ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์
ความหมายและองค์ประกอบของวิทยาศาสตร์
วิทยาศาสตร์ (Science) เป็นความรู้ที่เกิดจากสติปัญญาและความพยายามของมนุษย์ในการศึกษาเพื่อทำความเข้าใจสิ่งต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนโลกหรือในจักรวาล ความรู้วิทยาศาสตร์และธรรมชาติของวิทยาศาสตร์
1. ความรู้วิทยาศาสตร์
ความเข้าใจเกี่ยวกับความรู้วิทยาศาสตร์ (Scientific knowledge) เนื่องจากความรู้วิทยาศาสตร์เป็นสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้นจากการสังเกตและประสบการณ์ที่ได้รับเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ องค์ประกอบของความรู้วิทยาศาสตร์ คือ
1. ข้อเท็จจริง (Fact)
คือ การสังเกตปรากฏการณ์ธรรมชาติ หรือสิ่งใดๆ ที่เป็นอยู่จริงไม่เปลี่ยนแปลง และเป็นสิ่งที่ได้จากการสังเกตโดยตรง หรือโดยอ้อม (ข้อเท็จจริงในธรรมชาติย่อมถูกต้องเสมอ แต่การสังเกตข้อเท็จจริงอาจผิดพลาดได้)
2. ความคิดรวบยอดหรือ มโนมติ (Concept)
คือ ความคิดหลัก (Main idea) ของแต่ละบุคคลที่มีต่อเหตุการณ์หรือปรากฏการณ์นั้นๆ 3. หลักการ (Principle)
เป็นความจริงที่ใช้เป็นหลักในการอ้างอิงได้ โดยนำกลุ่ม มโนมติที่เกี่ยวกับความสัมพันธ์ซึ่งได้รับการทดสอบว่าเป็นจริงแล้วว่าเป็นจริง 4. สมมติฐาน (Hypothesis)
หมายถึง ข้อความที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้นเพื่อคาดคะเนคำตอบของปัญหาล่วงหน้าก่อนที่จะดำเนินการทดลอง สมมติฐานใดจะเป็นที่ยอมรับหรือไม่ขึ้นอยู่กับหลักฐาน
5. ทฤษฎี (Theory)
เป็นข้อความที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้น เป็นคำอธิบายหรือความคิดที่ได้จากสมมติฐานที่ผ่านการตรวจสอบหลายๆ ครั้ง และใช้อ้างอิงได้ หรือ ทำนายปรากฏการณ์ที่ค่อนข้างกว้าง สามารถใช้อธิบายกฎ หลักการ และการคาดคะเนข้อเท็จจริงในเรื่องทำนองเดียวกันได้ (ทฤษฎี เป็นความคิดของนักวิทยาศาสตร์ อาจจะถูกหรือผิดก็ได้ ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงได้ 6. กฎ (Law)
เป็นหลักการอย่างหนึ่งซึ่งเป็นข้อความที่ระบุความสัมพันธ์กันระหว่าง เหตุกับผล และอาจเขียนในรูปสมการแทนได้ ผ่านการทดสอบจนเป็นที่น่าเชื่อถือได้มาแล้ว (กฎ มีความจริงในตัวของมันเอง ไม่มีข้อโต้แย้ง สมารถทดสอบได้เหมือนเดิมทุกประการ) 2. กระบวนการได้มาซึ่งความรู้วิทยาศาสตร์
กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ( Process of Science) คือ พฤติกรรมที่ผู้เรียนแสวงหาความรู้ และแก้ปัญหาโดยใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เป็นเครื่องมือซึ่งการดำเนินการต้องอาศัยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ (Science Process Skill) และเจตคติทางวิทยาศาสตร์หรือจิตวิทยาศาสตร์ (Scientific Attitude) โดยทั่วไปกระบวนการหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (The Process of Science) ประกอบด้วย
- ระเบียบวิธีการทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Method)
- ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (Scientific process skills)
- ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (Scientific process skills)
- เจตคติทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Attitude)
ระเบียบวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ( Scientific Method) เป็นวิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ใช้แสวงหาความรู้ แก้ปัญหา โดยมีขั้นตอน ดังนี้
1. ระบุปัญหา
2. ตั้งสมมุติฐาน
3. ทำการทดลอง
4. สังเกตขณะทดลอง
5. รวบรวม และวิเคราะห์ข้อมูล
6. ตรวจสอบข้อมูล
7. สรุปผลการทดลอง
ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์
การจัดกิจกรรมการเรียนรู้แบบวิทยาศาสตร์นั้น ผู้สอนจำเป็นจะต้องให้ผู้เรียนฝึกทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นทักษะพื้นฐานให้เกิดกับผู้เรียน 13 ทักษะ มีรายละเอียดดังนี้
ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ประกอบด้วย 13 ทักษะ ดังนี้
1. ทักษะขั้นมูลฐาน 8 ทักษะ ได้แก่
ทักษะการสังเกต ( Observing )
ทักษะการวัด ( Measuring )
ทักษะการจำแนกหรือทักษะการจัดประเภทสิ่งของ ( Classifying )
ทักษะการใช้ความสัมพันธ์ระหว่างสเปสกับเวลา ( Using Space/Relationship)
ทักษะการคำนวณและการใช้จำนวน ( Using Numbers )
ทักษะการจัดกระทำและสื่อความหมายข้อมูล ( Comunication )
ทักษะการลงความเห็นจากข้อมูล ( Inferring )
ทักษะการพยากรณ์ ( Predicting )
2. ทักษะขั้นสูงหรือทักษะขั้นผสม 5 ทักษะ ได้แก่
2.1 ทักษะการตั้งสมมุติฐาน ( Formulating Hypthesis )
2.2 ทักษะการควบคุมตัวแปร ( Controlling Variables)
2.3 ทักษะการตีความและลงข้อสรุป ( Interpreting data)
2.4 ทักษะการกำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการ ( Defining Operationally)
2.5 ทักษะการทดลอง ( Experimenting)
3. เจตคติทางวิทยาศาสตร์
สิ่งที่จะทำให้ความรู้วิทยาศาสตร์เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์นั้นจะต้องมีองค์ประกอบอีกอย่างที่สำคัญ ก็คือเจตคติทางวิทยาศาสตร์นั่นเอง ซึ่งเจตคติทางวิทยาศาสตร์ หมายถึง คุณลักษณะของนักวิทยาศาสตร์ หรือคุณลักษณะของบุคคลที่มีแนวโน้มที่จะแสดงพฤติกรรมของตนออกมา ซึ่งจะมีผลต่อความสำเร็จของงานทางวิทยาศาสตร์ แฮนี่ย์ ( Richard E. Haney ) ได้กำหนดองค์ประกอบที่สำคัญดังกล่าวไว้ ( Haney, 1964 : 33-35 และ Thurber and Collette, 1970 : 154 ) ดังนี้
1. ความอยากรู้อยากเห็น ( Curiosity )
2. ความมีเหตุมีผล ( Rationality )
3. การไม่ด่วนสรุป ( Suspended judgment )
4. ความใจกว้าง ( Open - mindedness )
5. การมีวิจารณญาณ ( Critical - mindedness )
6. การไม่ถือตนเป็นใหญ่ ( Objectivity )
7. ความซื่อสัตย์ (Honesty )
8. ความอ่อนน้อมถ่อมตน ( Humility )
ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (Nature of Science; NOS)
ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์” เป็นลักษณะเฉพาะตัวของวิทยาศาสตร์ที่ทำให้วิทยาศาสตร์มี ความแตกต่างจากศาสตร์อื่นๆ เป็นค่านิยม ข้อสรุป แนวคิดหรือ คำอธิบายที่บอกว่าวิทยาศาสตร์คืออะไร มีการทำงานอย่างไร นักวิทยาศาสตร์คือใคร ทำงานอย่างไร และงานด้านวิทยาศาสตร์มีความสัมพันธ์อย่างไรกับสังคมค่านิยม ข้อสรุปแนวคิดหรือคำ อธิบายเหล่านี้จะผสมผสานกลมกลืนอยู่ในตัววิทยาศาสตร์ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ และการพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ รวมถึงการมองสิ่งเหล่านี้ในเชิงปรัชญาเกี่ยวกับการกำเนิด ธรรมชาติ วิธีการและขอบเขตของความรู้ของมนุษย์ (Epistemology) และในเชิงสังคมวิทยา (Sociology)
ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ประกอบไปด้วยแนวคิดเกี่ยวกับตัววิทยาศาสตร์อยู่หลายแนวคิด ซึ่งในที่นี้อาจจัดหมวดหมู่ของแนวคิดเหล่านั้นได้เป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ ตามการจัดของThe American Association for the Advancement of Science (AAAS) ได้แก่
ด้านที่ 1 โลกในมุมมองแบบวิทยาศาสตร์ (Scientific World View)
ด้านที่ 2 การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Inquiry)
ด้านที่ 3 องค์กรทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Enterprise)
ด้านที่ 1 โลกในมุมมองแบบวิทยาศาสตร์
1.1 โลกคือสิ่งที่สามารถทำความเข้าใจได้
ปรากฏการณ์ต่างๆ บนโลกหรือในจักรวาลที่เกิดขึ้นอย่างเป็นแบบรูป (pattern)สามารถเข้าใจได้ด้วยสติปัญญา วิธีการศึกษาที่เป็นระบบ ผนวกกับการใช้ประสาทสัมผัสและเครื่องมือต่างๆ ในการเก็บรวบรวมข้อมูล นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสิ่งต่างๆ สามารถทำความเข้าใจได้และคำถามใหม่ๆ เกิดขึ้นได้เสมอ ไม่มีความเข้าใจใดที่ถูกต้องสมบูรณ์ที่สุด
1.2 แนวคิดทางวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้
วิทยาศาสตร์ คือ กระบวนการสร้างองค์ความรู้ ซึ่งประกอบด้วยการสังเกตปรากฏการณ์ต่างๆ ในธรรมชาติอย่างละเอียดรอบคอบเพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์นั้นๆ ดังนั้นคำถามใหม่จึงเกิดขึ้นต่อเนื่องตลอดเวลาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และส่งผลในการปรับปรุงหรือคิดค้นวิธีการใหม่ในการค้นหาคำตอบ ซึ่งการสังเกตครั้งใหม่อาจได้ข้อมูลที่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่แล้วยังไม่สามารถอธิบายได้
1.3 ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความคงทน
ความรู้ทางวิทยาศาสตร์พัฒนาขึ้นมาอย่างช้าๆ ผ่านวิธีการทางวิทยาศาสตร์ เช่น การสำรวจ สืบค้น ทดลอง สร้างแบบจำลอง อย่างต่อเนื่องซ้ำแล้วซ้ำเล่า ดังนั้นแม้ว่าวิทยาศาสตร์จะยอมรับเรื่องความไม่แน่นอน (Uncertainty) และปฏิเสธเรื่องความจริงสัมบูรณ์ว่าเป็นส่วนหนึ่งของธรรมชาติ แต่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่มีความคงทน เชื่อถือได้เพราะผ่านวิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่เน้นความถูกต้องแม่นยำ และตรวจสอบอย่างเข้มข้นจากประชาคมวิทยาศาสตร์ (Scientific Community)
1.4 ทฤษฎีและกฎมีความสัมพันธ์กันแต่มีความแตกต่างกัน
แนวความคิดคลาดเคลื่อนที่พบบ่อยเกี่ยวกับทฤษฎีและกฎ คือ “กฎเป็นทฤษฎีที่พัฒนาแล้ว จึงมีความน่าเชื่อถือและมีคุณค่ามากกว่าทฤษฎี” ในความเป็นจริงแล้ว ทั้งกฎและทฤษฎีเป็นผลผลิตของวิทยาศาสตร์ที่มีความสำคัญเท่าเทียมกัน โดย กฎ คือ แบบแผนที่ปรากฏในธรรมชาติ ส่วน
ทฤษฎี คือ คำอธิบายว่าทำไมแบบแผนของธรรมชาติจึงเป็นไปตามกฏนั้นๆเช่น ทฤษฎีพลังงานจลน์ของอนุภาคสามารถใช้อธิบายกฎของชาร์ลได้ เป็นต้น
1.5 วิทยาศาสตร์ไม่สามารถตอบได้ทุกคำถาม
หลายสิ่งหลายอย่างในโลกไม่สามารถพิสูจน์หรือตรวจสอบได้ด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะความเชื่อเกี่ยวกับเรื่องจิตวิญญาณหรือสิ่งลี้ลับ เช่น พลังเหนือธรรมชาติ (Supernatural Power and Being) ความเชื่อเรื่องปาฏิหาริย์ (Miracle) ผีสาง(Superstition) การทำนายโชคชะตา (Fortune-telling) หรือโหราศาสตร์ (Astrology) นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ไม่มีหน้าที่ให้คำตอบหรืออภิปรายในเรื่องเหล่านี้ แม้ว่าคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์อาจให้คำตอบหรือทางเลือกที่เป็นไปได้ก็ตาม
ด้านที่ 2 การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์
การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความซับซ้อนมากกว่าที่หลายคนคิด การสืบเสาะหาความรู้มีความหมายโดยนัยมากกว่าการสังเกตอย่างละเอียดแล้วจัดกระทำข้อมูลนอกจากนี้การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ยังเป็นมากกว่า “วิธีการทางวิทยาศาสตร์” หรือ“การทำ การทดลอง”ที่มักถูกจำ กัดให้ทำ เป็นลำ ดับขั้นที่ตายตัว การสืบเสาะหาความรู้ประกอบด้วยการให้เหตุผลเชิงตรรกะ (Logic) ข้อมูลหลักฐานเชิงประจักษ์ (Empirical Evidence) จินตนาการ (Imagination) และการคิดสร้างสรรค์ (Inventiveness)
2.1 วิทยาศาสตร์ต้องการหลักฐาน
แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ต้องการหลักฐานเชิงประจักษ์เพื่อยืนยันความถูกต้องและได้รับการยอมรับจากองค์กรวิทยาศาสตร์ (Scientific Enterprise) การทำงานทางวิทยาศาสตร์ของบุคคลหนึ่ง อาจได้ค้นพบสิ่งที่ยิ่งใหญ่ แต่ความก้าวหน้าทางองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ขึ้นกับการยอมรับขององค์กรวิทยาศาสตร์
2.2 วิทยาศาสตร์มีการผสมผสานระหว่างตรรกศาสตร์ จินตนาการและการคิดสร้างสรรค์
การทำความเข้าใจปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนโลกซึ่งต้องมีการพิสูจน์ด้วยการให้เหตุผลเชิงตรรกะ (Logic) ที่เชื่อมโยงหลักฐานเข้ากับข้อสรุป อย่างไรก็ตามการใช้ตรรกะเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอต่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์จินตนาการและการคิดสร้างสรรค์มีส่วนสำคัญอย่างมากในการสร้างสมมติฐาน ทฤษฎี
2.3 วิทยาศาสตร์ให้คำอธิบายและการทำนาย
นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตโดยใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับ ซึ่งความน่าเชื่อถือของคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์มาจากความสามารถในการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างหลักฐานและปรากฏการณ์ที่ไม่เคยค้นพบมาก่อน
2.4 นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะระบุและหลีกเลี่ยงความลำเอียง
ข้อมูลหลักฐานมีความสำคัญอย่างมากในการนำเสนอแนวคิดใหม่ ๆ นักวิทยาศาสตร์มักมีคำถามว่า “แนวคิดนี้มีหลักฐานอะไรมายืนยัน” ดังนั้นการรวบรวมหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ต้องมีความถูกต้องแม่นยำ ปราศจากความลำเอียง
2.5 วิทยาศาสตร์ไม่ยอมรับการมีอำนาจเหนือบุคคลอื่น
วิทยาศาสตร์ไม่ยอมรับนับถือการมีอำนาจเหนือบุคคลอื่น (Authority) และเชื่อว่าไม่มีบุคคลใดหรือนักวิทยาศาสตร์คนไหน ไม่ว่าจะมีชื่อเสียงหรือตำแหน่งหน้าที่การงานสูงเพียงใดที่จะมีอำนาจตัดสินว่า อะไรคือความจริง หรือมีสิทธิพิเศษในการเข้าถึงความจริงมากกว่าคนอื่น ๆเพราะความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่ค้นพบจะต้องพิสูจน์ตัวเองด้วยความสามารถในการอธิบายปรากฏการณ์หนึ่ง ๆ ได้ดีกว่าแนวคิดที่มีอยู่เดิม
ด้านที่ 3 องค์กรทางวิทยาศาสตร์
วิทยาศาสตร์ คือ กิจกรรมของมนุษยชาติ (Human activity) ซึ่งมีมิติในระดับของบุคคลสังคม หรือองค์กร โดยกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ที่กระทำอาจเป็นสิ่งที่แบ่งแยกยุคสมัยต่าง ๆออกจากกันอย่างชัดเจน
3.1 วิทยาศาสตร์คือกิจกรรมทางสังคมที่ซับซ้อน
วิทยาศาสตร์ คือ กิจกรรมที่อยู่ภายใต้ระบบสังคมของมนุษย์ ดังนั้นกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์จึงอาจได้รับการสนับสนุนหรือถูกขัดขวางด้วยปัจจัยต่าง ๆ ทางสังคม เช่นประวัติศาสตร์ ศาสนา วัฒนธรรม ค่านิยม หรือสถานะทางสังคม ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดก็คือการศึกษาเกี่ยวกับการโคลนนิ่ง (Cloning)ซึ่งในเชิงวิทยาศาสตร์แล้วเป็นสิ่งที่น่าสนใจและมีประโยชน์ แต่ในเชิงสังคมแล้วเป็นสิ่งที่ก่อให้เกิดข้อโต้แย้ง (Controversy) อย่างกว้างขวางจนทำให้การศึกษาในเรื่องดังกล่าวหยุดชะงักลง
3.2 วิทยาศาสตร์แตกแขนงเป็นสาขาต่าง ๆ และมีการดำเนินการในหลายองค์กร
วิทยาศาสตร์ คือ การรวบรวมความรู้ที่หลากหลายของศาสตร์สาขาต่าง ๆ ซึ่งมีความแตกต่างกันในด้านประวัติศาสตร์ ปรากฏการณ์ที่ศึกษา เป้าหมาย และเทคนิควิธีการที่ใช้
3.3 วิทยาศาสตร์มีหลักการทางจริยธรรมในการดำเนินการ
นักวิทยาศาสตร์ต้องทำงานโดยมีจริยธรรมทางวิทยาศาสตร์ (Ethical norms of science) (เช่น ความซื่อสัตย์ในการบันทึกข้อมูล ความมีใจกว้างฯ) เพราะในบางครั้งความต้องการได้รับการยกย่องว่าเป็นคนแรกที่ค้นพบความรู้ใหม่อาจทำให้นักวิทยาศาสตร์ก้าวไปในทางที่ผิดได้ เช่น การบิดเบือนข้อมูลหรือข้อค้นพบ
3.4 นักวิทยาศาสตร์เข้าร่วมกิจกรรมทางสังคมในฐานะผู้เชี่ยวชาญและประชาชนคนหนึ่ง
ในบางครั้งนักวิทยาศาสตร์เข้าร่วมกิจกรรมทางสังคมในฐานะผู้เชี่ยวชาญที่มีความรู้ทักษะ และประสบการณ์เฉพาะทาง แต่ในบางครั้งก็เข้าร่วมกิจกรรมทางสังคมในฐานะประชาชนคนหนึ่งที่มีมุมมอง ความสนใจ ค่านิยม และความเชื่อส่วนตัว
3.5 ความสัมพันธ์ระหว่างวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
บางคนอาจเข้าใจว่า วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีความหมายเหมือนกันหรือคล้ายกันแต่แท้ที่จริงแล้ว ทั้งสองมีจุดเน้นที่แตกต่างกัน โดยวิทยาศาสตร์จะเน้นการแสวงหาความรู้เพื่อการต่อยอดความรู้ ส่วนเทคโนโลยีจะเน้นการใช้ความรู้เพื่อตอบสนองต่อการดำรงชีวิตที่สะดวกสบายมากยิ่งขึ้นอย่างไรก็ตาม วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีความสัมพันธ์กัน
ลักษณะธรรมชาติวิทยาศาสตร์ 3 กลุ่มนี้ จะสอดคล้องกับเอกสารทางวิจัยหลาย ๆ ชิ้นที่นักวิจัยยอมรับ และมาตรฐานที่กำหนดไว้เกี่ยวกับ ธรรมชาติวิทยาศาสตร์ของไทย คือ สาระที่ 8 ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
ดังนั้นการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ให้บรรลุตามวัตถุประสงค์ จึงต้องเข้าใจในธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ เข้าใจการรอบรู้เชิงวิทยาศาสตร์ เพื่อไม่ให้เกิดความเข้าใจที่คลาดเคลื่อน โดยเฉพาะครูวิทยาศาสตร์ ยิ่งต้องทำความเข้าใจเรื่องนี้อย่างดี.
ระเบียบวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ( Scientific Method) เป็นวิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ใช้แสวงหาความรู้ แก้ปัญหา โดยมีขั้นตอน ดังนี้
1. ระบุปัญหา
2. ตั้งสมมุติฐาน
3. ทำการทดลอง
4. สังเกตขณะทดลอง
5. รวบรวม และวิเคราะห์ข้อมูล
6. ตรวจสอบข้อมูล
7. สรุปผลการทดลอง
ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์
การจัดกิจกรรมการเรียนรู้แบบวิทยาศาสตร์นั้น ผู้สอนจำเป็นจะต้องให้ผู้เรียนฝึกทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นทักษะพื้นฐานให้เกิดกับผู้เรียน 13 ทักษะ มีรายละเอียดดังนี้
ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ประกอบด้วย 13 ทักษะ ดังนี้
1. ทักษะขั้นมูลฐาน 8 ทักษะ ได้แก่
ทักษะการสังเกต ( Observing )
ทักษะการวัด ( Measuring )
ทักษะการจำแนกหรือทักษะการจัดประเภทสิ่งของ ( Classifying )
ทักษะการใช้ความสัมพันธ์ระหว่างสเปสกับเวลา ( Using Space/Relationship)
ทักษะการคำนวณและการใช้จำนวน ( Using Numbers )
ทักษะการจัดกระทำและสื่อความหมายข้อมูล ( Comunication )
ทักษะการลงความเห็นจากข้อมูล ( Inferring )
ทักษะการพยากรณ์ ( Predicting )
2. ทักษะขั้นสูงหรือทักษะขั้นผสม 5 ทักษะ ได้แก่
2.1 ทักษะการตั้งสมมุติฐาน ( Formulating Hypthesis )
2.2 ทักษะการควบคุมตัวแปร ( Controlling Variables)
2.3 ทักษะการตีความและลงข้อสรุป ( Interpreting data)
2.4 ทักษะการกำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการ ( Defining Operationally)
2.5 ทักษะการทดลอง ( Experimenting)
3. เจตคติทางวิทยาศาสตร์
สิ่งที่จะทำให้ความรู้วิทยาศาสตร์เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์นั้นจะต้องมีองค์ประกอบอีกอย่างที่สำคัญ ก็คือเจตคติทางวิทยาศาสตร์นั่นเอง ซึ่งเจตคติทางวิทยาศาสตร์ หมายถึง คุณลักษณะของนักวิทยาศาสตร์ หรือคุณลักษณะของบุคคลที่มีแนวโน้มที่จะแสดงพฤติกรรมของตนออกมา ซึ่งจะมีผลต่อความสำเร็จของงานทางวิทยาศาสตร์ แฮนี่ย์ ( Richard E. Haney ) ได้กำหนดองค์ประกอบที่สำคัญดังกล่าวไว้ ( Haney, 1964 : 33-35 และ Thurber and Collette, 1970 : 154 ) ดังนี้
1. ความอยากรู้อยากเห็น ( Curiosity )
2. ความมีเหตุมีผล ( Rationality )
3. การไม่ด่วนสรุป ( Suspended judgment )
4. ความใจกว้าง ( Open - mindedness )
5. การมีวิจารณญาณ ( Critical - mindedness )
6. การไม่ถือตนเป็นใหญ่ ( Objectivity )
7. ความซื่อสัตย์ (Honesty )
8. ความอ่อนน้อมถ่อมตน ( Humility )
ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (Nature of Science; NOS)
ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์” เป็นลักษณะเฉพาะตัวของวิทยาศาสตร์ที่ทำให้วิทยาศาสตร์มี ความแตกต่างจากศาสตร์อื่นๆ เป็นค่านิยม ข้อสรุป แนวคิดหรือ คำอธิบายที่บอกว่าวิทยาศาสตร์คืออะไร มีการทำงานอย่างไร นักวิทยาศาสตร์คือใคร ทำงานอย่างไร และงานด้านวิทยาศาสตร์มีความสัมพันธ์อย่างไรกับสังคมค่านิยม ข้อสรุปแนวคิดหรือคำ อธิบายเหล่านี้จะผสมผสานกลมกลืนอยู่ในตัววิทยาศาสตร์ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ และการพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ รวมถึงการมองสิ่งเหล่านี้ในเชิงปรัชญาเกี่ยวกับการกำเนิด ธรรมชาติ วิธีการและขอบเขตของความรู้ของมนุษย์ (Epistemology) และในเชิงสังคมวิทยา (Sociology)
ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ประกอบไปด้วยแนวคิดเกี่ยวกับตัววิทยาศาสตร์อยู่หลายแนวคิด ซึ่งในที่นี้อาจจัดหมวดหมู่ของแนวคิดเหล่านั้นได้เป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ ตามการจัดของThe American Association for the Advancement of Science (AAAS) ได้แก่
ด้านที่ 1 โลกในมุมมองแบบวิทยาศาสตร์ (Scientific World View)
ด้านที่ 2 การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Inquiry)
ด้านที่ 3 องค์กรทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Enterprise)
ด้านที่ 1 โลกในมุมมองแบบวิทยาศาสตร์
1.1 โลกคือสิ่งที่สามารถทำความเข้าใจได้
ปรากฏการณ์ต่างๆ บนโลกหรือในจักรวาลที่เกิดขึ้นอย่างเป็นแบบรูป (pattern)สามารถเข้าใจได้ด้วยสติปัญญา วิธีการศึกษาที่เป็นระบบ ผนวกกับการใช้ประสาทสัมผัสและเครื่องมือต่างๆ ในการเก็บรวบรวมข้อมูล นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสิ่งต่างๆ สามารถทำความเข้าใจได้และคำถามใหม่ๆ เกิดขึ้นได้เสมอ ไม่มีความเข้าใจใดที่ถูกต้องสมบูรณ์ที่สุด
1.2 แนวคิดทางวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้
วิทยาศาสตร์ คือ กระบวนการสร้างองค์ความรู้ ซึ่งประกอบด้วยการสังเกตปรากฏการณ์ต่างๆ ในธรรมชาติอย่างละเอียดรอบคอบเพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์นั้นๆ ดังนั้นคำถามใหม่จึงเกิดขึ้นต่อเนื่องตลอดเวลาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และส่งผลในการปรับปรุงหรือคิดค้นวิธีการใหม่ในการค้นหาคำตอบ ซึ่งการสังเกตครั้งใหม่อาจได้ข้อมูลที่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่แล้วยังไม่สามารถอธิบายได้
1.3 ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความคงทน
ความรู้ทางวิทยาศาสตร์พัฒนาขึ้นมาอย่างช้าๆ ผ่านวิธีการทางวิทยาศาสตร์ เช่น การสำรวจ สืบค้น ทดลอง สร้างแบบจำลอง อย่างต่อเนื่องซ้ำแล้วซ้ำเล่า ดังนั้นแม้ว่าวิทยาศาสตร์จะยอมรับเรื่องความไม่แน่นอน (Uncertainty) และปฏิเสธเรื่องความจริงสัมบูรณ์ว่าเป็นส่วนหนึ่งของธรรมชาติ แต่ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่มีความคงทน เชื่อถือได้เพราะผ่านวิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่เน้นความถูกต้องแม่นยำ และตรวจสอบอย่างเข้มข้นจากประชาคมวิทยาศาสตร์ (Scientific Community)
1.4 ทฤษฎีและกฎมีความสัมพันธ์กันแต่มีความแตกต่างกัน
แนวความคิดคลาดเคลื่อนที่พบบ่อยเกี่ยวกับทฤษฎีและกฎ คือ “กฎเป็นทฤษฎีที่พัฒนาแล้ว จึงมีความน่าเชื่อถือและมีคุณค่ามากกว่าทฤษฎี” ในความเป็นจริงแล้ว ทั้งกฎและทฤษฎีเป็นผลผลิตของวิทยาศาสตร์ที่มีความสำคัญเท่าเทียมกัน โดย กฎ คือ แบบแผนที่ปรากฏในธรรมชาติ ส่วน
ทฤษฎี คือ คำอธิบายว่าทำไมแบบแผนของธรรมชาติจึงเป็นไปตามกฏนั้นๆเช่น ทฤษฎีพลังงานจลน์ของอนุภาคสามารถใช้อธิบายกฎของชาร์ลได้ เป็นต้น
1.5 วิทยาศาสตร์ไม่สามารถตอบได้ทุกคำถาม
หลายสิ่งหลายอย่างในโลกไม่สามารถพิสูจน์หรือตรวจสอบได้ด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะความเชื่อเกี่ยวกับเรื่องจิตวิญญาณหรือสิ่งลี้ลับ เช่น พลังเหนือธรรมชาติ (Supernatural Power and Being) ความเชื่อเรื่องปาฏิหาริย์ (Miracle) ผีสาง(Superstition) การทำนายโชคชะตา (Fortune-telling) หรือโหราศาสตร์ (Astrology) นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ไม่มีหน้าที่ให้คำตอบหรืออภิปรายในเรื่องเหล่านี้ แม้ว่าคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์อาจให้คำตอบหรือทางเลือกที่เป็นไปได้ก็ตาม
ด้านที่ 2 การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์
การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความซับซ้อนมากกว่าที่หลายคนคิด การสืบเสาะหาความรู้มีความหมายโดยนัยมากกว่าการสังเกตอย่างละเอียดแล้วจัดกระทำข้อมูลนอกจากนี้การสืบเสาะหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ยังเป็นมากกว่า “วิธีการทางวิทยาศาสตร์” หรือ“การทำ การทดลอง”ที่มักถูกจำ กัดให้ทำ เป็นลำ ดับขั้นที่ตายตัว การสืบเสาะหาความรู้ประกอบด้วยการให้เหตุผลเชิงตรรกะ (Logic) ข้อมูลหลักฐานเชิงประจักษ์ (Empirical Evidence) จินตนาการ (Imagination) และการคิดสร้างสรรค์ (Inventiveness)
2.1 วิทยาศาสตร์ต้องการหลักฐาน
แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ต้องการหลักฐานเชิงประจักษ์เพื่อยืนยันความถูกต้องและได้รับการยอมรับจากองค์กรวิทยาศาสตร์ (Scientific Enterprise) การทำงานทางวิทยาศาสตร์ของบุคคลหนึ่ง อาจได้ค้นพบสิ่งที่ยิ่งใหญ่ แต่ความก้าวหน้าทางองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ขึ้นกับการยอมรับขององค์กรวิทยาศาสตร์
2.2 วิทยาศาสตร์มีการผสมผสานระหว่างตรรกศาสตร์ จินตนาการและการคิดสร้างสรรค์
การทำความเข้าใจปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนโลกซึ่งต้องมีการพิสูจน์ด้วยการให้เหตุผลเชิงตรรกะ (Logic) ที่เชื่อมโยงหลักฐานเข้ากับข้อสรุป อย่างไรก็ตามการใช้ตรรกะเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอต่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์จินตนาการและการคิดสร้างสรรค์มีส่วนสำคัญอย่างมากในการสร้างสมมติฐาน ทฤษฎี
2.3 วิทยาศาสตร์ให้คำอธิบายและการทำนาย
นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตโดยใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับ ซึ่งความน่าเชื่อถือของคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์มาจากความสามารถในการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างหลักฐานและปรากฏการณ์ที่ไม่เคยค้นพบมาก่อน
2.4 นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะระบุและหลีกเลี่ยงความลำเอียง
ข้อมูลหลักฐานมีความสำคัญอย่างมากในการนำเสนอแนวคิดใหม่ ๆ นักวิทยาศาสตร์มักมีคำถามว่า “แนวคิดนี้มีหลักฐานอะไรมายืนยัน” ดังนั้นการรวบรวมหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ต้องมีความถูกต้องแม่นยำ ปราศจากความลำเอียง
2.5 วิทยาศาสตร์ไม่ยอมรับการมีอำนาจเหนือบุคคลอื่น
วิทยาศาสตร์ไม่ยอมรับนับถือการมีอำนาจเหนือบุคคลอื่น (Authority) และเชื่อว่าไม่มีบุคคลใดหรือนักวิทยาศาสตร์คนไหน ไม่ว่าจะมีชื่อเสียงหรือตำแหน่งหน้าที่การงานสูงเพียงใดที่จะมีอำนาจตัดสินว่า อะไรคือความจริง หรือมีสิทธิพิเศษในการเข้าถึงความจริงมากกว่าคนอื่น ๆเพราะความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่ค้นพบจะต้องพิสูจน์ตัวเองด้วยความสามารถในการอธิบายปรากฏการณ์หนึ่ง ๆ ได้ดีกว่าแนวคิดที่มีอยู่เดิม
ด้านที่ 3 องค์กรทางวิทยาศาสตร์
วิทยาศาสตร์ คือ กิจกรรมของมนุษยชาติ (Human activity) ซึ่งมีมิติในระดับของบุคคลสังคม หรือองค์กร โดยกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ที่กระทำอาจเป็นสิ่งที่แบ่งแยกยุคสมัยต่าง ๆออกจากกันอย่างชัดเจน
3.1 วิทยาศาสตร์คือกิจกรรมทางสังคมที่ซับซ้อน
วิทยาศาสตร์ คือ กิจกรรมที่อยู่ภายใต้ระบบสังคมของมนุษย์ ดังนั้นกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์จึงอาจได้รับการสนับสนุนหรือถูกขัดขวางด้วยปัจจัยต่าง ๆ ทางสังคม เช่นประวัติศาสตร์ ศาสนา วัฒนธรรม ค่านิยม หรือสถานะทางสังคม ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดก็คือการศึกษาเกี่ยวกับการโคลนนิ่ง (Cloning)ซึ่งในเชิงวิทยาศาสตร์แล้วเป็นสิ่งที่น่าสนใจและมีประโยชน์ แต่ในเชิงสังคมแล้วเป็นสิ่งที่ก่อให้เกิดข้อโต้แย้ง (Controversy) อย่างกว้างขวางจนทำให้การศึกษาในเรื่องดังกล่าวหยุดชะงักลง
3.2 วิทยาศาสตร์แตกแขนงเป็นสาขาต่าง ๆ และมีการดำเนินการในหลายองค์กร
วิทยาศาสตร์ คือ การรวบรวมความรู้ที่หลากหลายของศาสตร์สาขาต่าง ๆ ซึ่งมีความแตกต่างกันในด้านประวัติศาสตร์ ปรากฏการณ์ที่ศึกษา เป้าหมาย และเทคนิควิธีการที่ใช้
3.3 วิทยาศาสตร์มีหลักการทางจริยธรรมในการดำเนินการ
นักวิทยาศาสตร์ต้องทำงานโดยมีจริยธรรมทางวิทยาศาสตร์ (Ethical norms of science) (เช่น ความซื่อสัตย์ในการบันทึกข้อมูล ความมีใจกว้างฯ) เพราะในบางครั้งความต้องการได้รับการยกย่องว่าเป็นคนแรกที่ค้นพบความรู้ใหม่อาจทำให้นักวิทยาศาสตร์ก้าวไปในทางที่ผิดได้ เช่น การบิดเบือนข้อมูลหรือข้อค้นพบ
3.4 นักวิทยาศาสตร์เข้าร่วมกิจกรรมทางสังคมในฐานะผู้เชี่ยวชาญและประชาชนคนหนึ่ง
ในบางครั้งนักวิทยาศาสตร์เข้าร่วมกิจกรรมทางสังคมในฐานะผู้เชี่ยวชาญที่มีความรู้ทักษะ และประสบการณ์เฉพาะทาง แต่ในบางครั้งก็เข้าร่วมกิจกรรมทางสังคมในฐานะประชาชนคนหนึ่งที่มีมุมมอง ความสนใจ ค่านิยม และความเชื่อส่วนตัว
3.5 ความสัมพันธ์ระหว่างวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
บางคนอาจเข้าใจว่า วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีความหมายเหมือนกันหรือคล้ายกันแต่แท้ที่จริงแล้ว ทั้งสองมีจุดเน้นที่แตกต่างกัน โดยวิทยาศาสตร์จะเน้นการแสวงหาความรู้เพื่อการต่อยอดความรู้ ส่วนเทคโนโลยีจะเน้นการใช้ความรู้เพื่อตอบสนองต่อการดำรงชีวิตที่สะดวกสบายมากยิ่งขึ้นอย่างไรก็ตาม วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีความสัมพันธ์กัน
ลักษณะธรรมชาติวิทยาศาสตร์ 3 กลุ่มนี้ จะสอดคล้องกับเอกสารทางวิจัยหลาย ๆ ชิ้นที่นักวิจัยยอมรับ และมาตรฐานที่กำหนดไว้เกี่ยวกับ ธรรมชาติวิทยาศาสตร์ของไทย คือ สาระที่ 8 ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
ดังนั้นการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ให้บรรลุตามวัตถุประสงค์ จึงต้องเข้าใจในธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ เข้าใจการรอบรู้เชิงวิทยาศาสตร์ เพื่อไม่ให้เกิดความเข้าใจที่คลาดเคลื่อน โดยเฉพาะครูวิทยาศาสตร์ ยิ่งต้องทำความเข้าใจเรื่องนี้อย่างดี.
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น