بسم الله الرحمن الرحيم الفصل الأول العلوم الطبيعية (I)

ما العلم الطبيعي ؟ What is Natural Science?

     * منشط إنساني يُمارس من خلاله مجموعة من الأفعال بهدف فهم الطبيعة فهماً علمياً، أي التوصل إلى مجموعة العلاقات والقوانين التي تحكم الطبيعة، ولتحقيق هذا الهدف يستخدم العالم العديد من الطرق والوسائل والتقنيات .

 

     * يتحكم في العالم ومنهجه وأساليبه مجموعة من المبادئ والأخلاقيات المقبولة من المجتمع العلمي .

 

     * يبدأ العلم بالملاحظة بكل الوسائل الممكنة تقود إلى القيام بعمليات عديدة كالتجريب والتصنيف والقياس والاستدلال، وينتهي العلم في النهاية إلى حقائق ومفاهيم وقوانين ونظريات يُعتمد عليها، وتقود إلى ملاحظات جديدة وهكذا ..

 

* بنية العلم Structure of Science

     يتضمن العلم مكونات ثلاثة رئيسة (مرتبة كما يلي لأغراض الدراسة):

 

* الأول: النتائج Products  

     يتضمن الحقائق والمفاهيم والقوانين والنظريات التي تم التوصل إليها في نهاية العلم .

 

* الثاني: العمليات  Processes

     يتضمن الطرق والأساليب والوسائل التي يتبعها العلماء في التوصل إلى نتائج العلم .

 

* الثالث: الأخلاقيات Ethics

     يتضمن مجموعة المعايير والضوابط التي تحكم المنشط العلمي، وكذلك مجموعة الخصائص التي يجب أن يتصف بها العلماء .

 

المكون الأول: نتائج العلم

Products of Science

     تتضمن نتائج العلم: الحقائق والمفاهيم والتعميمات والنظريات .

 

* أولاً: الحقائق العلمية Science Facts *

     * هي عبارات مثبتة موضوعياً عن أشياء لها وجود حقيقي، أو أحداث وقعت فعلاً . ويتم التوصل إليها بالملاحظة المباشرة (باستخدام وسائل الحس) أو الملاحظة غير المباشرة (باستخدام وسائل مساعدة للحواس للتغلب على قصور هذه الحواس) .

 

     * يتوقف صدق الحقيقة على صدق الملاحظة نفسها، ويتحدد صدق الملاحظة في ضؤ:

- إمكانية تكرار الملاحظة .                           

- وجود أكثر من ملاحظ .    

- استخدام أدوات موثوق فيها لتدعيم الملاحظة ولضمان الدقة والموضوعية .

 

@ أمثلة لحقائق علمية:

أ – يزداد طول قضيب من النحاس بارتفاع درجة حرارته .

ب – عند إضافة قطرات من HCL المخفف إلى برادة Zn   يحدث فوران ويتصاعد غاز يشتعل بفرقعة .

 

     * الحقيقة العلمية ثابتة لا تتغير ما دامت ظروف الملاحظة التي قادت إليها لم تتغير، وتمثل الحقيقة العلمية الوحدة الأساسية التي تقود إلى بناء المفاهيم والتعميمات العلمية .

 

* ثانياً: المفاهيم العلمية Science Concepts *

     المفاهيم هي الوحدات البنائية للعلوم، ويُنظر للمفهوم العلمي من زاويتين:

1 ـ المفهوم العلمي من حيث كونه عملية Process  هو:عملية عقلية يتم عن طريقها تجريد مجموعة من الصفات أو الملاحظات أو الحقائق المشتركة لشيء أو حدث أو عملية أو لمجموعة من الأشياء أو الأحداث أو العمليات .

 

2 ـ المفهوم العلمي من حيث كونه ناتج Product   للعملية العقلية السابق ذكرها هو: الاسم أو المصطلح أو الرمز الذي يُعطى لمجموعة الصفات أو الخصائص المشتركة .

 

@ أمثلة لمفاهيم علمية:

- أسماء: الضوء، والهضم، وسرعة التفاعل .

- مصطلحات: الكروموسوم، والإلكترون، والكوانتم .

- رموز: Na، و D.N.A  .

 

* كل مفهوم له مدلول أو تعريف معين يرتبط به، ويطلق عليه أحياناً اسم مفهوم المفهوم، وتتضح سلامة المدلول في إمكانية استبدال المفهوم به دون أي تغيير في السياق المستخدم فيه المدلول .

 

* تصنيف المفاهيم:

     يمكن النظر إلى المفاهيم من عدة زوايا:

 

*  الأولى:  من حيث طريقة إدراك  هذه المفاهيم:

أ – مفاهيم محسوسة أو قائمة على الملاحظة:

     وهي المفاهيم التي يمكن إدراك مدلولها عن طريق الملاحظة باستخدام الحواس أو أدوات مساعدة للحواس .

@ أمثلة:

- المفهوم: الحرارة … المدلول: الإحساس بالبرودة أو السخونة .

- الحامض: المادة التي محلولها في الماء يحمّر ورقة عباد الشمس الزرقاء .

 

ب – مفاهيم شكلية أو مجردة أو غير قائمة على الملاحظة: وهي المفاهيم التي لا يمكن إدراك مدلولاتها عن طريق الملاحظة، بل يتطلب إدراكها القيام بعمليات عقلية وتصورات ذهنية معينة .

@ أمثلة:

- الذرّة: هي أصغر وحدة من العنصر والتي يمكن أن توجد منفردة، أو مرتبطة مع غيرها، وتحمل صفات ذلك العنصر .

- الـ DNA: المادة التي تخزن المعلومات الوراثية للكائن الحي .

 

*  الثانية :  من حيث مستوياتها:

أ – مفاهيم أولية: وهي مفاهيم غير مشتقة من مفاهيم أخرى .

@ مثل: الزمن، والكتلة، والفراغ .

ب – مفاهيم مشتقة: وهي مفاهيم يمكن اشتقاقها من مفاهيم أخرى .

@ مثل: المسافة = السرعة X الزمن، والقوة = الكتلة X العجلة .

 

*  الثالثة:  من حيث درجة تعقيدها :

أ – مفاهيم بسيطة: وهي المفاهيم التي تتضمن مدلولاتها عدداً قليلاً من الكلمات.

@ أمثلة: - الخلية: وحدة بناء الكائن الحي .

- الأيون: ذرة أو مجموعة ذرية مشحونة .

ب – مفاهيم معقدة: هي المفاهيم التي تتضمن مدلولاتها عدداً أكثر من الكلمات .

@ مثال: الذرة: نظام متكامل من جسيمات تحمل شحنات سالبة تدور في مستويات طاقة حول النواة التي تتمركز فيها كتلة الذرة، وبها نوعين من الجسيمات أحدها يحمل شحنة موجبة والآخر غير مشحون، وعدد الشحنات الموجبة يساوي عدد الشحنات السالبة .

 

* درجة تعقيد المفهوم تختلف من صف دراسي إلى آخر وفقاً لمستوى النمو اللغوي لتلاميذ الصف .

 

*  الرابعة :  من حيث درجة تعلمها :

أ – مفاهيم سهلة التعلم: هي المفاهيم التي يستخدم في تعريفها كلمات مألوفة للمتعلمين، أو هي المفاهيم التي سبق للمتعلم أن درس متطلبات تعلمها .

 

ب – مفاهيم صعبة التعلم: هي المفاهيم التي يستخدم في تعريفها كلمات غير مألوفة للمتعلمين، أو هي المفاهيم التي لم يسبق للمتعلم دراسة متطلبات تعلمها.

 

@ مثال: مفهوم الذرة (السابق عرضه): إن كان المتعلم قد سبق له دراسة الشحنات ومستويات الطاقة، والكتلة صار المفهوم سهل التعلم والعكس صحيح.

 

* خصائص المفاهيم العلمية:

1 – المفهوم الواحد قد يُعرّف (يُوضع له مدلول) من زوايا مختلفة:

@ مثال: المفهوم: درجة الحرارة لجسم ما:

- مدلول (أ): قراءة الترمومتر .

- مدلول (ب): حالة الجسم الدالة على انتقال الحرارة منه أو إليه إذا لامس جسم آخر .

* يُلاحظ أن هناك فروق بين المدلولين من حيث طريقة إدراك المفهوم ودرجة التعقيد ومدى سهولة التعلم .

 

2 – المفاهيم هي تلخيص وناتج لخبرة الإنسان بالأشياء أو الظواهر، وتساعد على التعامل مع كثير من الحقائق:

@ مثال: من خبرة الإنسان الحسية بالأشياء وجد أن: الكلب يلد ويرضع صغاره، وأن القطة تلد وترضع صغارها، وأن الأرنب يلد ويرضع صغاره . - - توصل لمفهوم: الحيوانات الثديية .

 

3 – المفاهيم قد تنتج من التفكير المجرد (أي لا تقتصر على الخبرة الحسية فقط)، وقد يكون هذا التفكير المجرد ناتج عن الخبرة المباشرة:

@ مثال: تعرّف الإنسان على الطيف الخطي لبخار عنصر الصوديوم، والطيف الخطي لعنصر الحديد، ومنها توصل إلى أن الإلكترونات تدور حول النواة في مستويات لكل مستوى طاقة محددة .

- توصل لمفهوم: مستويات الطاقة .

 

4 – المفاهيم قد تنتج من علاقة الحقائق ببعضها، وقد تنتج مفاهيم أكبر من علاقة المفاهيم ببعضها (وهنا يطلق عليه الإطار المفهومي):

@ أمثلة:

(أ) حقيقة           حقيقة            صلابة           سيولة

 

           مفهوم                            انصهار

 

(ب) مفهوم          مفهوم        كائنات حية         كائنات غير حية                                  

 

         إطار مفاهيمي                   التغير (التحول)       

               

5 – مدلولات المفاهيم ليست صوراً فوتوغرافية للواقع ولكنها تمثل تصورنا نحن لهذا الواقع . مثل مفهوم " بنية الذرة " .

 

6 – ليست كل مدلولات المفاهيم لها وجود حقيقي، فقد يبتكر العالم مفهوماً جديداً لعبور الفجوة بين الواقع ورؤيتنا لهذا الواقع .

@ أمثلة: مفهوم " الفجوات الموجبة " في أشباه الموصلات .

 

7 – ليست مدلولات المفاهيم صادقة أو غير صادقة، ولكنها قد تكون كافية أو غير كافية للقيام بوظائفها .

@ مثال: مفهوم الذرة عند " دالتن " كان كافياً لتفسير الظواهر التي كانت معروفة في وقته، ولا نقول أنه كان غير صادق .

 

8 – مدلولات المفاهيم قابلة للمراجعة والتعديل نتيجة لنمو المعرفة العلمية وتطور أدواتها .

9 – لمدلولات المفاهيم أهمية كبرى في العلم منها:

أ – تحقيق التواصل بين المشتغلين بالعلم ودراسته .

ب – تختزل الكم الهائل من الحقائق .

ج – تصف وتفسر وتتنبأ بالأحداث والظواهر .

د – تسهم في بناء التعميمات والمبادئ والقوانين والنظريات .

 

* ثالثاً: التعميمات العلمية Science Generalizations *

* التعميم في العلوم كعملية Process   عقلية: تمر بثلاث مراحل:

(أ) ملاحظة الأشياء أو الأحداث أو الظواهر .

(ب) التوصل إلى العلاقات التي تربط بين الأشياء أو الأحداث أو الظواهر التي تمت ملاحظتها .

(ج) صياغة العلاقات في صورة جُمل .

 

* التعميم في العلوم كنتيجةProduct   عقلية: هو جملة تصف العلاقات وتكرار مجموعة الأشياء والأحداث والظواهر وذلك بانتظام في الطبيعة .

 

* التعميم قد ينطبق على جميع الحالات المماثلة في كل الأمكنة وكل الأزمنة وهنا نُطلق عليه اسم مبدأ Principle  .

@ مثال: مبدأ أرشميدس " إذا غُمر جسم في سائل فإنه يلقى دفعاً من أسفل إلى أعلى، مقدار هذا الدفع يُعادل وزن السائل المُزاح الذي حجمه = حجم الجسم المغمور " .

 

* إذا انطبق التعميم على الحالات المماثلة في ضؤ شروط معينة، فإنه يُطلق عليه اسم القانون Law  .

@ مثل قانون بويل " عند ثبوت درجة الحرارة يتناسب حجم كمية معينة من غاز مع الضغط الواقع عليه تناسباً عكسياً " .

 

* إذا كان التعميم في مرحلة الاختبار، أي أن احتمال الصدق وعدم الصدق وارد، فإنه يُطلق عليه اسم " الفرض Hypothesis  " .

 

* قد يعبّر التعميم عن علاقة بين عدد من المفاهيم:

@ مثال: كتلة المواد الداخلة في التفاعل = كتلة المواد الناتجة عنه .

 

* صور القانون العلمي:

أ – قوانين حتمية:

     وهي على الصورة: إذا توفر (أ) فإنه من المحتم أن يحدث (ب) .

@ مثال: إذا لم تتوافر درجة الحرارة والوسط الملائمين فإن البكتيريا تتكاثر بالتجرثم .

 

ب – قوانين احتمالية:

     وهي على الصورة: إذا توفر (أ) فإنه من المحتمل حدوث (ب) .

@ مثال: إذا زاد ضغط الغاز، قل حجمه عند ثبوت درجة الحرارة .

 

* للقانون العلمي شكلين: الشكل اللفظي (الوصفي)، والشكل الرياضي .

@ مثال: الشكل الرياضي لقانون أوم: جـ = ت  X   م

والشكل الوصفي له: فرق الجهد يساوي حاصل ضرب شدة التيار في المقاومة.

 

* وظائف التعميمات للعلم:

(أ) التفسير أو الشرح Explanation:

     أي تفسير الظواهر أو الأحدث تفسيراً علمياً، أي ربط ظروف وقوع الحدث بالحدث الناتج .

@ مثال: ظاهرة: قوس قزح، يفسرها: قانون الانكسار .

- التفسير: عندما يمر الضوء العادي (المركب من ألوان الطيف) خلال الهواء المشبع بقطرات الماء ينكسر بزوايا مختلفة طبقاً للون، وهكذا يتحلل الضوء العادي ويظهر قوس قزح بألوانه المميزة . 

 

(ب) التنبؤ Prediction :

     بمعلومية الظروف أو الشروط الأولية لحدوث ظاهرة معينة، وباستخدام القوانين والمبادئ والفروض العلمية يمكن التنبؤ بأحداث أخرى .

    

* التنبؤ العلمي قد يكون:

- تنبؤ بوقوع حدث في الماضي: كالتنبؤ بوجود حفريات معينة في مكان معين بعد معرفة أن هذا المكان كان يغطيه الجليد في الماضي .

- التنبؤ بأحداث في الحاضر: فمعرفة شروط حدوث البناء الضوئي تتيح لنا التنبؤ بإنتاج النباتات الخضراء للنشا وإخراج الأكسجين عند توفر هذه الشروط .

- التنبؤ بأحداث في المستقبل: مثل تنبؤ العالم الفلكي بموعد الكسوف التالي للشمس .

 

* رابعاً: النظرية العلميةScience Theory   *

     النظرية العلمية بناء متكامل من كل ما سبق بمعنى أن النظرية تتضمن:

(أ) الحقائق العلمية المتعلقة بالظاهرة موضوع النظرية .

(ب) المفاهيم العلمية المتعلقة بالظاهرة موضوع النظرية .

(ج) التعميمات وهي مجموعة القوانين والمبادئ والفروض التي تسهم في التفسير والتنبؤ بالظاهرة موضوع النظرية .

 

     * أحياناً تقابل العالم ظواهر تُحدث فجوة بين الواقع وتصوره أو تخيله لهذا الواقع، ولكي يعبر هذه الفجوة يلجأ لبناء نماذج Models  هي عبارة عن تصور العالم لهذا الواقع.

@ مثال: نموذج بوهر للذرة، ونموذج نظرية الحركة للغازات " كرات البلياردو" وهذه النماذج تتضمن مجموعة من الافتراضات ومجموعة من الفروض .

@ مثال لنظرية علمية ومكوناتها: النظرية الموجية في الضوء لهيجنز:

- حقائق: يحيد الضوء عن السير في خطوط مستقيمة إذا مر من فتحات ضيقة.

- مفاهيم: الموجة – طول الموجة – التردد – الحيود – التداخل .

- قوانين: سرعة الضوء = طول موجة الضوء X  تردد موجة الضوء .

- فروض: ينتشر الضوء على هيئة موجات مركزها مصدر الضوء نفسه .

 

* ليس هناك نظرية صادقة وأخرى غير صادقة، بل هناك نظرية كافية لشرح الظواهر وأخرى غير كافية لذلك .

 

* تزداد درجة الثقة في النظرية بزيادة قدرتها على شرح أكبر عدد ممكن من الظواهر ذات العلاقة .

 

المكون الثاني: عمليات العلم

Processes of Science

    

     * عمليات العلم هي الأنشطة أو الأعمال التي يقوم بها العلماء أثناء التوصل إلى نتائج العلم من جهة، وأثناء الحكم والتحقق من صدق هذه النتائج من جهة أخرى . وقد تؤدي ممارسة هذه العمليات إلى إثارة الاهتمامات العلمية لدى الممارسين لهذه العمليات مما يدفعهم إلى مزيد من البحث والاكتشاف .

    

     * عمليات العلم كثيرة نعرض فيما يلي عدداً منها:

 

أولاً: الملاحظة Observing

 

     * يبدأ العلم بالملاحظة وينتهي بها، وتتم الملاحظة المباشرة باستخدام الحواس الخمس، وعندما تكون وسائل الملاحظة المباشرة غير كافية يتم اللجوء إلى الوسائل غير المباشرة كالأجهزة التكنولوجية المساعدة للحواس .

 

     * الملاحظة العلمية ليست عملية عشوائية أو وليدة الصدفة، ولكنها عملية هادفة مقصودة، وهي أساس عمليات العلم الأخرى، وإن كانت بعض الاكتشافات العلمية جاءت بعد ملاحظات لم يُخطط لها (مصادفة) فإن الصدفة لا تحابي إلا العقل المستعد لها .

 

     * تتطلب الملاحظة العلمية الدقة والأمانة في التسجيل، وهما جناحا الموضوعية العلمية. وتتوقف الملاحظة العلمية عند حد تسجيل الأحداث والظواهر، أما الذهاب فيما وراء الملاحظة فيمثل عمليات أخرى للعلم .

 

     * يتوقف صدق الملاحظة على صدق الملاحظ ولذلك ينبغي أن  تُخضع نتائجها للتقويم السليم، كما تتوقف على صدق الأدوات المستخدمة، ومن هنا تبرز أهمية التوصيف الدقيق للأدوات المستخدمة في الملاحظة ومدى دقتها وذلك لبيان حدود الملاحظة .

 

     * تتضمن الملاحظة العلمية مجموعة من السلوكيات أهمها:

1 – التمييز بين الفروق في الخصائص الفيزيائية للأشياء أو الظواهر بالملاحظة المباشرة .

2 – استخدام أدوات لمساعدة الحواس في إجراء الملاحظة .

3 – تكرار الملاحظة من أجل الدقة .

4 – استخدام القياس لزيادة دقة الملاحظة – كلما كان ذلك ممكناً .

5 – ترتيب الأحداث أو المشاهدات وفقاً لترتيب حدوثها .

6 – التمييز بين الثوابت والمتغيرات .

 

ثانياً: التصنيف Classifying

 

     * أحد الأهداف الرئيسة للعلم التوصل إلى نماذج تصنيفية أو تقسيمية يمكن استخدامها لدراسة الظواهر الطبيعية بهدف: التبسيط من جهة، والتنبؤ بخصائص العضو المنتمي لهذا التقسيم من جهة أخرى . وبالطبع تبدأ عملية التصنيف أو التقسيم بالملاحظة العلمية .

 

     * كلما كان نموذج التقسيم جامعاً مانعاً قام بوظيفتي التبسيط والتنبؤ على أتم وجه .

     * يُبنى التقسيم على أساس صفة واحدة مشتركة أو يُبنى على أكثر من صفة، كأن نقسم مجموعة من الصخور طبقاً للشكل فقط، أو طبقاً للون فقط، أو طبقاً للملمس فقط، أو طبقاً للشكل واللون والملمس معاً، وهكذا ..

 

     * يتضمن التصنيف مجموعة من السلوكيات أهمها:

1 – الإلمام بمدى التماثل والتباين في خصائص الأشياء أو الظواهر المزمع تصنيفها .

2 – التوصل إلى الخواص العامة المشتركة بين الأشياء .

3 – تصنيف الأشياء طبقاً لهذه الخواص .

4 – تقسيم الأشياء طبقاً لأكثر من خاصية .

5 – التحقق من صدق التصنيف بإجراء ملاحظات جديدة .

 

@ أمثلة:

(أ) تقسيم الحيوانات طبقاً لعدد الخلايا: إلى حيوانات وحيدة الخلية وأخرى عديدة الخلايا .

(ب) تقسيم الحيوانات طبقاً لبيئة معيشتها: إلى حيوانات برية، وأخرى مائية، وثالثة برمائية، وهكذا ..

(ج) تقسيم العناصر طبقاً لخصائصها الكهربية إلى عناصر موصلة وشبه موصلة وعازلة .

(د) تقسيم المواد طبقاً لحالتها الفيزيائية: إلى مواد صلبة وأخرى سائلة وثالثة غازية .

 

ثالثاً: الاستدلال Inferring

     * يهدف الاستدلال إلى التعرف على خصائص شيء مجهول من دراسة خصائص شيء معلوم .

@ مثال: تم الاستدلال من الحفريات المختلفة (معلوم) على خصائص العصور الجيولوجية السابقة (مجهول) .

 

     * قد يؤدي الاستدلال القائم على الملاحظة إلى الحاجة إلى إجراء ملاحظات أخرى، قد تؤدي بدورها إلى تعديل الاستدلال الأصلي .

* ملاحظة       استدلال         ملاحظات جديدة          تعديل الاستدلال الأصلي

 

@ مثال: ملاحظة العناصر المشعة ودراسة خصائص الإشعاعات الصادرة عنها (معلوم) أدت إلى القول بأن النواة مركبة وتحتوي جسيمات ألفا وجسيمات بيتا (مجهول) . وبإجراء مزيد من الملاحظات تم تعديل هذا الاستدلال إلى أن هذه الجسيمات لا توجد في النواة في صورة منفردة ولكنها تنشأ أثناء التحولات التي تحدث للجسيمات النووية .

 

     * ينبغي التمييز بين الملاحظة والاستدلال، والمثال التالي يوضح الفرق:

(أ) إذا غُمست ورقة عباد شمس حمراء في المحلول (A) فإنها تحمر .

(ب) المحلول (A) حامض .

# العبارة (أ) ملاحظة، والعبارة (ب) استدلال مبني عليها .

 

     * الاستدلال العلمي يتضمن مجموعة من السلوكيات أهمها:

1 – إجراء الملاحظات .

2 – التوصل إلى الخصائص الظاهرة .

3 – الاجتهاد في التوصل إلى الخصائص غير الظاهرة .

4 – الربط بين الخصائص الظاهرة وغير الظاهرة .

5 – التوصل إلى استدلال مبني على الملاحظة .

6 – اختبار مدى صدق الاستدلال .

7 – إجراء مجموعة جديدة من الملاحظات .

8 – تأكيد الاستدلال السابق أو تعديله في ضوء الملاحظات الجديدة .

 

رابعاً: التنبؤ  Predicting

     * التنبؤ: عملية تهدف إلى التعرف على النتيجة المتوقعة إذا ما توافرت شروط معينة . وهو يختلف جذرياً عن التخمين حيث يعتمد التنبؤ العلمي على قوانين ومبادئ ونظريات علمية موثوق فيها .

 

@ مثال:

(أ) التخمين: أنا أتوقع أن في جيبك مبلغاً من النقود = كذا ..                

(ب) التنبؤ العلمي: التنبؤ بخصائص الجيل الأول والثاني لنبات ناتج من تزاوج نباتين ذي خصائص معينة وذلك باستخدام قوانين مندل للوراثة .                                                                                                                      

 

     * إذا جاء التخمين صحيحاً مرة فهذا لا يعني أننا في كل مرة نخمن تخميناً صحيحاً، بينما التنبؤ العلمي يكون صحيحاً في كل مرة بفرض توفر نفس الظروف واستخدام نفس القانون في التنبؤ .                                         

 

     * يعتمد ثبات التنبؤ على صدق القوانين والمبادئ والنظريات التي استُخدمت في التوصل إليه . وقد يتطلب التنبؤ العلمي استخدام التجريب لتأييد التنبؤ أو رفضه .

 

     * التنبؤ العلمي يتضمن مجموعة من السلوكيات أهمها:

1 – إجراء مجموعة من الملاحظات .

2 – تمييز الثوابت والمتغيرات التي تؤثر في الظاهرة .

3 – التعرف على القانون أو المبدأ أو النظرية التي يمكن أن تخضع لها المتغيرات .    

4 – استخدام القانون أو المبدأ أو النظرية في التنبؤ .

5 – التحقق من صدق التنبؤ واستخدام القياس الكمي – إذا كان ممكناً – لبيان دقة هذا التنبؤ .

 

خامساً: القياس  Measuring

     * يعتبر القياس الكمي أحد أساليب تقنين عمليات العلم المختلفة، فهو مثلاً أحد أساليب التحقق من صدق الملاحظات، وصدق التنبؤ . ويتطلب القياس تحديد شيء يُقاس أو صفة تُقاس، ووحدة للقياس .

 

     * يبدأ القياس عادة بإعطاء تقدير كمي لخصائص معينة، وقد توجد علاقات بين هذه الخصائص، عندئذ قد يُتوصل إلى تقدير كمي جديد له قيمة أكبر في وصف الظاهرة موضوع الدراسة، مثل البدء بقياس الأبعاد والكتلة، ومنها نتوصل إلى تقدير الكثافة .

 

     * القياس الكمي يتضمن مجموعة من السلوكيات أهمها:

1 – إجراء مجموعة من الملاحظات .

2 – تحديد الخاصية أو الخصائص موضوع القياس وتعريفها .

3 – استخدام وحدات اختيارية لمقارنة الأشياء المتعلقة بالظاهرة على أساسها

4 – تقنين هذه الوحدات .

5 – استخدام أجهزة قياس موثوق فيها .

 

سادساً: التواصل  Communicating

     * بدهي أنه ينبغي أن توجد لغة مشتركة بين أفراد المجتمع العلمي لكي يتم التواصل بين أفراد هذا المجتمع .

    

     * لما كان محور العلوم هو الظواهر الطبيعية، فإن التواصل يتطلب تسجيلاً دقيقاً للأحدث مما ييسر نقل الأفكار للآخرين والتفاعل معهم .

 

     * التواصل يتضمن عمليتين أساسيتين:

- الأولى: إدراك وفهم فرد ما لأفكار الآخرين .

- الثانية: عرض هذا الفرد لأفكاره بطريقة مفهومة للآخرين .

 

     * التواصل بهذه الصورة يتطلب أشكالاً مختلفة لنقل الأفكار مثل: المعادلات، والجداول، والرسوم التوضيحية، والرسوم البيانية .

 

     * التواصل العلمي يتضمن مجموعة من السلوكيات أهمها:

1 – إجراء الملاحظة .

2 – وصف الملاحظات لفظياً .

3 – تسجيل الملاحظة بطريقة منظمة .

4 – تحويل الملاحظة إلى صورة رموز أو معادلات .

5 – إنشاء الجداول والرسوم وعرض النتائج، واستخدامها في تفسير النتائج.

 

     * قد يتطلب التواصل – إضافة إلى ما سبق – كتابة تقرير عن عمل معين أو تجربة معينة بصورة مفهومة للآخرين .

 

سابعاً: التفسير  Interpreting

     * تفسير الأحداث والملاحظات ييسر الفهم، ويختلف التفسير العلمي عن التفسير غير العلمي، فالتفسير العلمي يعني إرجاع الظاهرة أو الحدث إلى أسبابها الحقيقية، أي ربط السبب بالنتيجة من خلال قانون أو مبدأ أو نظرية علمية. أما التفسير غير العلمي فيُرجع الظاهرة إلى قوى خفية أو أسباب غيبية.

 

     * التفسير العلمي له مردود نفسي إيجابي، فمعرفة الأسباب الحقيقية تمنع الخوف من المجهول وتعطي الفرد مزيداً من الثقة بالنفس لإمكانية التحكم في الظاهرة . فمعرفة الأسباب الحقيقية للكوليرا مكّن من تحديد أسباب انتشارها وأساليب علاجها والوقاية منها .

 

     * التفسير العلمي يتضمن مجموعة من السلوكيات أهمها:

1 – تحديد النتائج المتصلة بموضوع الظاهرة المراد تفسيرها .

2 – معالجة النتائج لتوضيح العلاقات بينها .

3 – تحديد القانون أو النظرية التي ترتبط بموضوع الظاهرة .

4 – صياغة عدد من العبارات تفسر الظاهرة باستخدام القانون أو النظرية والتي تربط بين النتيجة وسببها .

5 – اختبار صدق التفسير .

 

ثامناً: صياغة الفروض  Hypothesizing

     * الفرض العلمي: جملة تحت الاختبار، تبدأ بمجموعة من الملاحظات ولكن لعدم توافر المعلومات اللازمة للتوصل إلى ما وراء الملاحظات، أو للتوصل لاستدلالات معينة، فإن العالم يلجأ إلى صياغة عدد من الفروض .

 

     * قد تُصاغ الفروض بطريقة يمكن اختبار صدقها بطريقة مباشرة عن طريق الملاحظة أو التجريب، أو تُصاغ بطريقة يمكن اختبار صدقها بطريقة غير مباشرة عن طريق القياس أو التشابه الجزئي على ما تم اختباره من قبل .

 

@ أمثلة:

(أ) من فروض نظرية الحركة للغازات، أن جزيئات الغاز في حركة مستمرة وقوى الجذب فيها ضعيفة . يمكن اختبار صدق هذا الفرض عن طريق سرعة انتشار الغاز بطريقة مباشرة عن طريق ملاحظة سلوك الغازات .

(ب) عندما شاهد نيوتن التفاحة تسقط على الأرض صاغ فرضاً مؤداه: أن للأرض قوة تجذب بها الأجسام الأخرى، وقياساً على ذلك تم اختبار صدق الفرض أن للقمر قوة يجذب بها الأجسام الأخرى .

 

     * كلما كان عدد فروض النظرية العلمية أقل، وفي نفس الوقت لها قوة تفسيرية أكبر وأوسع زادت الثقة في هذه النظرية .

 

     * عملية فرض الفروض العلمية تضمن مجموعة من السلوكيات أهمها:

1 – تحديد الأسئلة المراد الإجابة عنها لعبور الفجوة بين ما هو معلوم وما هو مجهول .

2 – فصل الأسئلة التي يمكن إجابتها فلسفياً من تلك الأسئلة التي يمكن إجابتها عن طريق الخبرة .

3 – تقسيم الأسئلة العريضة إلى أجزاء .

4 – صياغة إجابة محتملة لكل سؤال بحيث تكون قابلة للاختبار، عن طريق التجريب، أو عن طريق القياس .

5 – التمييز بين الفروض التي يمكن اختبارها وصفياً، والتي يمكن اختبارها كمياً .

 

تاسعاً: التجريب  Experimenting

     * التجربة: موقف اصطناعي يلجأ إليه العالم لجمع بيانات ومعلومات عن ظاهرة، أو للتأكد من صدق معلومة سبق التوصل إليها أو لاختبار صدق فرض، أو التوصل إلى حقائق وقوانين جديدة، أو التحقق من صدقها .

 

     * في التجريب قد يلجأ العالم إلى تثبيت بعض المتغيرات، وتغيير البعض الآخر بالزيادة أو النقصان، أو الاستبعاد، أو الإضافة، وذلك بهدف دراسة العلاقات السببية، أي العلاقة بين أثر متغير معين في متغير آخر .

 

     * التجريب يتضمن كل عمليات العلم السابق شرحها .

 

* عملية التجريب تضمن مجموعة من السلوكيات أهمها:

1 – التعرف على بعض المشكلات المتضمنة في عدد من الملاحظات .

2 – تحديد المتغيرات ذات العلاقة بعدد من الملاحظات .

3 – صياغة عدد من الفروض المطلوب اختبارها .

4 – تصميم التجربة العملية (خطوات العمل) .

5 – اختيار الأدوات والمواد والأجهزة اللازمة لتحقيق ما سبق .

6 – التحكم في المتغيرات التي ينبغي تثبيتها أثناء التجربة .

7 – الممارسة العملية وتنفيذ خطة العمل .

8 – التعرف على مصادر الخطأ في التجربة .

9 – وصف لمحددات التجربة بما فيها الأجهزة والأدوات والمواد المستخدمة .

10 – كتابة تقرير مفصل عن التجربة يفيد مستقبلاً من يود تكرار التجربة .

 

المكون الثالث: أخلاقيات أو ضوابط العلم

Ethics of Science

    

     * يتم الحكم المعلومات الجديدة حديثة الاكتشاف (أي دخولها إلى بنية العلم) في ضوء عدد من المعايير أو الضوابط المتفق عليها لدى المشتغلين بالعلوم الطبيعية، وأهم هذه المعايير:     

 

المعيار الأول: القابلية للاختبار Testability

     * في العلوم الطبيعية لا سلطان إلا للعقل، ومعنى ذلك أن أي معلومة جديدة يجب أن تخضع لاختبار مصداقيتها، ولا تُضاف إلى الرصيد البشري من المعرفة العلمية إلا بعد هذا الاختبار .

 

@ مثال: فرض الفلوجستون:

- عندما يُسخن العنصر في الهواء فإنه يفقد الفلوجستون .

- عند الاختبار: وُجد أن مركباً جديداً يتكون وكتلة المركب الناتج أكبر من كتلة العنصر منفرداً .

- الفلوجستون كتلة سالبة .

- الاختبار النهائي: يؤكد عدم مصداقية فرض الفلوجستون .

 

المعيار الثاني: الموضوعية Objectivity

     * الموضوعية عكس الذاتية، وتعني انتزاع الذات من الموقف أو من الظاهرة، أو من الحدث موضوع الدراسة .

    

     * معيار الموضوعية هام للغاية لأسباب أهمها: أن الملاحظة عملية انتقائية، وبالتالي تتأثر بذاتية الملاحظ، ومصداقية الملاحظة تتحقق من خلال تكرار الملاحظة من جهة، ووجود أكثر من ملاحظ من جهة أخرى .

 

     * الموضوعية تتطلب:

1 – الدقة: أي وصف الملاحظات وتسجيلها كما هي دون إضافة أو حذف من جانب الملاحظ.

 

2 – الشمولية: أي أخذ جميع الأبعاد والمتغيرات والمكونات في الاعتبار .

 

المعيار الثالث: العالمية  Universality

     * المعرفة العلمية ليس لها دين أو وطن أو جنس أو عرق، وهذا يتطلب بالضرورة تبادل المعرفة العلمية بين العلماء .

 

     * العرب والمسلمون ترجموا عن اليونان وأضافوا، ثم أخذت أوروبا عن العرب والمسلمين وأضافت، وهكذا ..

 

     * العالمية تحقق ما سبقها من معايير، فهي تحقق القابلية للاختبار والموضوعية .

 

     *يرى البعض أن العالمية كمعيار ينطبق فقط في حالة العلوم البحتة، أو العلوم على المستوى النظري فقط، أما في حالة العلوم التطبيقية، فإن المحلية تتدخل بقيمها ومحدداتها، فبعض التطبيقات العلمية تقبلها مجتمعات وقد تتحفظ عليها مجتمعات أخرى . فتطبيقات الهندسة الوراثية على البشر مثلاً قد تجد طريقها في مجتمعات معينة، ولكن المجتمعات الإسلامية لها موقف منها .

 

المعيار الرابع: الأمانة العلمية Scientific Honesty

     * الأمانة العلمية تقتضي أن يتوخى العالم الدقة في وصف وتسجيل الظواهر والملاحظات العلمية، وأن يُرجع العالم المعرفة العلمية إلى مكتشفيها .

 

     * لكي تتحقق الأمانة العلمية لا بد من أن يتحرى ما قام به الآخرون، وبذا تبرز إحدى الخصائص الأساسية للعلم وهي التراكمية .

 

     * ملاحظة ختامية: من العرض السابق لمكونات العلم الثلاثة (بنية العلم – عمليات العلم – أخلاقيات العلم) نجد أن داخل كل مكون يوجد عناصر متداخلة ولا يمكن وضع فواصل بينها، وأن ما تم عرضه هو وجهة نظر لتبسيط الدراسة وإلى الإفادة منها في تعليم وتعلم العلوم .

 

طبيعة العلم وانعكاسها في أوجه تعلم العلوم

     بعد استعراض بنية العلم (نتائجه – عملياته – أخلاقياته وضوابطه) يمكن القول أن أوجه تعلم العلوم تتضمن:

أولاً: الجانب المعرفي:

     * يتضمن هذا الجانب قسمان رئيسان، الأول: المعرفة، والثاني: توظيف المعرفة العلمية، بمعنى آخر يتضمن الجانب المعرفي: المعرفة والمهارات المعرفية:

 

(أ) المعرفة: تشمل تعلم الحقائق والمفاهيم والقوانين والمبادىء والنظريات .

(ب) المهارات المعرفية: وتشمل الملاحظة والتصنيف والتفسير والقياس والتجريب والتنبؤ والاستقراء والاستنباط .

 

     * هذا التصنيف يفرض على معلم العلوم ضرورة التأكيد في تدريسه – قولاً وفعلاً – على أن المعرفة العلمية ليست غاية في حد ذاتها، ولكنها وسيلة لتحقيق غايات أخرى وهي توظيف هذه المعرفة لخدمة المتعلم وحل مشكلاته .

 

ثانياً: الجانب النفسحركي:

     * يتطلب هذا الجانب تناسقاً بين أعضاء الحس وأعضاء الحركة، فالعالم أثناء دراسته للظواهر الطبيعية المختلفة والمواد، حيث يعتمد بداية على حواسه، وإذا أراد أن يدقق أكثر فقد يستخدم أدوات مساعدة للحواس مثل المجهر والتلسكوب .. إلخ . 

 

     * قد تتطلب الدراسة إجراء بعض التجارب أو القيام بتشريح شيء وهذا يتطلب بدوره إتقان بعض المهارات مثل التشريح والتجريب .

 

     * ما سبق يعني أن على معلم العلوم أن يعي أهمية تعلم وتمكن المتعلم من عمليات العلم أثناء تعلمه للعلوم حتى يمكنه أن يستمتع بتعلم العلوم من جهة، وأن يُعلّم نفسه بنفسه من جهة أخرى .

 

ثالثاً: الجانب الوجداني:

     * يقابل هذا الجانب من أوجه تعلم العلوم جانب أخلاقيات العلم أو ضوابط في بنية العلم، ويمثل هذا الجانب موجهات لسلوك الفرد، ويتضمن هذا الجانب: 

 

(أ) الاهتمامات العلمية: أي الإقبال على دراسة العلوم أو الإحجام عنها .

 

(ب) الاتجاهات العلمية: أي الموقف الذي يتخذه المتعلم من قضية علمية ما، - ويُشترط في هذه القضية أن تكون جدلية – هذا الموقف قد يكون إيجابياً أو سلبياً .

 

@ مثال: العلاج بأعشاب تُليت عليها بعض الكلمات السحرية قد يأتي بنتائج طيبة يؤيدها الدليل العلمي بأن هذه الأعشاب قد ساهمت في العلاج وليست الكلمات السحرية، من هنا يجب على المعلم أن يدرب تلاميذه كي يتخذوا مواقف علمية من مثل هذه القضايا التي يكون لها جانب علمي وآخر غير علمي .

 

(ج) القيم العلمية: هي المعايير التي يتم بها الحكم جيد أو رديء، حسن أو قبيح، مقبول أو مرفوض، وفي تعليم العلوم نستخدم:

- موضوعي مقابل غير موضوعي: أي انتزاع الذات من الموقف والحكم في ضؤ معايير مقبولة .

 

-عقلاني مقابل غير عقلاني:بمعنى الحكم على موقف ما في ضؤ ما يقبله العقل.

 

- علمي مقابل غير علمي: بمعنى الحكم على موقف ما في ضؤ نظريات وتفسيرات علمية .

 

- التريث في إصدار الأحكام مقابل التسرع في إصدارها: وهذا يتطلب جمع معلومات وبيانات حول الموقف والتأكد من صدقها ثم الحكم عليها .

 

     * دور المعلم في تنمية هذا الجانب يتمثل في دوره كقدوة في سلوكه لتلاميذه، وينبغي أن يتسم هذا السلوك بالعلمية والموضوعية .

 

     * الاهتمامات فردية، والاتجاهات جماعية إلى حد ما، بينما القيم الاجتماعية يشترك فيها المجموع . والاهتمامات أقل ثباتاً من سواها بمعنى أنها متغيرة .

 

رابعاً: أوجه التقدير :

     * يُقصد به بيان دور العلم والعلماء في خدمة ورفاهية الإنسانية، ويمكن للمعلم أن ينمي هذا الجانب من خلال عرضه لتاريخ العلم والعلماء وإنجازاتهم .

 

     * يجب أن يُقدم دور العلم والعلماء في إطار يوضح عظمة الخالق في خلقه فالله هو خالق الكون، وهو خالق العقل الذي توصل إلى العلم . أي أن العلم الحالي ليس علم الإنسان ولكنه علم الله الذي وهبه للإنسان من خلال العقل الذي أبدعه .

 

     * الخلاصة: يجب أن يكون تعلم العلوم هو لب عملية تعلم العلوم وليس التعليم عن العلوم، وإذا كان هذا هو الهدف فإن تعلمنا سوف يتضمن مكونات العلم نفسه ناتجاً وعمليات وأخلاقيات، وهو ما ينعكس في تعليمنا في صورة معرفة ومهارات واهتمامات واتجاهات وقيم وأوجه تقدير .

 

والله عز وجل دائماً، وأجيالنا وتقدمنا التربوي من وراء الجهد والقصد
وهو الكامل المعين والسلام

د / يسري مصطفى السيد
 

http://www.khayma.com/yousry/index.htm
http://www.yousry.bravepages.com/index.htm
http://yomoal.members.easyspace.com/index.htm
yousry62@emirates.net.ae
yomoal@hotmail.com