แนะนำการทำ โครงงานวิทยาศาสตร์

ในการดำเนินการทดลองทางวิทยาศาสตร์ เราจะต้องคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้

วิธีการทางวิทยาศาสตร์มีหลายรูปแบบ        

การพิสูจน์หรือหาความจริงทางวิทยาศาสตร์ที่ต่างสาขากัน  

สามารถใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกัน  ตัวอย่างเช่น วิทยาศาสตร์กายภาพ (เคมี  ฟิสิกส์) มักจะใช้วิธีการทดลอง  

แล้วจึงเก็บข้อมูลเป็นตัวเลข จากนั้นจึงนำมาประมวลเป็นข้อสรุป  ซึ่งแตกต่างจากการศึกษาวิทยาศาสตร์สาขาอื่น เช่นมานุษวิทยา 

ที่ทำการศึกษาโดยใช้วิธีเก็บรวบรวมข้อมูลจากการสังเกต หรือสัมภาษณ์          

กรณี วิทยาศาสตร์กายภาพ ข้อมูลจากการทดลองซึ่งเป็นตัวเลขถูกนำมาประมวลสร้างเป็น ตาราง หรือกราฟ หรือสมการ ซึ่งสามารถใช้ในการทำนายข้อเท็จจริงที่เกิดขึ้น          ส่วนวิทยาศาสตร์สาขาอื่น 

ใช้วิธีบันทึกข้อมูลจากการสัมภาษณ์ หรือการสังเกต แล้วนำมาประมวลสรุปผลในรูปของการพรรณนา หรือการอนุมาณ        

ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จะต้องคำนึงว่าเขากำลังทำการศึกษาวิทยาศาสตร์ในเรื่องใดด้วยวิธีที่ถูกต้องหรือไม่ ทั้งนี้ก็เพื่อให้ได้ผลการศึกษาที่สามารถเข้าถึงความจริงได้ตามวัตถุประสงค์

ปัจจัยในการดำเนินงานทดลองทางวิทยาศาสตร์การตั้งคำถาม          เริ่มต้นด้วยการที่คุณสังเกตสรรพสิ่ง แล้วเกิดสงสัย  จึงตั้งคำถามขึ้น แล้วดำเนินการหาคำตอบด้วยวิธีทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งในการทำโครงงานวิทยาศาสตร์ ข้อสงสัยหรือปัญหาที่คุณตั้งขึ้น 

จะต้องสามารถหาคำตอบ หรือพิสูจน์ได้จากการทำการทดลอง ซึ่งบางคำถามก็ทำการทดลองเพื่อหาคำตอบง่าย ส่วนบางคำถามก็หาคำตอบโดยทำการทดลองได้ยากแตกต่างกันไป          ยกตัวอย่างเช่น คำถาม "เกลือหรือน้ำตาลละลายน้ำได้ดีกว่ากัน?" 

เป็นคำถามที่สามารถหาคำตอบได้จากการทดลองโดยง่าย แต่ถ้าเป็นคำถาม "ไก่เกิดก่อนไข่ หรือไข่เกิดก่อนไก่ ?" หรือคำถาม "ชนชาติ A หรือชนชาติ B กินเก่งกว่ากัน?" จะเห็นได้ว่าคำถามประเภทนี้เป็นคำถามที่หาคำตอบจากการทดลองได้ยาก เพราะคำถามมีลักษณะกว้าง 

และจัดสถานะการณ์ หรือกำหนดตัวแปรการทดลองทำได้ยาก          คำถามที่มีความกว้าง และความแคบไม่เท่ากันทำให้การออกแบบการทดลองที่จะหาคำตอบมีลักษณะแตกต่างกันไปด้วย  ตัวอย่าง เช่น ใช้คำถามว่า "ต้นฟ้าทะลายโจรมีประโยชน์อะไรบ้าง?" จัดเป็นคำถามแบบกว้าง คำตอบที่ได้ก็จะเป็นแบบกว้างด้วย (นั่นคือสามารถตอบได้หลายอย่าง)          แต่ถ้าเป็นคำถามว่า "ต้นฟ้าทะลายโจร เป็นพืชตระกูลอะไร?" 

  "ใช้รักษาโรคอะไร?"  "มีประสิทธิภาพการรักษาขนาดไหน?" เหล่านี้เป็นคำถามแบบแคบ          มีข้อสังเกตว่าคำถามแบบกว้างมักจะหาคำตอบจากการสอบถามผู้รู้หรือค้นหาเอกสารแล้วนำมาประมวลเป็นคำตอบ และเป็นคำถามต้นๆในกรณีที่ยังไม่รู้อะไรเกี่ยวกับสิ่งนั้น ขณะที่คำถามที่แคบเป็นการหาคำตอบที่เฉพาะขึ้น และมักจะหาคำตอบได้จากการทดลอง          นอกจากนี้จะเห็นว่าคำถามที่แคบลงก็มีทิศทางว่าใกล้ถึงจุดประสงค์ซึ่งอาจนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างใดอย่างหนึ่ง          

ความสงสัยที่นักวิทยาศาสตร์ได้นำมาตั้งคำถามขึ้น 

นักวิทยาศาสตร์จะสมมุติคำตอบขึ้นมาก่อนโดยอาศัยหลักวิชาการ และข้อมูลที่มีอยู่  

คำตอบที่สมมุติขึ้นไว้ก่อนนี้ เราเรียกว่า "สมมุติฐาน" การตั้งสมมุติฐานขึ้นก่อนนี้จะเป็นประโยชน์ต่อการออกแบบการทดลองเพื่อพิสูจน์

  ยกตัวอย่าง เช่น เราสงสัยว่า นาย ก เป็นคนดีหรือไม่ เราอาจจะตั้งสมมุติฐานขึ้นว่านาย ก เป็นคนดี จากนั้นจึงออกแบบการทดลองขึ้นเพื่อพิสูจน์สมมุติฐานว่านาย ก เป็นคนดี  โดยการทดลองจะเป็นไปตามแนวทางที่ว่าถ้านาย ก เป็นคนดีแล้ว เราทำการ……..(เหตุหรือ input) 

กับนาย ก แล้ว นาย ก จะสนองตอบโดย……..(ผลหรือ output)          ซึ่งจะเห็นว่าการตั้งสมมุติฐานไว้ก่อนแล้วจึงออกแบบการทดลองเพื่อพิสูจน์สมมุติฐาน เป็นการสะดวกในแง่ที่ได้กำหนดกรอบในการหาคำตอบตามวิธีวิทยาศาสตร์ที่สามารถกระทำได้

ความสัมพันธ์กันของ เหตุ และ ผล        

  วิธีทางวิทยาศาสตร์เป็นการหาความจริงของธรรมชาติโดยยึดหลักว่า

 คำตอบหรือความจริงใดๆทางวิทยาศาสตร์ประกอบขึ้นด้วยคู่ของ เหตุ และ ผล ซึ่งสัมพันธ์กัน 

ดังนั้นถ้าเหตุและผลคู่ใดมีความสัมพันธ์กัน แสดงว่าสิ่งนั้นเป็นความจริง เราสามารถพิสูจน์ยืนยันถึงความสัมพันธ์ของเหตุและผลโดยการทดลอง 

และเฝ้าสังเกตระบบที่ศึกษาซ้ำหลายๆครั้ง

ประโยชน์จากการทราบคำตอบหรือความจริง          

ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ เราจะพยายามหาความสัมพันธ์ของ เหตุ และ ผล ของความจริงหนึ่งๆให้พบ โดยการใส่ตัวแปรต้น (เหตุ) เข้าไปในระบบ แล้วบันทึกตัวแปรตาม (ผล) ที่ออกมาจากระบบ 

ตัวแปรทั้งสองถ้ามีความสัมพันธ์กันก็หมายถึงตัวแปรทั้งสองเป็น เหตุ และผล คู่ที่สัมพันธ์กันในความจริงทางธรรมชาติหนึ่งๆ          การที่เราค้นพบความสัมพันธ์กันระหว่างเหตุและผล หรือ ความจริงนั้น ทำให้เราสามารถนำไปทำนายหรือควบคุมสิ่งต่างๆให้เป็นประโยชน์ไปตามที่เราต้องการได้ ยกตัวอย่าง เช่น จากการที่เราพบความจริงของน้ำที่ว่าถ้าเราเพิ่มอุณหภูมิถึง 100 องศาเซลเซียส 

น้ำจะเดือด และเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไอ ซึ่งจะมีปริมาตรเพิ่มขึ้นอย่างมากมาย เราสามารถนำความจริงอันนี้ไปสร้างเป็นเครื่องจักรไอน้ำ          นักวิทยาศาสตร์อาจจะมีแรงจูงใจให้ทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์จากความอยากรู้อยากเห็นส่วนตนอยู่ส่วนหนึ่ง แต่แรงจูงใจจะเพิ่มขึ้นถ้าเขาเห็นประโยชน์ของงานที่ทำว่าสามารถนำไปใช้งานได้จริงอย่างไรบ้าง

ค่าผิดพลาดจากการทดลอง          กรณีที่ค่าที่วัดได้มีปัญหาโดยอาจจะมีค่ามากหรือน้อยกว่าที่คิดไว้ หรือการวัดค่าซ้ำในระบบที่เหมือนกันให้ค่าที่แตกต่างกัน แสดงว่ามีต่าผิดพลาด (error) เกิดขึ้นแล้ว          

การแก้ไขในเบื้องต้นให้ตรวจสอบวิธีการวัด หรือเครื่องมือวัดว่ามีอะไรผิดปกติหรือน่าสงสัยหรือไม่ เช่น อ่านสเกลผิด  สารเคมีเสื่อม  เครื่องมือเก่าหรือชำรุด          ถ้าหากไม่มีอะไรผิดปกติเกี่ยวกับวิธีการหรืออุปกรณ์วัด ก็ให้หาสาเหตุของค่าผิดพลาดต่อไปโดยให้กำหนดค่าผิดพลาดที่เกิดขึ้นเป็น 2 ลักษณะคือ  ค่าผิดพลาดแบบสุ่ม (random error) และ ค่าผิดพลาดจากระบบ (systematic error)          

 ค่าผิดพลาดแบบสุ่มเป็นค่าผิดพลาดที่เกิดขึ้นบ่อย สามารถพบได้เป็นปกติ หรือเป็นธรรมชาติของตัวอย่างนั้นๆ ค่าผิดพลาดแบบสุ่มจะทำให้ค่าที่วัดตัวอย่างเดิมแต่ละคราวมีค่าแตกต่างกัน  ค่าแตกต่างจะเป็นไปได้ทั้งค่าบวกและค่าลบ แต่จะเป็นไปแบบสุ่ม  เราสามารถใช้สถิติมาลดค่าผิดพลาดนี้ โดยทำการทดลองซ้ำหลายครั้ง แล้วคิดผลลัพธ์ค่าที่ได้เป็นค่าเฉลี่ย  ถ้าผลลัพธ์ที่ได้ในการวัดแต่ละครั้งให้ค่าแกว่งหรือแตกต่างกันมาก ค่าผิดพลาดแบบสุ่มก็ยิ่งมีค่ามาก 

การแก้ไขทำได้โดยเพิ่มการทดลองหลายหนแล้วนำมาคิดค่าเฉลี่ย จึงจะได้ค่าเฉลี่ยที่ใกล้เคียงค่าจริง          ส่วนค่าผิดพลาดจากระบบเป็นค่าผิดพลาดที่มีโอกาสการเกิดน้อยกว่าค่าผิดพลาดแบบสุ่ม อีกทั้งโอกาสที่จะตรวจพบก็ยากกว่าทั้งนี้เพราะความคงเส้นคงวา หรือการวัดซ้ำของผลที่ได้มีค่าใกล้เคียงกัน แต่ค่าที่อ่านได้เป็นค่าที่ผิดพลาดจากค่าจริงโดยอาจจะมีทิศทางเป็นบวกหรือเป็นลบอย่างใดอย่างหนึ่ง ยกตัวอย่าง เช่น ไม้บรรทัดที่มีปลายขาดหายไป 1 นิ้ว ทำให้ค่าเริ่มต้นที่ 2 นิ้ว 

ทำให้ผลที่อ่านได้มีค่ามากกว่าค่าจริง 1 นิ้วตลอดเวลา (ค่าผิดพลาดทิศทางเป็นบวก)          วิธีการแก้ไข นักวิทยาศาสตร์มักจะทำการทดลองโดยใช้การวัดมากกว่า 1 วิธี ซึ่งถ้าไม่มีอะไรผิดพลาด การวัดทั้งสองวิธีก็จะอ่านค่าได้เท่ากัน          การหาสาเหตุที่ทำให้เกิดค่าผิดพลาดบางครั้งต้องขอให้บุคคลอื่นทำการทดลองเดียวกันเปรียบเทียบกับที่คุณทำ หรือขอความช่วยเหลือจากนักวิทยาศาสตร์ให้มาช่วยตรวจสอบการทดลองในขั้นต่างๆ เพราะบางครั้งเราก็ต้องการแง่คิดหรือมุมมองที่แตกต่างกันจากผู้อื่นในการช่วยให้มองเห็นปัญหาที่เรามองไม่เห็น

ทำอย่างไรถ้าโครงงานวิทยาศาสตร์ไม่เป็นไปตามที่หวัง          ไม่ว่าผลการทดลองจะออกมาเป็นอย่างไรคุณก็ได้เรียนรู้บางสิ่งจากการทดลองแล้ว แม้ว่าการทดลองของคุณจะไม่ได้ตอบคำถาม หรือไม่ได้ให้ผลอย่างที่หวังไว้ แต่มันก็ทำให้เกิดไอเดียที่จะใช้ในการออกแบบการทดลองอื่นต่อไป การเรียนรู้จากการทดลองหนึ่งๆ ถือว่าเป็นบทเรียนที่มากพอสมควร และถือเป็นขั้นตอนสำคัญในการก้าวต่อไปที่จะหาคำตอบ นักวิทยาศาสตร์ผู้ศึกษาปัญหาที่ซับซ้อนอาจใช้เวลาทั้งชีวิตเพื่อหาคำตอบ แม้กระนั้นเขาก็อาจจะยังไม่พบคำตอบ 

แต่ผลการทดลองของเขามีคุณค่า ซึ่งในที่สุดอาจจะมีใครสักคนจะนำผลนั้นไปใช้ในการทดลองของเขา และพบคำตอบ ซึ่งใครคนนั้นอาจจะเป็นคุณก็ได้

ที่มา http://www.geocities.com/sakont2000/sci1.htm