บทที่ 1 

ทักษะทางวิทยาศาสตร์และกระบวนการทางวิทยาศาสตร์

วิทยาศาสตร์มีความสำคัญอย่างไร

วิทยาศาสตร์เป็นเรื่องของการเรียนรู้เกี่ยวกับธรรมชาติ โดยมนุษย์ใช้กระบวนการสังเกต สำรวจตรวจสอบ ทดลองเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและนำผลมาจัดเป็นระบบ หลักการแนวคิดและทฤษฎี

ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์  ประกอบด้วยทักษะในเรื่องใดบ้าง

1. ทักษะการสังเกต หมายถึง การใช้ประสาทสัมผัสทั้ง 5 ในการสังเกต 

2. ทักษะการวัด หมายถึง การเลือกใช้เครื่องมือวัดปริมาณของสิ่งของออกมาเป็นตัวเลขที่แน่นอนได้  อย่างเหมาะสมและถูกต้อง 

3. ทักษะการจำแนกประเภทหรือทักษะการจัดประเภทสิ่งของ หมายถึง การแบ่งพวก หรือการเรียงลำดับวัตถุ 

4. ทักษะการใช้ความสัมพันธ์ระหว่างสเปสกับเวลา หมายถึง การหาความสัมพันธ์ระหว่างมิติต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับสถานที่รูปทรง ทิศทาง ระยะทาง พื้นที่เวลา ฯลฯ 

5. ทักษะการคำนวณและการใช้จำนวน หมายถึง การนำเอาจำนวนที่ได้จากการวัด การสังเกต และการทดลองม้าจัดกระทำให้เกิดค่าใหม่ เช่น การบวก ลบ คูณ หาร และนำค่าที่ได้จากการคำนวณไปใช้ประโยชน์ในการแปลความหมาย และลงข้อสรุป 

6. ทักษะการจัดกระทำและสื่อความหมายข้อมูล หมายถึง การนำเอาข้อมูลซึ่งได้มาจากการสังเกตการทดลองม้าจัดทำในรูปแบบใหม่ เช่น จัดทำเป็นกราฟ ตาราง แผนภูมิ ฯลฯ

 7. ทักษะการลงความเหน็จากข้อมูล หมายถึง การเพิ่มเติมความคิดเห็นให้กับข้อมูล ที่มีอยู่อย่างมีเหตุผล โดยใช้ประสบการณ์เดิมมาช่วย ซึ่งข้อมูลอาจได้จากการสังเกตการวัด การทดลอง ซึ่งการลงความเหน็จากข้อมูลเดียวกัน อาจลงความเห็นได้หลายอย่าง

8. ทักษะการพยากรณ์  หมายถึง การค้าดคะเนหาคำตอบล่วงหน้าก่อนการทดลอง โดยอาศัยข้อมูลที่ได้จากการสังเกตการวัด โดยศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรที่ได้ศึกษา มาแล้วหรือจากประสบการณ์ที่เกิดขึ้น    

9. ทักษะการตั้งสมมตฐาน หมายถึง การคิดหาค่าคำตอบล่วงหน้าก่อนการทดลอง โดยอาศัยการสังเกต ความรู้ ประสบการณ์เดิมเป็นพื้นฐาน 

10. ทักษะการควบคุมตัวแปร หมายถึง การควบคุมสิ่งอื่น ๆ นอกเหนือจากตัวแปร อิสระที่จะทำให้ผลการทดลองคลาดเคลื่อน ซึ่งตัวแปรแบ่งเป็น 3 ประเภท คือตัวแปรอิสระ หรือตัวแปรต้น ตัวแปรตาม และตัวแปรที่ต้องควบคุม 

11. ทักษะการตีความหมายและลงข้อสรุป ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จะอยู่ใน รูปตาราง รูปภาพ กราฟ ฯลฯ ซึ่งการนำข้อมูลไปใช้ต้องตีความให้สะดวกที่จะสื่อความหมายได้ ถูกต้อง และเข้าใจตรงกัน 

12. ทักษะการกำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการหมายถึง การกำหนดความหมายและขอบเขตของคำต่าง ๆ ที่มีอยู่ในสมมตฐานที่จะทดลองให้มีความรัดกุม เป็นที่เข้าใจตรงกัน 

13. ทักษะการทดลอง หมายถึง กระบวนการปฏิบัติการโดยใช้ทักษะต่าง ๆเช่น การสังเกตการวัด ฯลฯ มาใช้ร่วมกันเพื่อหาคำตอบ ซึ่งประกอบด้วยกิจกรรม 3 ขั้นตอน คือการออกแบบการทดลอง การปฏิบัติการทดลอง และการบันทึกผลการทดลอง

 

กระบวนการทำวิทยาศาสตร์ตรมีลำดับขั้นตอนอย่างไรบ้าง

กระบวนการทางวิทยาศาสตร์  เป็นแนวทางการดำเนินการโดยใช้ทักษะวิทยาศาสตร์  ไปใช้ในการจัดการมีลำดับขั้นตอน 5 ขั้นตอน คือ

ขั้นตอนที่ 1 การกำหนดปัญหา เป็นการกำหนดเรื่องที่จะศึกษาหรือการแก้ปัญหา ซึ่งเป็นปัญหาที่ได้มาจากการสังเกตสิ่งที่พบเห็น เช่น ทำไมต้นไม้ที่ปลูกไว้ใบเหี่ยวเฉา

ขั้นตอนที่ 2 การตั้งสมมตฐาน เป็นการค้าดคะเนคำตอบของปัญหาอย่างมีเหตุผล โดยใช้ข้อมูลจากการสังเกตการพบผู้รู้ในเรื่องนั้น ๆ โดยมีการกำหนดตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับ การทดลอง ได้แก่ ตัวแปรต้น ตัวแปรตาม และตัวแปรควบคุม

ขั้นตอนที่ 3 การทดลองและรวบรวมข้อมูล เป็นการปฏิบัติการทดลอง ค้นหาความจริงให้สอดคล้องกับสมมติฐานที่ตั้งไว้ในขั้นตอนการตั้งสมมตฐาน (ขั้นตอนที่ 2) และรวบรวม ข้อมูลจากการทดลองอย่างเป็นระบบ

ขั้นตอนที่ 4 การวิเคราะห์ข้อมูล เป็นการนำข้อมูลที่รวบรวมได้จากขั้นตอน การทดลองและรวบรวม    ข้อมูล (ขั้นตอนที่ 3) มาวิเคราะห์หาความสัมพันธ์ของข้อเท็จจริงต่าง ๆเพื่อนำมาอธิบายและตรวจสอบกับสมมติฐานที่ตั้งไว้ในขั้นตอนการตั้งสมมตฐาน (ขั้นตอนที่ 2)

ขั้นตอนที่ 5 การสรุปผล เป็นการสรุปผลการศึกษา การทดลอง โดยอาศัยข้อมูลและการวิเคราะห์  ข้อมูลจากขั้นตอนการวิเคราะห์ข้อมูล (ขั้นตอนที่ 4) เป็นหลักในการสรุปผลการทดลอง

 

คุณลักษณะของ บุคคลที่มีเจตคติวิทยาศาสตร์  ควรเป็นอย่างไร

ลักษณะของเจตคติทางวิทยาศาสตร์  แบ่งได้เป็น 2 ลักษณะ คือ

1. เจตคติที่เกิดจากการใช้ความรู้ คือกฎเกณฑ์  ทฤษฎี และหลักการต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์และการอธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติในเชิวิทยาศาสตร์ตร์  โดยถือผล ที่เกิดจากการสังเกต ทดลอง ตามที่เกิดจริง โดยอาศัยข้อมูลองค์ประกอบที่เหมาะสม

2. เจตคติที่เกิดจากความรู้สึก คือกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ที่มุ่งก่อให้เกิดความคิด ใหม่ ๆ เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติ คุณค่าสำคัญจึงอยู่ที่การสร้างทฤษฎีและการเป็น นักวิทยาศาสตร์  หรือการทำงานที่ต้องใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์  เป็นสิ่งที่น่าสนใจและมีคุณค่า

คุณลักษณะของ บุคคลที่มีเจตคติวิทยาศาสตร์ 6 ลักษณะ

1. เป็นคนที่มีเหตุผล ค้นหาสาเหตุของปัญหาหรือเหตุการณ์และหาความสัมพันธ์  ของสาเหตุกับผลที่เกิดขึ้น

2. เป็นคนที่มีความอยากรู้อยากเห็น มีความพยายามที่จะเสาะแสวงหาความรู้ ในสถานการณ์ใหม่ ๆ และต้องเป็นบุคคลที่ชอบซักถาม ค้นหาความรู้โดยวิธีการต่าง ๆ อยู่เสมอ 

3. เป็นบุคคลที่มีใจ๋กว้าง บุคคลที่กล้ายอมรับการวิพากษ์วิจารณ์จากบุคคลอื่นี้เป็นบุคคลที่เต็มใจที่จะเผยแพร่ความรู้และความคิดให้แก่บุคคลอื่น 

4. เป็นบุคคลที่มีความซื่อสัตย์  และมีใจเป็นกลาง สังเกตและบันทึกผลต่าง ๆ อย่างตรงไปตรงมา ไม่ลำเอียงหรือมีอคติ 

5. มีความเพียรพยายาม ไม่ท้อถอยเมื่อผลการทดลองล้มเหลวหรือมีอุปสรรค 

6. มีความละเอียดรอบคอบ ไม่ยอมรับสิ่งหนึ่งสิ่งใดจนกว่าจะมีการพิสูจน์ที่เชื่อถือได้

 

เทคโนโลยี คืออะไร

เทคโนโลยี หมายถึง ความรู้วิชาการรวมกับความรู้วิธีการและความชำนาญที่สามารถ นำไปปฏิบัติให้เกิดประโยชน์สูงสุด สนองความต้องการของมนุษย์เป็นสิ่งที่มนุษย์พัฒนาขึ้น เพื่อช่วยในการทำงาน หรือแก้ปัญหาต่าง ๆเช่น อุปกรณ์  เครื่องมือเครื่องงจักร วัสดุ ฯลฯ

 

เทคโนโลยีสามารถนำไปใช้ด้านใดได้บ้าง

เทคโนโลยีในการประกอบอาชีพ ที่มีส่วนเกี่ยวข้องในหลายด้าน เช่น

1. เทคโนโลยีกับการพัฒนาอุตสาหกรรม เป็นการนำเทคโนโลยีมาใช้ในการผลิต ทำให้ประสิทธิภาพในการผลิตเพิ่มขึ้น ประหยัดแรงงาน ลดต้นทุน รักษาสภาพแวดล้อม เช่น คอมพิวเตอร์พลาสติก แก้ว   เป็นต้น 

2. เทคโนโลยีกับการพัฒนาด้านการเกษตร เป็นการใช้เทคโนโลยีในการเพิ่มผลผลิต แวดล้อมปรับปรุงพันธุ์  ในการนำเทคโนโลยีมาใช้ในการพัฒนาจะต้องศึกษาปัจจัยแวดล้อมหลายด้าน เช่น ทรัพยากรสิ่งแวดล้อม

เทคโนโลยีที่ใช้ในชีวิตประจำวัน

ในปัจจุบันมีการนำเทคโนโลยีมาใช้ในชีวิตประจำวันของมนุษย์มีมากมาย เช่น การส่งจดหมายผ่านทางอินเทอร์เน็ตการอ่านหนังสือผ่านอินเทอร์เน็ต ซึ่งเป็นเทคโนโลยี ที่มีก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว เป็นการประหยัดเวลาในการค้นหาความรู้ต่าง ๆได้รวดเร็วยิ่งขึ้น

 

อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์คืออะไร

อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์  คือเครื่องมือที่ใช้ทั้งภายในและภายนอกห้องปฏิบัติการเพื่อใช้ทดลองและหาคำตอบต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์ 

เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์มีกี่ประเภทอะไรบ้าง

เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์มี 3 ประเภท คือ

1.ประเภททั่วไป เช่น บีกเกอร์  หลอดทดสอบ ปิเปตต์  บิวเรตต์  แท่งแก้วคนสาร กล้องจุลทรรศน์  ตะเกียงแอลกอฮอล์    เป็นต้น 

2. ประเภทเครื่องมือช่าง เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ได้ทั้งภายในห้องปฏิบัติการและภายนอก ห้องปฏิบัติการเช่น แปรง คีม เครื่องชั่ง เป็นต้น 

3. ประเภทสิ้นเปลืองและสารเคมี เป็นอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ใช้แล้วหมดไป ไม่สามารถนำกลับมาใช้ได้อีก เช่น กระดาษลิตมัส กระดาษกรอง สารเคมี   เป็นต้น

อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ใช้งานอย่างไรบ้าง

1. การใช้งานอุปกรณ์วิทยาศาสตร์  ประเภททั่วไป

1. บีกเกอร์ (BEAKER) เป็นอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่ใช้เพื่อให้ผู้ใช้สามารถทราบ ปริมาตรของเหลว

ที่บรรจุอยู่ได้อย่างคร่าว ๆ การเลือกขนาดของบีกเกอร์เพื่อใส่ของเหลวนั้น ขึ้นอยู่กับปริมาณของเหลวที่จะใส่ โดยปกติให้ระดับของเหลวอยู่ต่ำกว่าปากบีกเกอร์  ประมาณ 1 - 1 นิ้ว

2. หลอดทดสอบ (TEST TUBE) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ใส่สารในการทดลอง มีทั้งชนิด ธรรมดาใช้ใส่

สารเพื่อทดลองปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารที่เป็นสารละลาย ที่มีปริมาตร น้อย ๆ และชนิดทนไฟ ใช้สำหรับใส่สาร เพื่อเผาด้วยเปลวไฟ

3. ปิเปตต์ (PIPETTE) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดปริมาตรของเหลวที่มีจำนวนน้อยได้อย่างใกล้เคียงความจริง มีความถูกต้องสูง มี 2 ชนิดด้วยกัน คือ measuring pipette  จะไม่มี แก้วป่องตรงกลาง และแบบ volumetric pipette จะมีแก้วป่องบริเวณตรงกลางและมีความถูกต้องมากกว่า measuring pipette และต้องใช้ร่วมกับลูกยาง (rubber bulb) เพื่อดูด 12 สารละลายเข้าไปในปิเปตต์  ให้มากกว่าขีดบอกปริมาตร จากนั้นนำลูกยางออก แล้วใช้นิ้วชี้ ปิดที่ปลายปิเปตต์  จากนั้นค่อย ๆ ปล่อยสารละลายออกมาจนถึงขีดบอกปริมาตร และค่อยถ่าย สารละลายในปิเปตต์ลงในภาชนะที่ต้องการ

4. บิวเรตต์ (BURETTE) เป็นอุปกรณ์วัดปริมาตรที่มีขีดบอกปริมาตรต่าง ๆและมี ก็อกสำหรับเปิด - ปิด เพื่อบังคับการไหลของของเหลว บิวเรตต์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวิเคราะห์  มีขนาดตั้งแต่ 10 มิลลิลิตร จนถึง 100 มิลลิลิตร บิวเรตต์สามารถวัดปริมาตรได้อย่างใกล้เคียงความจริงมากที่สุด

5. เครื่องชั่ง (BALANCE) มี 2 แบบ 

แบบ triple - beam balance เป็นเครื่องมือช่างที่มีราคาถูกและใช้ง่ายโดยตั้ง เครื่องชั่งให้อยู่ในแนวระนาบ   แล้วปรับให้แขนของเครื่องชั่งอยู่ในแนวระนาบโดยหมุน      สกรูให้เข็มชี้ตรงขีด 0

แบบ equal - arm balance เป็นเครื่องชั่ง ที่มีแขน 2 ข้างยาวเท่ากันเมือ วัดระยะจากจุดหมุนซึ่งเป็นสันมีดขณะที่แขนของเครื่องชั่งอยู่ในสมดุล เมื่อต้องการหาน้ำหนัก ของสารหรือวัตถุ ให้วางสารนั้นบนจานด้านหนึ่งของเครื่องชั่ง ตอนนี้แขนของเครื่องชั่งจะไม่อยู่ ในภาวะที่สมดุลจึงต้องใส่ตุ้มน้ำหนักเพื่อปรับให้แขนเครื่องชั่งอยู่ในสมดุล

สารเคมี หมายถึงอะไร

สารเคมี หมายถึง สารที่ประกอบด้วยธาตุเดียวกัน หรือสารประกอบจากธาตุต่าง ๆ รวมกันด้วยพันธะเคมี ซึ่งในห้องปฏิบัติการจะมีสารเคมีมากมาย อุบัติเหตุจากสารเคมี ต้องรีบกำจัดสารเคมีปนเปื้อน ดังนี้   

(1) สารที่เป็นของแข็ง ควรใช้แปรงกวาดสารมาร่วมกัน ตักสารใส่ในกระดาษแข็งแล้วนำไปทำลาย 

(2) สารละลายกรด ควรใช้น้ำล้างบริเวณที่มีสารละลายกรดหกเพื่อทำให้กรด เจือจางลง และใช้สารละลายโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนตเจือจางล่างเพื่อทำลายสภาพกรด แล้วล้างด้วยน้ำอีกครั้ง 

   (3) สารละลายเบส ควรใช้น้ำล้างบริเวณที่มีสารละลายเบสหกและซับน้ำให้แห้งเนื่องจาการละลายเบสที่หกบนพื้นจะทำให้พื้น บริเวณนั้นลื่น ต้องทำความสะอาดลักษณะ ดังกล่าวหลาย ๆ ครั้ง และถ้ายังไม่หายลื่นอาจต้องใช้ทรายโรยแล้วเก็บกวาดทรายออกไป้

(4) สารที่เป็นน้ำมัน ควรใช้ผงซักฟอกล้างสารที่เป็นน้ำมันและไขมันจนหมด คราบน้ำมันและพื้นไม่ลื่น หรือทำความสะอาดโดยใช้ทรายโรยเพื่อซับนมันให้หมดไป 

(5) สารที่ระเหยง่าย ควรใช้ผ้าเช็ดบริเวณที่สารหยดหลายครั้งจนแห้ง และในขณะเช็ดถูจะต้องมีการ  ป้องกันไม่ให้สัมผัสผิวหนังหรือสูดไอของสารเข้าร่างกาย 

(6) สารปรอท กวาดสารปรอทกองรวมกันแล้วใช้เครื่องดูดเก็บรวบรวมไว้ในกรณีที่พื้นที่สารปรอทหกมีรอยแตก หรือรอยร้าวจะมีสารปรอทแทรกเข้าไปอยู่ข้างในต้องปิด รอยแตก หรือรอยร้าวนั้นด้วยการทำขี้ผึ้งทับรอยดังกล่าว เพื่อกันการระเหยของปรอท หรืออาจ ใช้ผงกำมะถันโรยบนปรอทเพื่อให้เกิดเป็นสารประกอบซัลไฟด์  แล้วเก็บกวาดอีกครั้ง

การใช้วัสดุอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์และสารเคมี ควรมีข้อปฏิบัติอย่างไร

การใช้วัสดุอุปกรณ์ีทางวิทยาศาสตร์และสารเคมี ต้องคำนึงถึงความเหมาะสม ความจำเป็นในการใช้งาน และต้องคำนึงถึงความปลอดภัย มีข้อปฏิบัติดังนี้   

1. ปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ดูแลปฏิบัติการอย่างเคร่งครัด ไม่ปฏิบัติการคนเดียว และต้องมีผู้ดูแลอยู่ด้วยทุกครั้ง 

2. สวมเสื้อกาวน์  และแว่นกันสะเก็ดทุกครั้ง 

3. อ่านฉลากสารเคมีก่อินทก์ครั้ง และใช้เท่าที่จำเป็น 

4. ห้ามชิมสารเคมี หรือสัมผัสด้วยมือเปล่า 

5. อุปกรณ์ที่ใช้กับความรู้อนต้องระวังเป็นพิเศษ 

6. อุปกรณ์ไฟฟ้า ต้องตรวจสอบความพร้อมก่อนใช้งานทุกครั้ง 

7. เลือกใช้อุปกรณ์วิทยาศาสตร์ให้เหมาะสมกับการใช้งาน 

8. อ่านคู่มือการใช้อุปกรณ์ที่ดลองทุกชนิดก่อนใช้งาน 

9. ดูแลความสะอาดอุปกรณ์ที่ดลอง โต๊ะปฎิบัติการให้เป็นระเบียบเรียบร้อย

 

ตัวอย่างการเลือกใช้วัสดุอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์และสารเคมีอยางถูกต้องและเหมาะสม

1. ถ้าต้องการใช้ของเหลวหรือสารละลายปริมาณน้อย ๆ เช่น 5 มิลลิลิตร ควรเลือกใช้กระบอกตวงขนาดเล็กในการวัดปริมาตรของของเหลว และในการอ่านปริมาตร ให้ยกกระบอกตวงตั้งตรง และให้ท้องน้ำอยู่ในระดับสายตา แล้วอ่านค่าปริมาตร ณ จุดต่ำสุด ของท้องน้ำ

2. การคนสารละลายให้เข้ากัน ควรใช้แท่งแก้ว คนสารละลายและต้องระวังไม่ให้แท่งแก้วกระทบด้าน  ข้างและก้นของภาชนะ

3. การใช้กระดาษลิตมัส ต้องใช้ทีละแผ่น โดยตัดขนาดพอเหมาะกับที่จะใช้งาน มือที่หยิบจะต้องสะอาดและแห้ง ถ้าจะทดสอบกับของเหลว ต้องวางกระดาษลิตมัสบนถ้วย กระเบื้อง แผ่นกระจก หรือกระดาษที่สะอาด แล้วใช้แท่งแก้วสะอาด จุ่มของเหลวมาแต่ะ

4. การใช้อุปกรณ์วัดความยาวและความสูงได้ถูกวิธี และอ่านมาตราส่วนได้ ถูกต้อง ทำได้โดยให้ตาอยู่ตั้งฉากกับขีด บอกความยาวหรือความสูงนั้น

5. เทอร์มอมิเตอร์การใช้วัดอุณหภูมิควรเลือกที่มช่วงอุณหภูมิีสูงสุด - ต่ำสุด ให้เหมาะสมกับสิ่งที่จะวัดเพราะถ้านำไปวดอุณหภูมิีสูงเกินไป จะทำให้หลอดแก้วแตก การอ่าน อุณหภูมิต้องให้สายตาอยู่ในระดับเดียวกับของเหลวในเทอร์มอมิเตอร์

6. การใช้สารละลายที่เป็นกรด เมื่อทำสารละลายหก ควรรีบทำให้เจือจางด้วยน้ำก่อน แล้วโรยโซดาแอช หรือโซเดียมไบคาร์อเนต หรือเทสารละลายด่าง เพื่อทำให้กรดเป็น กลาง ต่อจากนั้น จึงล่างด้วยน้ำให้สะอาด