عندما أنجز أحمد وبدر بحثهما أجابا عن السؤال المطروح، إلا أن هناك أكثر من طريقة للإجابة عن السؤال. أو حل المشكلة العلمية. يبذل العلماء جهودًا لحل المشكلات العلمية، وكل مشكلة تتطلب استقصاء بصورة مختلفة، إلا أنهم يكررون بعض الخطوات في الاستقصاءات جميعها.

تحديد المشكلة:

بعد الشعور بوجود مشكلة، يركز العلماء على فهمها بوضوح أولاً قبل حلها. وقد يجدون أحيانًا أنه من السهل تحديد المشكلة، وقد يكون هناك عدة مشكلات تحتاج إلى حلول أحيانًا أخرى. فعلى سبيل المثال، قبل أن يجد العالم مصدر المرض عليه أن يحدد المرض بدقة.

كيف يمكن حل المشكلة؟

يتبع العلماء طرائق مختلفة لحل المشكلات والإجابة عن الأسئلة العلمية. و تندرج هذه الطرائق في قسمين أساسيين، هما: البحث الوصفي، والبحث التجريبي. البحث الوصفي Descriptive research الذي يجيب عن الأسئلة العلمية من خلال الملاحظة. في المعلومات التي جمعها أحمد وبدر حول الكوليرا وبكتيريا القولون تعد بحثًا وصفيا. أما البحث التجريبي Experimental research کما في الشكل ٨؛ فهو يجيب عن الأسئلة العلمية من خلال اختبار الفرضية، باتباع خطوات متسلسلة ومنظمة بشكل صحيح والطرائق العلمية هي Scientific methods طرائق أو خطوات تتبع لمحاولة حل المشكلات؛ إذ تتطلب المشكلات المختلفة طرائق علمية مختلفة لحلها.

البحث الوصفي:

يمكن حل بعض المشكلات العلمية أو الإجابة عن الأسئلة من خلال البحث الوصفي، الذي يعتمد غالبا على الملاحظات. فماذا يمكن أن تلاحظ في الشكل؟ يستخدم البحث الوصفي في الاستقصاءات التي يصعب فيها إجراء التجارب. ومن ذلك تتبع الطبيب البريطاني جون سنو عام ۱۸۰۰ م مصدر وباء الكوليرا باستخدام البحث الوصفي، الذي يشتمل عادة على الخطوات التالية.

تحديد هدف البحث:

هدف البحث هو ما تريد أن تكتشفه، أو السؤال الذي ترغب في الإجابة عنه. فقد كان هدف أحمد وبدر في بحثهما اكتشاف كيف تم تتبع مصدر كل من وباء الكوليرا بكتيريا القولون (E. coli)  وحدد الدكتور جون سنو هدفه، وهو اكتشاف مصدر وباء الكوليرا في لندن.

وصف تصميم البحث:

كيف تنفذ استقصاء؟ وما الخطوات التي ستتبعها؟ وكيف تسجل بياناتك أو تحللها؟ وكيف يساعدك تصميم البحث على إيجاد إجابة عن سؤالك؟ هذه بعض الأسئلة التي يفكر فيها العلماء عندما يصممون استقصاء بطريقة البحث الوصفي. وتعد احتياطات السلامة أهم جزء في تصميم أي بحث، لذا راجع معلمك عدة مرات قبل أن تبدأ أي استقصاء.

ما الأسئلة التي يجب أن تفكر فيها عندما تخطط للاستقصاء؟

لقد ضمن الدكتور جون سنو بحثه خريطة توضح أماكن سكن المرضى المصابين بالكوليرا، وأماكن حصولهم على الماء. واستخدم هذه البيانات في توقع أن المياه التي مصدرها المضخة اليدوية الموجودة في الشارع كما في الشكل ١٠ – كانت مصدر التلوث.

الموضوعية:

عندما يتوقع العلماء نتائج معينة قبل إجراء الاستقصاء، يعد هذا تحيزا؛ في الاستقصاء الجيد يتفادى التحيز. ومن طرائق تفادي التحيز تحويل جميع البيانات إلى قياسات رقمية، ويمكن أن يحدث نوع آخر من التحيز، كما في المسوحات، أو في اختيار المجموعات لجمع المعلومات والبيانات. ولكي تحصل على نتيجة دقيقة عليك استخدام عينة عشوائية.

الأجهزة والمواد والنماذج:

تعد الأجهزة والمواد المستخدمة في تنفيذ الاستقصاء وتحليل البيانات من الأمور المهمة لحل المشكلة العلمية عن طريق البحث الوصفي.

اختيار المواد والأجهزة:

عندما تنفذ الاستقصاء وتجمع البيانات عليك أن تختار أحدث المواد المتوافرة لديك ويفضل أن تستخدم الأجهزة العلمية، ومنها الميزان ذو الكفتين، والموازين ذات النوابض، والمجاهر، وغيرها. وتساعد الآلات الحاسبة والحواسيب على عرض البيانات وإجراء الحسابات عليها، وليس من الضروري عند القيام بالاستقصائيات العلمية أن يتوافر لديك الأجهزة والمواد المطورة جدا، أو أن تكون باهظة الثمن؛ إذ يمكن أن تكمل استقصاء تعرض بياناتك بنجاح باستخدام ما يتوافر من مواد في البيت أو في الصف، ومنها الأوراق وأقلام التلوين أو أقلام التخطيط. فعرض البيانات المنظم - كما في الشكل ١١ - يعد فعالاً كما لو تم عرضها من خلال الرسوم البيانية المعالجة بالحاسوب، أو العروض باهظة الثمن.

استخدام النماذج:

قد يتطلب تنفيذ بعض الاستقصائيات إعداد نماذج علمية أو استخدامها. والنموذج Model يمثل أشياء تحدث ببطء شديد، أو بسرعة كبيرة، وقد يمثل أشياء كبيرة جدا، أو صغيرة جدا يصعب ملاحظتها بصورة مباشرة. وتكون النماذج مفيدة أيضًا في الحالات التي تكون فيها الملاحظة المباشرة خطرة جدا، أو عالية التكلفة. لقد كانت خريطة الدكتور سنو للكوليرا نموذجا ساعده على توقع المصادر الممكنة للإصابة بالكوليرا. ويستخدم الناس حاليا النماذج التي يمكن تنفيذها باستخدام الحاسوب في كثير من المهن، كما تعد الرسوم البيانية والجداول العادية والإلكترونية نماذج تستخدم في عرض البيانات. ولقد ساعدت الحواسيب على إعداد نماذج متطورة ودقيقة؛ فيمكن بواسطتها الحصول على نماذج ثلاثية الأبعاد للعديد من المجسمات كالبكتيريا المجهرية، أو نيزك ضخم أو بركان ثائر، كما تستخدم الحواسيب في تصميم نماذج الطائرات الآمنة والمباني وعمل نماذج لها. وتوفر هذه النماذج الوقت والمال، من خلال اختبار الأفكار، التي قد تكون بسيطة جدا، أو كبيرة ومعقدة، أو قد تستغرق وقتا طويلاً في بنائها.

البيانات:

يجب أن تجمع البيانات في البحوث العلمية، وتنظم بصورة صحيحة؛ بالتنظيم الجيد للبيانات يسهل عمليتي التفسير والتحليل.

تصميم جدول البيانات:

يشتمل الاستقصاء المخطط له جيدا على طرائق تسجيل النتائج والملاحظات بصورة صحيحة. ومن هذه الطرائق جداول البيانات، كما في الجدول - ولكل جدول عنوان يعبر عن مضمونه. ويقسم هذا الجدول إلى مجموعة من الأعمدة والصفوف التي تمثل عادة المحاولات أو الخصائص المراد المقارنة بينها؛ إذ يحتوي الصف الأول على عناوين الأعمدة، ويحدد العمود الأول ما يمثله كل صف لخاصية ما. وعند إكمال جدول البيانات تتوافر لديك معلومات لتحليل نتائج الاستقصاء بصورة صحيحة. ومن الأفضل أن تنشئ جميع جداول البيانات الضرورية للتجربة قبل البدء في تنفيذها. وبهذه الطريقة تهيئ المكان الذي تسجل فيه بياناتك عند الحصول عليها.

تحليل البيانات:

بعد الانتهاء من تنفيذ الاستقصاء عليك الآن أن تعرف ماذا تعني نتائجك؟ ولمعرفة ذلك ينبغي مراجعة جميع الملاحظات والقياسات التي سجلتها، وأن تكون بياناتك منظمة جيدا لتحليلها. ولأن الرسوم البيانية على اختلاف أنواعها تعد من أفضل الطرائق لتنظيم البيانات فإنه يمكنك أن تمثل هذه البيانات بالرسوم البيانية، كما يظهر في الشكل ١٣، كما يمكنك الاستعانة بالحاسوب في رسمها.

الختام:

يمكننا أن نستنتج أن حل المشكلات العلمية يتطلب جهداً مستمراً ومنهجية دقيقة. تحديد المشكلة بشكل واضح وتحديد هدف البحث يمثلان الخطوات الأولى في هذا السياق. ثم يأتي تصميم البحث الوصفي أو التجريبي واستخدام النماذج والأدوات العلمية المناسبة.

الموضوعية في الاستقصاءات العلمية تلعب دورًا هامًا في تجنب التحيز، ويجب أن يتم جمع البيانات وتنظيمها بعناية لتسهيل عمليات التحليل والتفسير. جداول البيانات والرسوم البيانية تكون ذات أهمية كبيرة في تمثيل النتائج بشكل بصري وفهمها بشكل أفضل.

قم بالتجربة بنفسك من خلال منصة ڤلابي لمعامل العلوم الافتراضية