ตัวอย่าง การ ออกแบบ การ ทดลอง วิทยาศาสตร์

หลังจากที่ผู้เรียน ได้ทำความเข้าใจกับการกำหนดปัญหาเพื่อให้เกิดเป็นต้นทางของการเริ่มโครงงานวิทยาศาสตร์ และการกำหนดสมมติฐานที่ถูกต้องแล้ว กิจกรรมต่อไปนี้เป็นกิจกรรมที่มีจุดประสงค์เพื่อฝึกทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ขั้นที่เรียกว่า “การกำหนดและควบคุมตัวแปร”

สาเหตุที่ต้องมีความเข้าใจในกิจกรรมนี้อย่างชัดเจน เนื่องเพราะในการทำโครงงานวิทยาศาสตร์หรือการทดลองวิทยาศาสตร์เรื่องใดเรื่องหนึ่งนั้นจะต้องมีตัวแปรเข้ามาเกี่ยวข้องเสมอ ฉะนั้น การกำหนดตัวแปร และการควบคุมตัวแปรได้นั้น จึงเป็นทักษะหนึ่งที่จำเป็นต้องทราบเมื่อมีการทดลองทางวิทยาศาสตร์

จุดประสงค์

1. เพื่อให้ผู้เรียนเข้าใจความหมาย และชนิดของตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบการทดลอง

1. หลังสิ้นสุดกิจกรรม ผู้เรียน สามารถบอกความหมาย และบ่งชี้ตัวแปรจากข้อความที่กำหนดให้ได้

1. สามารถระบุ ตัวแปรต้น ตัวแปรตาม และตัวแปรที่ต้องการควบคุมให้คงที่จากการทดลอง

แนวคิด

ตัวแปร มีความหมายถึง สิ่งที่มีการเปลี่ยนแปลงหรือแตกต่างไปจากที่เคยเป็นอยู่เดิม เมื่ออยู่ในสถานการณ์ใดสถานการณ์หนึ่ง ตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับการทดลองทางวิทยาศาสตร์นั้น แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท คือ

1. ตัวแปรต้น คือ สิ่งที่เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดผลต่างๆ หรือสิ่งที่เราต้องการทดลองดูว่าเป็นสาเหตุที่ก่อให้เกิดผลเช่นนั้นจริงหรือไม่

2. ตัวแปรตาม คือ สิ่งที่เป็นผลเนื่องมาจากตัวแปรต้น เมื่อตัวแปรต้นหรือสิ่งที่เป็นสาเหตุเปลี่ยนไป ตัวแปรตามหรือสิ่งที่เป็นผลจะแปรตามไปด้วย และ

3. ตัวแปรควบคุม คือ สิ่งอื่นๆที่นอกเหนือจากตัวแปรต้น ที่จะทำให้ผลการทดลองคลาดเคลื่อนหากว่าไม่มีการควบคุมให้เหมือนกัน ฉะนั้นการควบคุมตัวแปร จึงเป็นการควบคุมตัวแปรอื่นๆ ให้เหมือนๆกันนอกเหนือจากตัวแปรต้น เพื่อจะทำให้ผลการทดลองไม่คลาดเคลื่อน

อุปกรณ์ประกอบกิจกรรม

1. อุปกรณ์ชุดที่ 1 ประกอบด้วย (ต่อ 1 กลุ่ม กลุ่มละ 5 คน)

- แก้วพลาสติกใสบนสายการบิน ขนาดเท่ากัน 4 ใบ

- เทอร์โมมิเตอร์ 1 อัน

- ช้อนพลาสติกเบอร์ 1 จำนวน 2 คัน

- แก้วพลาสติกใสใหญ่สำหรับเติมน้ำ

- น้ำขวดขนาด 500 มล. 1 ขวด

- แคลเซียมคลอไรด์ (CaCl2)

- แท่งแก้วคนสาร/ที่คนครื่องดื่ม 1 อัน

- กระดาษทิชชู่แผ่นเล็ก ใช้เช็ดเทอร์โมมิเตอร์

- ใบงานกิจกรรม 1 แผ่น

- หลอดฉีดยาขนาด 50 มล.

2. แบทดสอบการระบุและควบคุมตัวแปร (1 ชุด / 1 คน)

3. แผ่นสไลด์สำหรับฉาย กลุ่มละ 3 แผ่น

4. ปากกาเขียนแผ่นสไลด์ 1 ชุด

ขั้นตอนการดำเนินกิจกรรม

1. ขั้นนำกิจกรรม (7 นาที)

- ทบทวนว่าจากการเรียนรู้ที่ผ่านมา ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์มีอะไรบ้าง (วันแรกของการอบรม) การควบคุมและระบุตัวแปรเป็น 1 ใน 13 ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์

- ก่อนทำกิจกรรมต่อไป ให้แบ่งผู้เรียนออกเป็นกลุ่มๆ ละ 5 คน

- กำหนดให้ผู้เรียนแต่ละกลุ่มนั่งประจำโต๊ะที่ผู้นำกิจกรรมจัดให้ ซึ่งแต่ละโต๊ะ วางกระดาษหนังสือพิมพ์กันเปื้อนไว้

2. ขั้นกิจกรรม (23 นาที)

- ให้คำสั่งว่าแต่ละกลุ่มจะได้อุปกรณ์ชุด 3.1 กลุ่มละ 1 ชุด ให้ผู้เข้าร่วมหยิบออกจากกล่อง และให้ทำตามใบงานกิจกรรมพร้อมบันทึกผลลงบนแผ่นสไลด์สำหรับเขียนให้ ให้ใช้เวลาสำหรับการทำการทดลองประมาณ 20 นาที

- เมื่อพร้อมแล้ว ให้ทุกคนสำหรับอุปกรณ์ให้ครบ และ ให้สัญญาณ เริ่มลงมือทำกิจกรรม

-ในระหว่างผู้เข้าร่วมอบรมทำกิจกรรม ให้สังเกตพฤติกรรมของแต่ละกลุ่ม เพื่อนำมาใช้ประกอบการอภิปราย

3. ขั้นอภิปราย (25 นาที)

- เมื่อหมดเวลาแล้ว ให้ทุกๆกลุ่ม หยุดทำกิจกรรม

- สุ่มเลือกกลุ่มที่จะนำผลออกมาเสนอหน้าชั้นจำนวน 5 กลุ่ม (กลุ่มละ 4 นาที)

- ให้แต่ละกลุ่มที่ออกมาอภิปราย อภิปรายกันในหัวข้อต่อไปนี้

- อุณหภูมิของน้ำในแก้วใบเล็กก่อนและหลังใส่แคลเซียมคลอไรด์ 1 ช้อนเบอร์ 1 ต่างกันหรือไม่อย่างไร

- อุณหภูมิของน้ำในแก้วใบเล็กก่อนและหลังใส่แคลเซียมคลอไรด์ 2 ช้อนเบอร์ 1, 3 ช้อนเบอร์ 1 และ 4 ช้อนเบอร์ 1 ต่างกันหรือไม่อย่างไร

- อุณหภูมิของน้ำในแก้วใบเล็กก่อนใส่แคลเซียมคลอไรด์ 1 ช้อนเบอร์ 1, 2 ช้อนเบอร์ 1, 3 ช้อนเบอร์ 1 และ 4 ช้อนเบอร์ 1 ต่างกันหรือไม่อย่างไร

- อุณหภูมิของน้ำในแก้วใบเล็กหลังใส่แคลเซียมคลอไรด์ 1 ช้อนเบอร์ 1, 2 ช้อนเบอร์ 1, 3 ช้อนเบอร์ 1 และ 4 ช้อนเบอร์ 1 ต่างกันหรือไม่อย่างไร

ในการอภิปรายผลตามใบกิจกรรมของแต่ละกลุ่ม ให้ผู้นำกิจกรรมบันทึกผลบนกระดานด้วย เพื่อให้เกิดการติดตามอย่างเข้าใจ

หลังจากทำครบ 5 กลุ่มแล้ว ให้อภิปรายร่วมกันทั้งห้องตามหัวข้อต่อไปนี้

- การทดลองนี้เกี่ยวข้องกับอะไรบ้าง

(อุณหภูมิของน้ำ และปริมาณของแคลเซียมคลอไรด์)

- สิ่งที่เกี่ยวข้องในการทดลองทางวิทยาศาสตร์เรียกว่าอะไร

(ตัวแปร)

- การทดลองนี้ได้จัดให้มีอะไรเหมือนกันบ้าง

(ขนาดของแก้วน้ำใสเล็ก ปริมาณของน้ำ ขนาดของช้อนตักสาร เทอรืโมมิเตอร์ ชนิดของสาร)

- สิ่งที่ได้จัดเอาไว้ให้เหมือนกันนี้เราเรียกว่าอะไร

(ตัวแปรควบคุม)

- การทดลองนี้ทำไมต้องใช้แก้วใสใบเล็กขนาดเท่ากัน

(ขนาดภาชนะเป็นตัวแปรที่ต้องควบคุมให้คงที่)

- การทดลองนี้จัดอะไรให้มีความแตกต่างกันบ้าง

(ปริมาณของแคลเซียลคลอไรด์ที่ใส่ลงไปในแก้วใสใบเล็ก)

- สิ่งที่จัดให้แตกต่างกันนี้เรียกว่าอะไร

(ตัวแปรต้น หรือ ตัวแปรอิสระ)

- การทดลองนี้ เราต้องคอยติดตามและดูอะไรบ้าง

(อุณหภูมิของน้ำ “ก่อน” และ “หลัง” การใส่แคลเซียมคลอไรด์)

- สิ่งที่ต้องตามดูอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงตัวแปรต้นนั้น เรียกว่าอะไร

(ตัวแปรตาม)

- ท่านมีวิธีวัดอุณหภูมิของน้ำหลังจากเติมแคลเซียมคลอไรด์อย่างไร?

(วัดอุณหภูมิของน้ำเมื่อสารที่เติมลงไปละลายทั้งหมดแล้ว)

- อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปของน้ำเป็นผลเนื่องมาจากอะไร

(สารแคลเซียมคลอไรด์ ทำให้เกิดการรบกวนระบบสมดุลของระบบ ระบบจึงมีการปรับสมดุลโดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ)

- อุณหภูมิของน้ำหลังจากที่มีการเติมสารแคลเซียมคลอไรด์แตกต่างกัน เป็นผลสืบเนื่องมาจากอะไร

(“ปริมาณ” ของแคลเซียมคลอไรด์ที่ใส่ลงไปในน้ำ)

อธิบายให้ฟังว่าในการทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์เรื่องใดเรื่องหนึ่งนั้น มักจะมีตัวแปรเข้ามาเกี่ยวข้องกับการทดลองอยู่เสมอ และตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับการทดลองนั้น จะมี 3 ชนิด คือ

1. ตัวแปรต้น เป็นตัวแปรที่ก่อให้เกิดผลเช่นนั้นจริงหรือไม่ ซึ่งได้แก่ ปริมาณของแคลเซียมคลอไรด์ที่เติมลงไป

2. ตัวแปรตาม คือตัวแปรที่เป็นผลเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรต้น ซึ่งได้แก่อุณหภูมิของน้ำหลังจากที่ใส่แคลเซียมคลอไรด์ลงไปในปริมาณที่แตกต่างกัน

3. ตัวแปรควบคุม คือสิ่งอื่นๆนอกเหนือจากตัวแปรต้นที่อาจทำให้ผลการทดลองคลาดเคลื่อนได้หากว่าไม่มีการควบคุมให้เหมือนกัน ได้แก่ ขนาดของแก้วใส ปริมาณของน้ำ ขนาดของช้อนตักสาร เป็นต้น

ถามผู้เข้าร่วมฯ ว่ากิจกรรมครั้งนี้ ใช้ทักษะพื้นฐานอะไรบ้าง

1. การสังเกต คือสังเกตลักษณะสารสะลาย อุณหภูมิของน้ำ ก่อนและหลังเติมสารละลาย

2. การวัด คือ การใช้ช้อนตักสาร การตวงปริมาตรน้ำโดยหลอดฉีดยา การวัดอุณหภูมิ

3. การสื่อความหมายข้อมูล คือการนำผลการทดลองที่ได้ใส่ลงในตารางได้ถูกต้อง

4. การคำนวณ คือการหาผลต่างของอุณหภูมิก่อนและหลังการใส่แคลเซียมคลอไรด์

5. การพยากรณ์ คือ การทำนายว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากใส่สารลงไป 6 ช้อน

พยายามชี้ให้เห็นว่า ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ขั้นผสมผสานนั้น ต้องอาศัยทักษะขั้นพื้นฐาน เพื่อให้ได้ผลการทดลองตามที่ต้องการ

การออกแบบการทดลองมีอะไรบ้าง

•1. การออกแบบการทดลอง การทดลอง ประกอบด้วยกิจกรรมดังนี 1.1 วิธีการทดลอง 1.2 วัสดุอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง 2. การปฏิบัติการทดลอง 3. การบันทึกผลการทดลอง

การทดลองวิทยาศาสตร์มีกี่ขั้นตอน

ปัจจุบันมีนักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้จำแนกวิธีการทางวิทยาศาสตร์ไว้แตกต่างกัน ในที่นี้ขอนำเสนอวิธีการทางวิทยาศาสตร์ 5 ขั้นตอน ประกอบด้วย ขั้นที่ 1 ตั้งปัญหา ขั้นที่ 2 เก็บรวบรวมข้อมูล หรือข้อเท็จจริง ขั้นที่ 3 สร้างสมมติฐาน ขั้นที่ 4 ทดลองพิสูจน์ และขั้นที่ 5 สรุปผล

วิธีการทางวิทยาศาสตร์มีอะไรบ้าง

วิธีการทางวิทยาศาสตร์ มีกี่ขั้นตอน อะไรบ้าง.

1. การกำหนดปัญหา (Problem) ... .

2. การตั้งสมมติฐาน (Hypothesis) ... .

3. การทดลองหรือตรวจสอบสมมติฐาน (Test with experiment) ... .

4. การวิเคราะห์ข้อมูล (Data analyze) ... .

5. การสรุปผล (Conclusion).

วิธีการทดลองควรเขียนลักษณะอย่างไร

วิธีการทดลองให้เขียนเป็นข้อ อาจแบ่งเป็นข้อใหญ่ แล้วแบ่งย่อยเป็นข้อเล็ก ตามความเหมาะสม ไม่ ต้องเขียนรายการวัสดุอุปกรณ์และสารเคมีแยกออกมา แต่ให้เขียนรวมไปในวิธีการทดลองซึ่งจะต้องบอกสิ่ง เหล่านี้อยู่แล้ว ตัวอย่างของการเขียนวิธีการทดลองเช่น