กระบวนการทางวิทยาศาสตร์
กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ คือ การพิสูจน์เพื่อให้เกิดการยอมรับในความรู้ใหม่โดยใช้พื้นฐานจากความรู้ที่มีอยู่เดิม โดยกระบวนการสร้างองค์ความรู้ใหม่เกิดจากความรู้เดิมซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ จึงตั้งสมมติฐานเพื่อทำการออกแบบกระบวนการหาข้อพิสูจน์ และทำการทดลอง นำผลการทดลองมาผ่านกระบวนการวิเคราะห์อย่างมีตรรกะ และสังเคราะห์เป็นความรู้ใหม่ ที่ปราศจากข้อโต้แย้งและสามารถอธิบายความเป็นมาของความรู้ใหม่บนพื้นฐานความรู้เดิมได้อย่างมีเหตุผล
ตัวอย่าง: แนวคิดกระบวนการทางวิทยาศาสตร์
มนุษย์ดำรงชีวิตอยู่บนโลกนี้มาตั้งแต่อดีตโดยรู้จักแสงแดดในรูปแบบของพลังงานที่ให้ความอบอุ่นและแสงสว่าง จึงทำให้มนุษย์สามารถมองเห็นได้ชัดเจนในช่วงเวลาที่ดวงอาทิตย์ยังไม่ตก ซึ่งต่อมาได้มีผู้ศึกษาแสงที่ส่องมาจากดวงอาทิตย์ คือ เซอร์ ไอแซก นิวตัน เป็นนักฟิสิกส์ที่ได้ศึกษาธรรมชาติพื้นฐานของแสง นิวตันได้ทำการทดลองที่สามารถแยกแสงจากดวงอาทิตย์ที่ไม่มีสี หรือที่เราเรียกว่า “แสงสีขาว” ให้เกิดการหักเหของแสงจนเกิดแถบสีขึ้นมาได้สำเร็จ โดยการนำปริซึมฐานสามเหลี่ยมแยกแสงจากดวงอาทิตย์ออกมาเป็นแถบสีรุ้ง โดย นิวตันทำการตั้งสมมติฐานไว้ ดังนี้
สมมติฐานของเซอร์ไอแซกนิวตัน สิ่งที่เกิดขึ้นจากปริซึม
เมื่อแสงอาทิตย์เดินทางผ่านปริซึมเกิดการหักเหไม่เท่ากันจนแสงสีต่างๆ
แท่งปริซึมเป็นตัวการเปลี่ยนสีของแสงอาทิตย์ให้เป็นสีต่างๆ
เมื่อนิวตันได้ทำการทดลองแล้ว นิวตันจึงสงสัยว่าแสงที่หักเหจนได้สีต่าง ๆ ออกมานั้น สามารถรวมกลับไปเป็นแสงสีขาวได้หรือไม่ จึงทำการทดลองโดยการนำปริซึม 2 แท่งมาทำการทดลอง โดยการนำปริซึมแท่งแรกทำการหักเหแสงสีขาวจากดวงอาทิตย์ออกมาได้เป็นสีรุ้ง 7 สี แล้วนำปริซึมแท่งที่ 2 มารับแสงสีรุ้งจากปริซึมแท่งแรก พบว่าปริซึมแท่งที่ 2 ทำหน้าที่รวมแสงที่หักเหจากปริซึมแท่งแรกกลับมาเป็นแสงสีขาวได้
ปริซึมแท่งที่ 1
ปริซึมแท่งที่ 2
จากนั้น นิวตันนำกระบวนการทางวิทยาศาสตร์มาค้นหาต่อไป โดยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์มีขั้นตอนดังนี้
การใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์กับการทดลองของนิวตัน
ความรู้เดิม (Existing knowledge) เป็นการนำความรู้เดิมโดยเน้นทางวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ หรือความรู้ที่ได้จากประสบการณ์ในชีวิต ซึ่งความรู้เดิมที่เรารู้อยู่แล้ว คือ เมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลาง แสงสามารถหักเหได้
ความอยากรู้ทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Curiosity) ตั้งข้อสงสัยว่า แสงสีขาวระหว่างที่เดินทางผ่านปริซึมแล้วเกิดอะไรขึ้นบ้าง จึงทำให้แสงสีขาวเดินทางผ่านปริซึมมีแสงออกมาเป็นแสง 7 สีแทน
ตั้งสมมติฐาน (Hypothesis) ตั้งสมมติฐานว่า แสงที่เดินทางผ่านปริซึมแล้วแสงถูกลิซึ่มทำให้เปลี่ยนสี หรือเกิดจากการหักเหของแสง
ออกแบบการทดลอง (Experiment) การออกแบบเป็นสิ่งที่มีความหลากหลายทางความคิด โดยสามารถออกแบบการทดลองได้หลายวิธี เช่น การใช้แสงจากดวงอาทิตย์ แสงจากเทียน แสงจากการเผาไหม้ หรือแสงจากหลอดไฟฟ้า แล้วเมื่อนำปริซึมมารับแสงจะต้องวางอย่างไร และเมื่อทำมุมต่างๆกับแสงที่เดินทางผ่านปริซึมจะเกิดอะไรขึ้นบ้าง ขนาดของปริซึมมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของแสงหรือไม่
สรุปวิเคราะห์ ( Analysis) เมื่อทำการทดลองแล้ว จึงได้ผลการทดลองที่สอดคล้องกับความรู้เดิมและสามารถอธิบายโดยใช้หลักของวิทยาศาสตร์ในการอธิบายการเกิดแสง 7 สี ซึ่งผลสรุปคือ “ปริซึมไม่ได้ทำให้สีของแสงอาทิตย์เปลี่ยน แต่ปริซึมหักเหให้สีต่างๆแยกออกจากกัน” อธิบายได้ว่า แสงสีขาวประกอบด้วยแสง 7 สี รวมกันจนเป็นแสงสีขาวและเมื่อใช้ปริซึมแสงสีขาวจะเกิดการหักเห ซึ่งแสงทั้ง 7 สีจะมีมุมหักเหที่ไม่เท่ากันจนเกิดการกระจายออกมาให้เห็นเป็น 7 สีนั่นเอง
นำข้อสรุปไปพิสูจน์ (Proof) ทำการพิสูจน์ตามหลักวิทยาศาสตร์เพื่อยืนยันการทดลองบนความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเมื่อได้รับการพิสูจน์แล้วก็จะเป็นความรู้ใหม่ที่เผยแพร่ไปสู่คนทั่วไป จากความรู้เดิมนี้ทำให้คนรุ่นต่อมาสามารถที่จะอธิบายปรากฏการณ์รุ้งกินน้ำได้ตามหลักวิทยาศาสตร์นั่นเอง
ข้อมูลอ้างอิง: เมษ์ ศรีพัฒนาสกุล. 2562. กระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม. ใน ดร.ฉัททวุฒิ พืชผล(บรรณาธิการ), เทคโนโลยี(การออกแบบและเทคโนโลยี) ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2(34-36). บริษัทอักษรเจริญทัศน์ อจท. จำกัด 142 ถนนตะนาว เขตพระนคร กรุงเทพมหานคร 10200