กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (Scientific method)
กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ คือ วิธีการและขั้นตอนที่ใช้ดำเนินการค้นคว้าหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ แบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ
- วิธีการทางวิทยาศาสตร์วิทยาศาสตร์ (scientific method)
- ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (science process skill)
- จิตวิทยาศาสตร์ (scientific mind)
โดยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์นั้นประกอบด้วยขั้นตอนต่าง ๆ สามารถสรุปเป็นแผนผังดังนี้
ในขั้นตอนของการตั้งสมมติฐานนั้น การควบคุมปัจจัยถือเป็นสิ่งที่สำคัญ เพราะจะมีผลต่อการทดลอง นั่นก็คือตัวแปรนั่นเอง
ตัวแปร (Variable) มีอยู่ 3 ประเภท คือ
- ตัวแปรต้นหรือตัวแปรอิสระ (Independent Variable) หมายถึง ตัวแปรที่ต้องการศึกษาหรือเป็น สาเหตุของสิ่งที่ต้องการตรวจสอบ
- ตัวแปรตาม (Dependent Variable) หมายถึง ตัวแปรที่เป็นผลที่เกิดจากตัวแปรต้น
- ตัวแปรควบคุม (Controlled Variable) หมายถึง ตัวแปรอื่นๆ ที่อาจมีผลต่อการ ทดลองและไม่ ต้องการศึกษาผลของตัวแปรเหล่านี้จึงตองควบคุมให้คงที่ การควบคุมตัวแปรเหล่านี้ต้องจัดชุดทดลองเป็น 2 ชุด คือ
- ชุดทดลอง (Experimental Group) หรือชุดทดสอบ (Treated Group) ใช้ศึกษาผลของตัว แปรต้น
- ชุดควบคุม (Controlled Group) ใช้เป็นมาตรฐานเปรียบเทียบกับชุดทดลองเพื่อสนับสนุนผลการทดลองว่าเกิดจากตัวแปรต้นที่ตั้งสมมติฐานไว้จริง
กล้องจุลทรรศน์ (Microscope)
เป็นเครื่องมือที่สำคัญในการศึกษาชีววิทยา เพราะจะช่วยให้เรามองเห็นในสิ่งที่เล็กมากๆ โดยกล้องจุลทรรศน์สามารถขยายขอบเขตของประสาทสัมผัสทางตาให้เห็นสิ่งที่ไม่สามารถเห็นด้วยตาเปล่า เช่น จุลินทรีย์ เซลล์เม็ด เลือด เป็นต้น
กล้องจุลทรรศน์มีกี่ประเภท
กล้องจุลทรรศน์แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่
1. กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (Light Microscope)
- กล้องจุลทรรศน์ใช้แสงแบบธรรมดา (Simple Light Microscope) ประกอบด้วยเลนส์2 ชนิด คือ เลนส์ใกล้วัตถุและเลนส์ใกล้ตา โดยใช้แสงผ่านวัตถุแล้วขึ้นมาที่เลนส์จนเห็นภาพบนวัตถุอย่างชัดเจน ทำให้เกิดภาพแบบ 2 มิติ เป็นภาพเสมือนหัวกลับ กลับซ้ายเป็นขวา
- กล้องจุลทรรศน์ใช้แสงแบบสเตอริโอ (Stereo Light Microscope) เป็นกล้องที่ประกอบด้วยเลนส์ที่ทำให้เกิดภาพแบบ 3 มิติ มักใช้ศึกษาวัตถุที่มีขนาดใหญ่แต่ตาเปล่าไม่สามารถแยกรายละเอียดได้จึงต้องใช้กล้องชนิดนี้ช่วยขยาย และใช้ศึกษาได้ทั้งวัตถุโปร่งแสงและวัตถุทึบแสง
2. กล้องจุลทรรศน์แบบอิเล็กตรอน (Electron Microscope)
เป็นกล้องที่ใช้อิเล็กตรอนความถี่สูงให้การทำงาน แทนแสง สามารถขยายได้ถึง 500,000 เท่า จนเห็นโมเลกุลที่อยู่ในโครงสร้างต่างๆ ได้เลย ซึ่งมี 2 แบบ คือ
- กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (Transmission Electron Microscope) หรือเรียกสั้น ๆ ว่า TEM ใช้ในการศึกษาโครงสร้างภายในเซลล์โดยลำแสงอิเล็กตรอนจะส่องผ่าน เซลล์หรือตัวอย่างที่ศึกษา ซึ่งต้องมีการเตรียมแบบพิเศษและบางเป็นพิเศษด้วย ทำให้ได้ภาพซึ่งมีลักษณะเป็นภาพ 2 มิติ
- กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning Electron Microscope) หรือเรียกสั้น ๆ ว่า SEM ใช้ศึกษาผิวของเซลล์หรือผิวของวัตถุที่นำมาศึกษา โดยลำแสงอิเล็กตรอนจะส่องกราดไปบนผิววัตถุ ทำให้ได้ภาพซึ่งมีลักษณะเป็นภาพ 3 มิติ
ส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์มีอะไรบ้าง
- ส่วนฐาน (base) เป็นส่วนที่ใช้ในการตั้งกล้อง ทำหน้าที่รับน้ำหนักตัวกล้องทั้งหมด
- ส่วนแขน (arm) คือ ส่วนที่ทำหน้าที่ยึดระหว่างส่วนลำกล้องกับฐาน เป็นตำแหน่งที่จับเวลายกกล้อง
- ลำกล้อง (body tube) เป็นส่วนที่เชื่อมโยงอยู่ระหว่างเลนส์ใกล้ตากับเลนส์ใกล้วัตถุ มีหน้าป้องกันไม่ให้แสงจาก ภายนอกรบกวน
- แผ่นหมุน (revolving nosepiece) เป็นแผ่นกลมหมุนได้ มีเลนส์ใกล้วัตถุติดอยู่เพื่อหมุนเปลี่ยนกำลังขยายของเลนส์ตามความต้องการ
- เลนส์ใกล้วัตถุ (objective lens) คือ เลนส์ที่ติดอยู่บนแผ่นหมุน ซึ่งตามปกติจะมี 3 หรือ 4 อัน แต่ละอันจะมีตัวเลขแสดงกำลังขยายกำกับไว้ เช่น x4, x10, x40 หรือ x100 เป็นต้น
- เลนส์ใกล้ตา (eyepiece lens) คือ เลนส์ชุดที่อยู่ส่วนบนสุดของกล้อง มีตัวเลขบอกกำลังขยายอยู่ทางด้านบน เช่น x5, x10, หรือ x15 เป็นต้น บางกล้องมีเลนส์ใกล้ตาอันเดียว (monocular) บางกล้องมีเลนส์ใกล้ตา 2 อัน (binocular) เลนส์ชุดนี้ขยายภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุ ภาพที่เห็นมีขนาดขยายเป็นภาพเสมือนหัวกลับ และกลับซ้ายเป็นขวากับวัตถุ
- วงล้อปรับภาพ (adjustment wheel) สำหรับปรับระยะห่างระหว่างวัตถุกับเลนส์ใกล้วัตถุเพื่อปรับภาพให้เห็นชัด ซึ่งระยะห่างที่ทำให้เห็นภาพชัด เรียกว่า ระยะการทำงานของกล้อง (working distance) หรือระยะโฟกัสของกล้อง วงล้อดังกล่าวมี 2 ชนิด คือ ชนิดปรับภาพหยาบ (coarse adjustment wheel) ใช้ปรับระยะห่างระหว่างวัตถุกับเลนส์ใกล้วัตถุชนิดกำลังขยาย 10 เท่าลงมา และชนิดปรับภาพละเอียด (fine adjustment wheel) ใช้ปรับภาพให้ชัด เมื่อใช้เลนส์ใกล้วัตถุกำลังขยายสูง 40 เท่าขึ้นไป
- แท่นวางวัตถุ (stage) มีช่องตรงกลางสำหรับให้แสงผ่าน และใช้วางสไลด์แก้ว เป็นอุปกรณ์ที่เคลื่อนที่ได้ (mechanical stage) ด้วยการหมุนปุ่มบังคับ อุปกรณ์ดังกล่าวมีคลิปเกาะสไลด์ และมีสเกลบอกตำแหน่งของสไลด์บนแท่นวางวัตถุ ฉะนั้นอุปกรณ์นี้จะช่วยอำนวยความสะดวกในการเลื่อนสไลด์ไปทางขวา ซ้าย หน้า และหลังได้ในขณะที่ตามองภาพในกล้อง ช่วยให้หาภาพได้รวดเร็ว และมีสเกลบอกตำแหน่งของวัตถุบนสไลด์
- คอนเดนเซอร์ (condenser) หรือเลนส์รวมแสง คือชุดของเลนส์ที่ทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มขึ้นเพื่อส่งไปยังวัตถุที่ต้องการศึกษา
- ไอริสไดอะแฟรม (iris diaphragm) เป็นม่านปรับรูเปิดเพื่อให้แสงผ่านเข้า condenser และมีปุ่มสำหรับปรับไอริสไดอะแฟรม ให้แสงผ่านเข้ามากน้อยตามต้องการ
- แหล่งกำเนิดแสง (light source) เป็นหลอดไฟฟ้าให้แสงสว่างติดอยู่ที่ฐานกล้อง มีสวิทช์เปิดปิด และมีสเกลปรับปริมาณแสงสว่าง
ตัวอย่างข้อสอบเรื่อง การศึกษาทางชีววิทยาและกล้องจุลทรรศน์
1. ถ้าภาพในกล้องจุลทรรศน์เห็นไม่ชัดเจนควรทำอย่างไร
ก. หมันปุ่มปรับภาพละเอียด
ข. หมุนปุ่มปรับภาพหยาบ
ค. เลื่อนสไลด์ไปมา
ง. หมุนกระจกเพื่อให้แสงเข้า
2. เลนส์ใกล้ตาของกล้องจุลทรรศน์ทำหน้าที่สำคัญคืออะไร
ก. รวมลำแสงให้เข้มขึ้น
ข. ขยายวัตถุให้เกิดภาพจริง
ค. ขยายภาพเสมือนให้เกิดภาพเสมือน
ง. ขยายภาพเสมือนให้เกิดภาพจริง
3. ข้อใดเป็นการใช้กล้องจุลทรรศน์ที่ไม่ถูกวิธี
ก. ในการดูเลนส์ใกล้วัตถุ ควรเริ่มจากกำลังขยายต่ำสุดก่อน
ข. ในการใช้เลนส์ใกล้วัตถุที่มีกำลังขยาย 100x ควรใช้น้ำมันหล่อลื่นหยอด
ค. ในการเคลื่อนย้ายกล้องจุลทรรศน์ มือหนึ่งควรจับที่แขน และอีกมือรองที่ฐานของกล้องโดยต้องให้ลำกล้องตั้งตรง
ง. เมื่อต้องการขยายภาพให้ใหญ่ขึ้นให้หมุนเลนส์ใกล้วัตถุกำลังขยายต่ำสุดขึ้นมาแล้วปรับแสงให้สว่างขึ้น
4. สมมติฐานเราถือว่าเป็นคำตอบได้ถูกต้องได้ก็ต่อเมื่อ
ก. ได้สังเกตเห็นแล้วว่าสมมติฐานนั้นเป็นจริง
ข. มีผู้บอกว่าสมมติฐานนั้นเป็นจริง
ค. ทำการทดลองสมมติฐานและตรวจสอบแล้วว่าเป็นจริง
ง. มีผู้ยืนยันหลายท่านว่าเป็นจริง
5. ข้อใดเป็นลักษณะของสมมติฐานที่ดี
ก. ครอบคลุมเหตุการณ์และปรากฏการณ์ต่างๆ ภายในสภาพแวดล้อมเดียวกัน
ข. สามารถอธิบายปัญหาได้หลายแง่หลายมุม
ค. สามารถอธิบายปัญหาได้อย่างแจ่มชัด
ง. สามารถแก้ปัญหาที่สงสัยได้อย่างชัดเจน
