السلام عليكم ورحمة الله

لا يوجد شيء حولنا إلا وله ترتيب وترتيب منطقي يتم به، فالإنسان لا يعيش الكهولة قبل الطفولة ولا قبل الشباب، بل حياة الإنسان لها مراحل يعيشها قدرها الله سبحانه وتعالى ولكل مرحلة صفات ومعاملات ودور.. المهم أن يصل الإنسان إلى أفضل درجات العبادة لله تعالى وحده بالقلب وبالجوارح وبالعمل. وكذلك في الأمثلة الكونية فمثلا حكمة الله تعالى في تكون المطر ونزوله وسقي الزرع وإنبات النبات ورزقه للإنسان بالعمل والسعي ليتغذى عليه في حياته بالطرق المشروعة... هذه سلسلة منطقية ولها أساسيات علمية في كل مرحلة، وضعها الله سبحانه وتعالى الخالق العظيم لنتدبر آياته ونؤمن بقدرته ونعي فضله ونسير في خلقه سبحانه ونتعلم من توجيهه وهداه سبحانه ونميز بين الحق وكل ما هو دونه. يقول الله تعالى: "الَّذِي جَعَلَ لَكُمُ الأَرْضَ فِرَاشًا وَالسَّمَاءَ بِنَاءً وَأَنْـزَلَ مِنَ السَّمَاءِ مَاءً فَأَخْرَجَ بِهِ مِنَ الثَّمَرَاتِ رِزْقًا لَكُمْ فَلا تَجْعَلُوا لِلَّهِ أَنْدَادًا وَأَنْتُمْ تَعْلَمُونَ" سورة البقرة: 22 

فهذا الترتيب العظيم نتوقف معه ونتعلم منه ونهتدي منه طريقة منظمة وتدريجية للتفكير وطريقة منظمة للعمل.. طريقة تسير في الحق وتنتج الطيب. فأي عالم وأي واع يستقي من آيات الله تعالى في الطبيعة ويمنهج حياته وينظمها لكي تستقيم على طريق الحق.

المستوى المتوسط من التخطيط لتجربة أو بحث علمي يقدم أسلوبًا منظمًا، يأخذ منه الإنسان ما يفيده ويعينه على عمله إن شاء الله تعالى متوكلا على الله ومهتديا بهداه سبحانه في كل شيء.

تخطيط تجربة/بحث علمي- مستوى متوسط مترجم ومعدل جزئيا. Prepared by David Morano, Associate Professor, Mankato State University, MN (http://www.isd77.k12.mn.us/resources/cf/SciProjInter.html‎)‎.

1- المقدمة:

يوجد نماذج مختلفة للطريقة العلمية: أحيانا يختلط الفهم، فليس كل مجالات العلم تصل إلى إستنتاجات بنفس الطريقة؛ فالعلوم الطبيعية، مثل الفيزياء والكيمياء تستخدم نماذج تجريبية (عملية) للطريقة العلمية. تجارب العلوم الطبيعية بالتجارب تكون لجمع بيانات عددية يمكن منها استنباط العلاقات و عمل الاستنتاجات. أما العلوم الأكثر وصفية، مثل علم الحيوان والأنثربولوجيا فقد تستخدم نموذج لطريقة جمع معلومات بالملاحظة أو بالمقابلة. وهذا ما هو متعارف عليه في كل العلوم حيث عمل فرض معين لتفسير الملاحظات، ثم جمع البيانات التي بناءا عليها يتم بناء الاستنتاجات التي تؤكد أو تلغي الفرض الأول. والاختلاف يكون في أي شيء تكون البيانات، وكيف يتم جمع البيانات وتشغيلها (أي تحويلها لمعلومات ذات معنى). البيانات بالنسبة للعلوم الطبيعية عبارة عن أرقام. وعادة ما يتم رسم الأرقام بيانيًا على منحنيات. يمكن استخدام المنحنيات لاشتقاق معادلات تستخدم في التنبؤات. أما البيانات بالنسبة لعالم الأنثربولوجي فتكون عبارة عن مقابلة مسجلة. ويمكن مقارنة المقابلات مع معلومات أخرى لها علاقة بالموضوع. يتضح من ذلك الفرق بين العلوم الدقيقة (العلوم الطبيعية التي تستخدم الأرقام لقياس وحساب النتائج)، والعلوم الأخرى التي تستخدم التوصيفات والاستنتاجات للوصول إلى نتائج. إذا لم تكن واع لهذا الفرق فبإمكانك عمل تقرير مكتوب لتجربتك العلمية. وسوف توضح لك ماذا تعرف عن شيء معين بدلا من الإجابة على أسئلة ملاحظاتك بطريقة التجربة. تفترض المعلومات التالية أنك تقوم بعمل خطة علمية تجريبية (معملية أو وصفية) وتستخدم الطرق التجريبية لجمع البيانات واختبار الفرض/الفروض.

ما هي الطريقة العلمية التجريبية؟

سوف تساعدك هذه الخطوات على أن تكتشف الملاحظات بشكل منهجي منظم، والتي يمكن اختبارها بالطريقة التجريبية. حيث لا يمكن التعامل مع كل الأسئلة بالطريقة العلمية التجريبية. فعليك أن تختار سؤال أو مشكلة يمكن صياغتها في شكل فرضي يمكن اختبار صحته. ما يتم من اختبارات وخطوات لاختبار مدى صحة الفرض هو ما يسمى بالتجارب. لتصميم تجربة سليمة عليك أن تضع فرض علمي عن الأشياء التي تؤثر على النظام الذي تريد أن تكتشفه وتتعرف عليه. وهذه تسمى بالمتغيرات. تتطلب هذه المتغيرات التفكير، وجمع المعلومات، ودراسة الحقائق المتاحة المرتبطة بمشكلتك. و عندما تقوم بالتجارب، سوف تسجل بيانات تقيس تأثير هذه المتغيرات. وباستخدام هذه البيانات يمكنك حساب النتائج. ويمكن عرض النتائج في صورة جداول أو منحنيات. وستوضح لك نتائجك الإتجاهات المرتبطة بكيفية تأثير المتغيرات الموجودة على النظام الذي تعمل معه أيا كان حجمه. وبناء على هذه الاتجاهات يمكنك رسم إستنتاجات عن فرضك الأول.

ما الذي يجعل الطريقة العلمية ممكنة التنفيذ؟

مبدأ علاقات الإرتباط بين السبب والنتيجة في الطبيعة هو ما يجعل الطريقة العلمية ممكنة التنفيذ. يمكن إثبات الفرض فقط بإستخدام هذه الطريقة العلمية إذا كان هناك علاقة إرتباط للسبب والنتيجة مع المتغيرات التي إخترتها والنظام الذي تدرسه. ما هو العلم التجريبي؟ في الواقع أن العلم التجريبي هو البحث عن علاقة الإرتباط بين السبب والنتيجة في الطبيعة. ويعتبر الفرض الذي تفرضه هو الأفضل لكي تخمن عند أي نقطة يكون هذا الإرتباط بين السبب والنتيجة. وستعطيك استنتاجاتك الفرصة للتنبؤ بالعلاقة المستقبلية بين السبب والنتيجة. إذا استطعت عمل هذا، فبإمكانك توقع نتائج معينة لعمل الأشياء في ضوء دراسة موجهة لكنها لا تجزم بغيب لا يعلمه ولا يقدره إلا الله زحده سبحانه، هي فقط تعطي صورة عن تطور الظاهرة. تعتبر التكنولوجيا هي المساحة التي تستخدم حقائق العلوم والطبيعة التي خلقها الله تعالى لإنتاج الآلات أو لعمل الأشياء لنا.

2- خطوات في عمل خطة علمية تجريبية (تجربة):

خطوات الطريقة العلمية التجريبية عادة تكون: الملاحظة، الفرض، التجربة المضبوطة، الاستنتاج. ولكي تقوم بأداء تجربة علمية فعلا، يتطلب ذلك عددًا من الخطوات.

وفيما يلي منهج الإثبات الفعلي التجريبي:

الملاحظة الأولية: وتعني أنك لا حظت شيء معين يحدث، وتساءلت لماذا يحدث؟. أو قد تكون رأيت شيء معين وتساءلت عن سببه أو ما الذي تسبب فيه؟. أي أنك تكون قد أدركت شيء معين بإحدى حواسك وتوقفت عنده لتتساءل لماذا يحدث؟ وتريد تفسيره، وبالتالي فإنك تريد معرفة كيف أو لماذا شيء معين يحدث؟. فأنت تقوم بسؤال أسئلة عما لاحظت... تريد أن تبحث وتتحرى عن الشيء. أول خطوة عليك عملها هي أن تكتب بوضوح ودقة ما لاحظته.

جمع المعلومات: حدد المعلومات التي تريد أن تبحث عنها. إقرأ كتبًا، أو مجلات، أو إسأل متخصصين يعرفوا هذا الموضوع لكي تتعلم عن هذا التأثير أو الناتج الذي رأيته أو مجال دراسته. تتبع الطريق الذي ستحصل منه على المعلومات حتى تصل إلى المعلومات الكافية.

ضع عنوانا للتجربة أو للبحث: اختر عنوان يصف النتيجة أو الملاحظة الذي لاحظتها أو الشيء الذي تبحث عنه. يجب أن يكون العنوان قصيرًا ويلخص ماذا سيحتوي البحث ويتعامل معه.

ضع هدفًا للخطة: ماذا تريد أن تعرف وتكتشف؟ اكتب جملة تصف بها ما تريد عمله. واستخدم ملاحظاتك وأسئلتك في كتابتها.

حدد المتغيرات في موضوعك: بناءًا على معلوماتك التي جمعتها، ضع فرضًا موضوعيًا علميًا عن أنواع الأشياء التي التي تؤثر على النظام الذي تعمل معه. مثل تأثير الإنسان في ظاهرة معينة أو تأثير المال عليها أو القيم وهكذا.

قم بتعريف المتغيرات اللازمة أولا ثم ضع الفرض.

افرض فرضًا: عندما تفكر فأنت تعرف ما هي ما هي المتغيرات الموجودة، فكر في كيفية تغيير متغير واحد في مرة واحدة مع تثبيت المتغيرات الأخرى بدون تأثير ولا تغيير. إذا غيرت أكثر من متغير في نفس الوقت، لن تعرف المتغير الذي تسبب في ملاحظتك. ففي كل مرة تقوم بعمل التجربة غير متغير واحد حتى تصل للمتغير المطلوب الذي تسبب في ظهور ما لاحظته. أحيانا ترتبط المتغيرات مع بعضها البعض وتعمل معا فتسبب حدث معين. في البداية حاول أن تختار المتغيرات التي تعتقد أنها تعمل منفصلة عن غيرها أو مستقلة عنهم. عند هذه المرحلة، تكون جاهزا لترجمة أسئلتك إلى فرض علمي. الفرض العملي عبارة عن سؤال قمت بعمل إعادة لصياغته ليكون في صورة يمكن إختبارها من خلال تجربة.

اعمل قائمة بإجاباتك على الأسئلة التي وضعتها. ويمكن أن تكون عبارة عن قائمة بالجمل تصف كيف أو لماذا تعتقد عمل الأشياء التي لاحظتها. هذه الأسئلة يجب أن تصاغ بالنسبة للمتغيرات التي حددتها. بحيث يكون عادة هناك فرض واحد لكل سؤال لديك. وعليك عمل تجربة واحدة على الأقل لاختبار كل فرض، فهي خطوة مهمة جدًا. إذا أمكنك، أن تطلب من أحد الأساتذة مراجعة هذا الفرض معك.

تصميم التجارب لاختبار الفرض: صمم تجربة لإختبار كل فرض لديك. وقم بعمل قائمة تحتوي خطوة بخطوة ما ستفعله للإجابة عن كل سؤال. هذه القائمة تسمى خطوات التجربة. ولكي تحصل على تجربة تعطيك نتائج موثوقة يمكن الاعتماد عليها، يجب أن يكون لها ضابطًا أو اختبارًا يقوم بالتحكم في العوامل المتغيرة (كنترول). والضابط عبارة عن اختبار آخر في التجربة أو دورة تشغيلية إضافية. فهو تجربة منفصلة بنفس خطوات التجارب الأخرى والظروف (يمكن إجراءها كلها في نفس الوقت). ويكون الاختلاف الوحيد بين الضابط والتجارب الأخرى هو أنه لا يتم تغيير أي متغيرات في في هذه التجربة. أي أن الضابط هو نقطة استدلالية محايدة أو متعادلة بغرض المقارنة وتسمح لك برؤية ما التغير الذي يحدث في العامل المتغير الذي تدرسه بمقارنته مع التجربة التي لا يتم فيها أي تغير، وبذلك يمكن قياس التعير بالنسبة لعدم التغير. الضوابط التي تعتمد على بعضها أحيانا تكون صعبة التحكم. وتعتبر أصعب جزء في البحث. بدون الضابط لن تستطيع التأكد من أن التغير الذي حدث في المتغيرات هو السبب في ملاحظاتك. تسمى سلسلة التجارب التي يستخدم فيها الضابط (الكنترول) التجربة الضابطة. عادة ما يتم عمل التجارب عدة مرات للتأكد أن ما لاحظته ينتج كل مرة بشكل ثابت أو للحصول على نتيجة متوسطة. يعتبر تطابق النتائج مطلب هام، فبدون تطابق النتائج لا يمكنك الثقة فيها. التجارب المتطابقة في نتائجها تقلل مدى الخطأ التجريبي لديك، أو النتائج العشوائية التي قد تحدث في دورة تشغيلية واحدة للتجربة. بعض الإرشادات في خطوات التجربة: - إختار شيء واحد فقط (عامل واحد) لتغييره في كل تجربة. وتسمى الأشياء التي يمكن أن تتغير متغيرات.

- قم بعمل تغيير لشيء معين يساعدك في الإجابة على أسئلتك.

- يجب أن تشير الخطوات إلى كيفية تغيير هذا الشيء.

- يجب أن توضح التجربة كيف ستقيس كمية التغير.

- كل تجربة يجب أن يكون لها ضابط للمقارنة، بحيث يمكنك رؤية ما الذي تغير بالفعل.

جهز المواد والأجهزة المستخدمة في التجربة: قم بعمل قائمة للأشياء التي تحتاجها لعمل التجربة، وحضرها. إاذ كنت تحتاج جهاز معين غير موجود لديك، فيمكن لكليتك أو عملك أن يؤجره لك. كما يوجد وسيلة أخرى للحصول على المواد العلمية عن طريق البريد، حيث غالبا ما تتواجد الشركات العلمية المتخصصة التي توفر هذه الأشياء في المدن الكبرى. قم بعمل التجربة وسجل البيانات: تسير التجربة في تسلسل للخطوات، كما أن التجارب تتابع أيضا بشكل متسلسل. سلسلة التجارب يمكن عملها من خلال تغيير متغير واحد بكمية مختلفة في كل مرة. وتتكون أي سلسلة تجارب من دورات تشغيلية منفصلة (تجارب منفصلة). أثناء كل دورة تشغيلية تقوم بعمل قياس لكمية تأثير المتغير على النظام الذي تدرسه. تستخدم كمية مختلفة من المتغير لكل دورة تشغيلية (تجربة). وهذا يعطي كميات استجابة مختلفة في النظام. تقيس هذه الإستجابة، أو تسجل البيانات الناتجة في جدول مخصص لها. وتسمى هذه البيانات بيانات خام حيث أنه لم يتم تشغيلها أو تفسيرها بعد لتتحول إلى معلومات لها معنى. عند تشغيل البيانات الخام (الأولية) رياضيا مثلا، تصبح نتائج. وكلما قمت بعمل تجارب، سجل كل القياسات العددية الناتجة. هذه البيانات يمكن أن تكون كميات للمواد الكيميائية المستخدمة، أو مدة شيء معين، أو الفترة المستغرقة لشيء معين، وهكذا. إذا لم تقم بعمل أي نتائج، فلا تكون قد قمت بعمل تجربة علمية. سجل ملاحظاتك: يمكن أن تكون الملاحظات شرح وصفي لما لاحظته أثناء التجربة، أو مشاكل قابلتها. إحتفظ بملاحظاتك عن كل شيء قمت بعمله، وكل شيء حدث. لأن الملاحظات تكون لها قيمة عند رسم النتائج وعمل الإستناتاجات، وتكون مفيدة لتحديد أخطاء التجربة. قم بعمل الحسابات: قم بعمل أي حسابات مطلوبة باستخدام بيناتك الخام للحصول على الأرقام التي تحتاجها لرسم نتائجك. على سبيل المثال، وزن وعاء معين. يتم تسجيل الوزن في جدول بياناتك الخام بإسم وزن الوعاء. فإذا أضفت بعض كمية من التربة للوعاء ووزنته مرة أخرى، فيجب أن تسميه وزن الوعاء + التربة. وف يجزء الحسابات، قم بعمل الحسابات اللزمة لتحديد كمية التربة المستخدمة في هذه التجربة (الدورة التشغيلية): (وزن الوعاء+التربة) - (وزن الزعاء) = وزن التربة المستخدمة. ويتم تسجيل كل حساب في جدول في قسم النتائج. ليست كل النتائج تحتاج قسم للحسابات. لكنك إذا لم تحصل على أي حسابات فقد تكون لم تستخدم طريقة علمية تجريبية. أما إذا قمت بعمل حسابات، فقد تكون استخدمت طريقة علمية تجريبية. لخص النتائج: لخص ما حدث. ويمكن أن يكون في صورة جدول للبيانات العددية التي تم حسابها، أو منحنيات. ويمكن أن تكون أيضا جمل مكتوبة لما حدث أثناء التجربة. فهي من حسابات البيانات المسجلة التي كونت الجداول والمنحنيات. وبدراسة الجداول والمنحنيات، يمكننا رؤية الإتجاهات التي ستقول لنا كيف تؤثر المتغيرات المختلفة في تسبيب ملاحظاتنا. وبناءا على هذه الإتجاهات، يمكننا رسم النتائج عن النظام المدروس. هذه النتائج تساعدنا في إثبات أو نفي فرضنا الأول. عادة ما يتم عمل كعادلات رياضية من المنحنيات. حيث تسمح لنا هذه المعادلات للتنبؤ واستنباط كيث سيؤثر هذا التغير على النظام بدون الحاجة لعمل تجارب أخرى. وتعتمد المستويات المتقدمة من العلم التجريبي بشدة على التحليل الرياضي والبياني للبيانات. عند هذا المستوى، يصبح العلم أكثر تشويقا وإنتاجا. إرسم النتائج: بإستخدام الإتجاهات في بيانات تجربتك وفي ملاحظاتك العملية، حاول الإجابة على أسئلتك الأولى. هل كان فرضك صحيح؟ فالآن هو وقت تجميع ما حدث كله معا، وتقدير التجارب التي عملتها. أشياء أخرى يمكنك الإشارة إليها في النتائج: - إذا كان فرضك غير صحيح، ماذا ستكون الإجابة على سؤالك؟ - لخص أي صعوبات أو مشاكل عملتها في التجربة. - هل تحتاج تغيير الخطوات وتكرار تجربتك؟ - ما الذي يجب أن يكون مختلفا في المرة القادمة؟ - قم بعمل قائمة بالأشياء الأخرى التي تعلمتها. - حاول الإجابة على أي اسئلة قد تكون لها علاقة بالموضوع. - ما تعلمته قد يسمح لك بالإجابة عن أسئلة أخرى. فالعديد من الأسئلة لها علاقة ببعض. وقد تتولد أسئلة جديدة لديك أثناء التجربة. وقد تكون الآن قادرا على فهم أو تعديل أشياء اكتشفتها عند جمع العلومات للتجربة. الأسئلة تؤدي إلى أسئلة أكثر، والتي تؤدي لفروض أخرى تحتاج دراسة. الأخطاء التجريبية: هل يمكنني الثقة في نتائجي؟ إذا لم تلاحظ أي شيء مختلف عن ما حدث في تجربة الضابط، فإن المتغيرات التي غيرتها قد تكون غير مؤثرة في النظام الذي تدرسه. إذا لم تلاحظ إتجاهات محكمة ومتطابقة في سلسلة التجارب التي لها نفس الخطوات فقد يكون هناك أخطاء تجريبية تؤثر على نتائجك. وأول شيء تفعله في هذه الحالة هو مراجعة كيف قمت بعمل قياساتك. هل طريقة القياسات محيرة أم غير مؤكدة؟ فقد تكون قرأت التدريج خطأ، أو قد يكون جهاز القياس به خطأ. إذا حددت أن أخطاء التجربة هي التي تؤثر على نتائجك، فأعد التفكير في تصميم تجربتك. راجع كل خطوة من الخطوات لإيجاد سبب الخطأ الممكن. وإذا أمكن، أن يراجع الخطوات معك متخصص. فأحيانا قد يغفل مصمم التجربة عن الخطأ. الأخطاء العشوائية: إذا لم تكون طريقة قياساتك هي السبب، حاول تحديد ما إذا كان الخطأ منتظم أم عشوائي. الأخطاء العشوائية تكون واضحة أكثر. حيث تنتج في صورة بيانات غير متطابقة لا تعطي معنى. وفي هذه الحالة فإن التجارب التي لها نفس مجموعة المتغيرات، وحتى إن كان الضابط نفسه، لا يمكن تكرارها. غالبا ما يكون هناك بعض العوامل لا يمكن التحكم بها في الطبيعة. فلا يتواجد قياسين متطابقين بالضبط. وعليك أن تقرر إذا كانت الإختلافات في بياناتك يمكن تفسيرها بسهولة في النظام الطبيعي. الأخطاء العشوائية قد تحدث بسبب قيامك بعمل شيء مختلف في كل تجربة. على سبيل المثال، يمكن أن تكون غير حريص على تنظيف أوعية التفاعل وتبقيت بعض الكيماويات من التجربة الأخيرة. يستخدم بعض العلماء اختبارات إحصائية متعددة لتحديد ما إذا كان الإختلاف بين التجارب (الدورات التشغيلية) بسبب عوامل غير متحكم فيها في الواقع، أم يرجع لطريقة عمل التجربة. الأخطاء المنتظمة: الأخطاء المنتظمة أصعب في اكتشافها. حيث قد تظهر نتائجك محكمة ومتطابقة. عندئذ قد تكون قمت بعمل شيء لا تعرفه تسبب في كل قياسات الخطأ للكميات التي لها نفس القيمة. على سبيل المثال، إذا لم تعلم أن مسطرتك قد كسرت وأنها تبدأ الآن من التدريج 2سم وليس صفر، فكل قياساتك سيكون لها طول 2سم زيادة. وهذا خطأ منتظملأن كل نتائجك قد تأثرت بنفس الكمية، وفي نفس الإتجاه. وطريقة إكتشاف الأخطاء المنتظمة هي عمل تجربة لها خطوات مختلفة عن تجربتك الحالية ويجب أن تعطي نفس الإجابات. فغالبا ما يقوم العلماء بعمل أنواع مختلفة من التجارب للحصول على تقاطعات بينها وبين نتائجهم. طريقة أخرى لتحديد الأخطاء وهي أن يكون هناك من يراجع فيقوم بإعادة تجربتك مرة أخرى، لأن غيرك يجب أن يحصل على نفس النتائج التي حصلت عليها للتأكد من صحة التجربة.

المتغيرات المرتبطة: يمكن أن تكون نتائجك غير سليمة لأن متغيراتك غير مستقلة عن بعضها البعض، وأنت لم تلاحظ هذا. تكون المتغيرات مستقلة إذا أعطوا تأثيرهم بشكل منفصل عن بعضهم. وبالتالي فإن تغيير متغير ما لن يؤثر على التغيرات التي أعطاها المتغير الآخر. ماذا يحدث إذا لم تعمل خطة تجربتي؟ لا يهم ما حدث، المهم أنك ستتعلم شيئا. فالعلم ليس فقط في أن تحصل على إجابات. حتى إن لم تجيب التجربة على أسئلتك، فسوف تعطيك أفكارًا يمكن أن تستخدمها في تصميم تجربة أخرى. أي أنه لا يوجد شيء بدون عوائد نافعة فأكيد ستتعلم شيء من كل هذا. معرفة كون شيئا ما لا يعمل هو في الحقيقة معرفة الكثير. التجارب غير الناجحة خطوة مهمة في إيجاد إجابة. والعلماء الذين يدرسون مشاكل معقدة جدا يمكن أن يقضوا حياتهم كلها ولا يجدون الإجابة.