1.1: علم الأحياء
- Page ID
- 196043
المهارات اللازمة للتطوير
- تحديد الخصائص المشتركة للعلوم الطبيعية
- تلخيص خطوات المنهج العلمي
- قارن الاستدلال الاستقرائي مع التفكير الاستنتاجي
- وصف أهداف العلوم الأساسية والعلوم التطبيقية
ما هي البيولوجيا؟ بعبارات بسيطة، علم الأحياء هو دراسة الكائنات الحية وتفاعلاتها مع بعضها البعض وبيئاتها. هذا تعريف واسع جدًا لأن نطاق علم الأحياء واسع. قد يدرس علماء الأحياء أي شيء من العرض المجهري أو شبه المجهري للخلية إلى النظم البيئية والكوكب الحي بأكمله (الشكل\(\PageIndex{1}\)). عند الاستماع إلى الأخبار اليومية، ستدرك بسرعة عدد جوانب علم الأحياء التي تتم مناقشتها كل يوم. على سبيل المثال، تشمل الموضوعات الإخبارية الأخيرة تفشي الإشريكية القولونية (الشكل\(\PageIndex{2}\)) في السبانخ وتلوث السالمونيلا في زبدة الفول السوداني. تشمل الموضوعات الأخرى الجهود المبذولة لإيجاد علاج للإيدز ومرض الزهايمر والسرطان. على المستوى العالمي، يلتزم العديد من الباحثين بإيجاد طرق لحماية الكوكب، وحل القضايا البيئية، والحد من آثار تغير المناخ. ترتبط كل هذه المساعي المتنوعة بجوانب مختلفة من تخصص علم الأحياء.
عملية العلوم
علم الأحياء هو علم، ولكن ما هو العلم بالضبط؟ ما الذي تشترك فيه دراسة علم الأحياء مع التخصصات العلمية الأخرى؟ يمكن تعريف العلم (من اللاتينية scientia، بمعنى «المعرفة») على أنه المعرفة التي تغطي الحقائق العامة أو تشغيل القوانين العامة، خاصة عند اكتسابها واختبارها بالطريقة العلمية. يتضح من هذا التعريف أن تطبيق المنهج العلمي يلعب دورًا رئيسيًا في العلوم. الطريقة العلمية هي طريقة بحث ذات خطوات محددة تشمل التجارب والمراقبة الدقيقة.
سيتم فحص خطوات المنهج العلمي بالتفصيل لاحقًا، ولكن أحد أهم جوانب هذه الطريقة هو اختبار الفرضيات عن طريق تجارب قابلة للتكرار. الفرضية هي تفسير مقترح لحدث يمكن اختباره. على الرغم من أن استخدام المنهج العلمي متأصل في العلم، إلا أنه غير كافٍ لتحديد ماهية العلم. هذا لأنه من السهل نسبيًا تطبيق المنهج العلمي على تخصصات مثل الفيزياء والكيمياء، ولكن عندما يتعلق الأمر بتخصصات مثل علم الآثار وعلم النفس والجيولوجيا، تصبح الطريقة العلمية أقل قابلية للتطبيق حيث يصبح من الصعب تكرار التجارب.
لكن مجالات الدراسة هذه لا تزال علومًا. ضع في اعتبارك علم الآثار - على الرغم من عدم قدرة المرء على إجراء تجارب قابلة للتكرار، فقد تظل الفرضيات مدعومة. على سبيل المثال، يمكن لعالم الآثار أن يفترض وجود ثقافة قديمة تستند إلى العثور على قطعة من الفخار. يمكن وضع المزيد من الفرضيات حول الخصائص المختلفة لهذه الثقافة، وقد يتبين أن هذه الفرضيات صحيحة أو خاطئة من خلال الدعم المستمر أو التناقضات مع النتائج الأخرى. قد تصبح الفرضية نظرية تم التحقق منها. النظرية هي تفسير مجرب ومؤكد للملاحظات أو الظواهر. يمكن تعريف العلم بشكل أفضل على أنه مجالات الدراسة التي تحاول فهم طبيعة الكون.
العلوم الطبيعية
ماذا تتوقع أن ترى في متحف العلوم الطبيعية؟ ضفادع؟ نباتات؟ الهياكل العظمية للديناصورات معارض حول كيفية عمل الدماغ؟ قبة سماوية؟ الأحجار الكريمة والمعادن؟ أو ربما كل ما سبق؟ تشمل العلوم مجالات متنوعة مثل علم الفلك والبيولوجيا وعلوم الكمبيوتر والجيولوجيا والمنطق والفيزياء والكيمياء والرياضيات (الشكل\(\PageIndex{3}\)). ومع ذلك، فإن مجالات العلوم المتعلقة بالعالم المادي وظواهره وعملياته تعتبر علومًا طبيعية. وبالتالي، قد يحتوي متحف العلوم الطبيعية على أي من العناصر المذكورة أعلاه.
ومع ذلك، لا يوجد اتفاق كامل عندما يتعلق الأمر بتحديد ما تتضمنه العلوم الطبيعية. بالنسبة لبعض الخبراء، فإن العلوم الطبيعية هي علم الفلك والبيولوجيا والكيمياء وعلوم الأرض والفيزياء. يختار علماء آخرون تقسيم العلوم الطبيعية إلى علوم الحياة، التي تدرس الكائنات الحية وتشمل علم الأحياء، والعلوم الفيزيائية، التي تدرس المواد غير الحية وتشمل علم الفلك والجيولوجيا والفيزياء والكيمياء. تعتمد بعض التخصصات مثل الفيزياء الحيوية والكيمياء الحيوية على كل من علوم الحياة والعلوم الفيزيائية وهي متعددة التخصصات. يشار إلى العلوم الطبيعية أحيانًا باسم «العلوم الصعبة» لأنها تعتمد على استخدام البيانات الكمية؛ ومن المرجح أن تستخدم العلوم الاجتماعية التي تدرس المجتمع والسلوك البشري التقييمات النوعية لدفع التحقيقات والنتائج.
ليس من المستغرب أن العلوم الطبيعية للبيولوجيا لها العديد من الفروع أو التخصصات الفرعية. يدرس علماء الأحياء الخلوية بنية الخلية ووظيفتها، بينما يبحث علماء الأحياء الذين يدرسون علم التشريح في بنية الكائن الحي بأكمله. ومع ذلك، يركز علماء الأحياء الذين يدرسون علم وظائف الأعضاء على الأداء الداخلي للكائن الحي. تركز بعض مجالات علم الأحياء على أنواع معينة فقط من الكائنات الحية. على سبيل المثال، يستكشف علماء النبات النباتات، بينما يتخصص علماء الحيوان في الحيوانات.
الاستدلال العلمي
هناك شيء واحد مشترك بين جميع أشكال العلوم: الهدف النهائي «المعرفة». الفضول والاستعلام هما القوى الدافعة لتطوير العلوم. يسعى العلماء إلى فهم العالم والطريقة التي يعمل بها. للقيام بذلك، يستخدمون طريقتين للتفكير المنطقي: التفكير الاستقرائي والتفكير الاستنتاجي.
الاستدلال الاستقرائي هو شكل من أشكال التفكير المنطقي الذي يستخدم الملاحظات ذات الصلة للوصول إلى استنتاج عام. هذا النوع من التفكير شائع في العلوم الوصفية. يقوم عالم الحياة مثل عالم الأحياء بعمل الملاحظات وتسجيلها. يمكن أن تكون هذه البيانات نوعية أو كمية، ويمكن استكمال البيانات الأولية بالرسومات أو الصور أو الصور أو مقاطع الفيديو. من خلال العديد من الملاحظات، يمكن للعالم أن يستنتج الاستنتاجات (الاستقراء) بناءً على الأدلة. يتضمن الاستدلال الاستقرائي صياغة التعميمات المستنبطة من الملاحظة الدقيقة وتحليل كمية كبيرة من البيانات. تقدم دراسات الدماغ مثالاً على ذلك. في هذا النوع من الأبحاث، تتم ملاحظة العديد من العقول الحية أثناء قيام الأشخاص بنشاط معين، مثل مشاهدة صور الطعام. ومن المتوقع بعد ذلك أن يكون جزء الدماغ الذي «يضيء» أثناء هذا النشاط هو الجزء الذي يتحكم في الاستجابة للمنبه المحدد، في هذه الحالة، صور الطعام. يحدث «إضاءة» مناطق الدماغ المختلفة بسبب الامتصاص الزائد لمشتقات السكر المشعة من قبل المناطق النشطة في الدماغ. يتم ملاحظة الزيادة الناتجة في النشاط الإشعاعي بواسطة ماسح ضوئي. بعد ذلك، يمكن للباحثين تحفيز هذا الجزء من الدماغ لمعرفة ما إذا كانت هناك استجابات مماثلة.
الاستدلال الاستنتاجي أو الاستنتاج هو نوع المنطق المستخدم في العلوم القائمة على الفرضيات. في السبب الاستنتاجي، يتحرك نمط التفكير في الاتجاه المعاكس مقارنة بالاستدلال الاستقرائي. التفكير الاستنتاجي هو شكل من أشكال التفكير المنطقي الذي يستخدم مبدأ عامًا أو قانونًا للتنبؤ بنتائج محددة. من هذه المبادئ العامة، يمكن للعالم استقراء وتوقع النتائج المحددة التي ستكون صالحة طالما أن المبادئ العامة صالحة. يمكن للدراسات في تغير المناخ أن توضح هذا النوع من التفكير. على سبيل المثال، قد يتوقع العلماء أنه إذا أصبح المناخ أكثر دفئًا في منطقة معينة، فيجب أن يتغير توزيع النباتات والحيوانات. تم إجراء هذه التنبؤات واختبارها، وتم العثور على العديد من هذه التغييرات، مثل تعديل المناطق الصالحة للزراعة، مع التغيير بناءً على متوسطات درجات الحرارة.
يرتبط كلا النوعين من التفكير المنطقي بالمسارين الرئيسيين للدراسة العلمية: العلوم الوصفية والعلوم القائمة على الفرضيات. يهدف العلم الوصفي (أو الاكتشاف)، الذي عادة ما يكون استقرائيًا، إلى الملاحظة والاستكشاف والاكتشاف، بينما يبدأ العلم القائم على الافتراض، والذي عادة ما يكون استنتاجيًا، بسؤال أو مشكلة محددة وإجابة أو حل محتمل يمكن اختباره. غالبًا ما تكون الحدود بين هذين الشكلين من الدراسة غير واضحة، وتجمع معظم المساعي العلمية بين كلا النهجين. تصبح الحدود الغامضة واضحة عند التفكير في مدى سهولة الملاحظة التي يمكن أن تؤدي إلى أسئلة محددة. على سبيل المثال، لاحظ رجل نبيل في الأربعينيات أن بذور النتوء الملتصقة بملابسه وفراء كلبه لها هيكل خطاف صغير. عند الفحص الدقيق، اكتشف أن جهاز إمساك النتوءات كان أكثر موثوقية من السوستة. قام في النهاية بتطوير شركة وإنتاج أداة التثبيت الخطاف والحلقة المعروفة اليوم باسم Velcro. يخضع العلم الوصفي والعلوم القائمة على الفرضيات في حوار مستمر.
المنهج العلمي
يدرس علماء الأحياء العالم الحي من خلال طرح أسئلة حوله والبحث عن استجابات قائمة على العلم. هذا النهج شائع في العلوم الأخرى أيضًا وغالبًا ما يشار إليه بالمنهج العلمي. تم استخدام الطريقة العلمية حتى في العصور القديمة، ولكن تم توثيقها لأول مرة من قبل السير فرانسيس بيكون الإنجليزي (1561-1626) (الشكل\(\PageIndex{4}\))، الذي أنشأ طرقًا استقرائي للبحث العلمي. لا يتم استخدام الطريقة العلمية حصريًا من قبل علماء الأحياء ولكن يمكن تطبيقها على جميع مجالات الدراسة تقريبًا كطريقة منطقية وعقلانية لحل المشكلات.
تبدأ العملية العلمية عادةً بملاحظة (غالبًا ما تكون مشكلة يجب حلها) تؤدي إلى سؤال. دعونا نفكر في مشكلة بسيطة تبدأ بملاحظة ونطبق المنهج العلمي لحل المشكلة. في صباح أحد أيام الاثنين، يصل الطالب إلى الفصل ويكتشف بسرعة أن الفصل الدراسي دافئ جدًا. هذه ملاحظة تصف أيضًا مشكلة: الفصل الدراسي دافئ جدًا. ثم يطرح الطالب سؤالًا: «لماذا الفصل الدراسي دافئ جدًا؟»
اقتراح فرضية
تذكر أن الفرضية هي تفسير مقترح يمكن اختباره. لحل مشكلة، قد يتم اقتراح العديد من الفرضيات. على سبيل المثال، قد تكون إحدى الفرضيات هي: «الفصل الدراسي دافئ لأنه لم يقم أحد بتشغيل مكيف الهواء». ولكن يمكن أن تكون هناك إجابات أخرى على السؤال، وبالتالي قد يتم اقتراح فرضيات أخرى. قد تكون الفرضية الثانية هي: «الفصل الدراسي دافئ بسبب انقطاع التيار الكهربائي، وبالتالي لا يعمل تكييف الهواء».
بمجرد اختيار الفرضية، يمكن للطالب إجراء تنبؤ. يشبه التنبؤ الفرضية ولكنه عادةً ما يكون بصيغة «إذا... ثم...». على سبيل المثال، قد يكون التنبؤ للفرضية الأولى هو «إذا قام الطالب بتشغيل مكيف الهواء، فلن يكون الفصل الدراسي دافئًا جدًا».
اختبار الفرضية
يجب أن تكون الفرضية الصحيحة قابلة للاختبار. يجب أيضًا أن تكون قابلة للتزوير، مما يعني أنه يمكن دحضها من خلال النتائج التجريبية. الأهم من ذلك، لا يدعي العلم أنه «يثبت» أي شيء لأن التفاهمات العلمية تخضع دائمًا للتعديل بمزيد من المعلومات. هذه الخطوة - الانفتاح على دحض الأفكار - هي ما يميز العلوم عن غير العلوم. فوجود ما هو خارق للطبيعة، على سبيل المثال، ليس قابلاً للاختبار ولا للتزوير. لاختبار الفرضية، سيقوم الباحث بإجراء تجربة واحدة أو أكثر مصممة لإزالة واحدة أو أكثر من الفرضيات. ستحتوي كل تجربة على متغير واحد أو أكثر وعنصر تحكم واحد أو أكثر. المتغير هو أي جزء من التجربة يمكن أن يتغير أو يتغير أثناء التجربة. تحتوي مجموعة التحكم على كل ميزة من ميزات المجموعة التجريبية باستثناء عدم منحها التلاعب المفترض. لذلك، إذا كانت نتائج المجموعة التجريبية مختلفة عن المجموعة الضابطة، يجب أن يكون الفرق بسبب التلاعب المفترض، وليس بعض العوامل الخارجية. ابحث عن المتغيرات وعناصر التحكم في الأمثلة التالية. لاختبار الفرضية الأولى، سيكتشف الطالب ما إذا كان مكيف الهواء قيد التشغيل. إذا تم تشغيل مكيف الهواء ولكن لا يعمل، يجب أن يكون هناك سبب آخر، ويجب رفض هذه الفرضية. لاختبار الفرضية الثانية، يمكن للطالب التحقق مما إذا كانت المصابيح في الفصل الدراسي تعمل أم لا. إذا كان الأمر كذلك، فلا يوجد انقطاع في التيار الكهربائي ويجب رفض هذه الفرضية. يجب اختبار كل فرضية من خلال إجراء تجارب مناسبة. انتبه إلى أن رفض إحدى الفرضيات لا يحدد ما إذا كان يمكن قبول الفرضيات الأخرى أم لا؛ إنه ببساطة يزيل فرضية واحدة غير صالحة (الشكل\(\PageIndex{5}\)). باستخدام الطريقة العلمية، يتم رفض الفرضيات التي لا تتوافق مع البيانات التجريبية.
في حين أن مثال «الفصل الدراسي الدافئ» هذا يعتمد على نتائج الملاحظة، إلا أن الفرضيات والتجارب الأخرى قد تحتوي على ضوابط أوضح. على سبيل المثال، قد تحضر الطالبة الفصل يوم الاثنين وتدرك أنها واجهت صعوبة في التركيز على المحاضرة. قد تكون إحدى الملاحظات لشرح هذا الحدوث هي: «عندما أتناول وجبة الإفطار قبل الفصل، أكون قادرًا بشكل أفضل على الانتباه». يمكن للطالب بعد ذلك تصميم تجربة مع عنصر تحكم لاختبار هذه الفرضية.
في العلوم القائمة على الفرضيات، يتم التنبؤ بنتائج محددة من فرضية عامة. هذا النوع من التفكير يسمى التفكير الاستنتاجي: ينتقل الخصم من العام إلى الخاص. لكن عكس العملية ممكن أيضًا: في بعض الأحيان، يصل العلماء إلى استنتاج عام من عدد من الملاحظات المحددة. هذا النوع من التفكير يسمى الاستدلال الاستقرائي، وينتقل من الخاص إلى العام. غالبًا ما يتم استخدام التفكير الاستقرائي والاستنتاجي جنبًا إلى جنب لتعزيز المعرفة العلمية (الشكل\(\PageIndex{6}\)).
آرت كونيكشن
في المثال أدناه، يتم استخدام الطريقة العلمية لحل مشكلة يومية. رتب خطوات الطريقة العلمية (العناصر المرقمة) مع عملية حل المشكلة اليومية (العناصر المكتوبة بالحروف). بناءً على نتائج التجربة، هل الفرضية صحيحة؟ إذا كانت غير صحيحة، فاقترح بعض الفرضيات البديلة.
- المراقبة
- سؤال
- الفرضية (الإجابة)
- تنبؤ
- تجربة
- النتيجة
- هناك شيء خاطئ في مأخذ التيار الكهربائي.
- إذا حدث خطأ ما في المنفذ، فلن تعمل آلة صنع القهوة الخاصة بي أيضًا عند توصيلها به.
- محمصة الخبز الخاصة بي لا تحمص خبزي.
- أقوم بتوصيل صانع القهوة الخاص بي بالمخرج.
- آلة صنع القهوة الخاصة بي تعمل.
- لماذا لا تعمل محمصة الخبز الخاصة بي؟
آرت كونيكشن
حدد ما إذا كان كل مما يلي مثالًا على التفكير الاستقرائي أو الاستنتاجي.
- جميع الطيور والحشرات الطائرة لها أجنحة. ترفرف الطيور والحشرات بأجنحتها أثناء تحركها في الهواء. لذلك، تتيح الأجنحة الطيران.
- تعيش الحشرات عمومًا في فصول الشتاء المعتدلة بشكل أفضل من تلك القاسية. لذلك، ستصبح الآفات الحشرية أكثر إشكالية إذا ارتفعت درجات الحرارة العالمية.
- تنقسم الكروموسومات، وهي حاملات الحمض النووي، إلى خلايا ابنة أثناء انقسام الخلايا. لذلك، الحمض النووي هو المادة الوراثية.
- تُظهر جميع الحيوانات المتنوعة مثل البشر والحشرات والذئاب سلوكًا اجتماعيًا. لذلك، يجب أن يتمتع السلوك الاجتماعي بميزة تطورية.
قد تبدو الطريقة العلمية جامدة ومنظمة للغاية. من المهم أن تضع في اعتبارك أنه على الرغم من أن العلماء غالبًا ما يتبعون هذا التسلسل، إلا أن هناك مرونة. في بعض الأحيان تؤدي التجربة إلى استنتاجات تفضل تغيير النهج؛ في كثير من الأحيان، تجلب التجربة أسئلة علمية جديدة تمامًا إلى اللغز. في كثير من الأحيان، لا يعمل العلم بطريقة خطية؛ بدلاً من ذلك، يستخلص العلماء باستمرار الاستنتاجات ويصدرون التعميمات، ويجدون الأنماط مع تقدم أبحاثهم. التفكير العلمي أكثر تعقيدًا مما تقترحه الطريقة العلمية وحدها. لاحظ أيضًا أنه يمكن تطبيق المنهج العلمي لحل المشكلات التي ليست بالضرورة علمية بطبيعتها.
نوعان من العلوم: العلوم الأساسية والعلوم التطبيقية
كان المجتمع العلمي يناقش على مدى العقود القليلة الماضية حول قيمة أنواع مختلفة من العلوم. هل من المفيد متابعة العلم من أجل اكتساب المعرفة ببساطة، أم أن المعرفة العلمية لها قيمة فقط إذا تمكنا من تطبيقها على حل مشكلة معينة أو لتحسين حياتنا؟ يركز هذا السؤال على الاختلافات بين نوعين من العلوم: العلوم الأساسية والعلوم التطبيقية.
تسعى العلوم الأساسية أو العلوم «النقية» إلى توسيع المعرفة بغض النظر عن التطبيق قصير المدى لتلك المعرفة. لا تركز على تطوير منتج أو خدمة ذات قيمة عامة أو تجارية فورية. الهدف المباشر للعلوم الأساسية هو المعرفة من أجل المعرفة، على الرغم من أن هذا لا يعني أنها قد لا تؤدي في النهاية إلى تطبيق عملي.
في المقابل، تهدف العلوم التطبيقية أو «التكنولوجيا» إلى استخدام العلم لحل مشاكل العالم الحقيقي، مما يجعل من الممكن، على سبيل المثال، تحسين غلة المحاصيل، أو إيجاد علاج لمرض معين، أو إنقاذ الحيوانات المهددة بكارثة طبيعية (الشكل\(\PageIndex{7}\)). في العلوم التطبيقية، عادة ما يتم تحديد المشكلة للباحث.
قد ينظر بعض الأفراد إلى العلوم التطبيقية على أنها «مفيدة» والعلوم الأساسية على أنها «عديمة الفائدة». قد يكون السؤال الذي قد يطرحه هؤلاء الأشخاص على عالم يدعو إلى اكتساب المعرفة هو «لماذا؟» ومع ذلك، فإن إلقاء نظرة متأنية على تاريخ العلوم يكشف أن المعرفة الأساسية قد أسفرت عن العديد من التطبيقات الرائعة ذات القيمة الكبيرة. يعتقد العديد من العلماء أن الفهم الأساسي للعلوم ضروري قبل تطوير التطبيق؛ لذلك، تعتمد العلوم التطبيقية على النتائج الناتجة عن العلوم الأساسية. يعتقد علماء آخرون أن الوقت قد حان للانتقال من العلوم الأساسية وبدلاً من ذلك لإيجاد حلول للمشاكل الفعلية. كلا النهجين صحيحان. صحيح أن هناك مشاكل تتطلب اهتمامًا فوريًا؛ ومع ذلك، لن يتم العثور على سوى القليل من الحلول دون مساعدة مؤسسة المعرفة الواسعة التي تم إنشاؤها من خلال العلوم الأساسية.
حدث أحد الأمثلة على كيفية عمل العلوم الأساسية والتطبيقية معًا لحل المشكلات العملية بعد اكتشاف بنية الحمض النووي الذي أدى إلى فهم الآليات الجزيئية التي تحكم تكرار الحمض النووي. توجد خيوط الحمض النووي، الفريدة في كل إنسان، في خلايانا، حيث توفر التعليمات اللازمة للحياة. أثناء تكرار الحمض النووي، يصنع الحمض النووي نسخًا جديدة من نفسه، قبل فترة وجيزة من انقسام الخلية. مكّن فهم آليات تكرار الحمض النووي العلماء من تطوير تقنيات مختبرية تُستخدم الآن لتحديد الأمراض الوراثية وتحديد الأفراد الذين كانوا في مسرح الجريمة وتحديد الأبوة. بدون العلوم الأساسية، من غير المحتمل أن تكون العلوم التطبيقية موجودة.
ومن الأمثلة الأخرى على الصلة بين البحوث الأساسية والتطبيقية مشروع الجينوم البشري، وهو دراسة تم فيها تحليل كل كروموسوم بشري ورسم خرائط له لتحديد التسلسل الدقيق لوحدات الحمض النووي الفرعية والموقع الدقيق لكل جين. (الجين هو الوحدة الأساسية للوراثة؛ المجموعة الكاملة من الجينات للفرد هي الجينوم الخاص به.) كما تمت دراسة الكائنات الحية الأخرى الأقل تعقيدًا كجزء من هذا المشروع من أجل اكتساب فهم أفضل للكروموسومات البشرية. اعتمد مشروع الجينوم البشري (الشكل\(\PageIndex{8}\)) على الأبحاث الأساسية التي أجريت باستخدام الكائنات الحية البسيطة، وبعد ذلك باستخدام الجينوم البشري. أصبح الهدف النهائي المهم في نهاية المطاف استخدام البيانات للبحث التطبيقي والبحث عن العلاجات والتشخيصات المبكرة للأمراض ذات الصلة وراثيًا.
في حين أن الجهود البحثية في كل من العلوم الأساسية والعلوم التطبيقية عادة ما يتم التخطيط لها بعناية، فمن المهم ملاحظة أن بعض الاكتشافات تتم بالصدفة، أي عن طريق حادث محظوظ أو مفاجأة محظوظة. تم اكتشاف البنسلين عندما ترك عالم الأحياء ألكسندر فليمنج بطريق الخطأ طبقًا بتري من بكتيريا المكورات العنقودية مفتوحًا. نما قالب غير مرغوب فيه على الطبق، مما أسفر عن مقتل البكتيريا. تبين أن العفن هو البنسليوم، وتم اكتشاف مضاد حيوي جديد. حتى في عالم العلوم شديد التنظيم، يمكن أن يؤدي الحظ - عندما يقترن بعقل ملاحظ وفضولي - إلى اختراقات غير متوقعة.
الإبلاغ عن العمل العلمي
سواء كان البحث العلمي علمًا أساسيًا أو علمًا تطبيقيًا، يجب على العلماء مشاركة نتائجهم حتى يتمكن الباحثون الآخرون من التوسع والبناء على اكتشافاتهم. التعاون مع العلماء الآخرين - عند تخطيط النتائج وإجرائها وتحليلها - كلها مهمة للبحث العلمي. لهذا السبب، تتمثل الجوانب المهمة لعمل العلماء في التواصل مع الأقران ونشر النتائج على الأقران. يمكن للعلماء مشاركة النتائج من خلال تقديمها في اجتماع أو مؤتمر علمي، ولكن هذا النهج يمكن أن يصل فقط إلى قلة مختارة من الحاضرين. بدلاً من ذلك، يقدم معظم العلماء نتائجهم في مخطوطات تمت مراجعتها من قبل الأقران ويتم نشرها في المجلات العلمية. المخطوطات التي تمت مراجعتها من قبل الأقران هي أوراق علمية تتم مراجعتها من قبل زملاء العلماء أو أقرانهم. هؤلاء الزملاء هم أفراد مؤهلون، وغالبًا ما يكونون خبراء في نفس مجال البحث، ويحكمون فيما إذا كان عمل العالم مناسبًا للنشر أم لا. تساعد عملية مراجعة الأقران على ضمان أن يكون البحث الموصوف في ورقة علمية أو مقترح منحة أصليًا ومهمًا ومنطقيًا وشاملًا. مقترحات المنح، وهي طلبات لتمويل الأبحاث، تخضع أيضًا لمراجعة الأقران. ينشر العلماء أعمالهم حتى يتمكن علماء آخرون من إعادة إنتاج تجاربهم في ظل ظروف مماثلة أو مختلفة للتوسع في النتائج. يجب أن تكون النتائج التجريبية متوافقة مع نتائج العلماء الآخرين.
الورقة العلمية مختلفة تمامًا عن الكتابة الإبداعية. على الرغم من أن الإبداع مطلوب لتصميم التجارب، إلا أن هناك إرشادات ثابتة عندما يتعلق الأمر بتقديم النتائج العلمية. أولاً، يجب أن تكون الكتابة العلمية مختصرة وموجزة ودقيقة. يجب أن تكون الورقة العلمية مختصرة ولكنها مفصلة بما يكفي للسماح للأقران بإعادة إنتاج التجارب.
تتكون الورقة العلمية من عدة أقسام محددة - المقدمة والمواد والأساليب والنتائج والمناقشة. تسمى هذه البنية أحيانًا بتنسيق «iMRAD». عادة ما تكون هناك أقسام للإقرار والمراجع بالإضافة إلى ملخص (ملخص موجز) في بداية الورقة. قد تكون هناك أقسام إضافية اعتمادًا على نوع الورقة والمجلة التي سيتم نشرها فيها؛ على سبيل المثال، تتطلب بعض أوراق المراجعة مخططًا تفصيليًا.
تبدأ المقدمة بمعلومات أساسية موجزة ولكن واسعة حول ما هو معروف في هذا المجال. تقدم المقدمة الجيدة أيضًا الأساس المنطقي للعمل؛ فهي تبرر العمل المنجز وتشير أيضًا بإيجاز إلى نهاية الورقة، حيث سيتم تقديم الفرضية أو سؤال البحث الذي يقود البحث. تشير المقدمة إلى الأعمال العلمية المنشورة للآخرين وبالتالي تتطلب الاستشهادات وفقًا لأسلوب المجلة. يعتبر استخدام أعمال أو أفكار الآخرين دون الاستشهاد المناسب سرقة أدبية.
يتضمن قسم المواد والأساليب وصفًا كاملاً ودقيقًا للمواد المستخدمة، والطريقة والتقنيات المستخدمة من قبل الباحثين لجمع البيانات. يجب أن يكون الوصف دقيقًا بما يكفي للسماح لباحث آخر بتكرار التجربة والحصول على نتائج مماثلة، ولكن لا يجب أن يكون مطولًا. سيتضمن هذا القسم أيضًا معلومات حول كيفية إجراء القياسات وأنواع الحسابات والتحليلات الإحصائية المستخدمة لفحص البيانات الأولية. على الرغم من أن قسم المواد والأساليب يقدم وصفًا دقيقًا للتجارب، إلا أنه لا يناقشها.
تتطلب بعض المجلات قسمًا للنتائج متبوعًا بقسم المناقشة، ولكن من الشائع الجمع بين الاثنين. إذا كانت المجلة لا تسمح بدمج القسمين، فإن قسم النتائج يروي النتائج ببساطة دون أي تفسير إضافي. يتم تقديم النتائج عن طريق الجداول أو الرسوم البيانية، ولكن لا ينبغي تقديم أي معلومات مكررة. في قسم المناقشة، سيقوم الباحث بتفسير النتائج ووصف كيفية ارتباط المتغيرات ومحاولة شرح الملاحظات. لا غنى عن إجراء بحث شامل في الأدبيات لوضع النتائج في سياق البحث العلمي المنشور مسبقًا. لذلك، يتم تضمين الاستشهادات المناسبة في هذا القسم أيضًا.
أخيرًا، يلخص قسم الاستنتاج أهمية النتائج التجريبية. في حين أن الورقة العلمية أجابت بالتأكيد على سؤال علمي واحد أو أكثر تم ذكره، فإن أي بحث جيد يجب أن يؤدي إلى المزيد من الأسئلة. لذلك، فإن الورقة العلمية الجيدة تترك الأبواب مفتوحة للباحث والآخرين لمواصلة وتوسيع النتائج.
لا تتبع مقالات المراجعة صيغة IMRAD لأنها لا تقدم النتائج العلمية الأصلية أو الأدبيات الأولية؛ بدلاً من ذلك، فإنها تلخص النتائج التي تم نشرها كمؤلفات أولية وتعلق عليها وتتضمن عادةً أقسامًا مرجعية واسعة النطاق.
ملخص
علم الأحياء هو العلم الذي يدرس الكائنات الحية وتفاعلاتها مع بعضها البعض وبيئاتها. يحاول العلم وصف وفهم طبيعة الكون كليًا أو جزئيًا بوسائل عقلانية. العلوم لها العديد من المجالات؛ تلك المجالات المتعلقة بالعالم المادي وظواهره تعتبر العلوم الطبيعية.
يمكن أن يكون العلم أساسيًا أو تطبيقيًا. الهدف الرئيسي للعلوم الأساسية هو توسيع المعرفة دون أي توقع للتطبيق العملي قصير المدى لتلك المعرفة. ومع ذلك، فإن الهدف الأساسي للبحث التطبيقي هو حل المشكلات العملية.
يتم استخدام نوعين من التفكير المنطقي في العلوم. يستخدم التفكير الاستقرائي نتائج معينة لإنتاج مبادئ علمية عامة. التفكير الاستنتاجي هو شكل من أشكال التفكير المنطقي الذي يتنبأ بالنتائج من خلال تطبيق المبادئ العامة. الخيط المشترك في البحث العلمي هو استخدام المنهج العلمي، وهي عملية قائمة على الخطوات تتكون من إجراء الملاحظات، وتحديد المشكلة، وطرح الفرضيات، واختبار هذه الفرضيات، واستخلاص استنتاج واحد أو أكثر. يستخدم الاختبار عناصر تحكم مناسبة. يقدم العلماء نتائجهم في أوراق علمية تمت مراجعتها من قبل الأقران ونشرت في المجلات العلمية. تتكون ورقة البحث العلمي من عدة أقسام محددة جيدًا: المقدمة والمواد والأساليب والنتائج وأخيرًا المناقشة الختامية. تلخص أوراق المراجعة البحث الذي تم إجراؤه في مجال معين على مدار فترة زمنية.
اتصالات فنية
الشكل\(\PageIndex{5}\): في المثال أدناه، يتم استخدام الطريقة العلمية لحل مشكلة يومية. رتب خطوات الطريقة العلمية (العناصر المرقمة) مع عملية حل المشكلة اليومية (العناصر المكتوبة بالحروف). بناءً على نتائج التجربة، هل الفرضية صحيحة؟ إذا كانت غير صحيحة، فاقترح بعض الفرضيات البديلة.
- المراقبة
- سؤال
- الفرضية (الإجابة)
- تنبؤ
- تجربة
- النتيجة
- هناك شيء خاطئ في مأخذ التيار الكهربائي.
- إذا حدث خطأ ما في المنفذ، فلن تعمل آلة صنع القهوة الخاصة بي أيضًا عند توصيلها به.
- محمصة الخبز الخاصة بي لا تحمص خبزي.
- أقوم بتوصيل صانع القهوة الخاص بي بالمخرج.
- آلة صنع القهوة الخاصة بي تعمل.
- لماذا لا تعمل محمصة الخبز الخاصة بي؟
- إجابة
-
1: C؛ 2: F؛ 3: A؛ 4: B؛ 5: D؛ 6: E. الفرضية الأصلية غير صحيحة، حيث يعمل صانع القهوة عند توصيله بالمخرج. تتضمن الفرضيات البديلة أن محمصة الخبز قد تكون مكسورة أو أن المحمصة لم تكن قيد التشغيل.
الشكل\(\PageIndex{6}\): حدد ما إذا كان كل مما يلي مثالًا على التفكير الاستقرائي أو الاستنتاجي.
- جميع الطيور والحشرات الطائرة لها أجنحة. ترفرف الطيور والحشرات بأجنحتها أثناء تحركها في الهواء. لذلك، تتيح الأجنحة الطيران.
- تعيش الحشرات عمومًا في فصول الشتاء المعتدلة بشكل أفضل من تلك القاسية. لذلك، ستصبح الآفات الحشرية أكثر إشكالية إذا ارتفعت درجات الحرارة العالمية.
- تنقسم الكروموسومات، وهي حاملات الحمض النووي، إلى خلايا ابنة أثناء انقسام الخلايا. لذلك، الحمض النووي هو المادة الوراثية.
- تُظهر جميع الحيوانات المتنوعة مثل البشر والحشرات والذئاب سلوكًا اجتماعيًا. لذلك، يجب أن يتمتع السلوك الاجتماعي بميزة تطورية.
- إجابة
-
1: الاستقرائي؛ 2: استنتاجي؛ 3: استنتاجي؛ 4: الاستقرائي.
مسرد المصطلحات
- تجريدي
- القسم الافتتاحي لورقة علمية تلخص البحث والاستنتاجات
- العلوم التطبيقية
- شكل من أشكال العلوم التي تهدف إلى حل مشاكل العالم الحقيقي
- العلوم الأساسية
- العلم الذي يسعى إلى توسيع المعرفة والفهم بغض النظر عن تطبيق تلك المعرفة على المدى القصير
- بيولوجيا
- دراسة الكائنات الحية وتفاعلاتها مع بعضها البعض وبيئاتها
- الاستنتاج
- قسم من ورقة علمية يلخص أهمية النتائج التجريبية
- سيطر
- جزء من تجربة لا تتغير أثناء التجربة
- منطق استنباطي
- شكل من أشكال التفكير المنطقي الذي يستخدم بيانًا شاملاً عامًا للتنبؤ بنتائج محددة
- علم وصفي
- (أيضًا علم الاكتشاف) شكل من أشكال العلوم التي تهدف إلى المراقبة والاستكشاف والتحقيق
- نقاش
- قسم من ورقة علمية يفسر فيها المؤلف النتائج التجريبية، ويصف كيفية ارتباط المتغيرات، ويحاول شرح الظاهرة المعنية
- قابل للتزوير
- قادرة على دحضها من خلال النتائج التجريبية
- فرضية
- شرح مقترح للملاحظة، والذي يمكن اختباره
- العلوم القائمة على الفرضيات
- شكل من أشكال العلوم التي تبدأ بسؤال محدد وإجابات محتملة قابلة للاختبار
- الاستدلال الاستقرائي
- شكل من أشكال التفكير المنطقي الذي يستخدم الملاحظات ذات الصلة للوصول إلى استنتاج عام
- مقدمة
- القسم الافتتاحي لورقة علمية، والتي توفر معلومات أساسية حول ما كان معروفًا في المجال قبل البحث المذكور في الورقة
- علوم الحياة
- مجال العلوم، مثل علم الأحياء، الذي يدرس الكائنات الحية
- المواد والأساليب
- قسم من ورقة علمية يتضمن وصفًا كاملاً للمواد والأساليب والتقنيات المستخدمة من قبل الباحثين لجمع البيانات
- العلوم الطبيعية
- مجال العلوم المرتبط بالعالم المادي وظواهره وعملياته
- مخطوطة خاضعة لمراجعة الأقران
- ورقة علمية تتم مراجعتها من قبل زملاء العلماء الذين هم خبراء في مجال الدراسة
- العلوم الفيزيائية
- مجال العلوم، مثل الجيولوجيا وعلم الفلك والفيزياء والكيمياء، الذي يدرس المواد غير الحية
- سرقة أدبية
- استخدام أعمال أو أفكار الآخرين دون الاستشهاد المناسب، مما يخلق انطباعًا خاطئًا بأن هذه هي الأفكار الأصلية للمؤلف
- النتائج
- قسم من ورقة علمية يروي فيها المؤلف النتائج التجريبية ويعرض الأشكال والصور والرسوم البيانية والجداول ذات الصلة، دون أي تفسير آخر
- مقالة مراجعة
- ورقة تلخص وتعلق على النتائج التي تم نشرها كأدبيات أولية
- علم
- المعرفة التي تغطي الحقائق العامة أو تطبيق القوانين العامة، خاصة عند اكتسابها واختبارها بالطريقة العلمية
- طريقة علمية
- طريقة البحث بخطوات محددة تشمل الملاحظة وصياغة الفرضية والاختبار وتأكيد الفرضية أو تزويرها
- الصدفة
- حادث محظوظ أو مفاجأة محظوظة
- نظرية
- شرح تم اختباره وتأكيده للملاحظات أو الظواهر
- متغير
- جزء من تجربة يمكن أن يغيرها المجرب أو يغيرها