie są zalecane. Przed odejściem od procedury laboratoryjnej skonsultuj się z osobą odpowiedzialną.
• Zwiąż długie włosy. Noś buty z zamkniętymi palcami i koszule bez wiszących rękawów, kapturów lub sznurków.
• Używaj rękawic, gogli lub fartuchów ochronnych, gdy zostaniesz o to poproszony.
• Zachowaj szczególną ostrożność z ostrymi lub spiczastymi przedmiotami, takimi jak skalpele, noże lub rozbite szkło.
• Nigdy nie jedz ani nie pij niczego w laboratorium naukowym. Niebezpieczne substancje mogą znajdować się na blatach stołów.
• Utrzymuj swoje miejsce pracy w czystości i porządku. Nieporządek w miejscu pracy może prowadzić do rozlania i stłuczenia.
• Czyść i konserwuj materiały, takie jak probówki i zlewki. Pozostałości substancji mogą wchodzić w interakcje z innymi substancjami w przyszłych eksperymentach.
• Bądź ostrożny, gdy sięgasz. Płomienie, płyty grzejne lub substancje chemiczne mogą znajdować się poniżej.
• Używać urządzeń elektrycznych i palników zgodnie z instrukcjami.
• Wiedzieć, jak korzystać ze stanowiska do przemywania oczu, koca gaśniczego, gaśnicy lub apteczki pierwszej pomocy.
• Zaalarmować kierownika laboratorium, jeśli zdarzy się coś niezwykłego. Jeśli ktoś zostanie ranny, może być wymagany raport z wypadku; kierownik laboratorium musi wiedzieć, czy jakieś materiały zostały uszkodzone lub wyrzucone.

Poza laboratorium

Wielu naukowców zajmujących się badaniem Ziemi pracuje na zewnątrz w terenie, jak pokazano na poniższym rysunku. Praca na zewnątrz wymaga dodatkowych środków ostrożności, takich jak:

• Noś odpowiednią odzież; na przykład buty turystyczne, długie spodnie i długie rękawy.
• Przynieś wystarczającą ilość jedzenia i wody, nawet na krótką wycieczkę. Odwodnienie może nastąpić szybko.
• Miej dostęp do odpowiedniej pierwszej pomocy.
• Powiedz innym, dokąd idziesz, co będziesz robił i kiedy wrócisz.
• Zabierz ze sobą mapę. Dobrym pomysłem jest również pozostawienie kopii mapy u kogoś w domu.
• Upewnij się, że masz dostęp do służb ratowniczych i jakiś sposób komunikacji. Pamiętaj, że nie wiele obszarów terenowych jest zbyt odległych, aby telefony komórkowe były przydatne.
• Upewnij się, że towarzyszy Ci osoba zaznajomiona z terenem lub zaznajomiona z rodzajem śledztwa, które prowadzisz, jeśli jesteś nowy w pracy w terenie.

Podsumowanie lekcji

• Celem nauki jest zadawanie pytań testowalnych i udzielanie na nie odpowiedzi.
• Naukowcy stosują sekwencję logicznych kroków, zwaną metodą naukową, która obejmuje prowadzenie obserwacji, formułowanie hipotezy, testowanie tej hipotezy i formułowanie wniosków.
• Modele fizyczne, pojęciowe i matematyczne pomagają naukowcom omawiać i rozumieć informacje i koncepcje naukowe.
• Teoria naukowa to hipoteza, która była wielokrotnie testowana i nie udowodniono jej fałszywości.
• Bezpieczeństwo w laboratorium, jak również w terenie, to niezbędne elementy dobrych badań naukowych.

Pytania przeglądowe

1. Napisz listę pięciu interesujących pytań naukowych. Czy każde z nich można przetestować?
2. Naukowiec badał wpływ zanieczyszczenia ropą naftową na wodorosty oceaniczne. Pomyślał, że odpływ ropy z kanalizacji burzowej uniemożliwiłby wodorostom normalny wzrost, więc postanowił przeprowadzić eksperyment. Wypełnił dwa zbiorniki akwariowe o równej wielkości wodą i monitorował rozpuszczony tlen i temperaturę w każdym z nich, aby upewnić się, że są równe. Wprowadził trochę oleju silnikowego do jednego zbiornika, a następnie zmierzył wzrost wodorostów w każdym zbiorniku. W zbiorniku bez oleju, średni wzrost wynosił 2,57 cm. Średni wzrost wodorostów w zbiorniku z olejem wynosił 2,37 cm. Na podstawie tego eksperymentu:
   1. Jakie pytanie postawił na początku naukowiec?
   2. Jaka była jego hipoteza?
   3. Zidentyfikuj zmienną niezależną, zmienną zależną i kontrolę eksperymentu.
   4. Co pokazały dane?
   5. Czy może być pewien swojego wniosku? Jak może uczynić swój wniosek bardziej stanowczy?
3. Wyjaśnij trzy rodzaje modeli naukowych. Jaka jest jedna zaleta i jedna wada każdego z nich?
4. Zidentyfikuj lub zaprojektuj pięć własnych symboli bezpieczeństwa, w oparciu o znajomość procedur bezpieczeństwa w laboratorium naukowym.
5. Zaprojektuj własny eksperyment w oparciu o jedno z twoich pytań z pytania 1 powyżej. Uwzględnij pytanie, hipotezę, zmienne niezależne i zależne oraz środki ostrożności. Możesz chcieć pracować z nauczycielem lub grupą.

Dalsza lektura / Dodatkowe linki

• Bardzo dobre i szczegółowe wyjaśnienie czym jest nauka i jak się ją uprawia.
• BrainPOP zawiera dogłębne dyskusje na temat badań naukowych, w tym teksty i filmy.
• Przykład zastosowania metody naukowej do badania gazów cieplarnianych i wzrostu drzew znajduje się tutaj. Lub jeden do badania związku bólu stóp z pogodą.

Punkty do rozważenia

• Jakie typy modeli masz doświadczenie z? Czego się z nich nauczyłeś?
• Jakie sytuacje są zarówno konieczne, jak i niebezpieczne do badania przez naukowców? Jakie środki ostrożności, Twoim zdaniem, powinni stosować podczas ich badania?
• Jak naukowe znaczenie słowa teoria różni się od potocznego? Czy możesz znaleźć w mediach przykład, w którym słowo to zostało użyte niepoprawnie w artykule naukowym? Nadużywanie słowa teoria jest powszechne w mediach i w życiu codziennym.