แนะนำการทำโครงงานวิทยาศาสตร์

แนะนำการทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ในการดำเนินการทดลองทางวิทยาศาสตร์ เราจะต้องคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้

วิธีการทางวิทยาศาสตร์มีหลายรูปแบบ
          การพิสูจน์หรือหาความจริงทางวิทยาศาสตร์ที่ต่างสาขากัน  สามารถใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์
ที่แตกต่างกัน  ตัวอย่างเช่น วิทยาศาสตร์กายภาพ (เคมี  ฟิสิกส์) มักจะใช้วิธีการทดลอง  แล้วจึงเก็บข้อ
มูลเป็นตัวเลข จากนั้นจึงนำมาประมวลเป็นข้อสรุป  ซึ่งแตกต่างจากการศึกษาวิทยาศาสตร์สาขาอื่น เช่น
มานุษวิทยา ที่ทำการศึกษาโดยใช้วิธีเก็บรวบรวมข้อมูลจากการสังเกต หรือสัมภาษณ์
          กรณี วิทยาศาสตร์กายภาพ ข้อมูลจากการทดลองซึ่งเป็นตัวเลขถูกนำมาประมวลสร้างเป็น 
ตาราง หรือกราฟ หรือสมการ ซึ่งสามารถใช้ในการทำนายข้อเท็จจริงที่เกิดขึ้น
          ส่วนวิทยาศาสตร์สาขาอื่น ใช้วิธีบันทึกข้อมูลจากการสัมภาษณ์ หรือการสังเกต แล้วนำมาประ
มวลสรุปผลในรูปของการพรรณนา หรือการอนุมาณ
          ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จะต้องคำนึงว่าเขากำลังทำการศึกษาวิทยาศาสตร์ในเรื่องใดด้วยวิธีที่ถูก
ต้องหรือไม่ ทั้งนี้ก็เพื่อให้ได้ผลการศึกษาที่สามารถเข้าถึงความจริงได้ตามวัตถุประสงค์

ปัจจัยในการดำเนินงานทดลองทางวิทยาศาสตร์
การตั้งคำถาม
          เริ่มต้นด้วยการที่คุณสังเกตสรรพสิ่ง แล้วเกิดสงสัย  จึงตั้งคำถามขึ้น แล้วดำเนินการหาคำตอบ
ด้วยวิธีทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งในการทำโครงงานวิทยาศาสตร์ ข้อสงสัยหรือปัญหาที่คุณตั้งขึ้น จะต้องสา
มารถหาคำตอบ หรือพิสูจน์ได้จากการทำการทดลอง ซึ่งบางคำถามก็ทำการทดลองเพื่อหาคำตอบง่าย
 ส่วนบางคำถามก็หาคำตอบโดยทำการทดลองได้ยากแตกต่างกันไป
          ยกตัวอย่างเช่น คำถาม "เกลือหรือน้ำตาลละลายน้ำได้ดีกว่ากัน?" เป็นคำถามที่สามารถหาคำ
ตอบได้จากการทดลองโดยง่าย แต่ถ้าเป็นคำถาม "ไก่เกิดก่อนไข่ หรือไข่เกิดก่อนไก่ ?" หรือคำถาม
 "ชนชาติ A หรือชนชาติ B กินเก่งกว่ากัน?" จะเห็นได้ว่าคำถามประเภทนี้เป็นคำถามที่หาคำตอบจาก
การทดลองได้ยาก เพราะคำถามมีลักษณะกว้าง และจัดสถานะการณ์ หรือกำหนดตัวแปรการทดลอง
ทำได้ยาก
          คำถามที่มีความกว้าง และความแคบไม่เท่ากันทำให้การออกแบบการทดลองที่จะหาคำตอบ
มีลักษณะแตกต่างกันไปด้วย  ตัวอย่าง เช่น ใช้คำถามว่า "ต้นฟ้าทะลายโจรมีประโยชน์อะไรบ้าง?"
 จัดเป็นคำถามแบบกว้าง คำตอบที่ได้ก็จะเป็นแบบกว้างด้วย (นั่นคือสามารถตอบได้หลายอย่าง)
          แต่ถ้าเป็นคำถามว่า "ต้นฟ้าทะลายโจร เป็นพืชตระกูลอะไร?"   "ใช้รักษาโรคอะไร?"  "มีประ
สิทธิภาพการรักษาขนาดไหน?" เหล่านี้เป็นคำถามแบบแคบ
          มีข้อสังเกตว่าคำถามแบบกว้างมักจะหาคำตอบจากการสอบถามผู้รู้หรือค้นหาเอกสารแล้วนำ
มาประมวลเป็นคำตอบ และเป็นคำถามต้นๆในกรณีที่ยังไม่รู้อะไรเกี่ยวกับสิ่งนั้น ขณะที่คำถามที่แคบ
เป็นการหาคำตอบที่เฉพาะขึ้น และมักจะหาคำตอบได้จากการทดลอง
          นอกจากนี้จะเห็นว่าคำถามที่แคบลงก็มีทิศทางว่าใกล้ถึงจุดประสงค์ซึ่งอาจนำไปใช้ประโยชน์
ได้อย่างใดอย่างหนึ่ง
          ความสงสัยที่นักวิทยาศาสตร์ได้นำมาตั้งคำถามขึ้น นักวิทยาศาสตร์จะสมมุติคำตอบขึ้นมา
ก่อนโดยอาศัยหลักวิชาการ และข้อมูลที่มีอยู่  คำตอบที่สมมุติขึ้นไว้ก่อนนี้ เราเรียกว่า "สมมุติฐาน" 
การตั้งสมมุติฐานขึ้นก่อนนี้จะเป็นประโยชน์ต่อการออกแบบการทดลองเพื่อพิสูจน์  ยกตัวอย่าง เช่น 
เราสงสัยว่า นาย ก เป็นคนดีหรือไม่ เราอาจจะตั้งสมมุติฐานขึ้นว่านาย ก เป็นคนดี จากนั้นจึงออก
แบบการทดลองขึ้นเพื่อพิสูจน์สมมุติฐานว่านาย ก เป็นคนดี  โดยการทดลองจะเป็นไปตามแนวทาง
ที่ว่าถ้านาย ก เป็นคนดีแล้ว เราทำการ……..(เหตุหรือ input) กับนาย ก แล้ว นาย ก จะสนองตอบ
โดย……..(ผลหรือ output)
          ซึ่งจะเห็นว่าการตั้งสมมุติฐานไว้ก่อนแล้วจึงออกแบบการทดลองเพื่อพิสูจน์สมมุติฐาน เป็น
การสะดวกในแง่ที่ได้กำหนดกรอบในการหาคำตอบตามวิธีวิทยาศาสตร์ที่สามารถกระทำได้

ความสัมพันธ์กันของ เหตุ และ ผล วิธีทางวิทยาศาสตร์เป็นการหาความจริงของธรรมชาติโดยยึดหลักว่า คำตอบหรือความจริง ใดๆทางวิทยาศาสตร์ประกอบขึ้นด้วยคู่ของ เหตุ และ ผล ซึ่งสัมพันธ์กัน ดังนั้นถ้าเหตุและผลคู่ใดมี ความสัมพันธ์กัน แสดงว่าสิ่งนั้นเป็นความจริง เราสามารถพิสูจน์ยืนยันถึงความสัมพันธ์ของเหตุและ ผลโดยการทดลอง และเฝ้าสังเกตระบบที่ศึกษาซ้ำหลายๆครั้ง

ประโยชน์จากการทราบคำตอบหรือความจริง ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ เราจะพยายามหาความสัมพันธ์ของ เหตุ และ ผล ของ ความจริงหนึ่งๆให้พบ โดยการใส่ตัวแปรต้น (เหตุ) เข้าไปในระบบ แล้วบันทึกตัวแปรตาม (ผล) ที่ ออกมาจากระบบ ตัวแปรทั้งสองถ้ามีความสัมพันธ์กันก็หมายถึงตัวแปรทั้งสองเป็น เหตุ และผล คู่ที่ สัมพันธ์กันในความจริงทางธรรมชาติหนึ่งๆ การที่เราค้นพบความสัมพันธ์กันระหว่างเหตุและผล หรือ ความจริงนั้น ทำให้เราสามารถนำไป ทำนายหรือควบคุมสิ่งต่างๆให้เป็นประโยชน์ไปตามที่เราต้องการได้ ยกตัวอย่าง เช่น จากการที่เรา พบความจริงของน้ำที่ว่าถ้าเราเพิ่มอุณหภูมิถึง 100 องศาเซลเซียส น้ำจะเดือด และเปลี่ยนสถานะจาก ของเหลวกลายเป็นไอ ซึ่งจะมีปริมาตรเพิ่มขึ้นอย่างมากมาย เราสามารถนำความจริงอันนี้ไปสร้างเป็น เครื่องจักรไอน้ำ นักวิทยาศาสตร์อาจจะมีแรงจูงใจให้ทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์จากความอยากรู้อยาก เห็นส่วนตนอยู่ส่วนหนึ่ง แต่แรงจูงใจจะเพิ่มขึ้นถ้าเขาเห็นประโยชน์ของงานที่ทำว่าสามารถนำไปใช้ งานได้จริงอย่างไรบ้าง

ค่าผิดพลาดจากการทดลอง กรณีที่ค่าที่วัดได้มีปัญหาโดยอาจจะมีค่ามากหรือน้อยกว่าที่คิดไว้ หรือการวัดค่าซ้ำในระบบ ที่เหมือนกันให้ค่าที่แตกต่างกัน แสดงว่ามีต่าผิดพลาด (error) เกิดขึ้นแล้ว การแก้ไขในเบื้องต้นให้ตรวจสอบวิธีการวัด หรือเครื่องมือวัดว่ามีอะไรผิดปกติหรือน่าสงสัย หรือไม่ เช่น อ่านสเกลผิด สารเคมีเสื่อม เครื่องมือเก่าหรือชำรุด ถ้าหากไม่มีอะไรผิดปกติเกี่ยวกับวิธีการหรืออุปกรณ์วัด ก็ให้หาสาเหตุของค่าผิดพลาดต่อไป โดยให้กำหนดค่าผิดพลาดที่เกิดขึ้นเป็น 2 ลักษณะคือ ค่าผิดพลาดแบบสุ่ม (random error) และ ค่า ผิดพลาดจากระบบ (systematic error) ค่าผิดพลาดแบบสุ่มเป็นค่าผิดพลาดที่เกิดขึ้นบ่อย สามารถพบได้เป็นปกติ หรือเป็นธรรมชาติ ของตัวอย่างนั้นๆ ค่าผิดพลาดแบบสุ่มจะทำให้ค่าที่วัดตัวอย่างเดิมแต่ละคราวมีค่าแตกต่างกัน ค่า แตกต่างจะเป็นไปได้ทั้งค่าบวกและค่าลบ แต่จะเป็นไปแบบสุ่ม เราสามารถใช้สถิติมาลดค่าผิดพลาด นี้ โดยทำการทดลองซ้ำหลายครั้ง แล้วคิดผลลัพธ์ค่าที่ได้เป็นค่าเฉลี่ย ถ้าผลลัพธ์ที่ได้ในการวัดแต่ละ ครั้งให้ค่าแกว่งหรือแตกต่างกันมาก ค่าผิดพลาดแบบสุ่มก็ยิ่งมีค่ามาก การแก้ไขทำได้โดยเพิ่มการทด ลองหลายหนแล้วนำมาคิดค่าเฉลี่ย จึงจะได้ค่าเฉลี่ยที่ใกล้เคียงค่าจริง ส่วนค่าผิดพลาดจากระบบเป็นค่าผิดพลาดที่มีโอกาสการเกิดน้อยกว่าค่าผิดพลาดแบบสุ่ม อีก ทั้งโอกาสที่จะตรวจพบก็ยากกว่าทั้งนี้เพราะความคงเส้นคงวา หรือการวัดซ้ำของผลที่ได้มีค่าใกล้เคียง กัน แต่ค่าที่อ่านได้เป็นค่าที่ผิดพลาดจากค่าจริงโดยอาจจะมีทิศทางเป็นบวกหรือเป็นลบอย่างใดอย่าง หนึ่ง ยกตัวอย่าง เช่น ไม้บรรทัดที่มีปลายขาดหายไป 1 นิ้ว ทำให้ค่าเริ่มต้นที่ 2 นิ้ว ทำให้ผลที่อ่านได้ มีค่ามากกว่าค่าจริง 1 นิ้วตลอดเวลา (ค่าผิดพลาดทิศทางเป็นบวก) วิธีการแก้ไข นักวิทยาศาสตร์มักจะทำการทดลองโดยใช้การวัดมากกว่า 1 วิธี ซึ่งถ้าไม่มีอะไร ผิดพลาด การวัดทั้งสองวิธีก็จะอ่านค่าได้เท่ากัน การหาสาเหตุที่ทำให้เกิดค่าผิดพลาดบางครั้งต้องขอให้บุคคลอื่นทำการทดลองเดียวกัน เปรียบเทียบกับที่คุณทำ หรือขอความช่วยเหลือจากนักวิทยาศาสตร์ให้มาช่วยตรวจสอบการทด ลองในขั้นต่างๆ เพราะบางครั้งเราก็ต้องการแง่คิดหรือมุมมองที่แตกต่างกันจากผู้อื่นในการช่วยให้มอง เห็นปัญหาที่เรามองไม่เห็น

ทำอย่างไรถ้าโครงงานวิทยาศาสตร์ไม่เป็นไปตามที่หวัง ไม่ว่าผลการทดลองจะออกมาเป็นอย่างไรคุณก็ได้เรียนรู้บางสิ่งจากการทดลองแล้ว แม้ว่าการ ทดลองของคุณจะไม่ได้ตอบคำถาม หรือไม่ได้ให้ผลอย่างที่หวังไว้ แต่มันก็ทำให้เกิดไอเดียที่จะใช้ใน การออกแบบการทดลองอื่นต่อไป การเรียนรู้จากการทดลองหนึ่งๆ ถือว่าเป็นบทเรียนที่มากพอสม ควร และถือเป็นขั้นตอนสำคัญในการก้าวต่อไปที่จะหาคำตอบ นักวิทยาศาสตร์ผู้ศึกษาปัญหาที่ซับ ซ้อนอาจใช้เวลาทั้งชีวิตเพื่อหาคำตอบ แม้กระนั้นเขาก็อาจจะยังไม่พบคำตอบ แต่ผลการทดลองของ เขามีคุณค่า ซึ่งในที่สุดอาจจะมีใครสักคนจะนำผลนั้นไปใช้ในการทดลองของเขา และพบคำตอบ ซึ่ง ใครคนนั้นอาจจะเป็นคุณก็ได้