فرضیه و آزمون فرضیه

مبحث موسوم به " فرضیه و آزمون فرضیه " اغلب با همین عنوان ، گاهی با کمی تغییر عنوان هایی نظیر " ساختن فرضیه " یا " طرح فرضیه " و گاهی نیز با عنوان " روش علمی "۱، در کتاب های زیست شناسی مطرح می شود. نیت اصلی از طرح این موضوع در آموزش متوسطه ، این است که دانش آموزان تنها به یاد گرفتن یافته های علوم بسنده نکنند. یا به تعبیر بهتر ، هدف آموزش تنها انتقال یافته های محققان به دانش آموزان نباشد، بلکه همراه یافته ها و حتی قبل از طرح یافته ها ، شیوه اندیشه و نحوه حرکت ذهن محققان به وضوح ترسیم شود. به این ترتیب ، دانش آموز به جای آن که در فرایند آموزش نقش یک تماشاگر ساده را داشته باشد، به ترتیبی در جای همان محققی که برای اول مساله را درک و تفسیر کرده است، قرار گیرد و در فرصت زمانی بسیار کوتاه ، تجربه محقق اول را از لحاظ شیوه حرکت ذهن تکرار کند. نیاز به توضیح ندارد که این نحوه آموزش ، مزایای بسیار زیادی دارد. ورود به جزئیات این شیوه و شرح و وصف مزایای آن ، نیازمند نوشتاری مستقل است و ما تنها به یک اشاره کوتاه اکتفا می کنیم . وقتی دانش آموزی مطالب علمی را از طریق تکرار تجربه های محققان ، یا به تعبیری ، لمس شیوه حرکت ذهن و مسیر استدلال کاشفان یاد می گیرد، این توانایی را پیدا می کند که ذهن خود را مانند ذهن محققان به کار اندازد، به شیوه آنان با مسائل جدید برخورد کند و در نهایت ، به سهم خود علم را چند پله جلوتر ببرد. ●نحوه آموزش " فرضیه و آزمون فرضیه " در کتاب های آمریکایی در دو کتاب بسیار معروف ۲ که برای آموزش مفاهیم زیست شناسی در سطح متوسطه آمریکا نگارش یافته اند، به جای آن که روش حرکت و استدلال ذهن را به صورت انتزاعی و دشوار برای تجسم در ذهن دانش آموزان مطرح کنند، مساله را از طریق ذکر یک مثال ملموس با آنان در میان می گذارند. مثال انتخاب شده تغییر رنگ خرگوش های قطبی در طول سال است. خرگوش های ناحیه قطب در فصل زمستان که سطح زمین از برف پوشیده می شود ، به رنگ سفید در می آیند و به دلیل همرنگ شدن با محیط ، از استتار بالاتری بهره می برند. به این معنا که صیادان با دشواری قادر به تشخیص خرگوش در محیط زیستنش می شوند. با فرا رسیدن فصل بهار و تابستان برف ها آب می شوند ، سطح زمین رنگ قهوه ای یا تیره پیدا می کند و خرگوش سفید در چنین محیطی به سهولت در معرض تشخیص و صید قرار می گیرد. در این هنگام از سال ، خرگوش ها تغییر رنگ می دهند و پوست بدن آن ها به رنگ قهوه ای و تیره در می آید تا همرنگی با محیط و استتار بهتر را در شرایط جدید تامین کند. سوال این است که چه عاملی باعث این تغییر رنگ می شود؟ یا به تعبیر بهتر ، چه عاملی سازوکارهای منتهی به تغییر رنگ در بدن خرگوش ها را تحریک یا راه اندازی می کند؟ این جاست که مرحله " فرضیه سازی" آغاز می شود. ذهن انسان ها به این نکته می اندیشد که با پایان یافتن زمستان و فرا رسیدن بهار ، کدام تغییرات اصلی در محیط زندگی رخ می دهند؟ این تحقق نشان می دهد که : - دمای هوا افزایش می یابد. - طول روزها بلندتر می شود. - منابع غذایی مورد استفاده خرگوش ها عوض می شوند. حال نوبت به طرح فرضیه هاست. ▪فرضیه ۱: افزایش دما عامل یا محرک تغییر رنگ خرگوش هاست. می توان این فرضیه رابه سادگی آزمود. کافی است تعدادی از خرگوش ها در پایان فصل زمستان ، قبل از تغییر رنگ ، به صورت زنده شکار شوند و در شرایطی قرار گیرند که از نظر طول روز، یعنی ساعات روشنایی و شیوه تغذیه مانند دیگر خرگوش ها باشند، ولی دمای محیط در حد دمای زمستانی تثبیت شود. اگر رنگ خرگوش های مورد آزمایش به حالت اولیه ، یعنی سفید باقی بماند و تغییر رنگ در آن ها بروز نکند ، صحت فرضیه اول تایید شده است. ولی اگر با وجود قرار گرفتن در شرایط دمایی زمستان ، تغییر رنگ در آن ها ظاهر شود ، بطلان فرضیه ثابت شده است. عملا این تجربه نشان می دهد که با قرار گرفتن خرگوش ها در شرایط دمایی زمستان ، تغییر رنگ به وجود میآید و در نتیجه ، فرضیه اول درست نبوده است. ▪فرضیه ۲: تغییر رنگ ناشی از افزایش طول روزهاست. برای آزمون درستی یا نادرستی این فرض ، می توان آزمایش دیگری ترتیب داد: تعدادی از خرگوش ها در شرایطی قرار داده می شوند که از نظر نحوه نوسان دما و شیوه تغذیه ، یعنی منابع غذایی مورد مصرف ، مانند سایر خرگوش ها باشند. ولی در محیط زندگی بسته ای که برای آن ها تدارک دیده می شود ، ساعات روشنایی یعنی طول روز ، مانند فصل زمستان تنظیم می گردد. این تجربه نشان می دهد که تغییر رنگ در این گروه به وجود نمیآید و در نتیجه ، صحت فرضیه که تغییر رنگ را ناشی از تغییر فتوپریودیسم یا تغییر در میزان تابش نور می داند ، اثبات شده است. تعمقی کوتاه درباره نحوه طرح فرضیه ها و شیوه آزمودن آن ها ، نشان می دهد که آزمودن فرضیه بر طرح یک قضیه یا به عبارت ساده تر ، تنظیم یک عبارت با چارچوب " اگر ...، در این صورت ...."۳ مبتنی است. مصداق فضیه یاد شده ، در مثال اول چنین است: تغییر رنگ خرگوش ها ناشی از افزایش دمای محیط در آغاز بهار است . اگر این فرضیه درست باشد در این صورت خرگوش های قرار گرفته در شرایط دمایی زمستان ( یعنی مصون از تحمل افزایش دما) ، تغییر رنگ را بروز نخواهند داد. چارچوب قضیه در مثال دوم شکل زیر را دارد: بلند شدن طول روزها عامل تغییر رنگ در خرگوش هاست. اگر در محیط زندگی خرگوش مانع بلند شدن طول روزها شویم ، باید تغییر رنگ بروز نکند. تجربه صحت این قضیه را تایید و در نتیجه ، درستی فرضیه را اثبات می کند. ●چند مثال دیگر استفاده از مثال های دیگر همراه با توضیح بیش تر مبانی رشد اندیشه و استدلال ، این امکان را فراهم می کنند تا دانش آموزان با چند مساله بنیادین دیگر در زیست شناسی که یا قبلا آن ها را بررسی کرده ، یا در مرحله های بعدی بررسی خواهند کرد، با نگرش دیگری برخورد کنند. ۱- استفاده از کودهای حیوانی و انسانی مورخان ، قدمت استفاده از روش کوددهی را به حدود ده هزار سال قبل و ابداع ورواج آن را به چینی ها نسبت می دهند. صرف نظر از میزان قدمت زمانی و محل ابداع ، روی آوردن به روش کوددهی نشانه های روشن از توجه و استناد به " فرضیه و آزمون فرضیه " را همراه دارد. در واقع ، مساله از این جا آغاز شد که انسان ها به دنبال ابداع کشاورزی متوجه شدند که زراعت مداوم در یک مزرعه باعث کاهش توان تولید خاک می شود. آن ها به خوبی به این نکته توجه داشتند که به دنبال پاشیدن تعداد محدودی دانه ، مثلا از غلات یا بقولات ، توده بسیار بزرگ تری از تولید گیاهی را از مزرعه بیرون می برند . از این رو ، حدس می زدند که تولید گیاهی ثمره جذب مواد و عناصر از خاک مزرعه است ، و احتمالا ، همین خروچ مداوم به ضعف خاک و کاهش میزان تولید منجر می شود. بنابراین ، با خود می گفتند : اگر این فرض درست باشد ، در این صورت بازگرداندن مواد خارج شده از مزرعه – که در نهایت پس از مصرف تولیدات گیاهی از طرف حیوانات و انسان به صورت فضولات حیوانی و انسانی در می آید – باید بتواند ضعف مزرعه ها را برطرف کند.