วิธิการศึกษาวิชาชีววิทยา(ติวเข้มเตรียมสอบO-net -2)

ขั้นนำ  เมื่อเรารู้ว่าเราจะเรียนรู้อะไรจากวิชาชีววิทยา แล้วเราจะมีวิธีศึกษาเรียนรู้อย่างไร

วิธีการศึกษาทางวิทยาศาสตร์มีความเกี่ยวข้องกับประวัติของมนุษยชาติมานานโดยเริ่มจากความเชื่อถือ ต่อมาเกี่ยวข้องกันเรื่องศาสนา ศิลปวัฒนธรรมในยุคต้นๆ ต่อมามีบุคคลบางพวกที่เรียกว่าเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่แท้จริง พวกนี้มีคุณลักษณะพิเศษในแง่ที่สนใจปรากฏการณ์ธรรมชาติอยากรู้ถึงเหตุผล ความเป็นมาที่ปรากฏให้เห็น ต้องการคำอธิบายที่ถูกต้อง ไม่ว่าจะเป็นสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ หรือสิ่งที่ไร้ชีวิตต่างๆ เช่น ดวงดาว ความร้อน ดิน ฟ้า อากาศ หรือกระทั่งเล็กลงไปจนถึงระดับอะตอม
การศึกษาชีววิทยาของนักวิทยาศาสตร์ จะประกอบด้วยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (Scientific process) ที่มีหลักการใหญ่ๆ อยู่ในแนวทางเดียวกันทั้งหมด ประกอบด้วย

1. เชื้อราเพนิซิลเลียม

   แหล่งภาพ https://www.myfirstbrain.com

   การสังเกต (Observation) ซึ่งเป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของนักวิทยาศาสตร์ ดังคำกล่าวที่ว่า "วิทยาศาสตร์นั้นเริ่มต้นจากการสังเกต" ความเป็นคนช่างสังเกตของนักวิทยาศาสตร์ทำให้เกิดการค้นพบใหม่ๆ ทางวิทยาศาสตร์ เช่น Alexander Fleming หากไม่เป็นคนช่างสังเกตคงไม่มีการค้นพบยาปฏิชีวนะ จากจานเพาะเชื้อที่กำลังจะล้างทิ้ง แต่เขาสังเกตเห็นว่าแบคทีเรียมีการเจริญหรือไม่เจริญในบางบริเวณเท่านั้น จนกระทั่งในที่สุด Fleming จึงค้นพบว่า เชื้อราสีเขียวที่ปรากฏอยู่ในจานเพาะเชื้อนั้นเป็นราชนิด เพนิซิเลียม (Penicillium notatum) สามารถสร้างยาปฏิชีวนะออกมายับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย
   
2. การเกิดปัญหา (Problem) ปัญหาเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นได้เสมอ แต่การตั้งปัญหาให้ชัดเจนและสัมพันธ์กับความรู้เดิมของผู้ตั้งปัญหานั้นไม่ใช่สิ่งที่จะทำได้ง่ายๆ Albert Einstein ได้กล่าวว่า "การตั้งปัญหานั้นสำคัญกว่าการแก้ปัญหา" ก็เพราะว่า การตั้งปัญหาต้องอาศัยความคิดสร้างสรรค์ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง
   การตั้งปัญหาที่ดีทำให้สามารถหาคำตอบได้ง่าย ปัญหาที่ตั้งจึงไม่ควรคลุมเครือ การตั้งปัญหาใดๆ ควรเป็นปัญหาที่สามารถพิสูจน์และตรวจสอบได้ ยิ่งสามารถตังปัญหาใหม่ๆ ได้จะทำให้เกิดความก้าวหน้าทางวิชาการ เนื่องจากอาจทำให้ได้สมมติฐานใหม่หรือทฤษฏีใหม่
   
3. การตั้งสมมติฐาน (Formulation of Hypothesis) คือ การคาดคะเนคำตอบที่เกี่ยวกับข้อเท็จจริงในการตั้งสมมติฐาน มักจะใช้วลี "ถ้า...ดังนั้น..." ส่วนที่ขึ้นต้นด้วย "ถ้า" จะระบุข้อความที่เป็นเหตุหรือเป็นคำตอบที่เป็นไปได้ สำหรับส่วนหลังที่ขึ้นต้นด้วย "ดังนั้น" จะระบุข้อความที่แนะวิธีตรวจสอบสมมติฐาน เช่น "ถ้าปลาฉลามมีต่อมสกัดเกลือ (salt gland) อยู่ในตัว ดังนั้นปลาฉลามจะต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงความเค็มได้ดี"
   สมมติฐานข้างต้นนี้เกิดมาจากบางคนที่เห็นปลาฉลามอยู่ได้ทั้งในน้ำกร่อยและน้ำเค็ม หลายๆ คนเห็นเหตุการณ์นี้ตั้งแต่เด็กจนโต หรือจนกระทั่งตายก็ไม่เคยสงสัย แต่หากเป็นคนที่มีวิสัยเป็นนักวิทยาศาสตร์ จะเกิดความสงสัยและเกิดปัญหาขึ้น เมื่อเกิดปัญหาจึงต้องมีการสมมติฐานที่เป็นคำตอบไว้ชั่วคราวเพื่อรอการพิสูจน์ว่าจริงหรือไม่
   
4. การตรวจสอบสมมติฐาน (Testing of Hypothesis) ในทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จะใช้วิธีการทดลอง (Experiment) การทดสอบสมมติฐานนี้ต้องทำซ้ำหลายๆ ครั้ง โดยต้องออกแบบการทดลองที่มีการกำหนดและควบคุมตัวแปร (Variable) ที่เกี่ยวข้องกับการทดลอง ซึ่งตัวแปรแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ
   
   • ตัวแปรต้นหรือตัวแปรอิสระ (Independent variable) คือ สิ่งที่เป็นสาเหตุทำให้เกิดผลต่างๆ หรือสิ่งที่ต้องการศึกษาตรวจสอบว่าเป็นสาเหตุที่ก่อให้เกิดผลเช่นนั้นหรือไม่
     
   • ตัวแปรตาม (Dependent variable) คือ สิ่งที่เป็นผลจากตัวแปรต้น
     
   • ตัวแปรควบคุม (Controlled variable) คือ ตัวแปรที่ต้องควบคุมให้คงที่ตลอดการทดลอง

2. การแปรผลและสรุปผลการทดลอง (Conclusion) คือ การแปรความหมายข้อมูล วิเคราะห์ข้อมูล และลงข้อสรุปภายในขอบเขตของผลการทดลองหรือผลการศึกษาที่เป็นจริง หากผลสรุปเหมือนกับสมมติฐานที่ตั้งไว้ สมมติฐานนั้นก็สามารถตั้งเป็นทฤษฏีได้ แต่ถ้าสมมติฐานที่ตั้งไว้ไม่ถูก จำเป็นต้องเปลี่ยนสมมติฐานนั้นใหม่ พร้อมกับทำการทดลองใหม่ ดังนั้นจึงควรตั้งสมมติฐานไว้พร้อมกันหลายๆ ข้อ เพื่อให้ประหยัดเวลาในการทดลอง

แผนภาพสรุปขั้นตอนการศึกษาชีววิทยาของนักวิทยาศาสตร์