Name: scientific method steps and controls
Uploaded: 2019-01-29T11:04:44.000Z
Duration: 7 min 23 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

Earth Science

ES.1

ES.1.a

Scientific Method

השיטה המדעית היא מסגרת של טכניקות ושאלות שמדענים משתמשים בהן כדי לחקור תופעות במטרה להפוך תגליות מדעיות לפשוטות וניתנות לשחזור. היא נצפתה באופן רופף על ידי נסיינים החל מהמאה ה-4 לפנה"ס, אך השיטה המדעית הפורמלית הראשונה הוטבעה בתקופת הרנסאנס האירופי. כאן אנשים בחזית המדע כמו פרנסיס בייקון, גלילאו ואייזק ניוטון החלו ליישם באופן שגרתי את הכללים שבהם אנו משתמשים לביצוע ניסויים כיום. 
בדרך כלל, הצעד הראשון של השיטה המדעית הוא לנסח שאלה, בדרך כלל לאחר תצפית על תופעה. לדוגמה, נניח שגידלתם זחלים וששמתם לב שלחלקם לוקח יותר זמן מאחרים להגיע לגור. ואתה תוהה, האם הזחלים מתפתחים בקצב שונה בהתאם לטמפרטורה? 
כאן נכנס החלק השני של השיטה המדעית, ההשערה. השערה היא הסבר לא בטוח מדוע אנו צופים במה שאנו רואים, ויש שני סוגים עיקריים. הראשון הוא השערת הניסוי או החלופי, והוא מרמז כי יהיה קשר בין המשתנים הנחקרים, הטמפרטורה והתפתחות הזחל, במקרה זה. לכן, השערת הניסוי שלנו יכולה להיות שלזחלים ייקח זמן רב יותר לעבור מביצה לגור אם הם גדלים בטמפרטורות קרות יותר. באופן מכריע, השערה טובה תהיה ניתנת לבדיקה. עבור הזחלים שלנו, אנו יכולים לשנות את הטמפרטורה, ולתעד את הזמן שלוקח להם לעבור מביצה לגולם, וניתן לזייף. לכן, אם לוקח בערך אותו זמן לזחלים להתפתח, לא משנה מה הטמפרטורה, אז אנחנו יכולים לקבל את העובדה שההשערה הייתה כנראה שגויה. הסוג השני של השערות הוא השערת האפס. זה בדרך כלל משער שלא יהיה שום שינוי משמעותי או הבדל במהלך הניסוי. בדוגמת הזחל שלנו, נאמר שהזחלים יתפתחו באותו קצב בכל תנאי טמפרטורה. 
ברגע שיש לנו את ההשערות שלנו, השלב השלישי של השיטה המדעית מכסה ניסויים ואיסוף נתונים. בניסוי טיפוסי יהיו שני סוגים של משתנים. המשתנה הבלתי תלוי הוא משהו שמופעל ישירות על ידי הנסיין. לכן, עם הזחלים שלנו, אנו משנים את המשתנה הבלתי תלוי כאשר אנו משנים את הטמפרטורה. המשתנה התלוי, הידוע גם בשם משתנה התגובה, צריך להיות מושפע ממצב המשתנה הבלתי תלוי. לכן, כאשר אנו חושפים את הזחלים שלנו לטמפרטורות שונות, אז התגובה, המשתנה התלוי, היא הקצב שבו הם מתפתחים. 
ישנם גם שני סוגים עיקריים של נתונים שניתן לאסוף כדי לתמוך או לזייף את ההשערות. הראשון הוא נתונים איכותיים, המתייחסים בדרך כלל לתצפיות תיאוריות שנעשו באמצעות החושים, ראייה, מגע, שמיעה, ריח או אפילו טעימה. בניסוי שלנו אנו עשויים לרשום שהזחלים נראים נעים ואוכלים הרבה בתנאי הטמפרטורה הרגילים, בהשוואה למצב הקר יותר. בניגוד לנתונים איכותניים, נתונים כמותיים ניתנים למדידה וכתיבה כמספרים. לכן, כאשר אנו סופרים את מספר השעות שלוקח לזחל מהבקיעה ועד סוף סוף הגור, זה נותן לנו נתון ברור. במידת האפשר, כמעט חשוב שיהיה תנאי בקרה בכל ניסוי שבו אנו מתמרנים את המשתנים הבלתי תלויים. בניסוי הזחלים שלנו, אנו יכולים לגדל את הזחלים בטמפרטורת חדר סטנדרטית קבועה של 21 מעלות כביקורת, מכיוון שזה מדגים מה קורה כאשר הזחלים מתפתחים בתנאים רגילים בהשוואה לסביבות ניסוי. 
בניסויים תצפיתיים, ייתכן שלא יהיה צורך בבקרה או אפילו אפשרי. לדוגמה, דמיינו שהזחלים שלנו הם עכשיו פרפרים בוגרים, הניזונים מצוף בגן פרחים. בהשערת הניסוי שלנו, אנו מציעים שהם מעדיפים להיזון מהפרחים הוורודים הגדולים, בעוד שהשערת האפס שלנו מציעה שאין להם העדפה והם יבקרו את הפרחים באקראי. במקרה זה, פשוט התבוננות ורישום מספר הפעמים שהפרפרים מבקרים בכל סוג פרח תספק מספיק נתונים כדי לאשר או לדחות את ההשערות שלנו ללא צורך במניפולציה של משתנים כלשהם או צורך בבקרה. 
לאחר איסוף הנתונים, השלב הבא הוא להבין מה כל זה אומר. מדענים ישוו את התחזיות של שתי ההשערות שלהם כדי להבין אם הם יכולים לדחות את השערת האפס. ניתן לעשות זאת על ידי השוואת הערכים של המשתנה התלוי בבקרה לעומת תנאי הניסוי. אם הם אינם שווים, השערת האפס יכולה להידחות. אם הנתונים שנאספו תומכים בהשערה, כמו שלזחלים לקח הרבה יותר שעות לעבור מביצה לגולם כאשר הם נשמרים באקלים קריר יותר, אז זה נותן להשערת הניסוי אמינות רבה יותר, אבל באופן קריטי זה לא מצביע על כך שההשערה בהחלט נכונה, כי ניסויים עתידיים עשויים לחשוף מידע חדש. 
החלק האחרון של השיטה המדעית הוא המקום שבו אנו מסיקים מסקנות, ודנים במשמעות הממצאים שלנו. כאן, מדענים עשויים להתייחס לניסויים אחרים או לספרות אחרת כדי לשים את ממצאיהם בהקשר, ולמצוא הסברים מדוע התוצאות הראו את מה שהם עשו. לדוגמה, המסקנה יכולה להיות שהזחלים אוהבים לגדול בטמפרטורות הקרובות ביותר לסביבתם הטבעית. זה עשוי, בתורו, לעורר שאלות חדשות, כמו האם מינים אחרים מגדלים בובות בקצב שונה בטמפרטורות שונות? זה עשוי לתת השראה לניסויים חדשים, שנוכל לבחון באמצעות, ניחשתם נכון, השיטה המדעית.

שיטה מדעית

השיטה המדעית משמשת לפתרון בעיות ולהסבר תופעות. התפתחות השיטה המדעית התרחשה בד בבד עם שינויים בפילוסופיה העומדת בבסיס התגליות המדעיות, ששינו באופן קיצוני את השקפות החברה על הטבע. במהלך הרנסאנס האירופי, אנשים כמו פרנסיס בייקון, גלילאו ואייזק ניוטון ניסחו את מושג השיטה המדעית ויישמו אותו הלכה למעשה. למרות שהשיטה המדעית עודכנה מאז תפיסותיה המוקדמות, חלק גדול מהמסגרת והפילוסופיה נשאר בפועל כיום.
<h4>שלב 1: ההתבוננות והשאלה</h4>
לפני החקירה, מדען חייב להגדיר את השאלה שיש להתייחס אליה. צעד ראשון ומכריע זה בתהליך המדעי כרוך בהתבוננות בכמה תופעות טבע מעניינות. התבוננות זו אמורה להוביל למספר שאלות על התופעה. שלב זה דורש לעתים קרובות מחקר רקע הדרוש כדי להבין את הנושא ועבודה בעבר על רעיונות דומים. סקירה והערכה של מחקרים קודמים מאפשרת למדענים לחדד את שאלותיהם כדי להתמודד בצורה מדויקת יותר עם פערים בידע מדעי. הגדרת שאלת מחקר והבנת מחקרים קודמים רלוונטיים ישפיעו על אופן יישום השיטה המדעית, ויהפכו אותה לצעד ראשון חשוב בתהליך המחקר.
דוגמה יומיומית: אתה מנסה להגיע לבית הספר או לעבודה והמכונית שלך לא מתניעה. תהליך החשיבה שרוב האנשים עוברים במצב זה משקף בבירור את השיטה המדעית הרשמית (לאחר שסיימת להתעצבן). ראשית, אתה עושה תצפית: המכונית שלי לא מתניעה! השאלה הבאה: למה זה לא עובד?
<h4>שלב 2: ההשערה</h4>
השלב הבא הוא יצירת השערה, המבוססת על ידע מוקדם. השערה היא "הסבר לא ודאי" או השערה לא מוכחת המבקשת להסביר תופעה כלשהי בהתבסס על ידע שהושג בעת ביצוע ניסויים או תצפיות עוקבים. באופן כללי, מדענים מפתחים השערות מרובות כדי לענות על שאלותיהם ולבחון אותן באופן שיטתי.
כל ההשערות חייבות לעמוד בקריטריונים מסוימים כדי שהתהליך המדעי יעבוד. ראשית, השערה חייבת להיות ניתנת לבדיקה ולהפרכה. היבט זה של ההשערה הוא קריטי ובעל חשיבות גדולה הרבה יותר מאשר נכונות ההשערה. השערה הניתנת לבדיקה היא השערה המייצרת תחזיות הניתנות לבדיקה, המטופלות באמצעות תצפיות או ניסויים. השערה ניתנת להפרכה היא השערה שבאמצעות התבוננות בתוצאות סותרות ניתן להוכיח אותה כשגויה. זה מאפשר לחוקרים לצבור יותר ביטחון לאורך זמן, לא על ידי צבירת ראיות המוכיחות כי השערה נכונה, אלא על ידי הצגת מצבים שיכולים לבסס את זיופיה אינם מתרחשים.
השערות מגיעות בשתי צורות: השערות אפס והשערות חלופיות. השערת האפס נבחנת מול ההשערה החלופית ומשקפת שלא ייצפה שינוי בניסוי. ההשערה החלופית היא בדרך כלל זו שתוארה בשתי הפסקאות הקודמות, המכונה גם השערת הניסוי. ההשערה החלופית היא התוצאה הצפויה של הניסוי. אם השערת האפס נדחית, אז זה בונה ראיות להשערה החלופית.
דוגמה יומיומית: אולי הוא קופא בחוץ ולכן סביר למדי שמצבר הרכב שלכם מת. אולי אתה יודע שהיית נמוך בדלק בלילה הקודם ולכן סביר להניח כי המיכל ריק.
<h4>שלב 3: ניסויים ואיסוף נתונים</h4>
כך או כך, השלב הבא הוא לבצע תצפיות נוספות או לערוך ניסויים שיובילו למסקנות. לאחר ניסוח ההשערות, מדענים מתכננים ועורכים ניסויים כדי לבחון את השערותיהם. ניסויים אלה מספקים נתונים שיתמכו או יפריכו את ההשערה. ניתן לאסוף נתונים מתצפיות כמותיות או איכותיות. מידע איכותי מתייחס לתצפיות שניתן לבצע פשוט באמצעות החושים, בין אם באמצעות ראייה, צליל, טעם, ריח או מגע. לעומת זאת, תצפיות כמותיות הן כאלה שבהן נעשה שימוש במדידות מדויקות מסוג כלשהו כדי לחקור את ההשערה.
ניסוי הוא הליך שנועד לקבוע אם תצפיות בעולם האמיתי מסכימות או מפריכות את התחזיות הנגזרות בהשערה. אם ראיות מניסוי תומכות בהשערה, זה נותן להשערה אמינות רבה יותר. זה לא מצביע על כך שההשערה נכונה, שכן ניסויים עתידיים עשויים לחשוף מידע חדש על ההשערה המקורית. תכנון ניסוי הוא צעד קריטי נוסף בשיטה המדעית ויכול להשפיע רבות על התוצאות והמסקנות שאדם מסיק מניסוי. יש להקדיש מחשבה וזמן קפדניים לתכנון ניסויי ולמזעור טעויות אפשריות. יש לתכנן את הניסוי כך שכל משתנה או גורם שיכול להשפיע על תוצאת הניסוי יהיה בשליטת החוקר. שני סוגים של משתנים משמשים לתיאור התנאים בניסוי: המשתנה הבלתי תלוי והמשתנה התלוי, או התגובה. המשתנה הבלתי תלוי מופעל ישירות או נשלט על ידי המדען והוא בדרך כלל מה שחוזים שישפיע על המשתנה התלוי. המשתנה התלוי, או התגובה, תלוי אפוא בערך המשתנה הבלתי תלוי. ניסויים מתוכננים בדרך כלל כך שגורם ספציפי אחד עובר מניפולציה בניסוי על מנת להאיר יחסי סיבה ותוצאה.
דוגמה יומיומית: האם המכונית עדיין מכילה את כל חלקיה? האם זה המפתח הנכון? מה אומר מד הגז? האם זינוק עוזר?
היבט חשוב נוסף בתכנון הניסוי הוא תפקידו של טיפול הבקרה, המייצג מצב טיפול ללא מניפולציה. טיפול הבקרה נשמר באותם תנאים כמו הטיפול הניסיוני, אך המניפולציה הניסיונית אינה מיושמת על הבקרה. לדוגמה, אם חוקר היה בודק את ההשפעות של מליחות הקרקע על צמיחת צמחים, הקרקע בטיפול הבקרה לא הייתה תוספת מלח. הבקרה מספקת בסיס של תנאים "נורמליים" איתם ניתן להשוות את הטיפולים הניסיוניים.
תכנון ניסויי צריך לכלול גם העתקים של כל טיפול. חזרתיות של תוצאות ניסוי היא חלק חשוב של השיטה המדעית המבטיחה את תוקפם ודיוקם של נתונים. זה די קשה לשלוט בכל ההיבטים של ניסוי ולכן יש שונות מובנית בתוצאות שלא ניתן לשלוט בה אפילו תחת הניסויים המתוכננים והמבוקרים ביותר. לאחר שכפולים מאפשר לחוקר להעריך את השונות האינהרנטית הזו בתוצאות. לרישום ומדידה מדויקים של הנתונים יש גם חשיבות רבה להבטחת דיוק התוצאות והמסקנות המתקבלות מהתוצאות.
<h4>שלב 4: תוצאות וניתוח נתונים</h4>
השלב הבא בשיטה המדעית כרוך בקביעת המשמעות של תוצאות הניסוי. מדענים משווים את התחזיות של השערת האפס שלהם לזו של השערת האפס שלהם כדי לקבוע אם הם מסוגלים לדחות את השערת האפס. דחיית השערת האפס פירושה שקיימת הסתברות משמעותית שערכי המשתנה התלוי בבקרה לעומת טיפולים ניסיוניים אינם שווים זה לזה. אם קיימים הבדלים משמעותיים, ניתן לדחות את השערת האפס ולקבל את ההשערה החלופית. לעומת זאת, החוקר עלול שלא לדחות את השערת האפס, כלומר לטיפול אין השפעה על התוצאות. לפני שמדענים יכולים לטעון טענות כלשהן לגבי השערת האפס שלהם מנתוני הניסוי או התצפיות שלהם, נדרשים מבחנים סטטיסטיים כדי להבטיח את תקפות הנתונים ופרשנות נוספת של הנתונים. בדיקות סטטיסטיות מאפשרות לחוקרים לקבוע אם יש הבדלים אמיתיים בין טיפול הבקרה לבין טיפולים ניסיוניים. משם, הם יכולים ליצור דמויות וטבלאות כדי להמחיש את ממצאיהם.
<h4>שלב 5: מסקנות</h4>
החלק האחרון של השיטה המדעית כרוך במתן הסברים לתוצאות ולמסקנות שניתן להסיק באופן הגיוני מהתוצאות. בדרך כלל, שלב זה של התהליך המדעי דורש גם לחזור לספרות המדעית ולהשוות את תוצאותיה עם ניסויים או תצפיות אחרות בנושאים קשורים. זה מאפשר לחוקרים לשים את הניסוי שלהם בהקשר כללי יותר ולפרט את המשמעות של תוצאות מסוימות. בנוסף, זה מאפשר להם להסביר כיצד עבודתם משתלבת בהקשר רחב יותר בדיסציפלינה שלהם.
התהליך המדעי לא נעצר כאן! התהליך המדעי פועל לאורך זמן כאשר הידע בנושאים במדע מצטבר ומניע את הבנתנו של מנגנונים או תהליכים מסוימים המסבירים תופעות טבע. אם לא נדחה את השערת האפס שלנו, יהיה צורך לחזור לשלבים הראשונים של השיטה המדעית ולנסות לנסח מחדש את שאלותינו ולהבין מדוע לא הושגה תוצאה צפויה.
<h4>יישום השיטה המדעית</h4>
ההבדל היחיד בין השימוש בשיטה זו בחיי היומיום ובמעבדה הוא שמדענים מתעדים בקפידה את עבודתם, מתצפית להשערה לניסוי, ולבסוף מסקנות וביקורת עמיתים. בנוסף, בניגוד לפתרון בעיות מחוץ למעבדה, השיטה המדעית במעבדה כוללת תנאים ומשתנים מבוקרים.
בואו נחקור את השיטה המדעית באמצעות דוגמה מהמעבדה. ידוע כי צמיחת צמחים מושפעת מחיידקים, כגון חיידקים ופטריות, החיים באדמתם. אפשר להבין אילו מיקרובים משפיעים על ידי שתילת צמחים באדמה סטרילית לחלוטין, ואז הוספת מיקרובים אחד בכל פעם, או בשילובים שונים ומדידת הצמיחה של הצמח. עכשיו בואו נתאים את זה למונחים המשמשים לתיאור השיטה המדעית:
התבוננות ושאלה: ישנם מיקרובים באדמה... האם הם משפיעים על גדילת הצמחים?
השערות:
ניסיוני: חיידק אחד מסוים שמעניין יגרום לצמחים לגדול לאט יותר.
Null: לנוכחות או היעדר מיקרובים לא תהיה השפעה על גדילת צמחים
ניסוי: הקימו קבוצות צמחים ב-1) אדמה סטרילית, 2) אדמה עם תוספת מיקרואורגניזם, ו-3) אדמה טבעית. למדוד את הצמיחה של הצמחים לאורך זמן, באמצעות סרגל.
מסקנה: אם הצמחים בקבוצה 2 גדלים לאט יותר מהשניים האחרים, ההשערה נתמכת. זה צריך להיות מגובה בניתוח סטטיסטי של צמחים רבים כדי להיחשב משמעותי. ניסוי כזה אינו לגיטימי עם צמח אחד בלבד בכל קבוצה.
קבוצה 1 היא בקרה שמראה שהצמחים יכולים לגדול באדמה סטרילית. קבוצה 3 היא בקרה שמראה שהצמחים יכולים לגדול בתנאים רגילים. קבוצה 2 היא קבוצת הניסוי. אפשר יהיה להוסיף כמויות שונות של מיקרואורגניזם, או מיקרובים שונים, כדי להכניס משתנים נוספים. הנקודה העיקרית היא שלחוקר יש מה להשוות בין קבוצת הניסוי - קבוצת הביקורת. אם הניסוי כלל רק קבוצה 2 והחוקר היה קובע שהצמחים "נראו חולים", זה היה עניין של דעה. הדרך היחידה להפוך את התצפית הזו למדעית היא שיהיו צמחים בריאים למדידה. סוג או כמות המיקרובים שבהם נעשה שימוש הוא המשתנה הבלתי תלוי, מאחר שלחוקר יש שליטה עליו. גודל הצמח בסוף הניסוי הוא משתנה התלות או התגובה מכיוון שהוא התוצאה.
בסופו של דבר, עבודה כזו מתפרסמת בכתבי עת מדעיים כדי שחוקרים אחרים יוכלו לקרוא על השיטות שבהן נעשה שימוש ועל המסקנות שהוסקו. פרסומים כאלה כפופים לביקורת עמיתים, מה שאומר שמאמר לא יפורסם בכתב עת עד שחוקרים אחרים יבדקו אותו ויסכימו שהוא עשוי היטב. כקהילה של מדענים, מושגים כלליים מפותחים בהתבסס על דפוסים נצפים בניסויים שמדענים בודדים מבצעים. התוצאה היא פיתוח תיאוריה מדעית. מונח זה פירושו שיש קונצנזוס בקרב החוקרים כי מושג או תהליך מסוים קיים. חשוב לציין כי המילה תיאוריה אינה אומרת את אותו הדבר כמו השערה. ברגע שמדענים מתייגים מושג עם מונח זה, הוא נחשב נכון, בהתחשב בכל הנתונים הזמינים כיום. כמובן, אם גוף גדול של ניסויים מדגים מידע להיפך, תיאוריות ניתן לשנות.

השיטה המדעית משמשת לפתרון בעיות ולהסבר תופעות. התפתחות השיטה המדעית התרחשה בד בבד עם שינויים בפילוסופיה ...

Education

JoVE Lab Manual

Biology

ביולוגיה

Fundamentals

יסודות

scientific method steps and controls

The scientific method gives scientists a way to solve problems and explain natural events. Its development grew alongside new ideas in science during the European Renaissance. Thinkers such as Francis Bacon, Galileo, and Isaac Newton helped formalize the process. Although the method has changed over time, much of its basic framework is still used today.

The process begins with observation and a clear question. A scientist first notices a natural phenomenon and then asks why it happens. This stage often includes background research. Reading earlier studies helps refine the question and identify gaps in scientific knowledge. In everyday life, this can look like noticing that a car will not start and asking why it is not working.

Next comes the hypothesis. A hypothesis is an unproven explanation based on prior knowledge. Scientists often develop more than one hypothesis and test them in a systematic way. A good hypothesis must be testable and falsifiable, which means it can produce predictions and can also be shown wrong. Hypotheses are often written as a null hypothesis, which predicts no change, and an alternative hypothesis, which predicts the expected outcome. If the null hypothesis is rejected, that supports the alternative hypothesis.

After that, scientists collect data through experiments or more observations. Experiments are designed to test the predictions made by a hypothesis. Data may be qualitative, based on the senses, or quantitative, based on measurements. Careful experimental design is important because it helps reduce error and control factors that could affect the outcome. The independent variable is the factor the scientist changes, and the dependent, or response, variable is the result that is measured.

Controls and replicates are also essential. A control treatment is a condition that is not manipulated, but it is kept under the same conditions as the experimental treatment. It provides a baseline for comparison. Replicates, or repeated trials, help scientists estimate natural variation in the data and check that results can be repeated. Precise recording and measurement make the results more reliable.

Scientists then analyze the results to see what the data mean. They compare the null hypothesis with the alternative hypothesis and use statistical tests before making claims. Statistics help show whether differences between control and experimental treatments are real. Results are often displayed in figures and tables so they can be reviewed and understood more easily.

The final step is drawing conclusions. Scientists explain what the results mean and compare them with earlier research on related topics. This places the work in a wider scientific context and shows how it fits into the field. The scientific process does not end there. If the null hypothesis is not rejected, scientists return to the earlier steps and revise the question or hypothesis.

In lab work, the scientific method is carefully documented from start to finish. It also includes controlled conditions and variables. A plant-microbe experiment shows how this works. Researchers can grow plants in sterile soil, add one microbe at a time, or use natural soil, then measure plant growth with a ruler. In this example, the question is whether microbes affect plant growth. The experimental hypothesis is that one microbe will slow growth, and the null hypothesis is that microbes will have no effect.

The setup includes a control group and an experimental group. One group shows that plants can grow in sterile soil, and another shows that plants can grow in natural soil. The group with the added microbe is the experimental group. The type or amount of microbe is the independent variable, and plant size at the end is the dependent variable. A claim based on only one plant per group would not be valid. The results must be supported by statistical analysis from many plants.

Work like this is published in scientific journals so other researchers can read the methods and conclusions. These publications are checked through peer review before they are accepted. Over time, patterns from many experiments help scientists build broader ideas about how nature works. This is how scientific theory develops. In science, theory means a concept supported by a strong body of evidence, not a guess.

Scientific Method Steps and Controls

scientific method

The scientific method gives scientists a way to solve problems and explain natural events. Its development grew alongside new ideas in science during the European Renaissance. Thinkers such as Francis Bacon, Galileo, and Isaac Newton helped formalize the process. Although the method has changed over time, much of its basic framework is still used today. The process begins with observation and a clear question. A scientist first notices a natural phenomenon and then asks why it happens. This...

diffusion and osmosis

Cell Membrane Transport and Water Balance

Cell membrane transport and water balance help cells move materials in and out of the cytoplasm. Cell membranes are semipermeable, which means some molecules can pass through while others cannot. The phospholipid bilayer and its embedded proteins control this movement. Some of these proteins act as transport channels for ions and carbohydrates that could not cross on their own. Cells stay small in part because of the surface-area to volume ratio. As a cell grows, its surface area does not keep...

cell structure

Cell Types and Organelles

Cells are the basic units of life, and their structures help explain how living things work. Cell theory says that every living organism is made of one or more cells, cells are the functional units of organisms, and new cells come from preexisting cells. Cells also share key features, including a plasma membrane, cytoplasm, DNA, and ribosomes. The plasma membrane is a phospholipid bilayer that surrounds the cell. It separates the cell from its environment and controls what enters and leaves.

macromolecules

Biomolecules and Their Tests

Biomolecules are the organic molecules that living things use for structure, energy, and heredity. They all have a carbon backbone and hydrogen atoms, and carbon can form four covalent bonds. That bonding flexibility lets carbon build chains, branches, rings, and other complex shapes. Biomolecules also commonly include oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur. Small building blocks join together to make larger molecules. These units are called monomers. Two monomers can form a dimer through...

physiology of the circulatory system

Circulatory System: Blood Flow and Pressure

The circulatory system moves blood, oxygen, nutrients, and wastes through the body to support homeostasis. Homeostasis is the stable internal balance that organisms must maintain even when the outside environment changes. Physiology is the study of how body systems work, and the circulatory system is one of the key systems that helps keep internal conditions steady. Body systems are built from cells, tissues, organs, and organ systems. Humans have 11 major organ systems, and they work together...

fundamentals

Learn the scientific method through observation, hypotheses, experiments, controls, variables, data analysis, conclusions, and a plant-microbe example.

Scientific Method Steps and Controls | JoVE K12

ES.1.b

ES.1.f

Life Science

LS.1

LS.1.a

LS.1.b

LS.1.f

Physical Science

PS.1

PS.1.a

PS.1.d

Physics

PH.1

PH.1.a

PH.1.d

Texas Essential Knowledge and Skills

High School

Specialised Topic in Science

112.51.c.1.

112.51.c.1.B.

Florida Department of Education

Nature of Science

SC.912.N.1

SC.912.N.1.1

SC.912.N.1.2

SC.912.N.2

SC.912.N.2.1

BIO.1

BIO.1.B

BIO.4

BIO.4.B

BIO.4.C

התכוננו ללמד את שיטה מדעית עם מדריך מדריכים זה באורך 1 דקות. כולל שלבי הכנה מרכזיים עבור מעבדת Biology ב-JoVE Lab Manual.

הכנת מדריך עבור שיטה מדעית ב-Biology - 11K+ צפיות | JoVE Lab Manual

עקבו אחר הנהלים של שיטה מדעית שלב אחר שלב בסרטון פרוטוקול סטודנטים זה באורך 4 דקות. חלק מאוסף Biology ב-JoVE Lab Manual.

פרוטוקול סטודנטים עבור שיטה מדעית ב-Biology - 28K+ צפיות | JoVE Lab Manual

The scientific method is used to solve problems and explain phenomena. The development of the scientific method coincided with changes in philosophy ...

Scientific Laws and Theories

Scientific Laws

In science, a law is defined as a concise, verbal or mathematical, statement that summarizes a vast number of experimental observations. ...

The Scientific Method

The scientific method is a detailed, empirical problem-solving process used by biologists and other scientists. This iterative approach involves ...

Chemistry is an empirical science. Scientists often pose questions to understand the chemistry in everyday life and seek answers to these questions. To ...

What is a Hypothesis?

A hypothesis can be a simple sentence or statement about a property or any phenomenon observed or predicted for a population. It is usually a claim about ...

Types of Hypothesis Testing

There are three types of hypothesis tests: right-tailed, left-tailed, and two-tailed.
When the null and alternative hypotheses are stated, it is observed ...

Hypothesis: Accept or Fail to Reject?

The outcome of any hypothesis testing leads to rejecting or not rejecting the null hypothesis. This decision is taken based on the analysis of the data, ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by asking questions and defining problems
• ask questions that arise from careful observation of phenomena, examination of a model or theory, or unexpected results, and/or to seek additional information
• determine which questions can be investigated within the scope of the school laboratory or field experience
• generate hypotheses based on research and scientific principles
• make hypotheses that specify what happens to a dependent variable when an independent variable is manipulated
• define design problems that involve the development of a process or system with multiple components and criteria

Inductive Reasoning

Inductive reasoning is a form of logical thinking that uses related observations to arrive at a general conclusion. It is uncertain and operates in ...

Deductive Reasoning

Deductive reasoning, or deduction, is the type of logic used in hypothesis-based science. In deductive reasoning, the pattern of thinking moves in the ...

Correlation and Causation

Correlation and CausationStatistical tests can calculate whether there is a relationship, or correlation, between independent and dependent variables. A ...

Demonstrating the Scientific Method with Tree Branches
ExpandObtain branches containing a few dozen typical leaves from five different local tree species. ...

Observation and Background Research
ExpandNOTE: The first two steps in the scientific process involve studying and observing natural phenomena of ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by planning and carrying out investigations
• individually and collaboratively plan and conduct observational and experimental investigations
• plan and conduct investigations to test design solutions in a safe and ethical manner including considerations of environmental, social and personal effects
• select and use appropriate tools and technology to collect, record, analyze, and evaluate data

Introduction to Test of Independence

In statistics, the term independence means that one can directly obtain the probability of any event involving both variables by multiplying their ...

Statistical Analysis: Overview

An analysis is usually conducted by replicated sampling or repeated measurements on the same sample. This leads to scattered results rather than a single ...

Statistical Significance

Once data is collected from both the experimental and the control groups, a statistical analysis is conducted to find out if there are meaningful ...

Review and Preview

Data are individual items of information obtained from a population or sample. Data may be classified as qualitative (categorical), quantitative ...

Data: Types and Distribution

In biostatistics, data refers to the collected observations that are subject to analysis. Data can be parametric or nonparametric.
Nonparametric data ...

Histogram

The histogram is a graphical representation in the x-y form of data distribution in a data set. The horizontal x-axis is labeled with what the data ...

Scatter Plot

The most common and easiest way to display the relationship between two variables, x and y, is a scatter plot. A scatter plot shows the direction of a ...

Bar Graph

A bar graph is also called a bar chart and consists of bars that are separated from each other. It either uses horizontal or vertical bars to show ...

Pie Chart

A pie chart (or a pie graph) is a circular graphical chart or a pictorial representation of categorical data. It is divided into slices of pie each ...

Numerical Calculations

In engineering applications, the representation of the numerical value is critical. Presenting or reporting the answer is one of the essential parts of ...

Accuracy and Precision

Scientists typically make repeated measurements of a quantity to ensure the quality of their findings and to evaluate both the precision and the accuracy ...

Significant Figures in Calculations

Uncertainty in measurements can be avoided by reporting the results of a calculation with the correct number of significant figures. This can be ...

Realism in Experimentation

Source: Laboratories of Gary Lewandowski, Dave Strohmetz, and Natalie Ciarocco&#8212;Monmouth University

In an ideal world researchers would conduct ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by pnterpreting, analyzing, and evaluating data
• construct and interpret data tables showing independent and dependent variables, repeated trials, and means
• construct, analyze, and interpret graphical displays of data and consider limitations of data analysis
• apply mathematical concepts and processes to scientific questions
• use data in building and revising models, supporting explanations of phenomena, or testing solutions to problems
• analyze data using tools, technologies, and/or models in order to make valid and reliable scientific claims or determine an optimal design solution

ES.1.c

Data Collection by Observations

Data collection refers to a systematic way of obtaining, observing, measuring, and analyzing accurate information. Observational studies are one of the ...

Data Collection by Experiments

Data collection is a systematic method of obtaining, observing, measuring, and analyzing accurate information. An experimental study is a standard method ...

Data Collection by Survey

The systematic method of obtaining and analyzing accurate information of a population is called data collection. A survey is a standard method of data ...

Reliability and Validity

Reliability and validity are two important considerations that must be made with any type of data collection. Reliability refers to the ability to ...

Reasoning

Reasoning involves transforming information into conclusions, which is essential for problem-solving, decision-making, and critical thinking.
Reasoning ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by constructing and critiquing conclusions and explanations
• make quantitative and/or qualitative claims based on data
• construct and revise explanations based on valid and reliable evidence obtained from a variety of sources, including students' own investigations, models, theories, simulations, and peer review
• apply scientific ideas, principles, and/or evidence to provide an explanation of phenomena or design solutions
• construct arguments or counterarguments based on data and evidence
• differentiate between a scientific hypothesis, theory, and law

ES.1.d

using-topographic-maps-to-generate-topographic-profiles

Using Topographic Maps to Generate Topographic Profiles

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
Topographic maps are &#34;plan-view&#34; representations of Earth&#39;s ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by developing and using models
• evaluate the merits and limitations of models
• develop, revise, and/or use models based on evidence to illustrate or predict relationships
• construct and interpret scales, diagrams, classification charts, graphs, tables, imagery, models, including geologic cross sections and topographic profiles
• read and interpret topographic and basic geologic maps and globes, including location by latitude and longitude

ES.1.e

Data Source

A data source is the origin of collected data, whether physical or digital, and includes all channels, platforms, and repositories for gathering and ...

Communication

Sharing information, concepts, and emotions to foster mutual understanding is communication. The sender, recipient, and transaction must be considered in ...

levels-of-communication-i-intrapersonal-interpersonal-and-small-group

Levels of Communication I: Intrapersonal, Interpersonal, and Small Group

Interpersonal communication focuses on the exchange of messages between two people.
We can participate in these relationships through verbal, nonverbal, ...

levels-of-communication-ii-organizational-public-and-group-dynamics

Levels of Communication II: Organizational, Public, and Group Dynamics

Effective communication is the foundation of a good organization. Communication is the lifeblood of an organization that connects the group with messages. ...

The student will demonstrate an understanding of scientific and engineering practices by obtaining, evaluating, and communicating information
• compare, integrate, and evaluate sources of information presented in different media or formats to address a scientific question or solve a problem
• gather, read, and evaluate scientific and/or technical information from multiple sources, assessing the evidence and credibility of each source
• communicate scientific and/or technical information about phenomena and/or a design process in multiple formats

Scientific Method Steps and Controls

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards