กระบวนการทางวิทยาศาสตร์

ความสัมพันธ์ของกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์

วิทยาศาสตร์  คือ   การหาความสัมพันธ์เชิงความเป็นเหตุเป็นผลของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ  เช่น  ทำไมเราจึงเป็นหวัด  ซึ่งจะต้องหาเหตุคือการที่มนุษย์ได้รับเชื้อไวรัส  จึงทำให้ได้ผลตามมาคือเป็นโรคหวัด  เป็นต้น  ซึ่งการเป็นหวัดคือปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของร่างกาย  หากต้องการศึกษาให้เข้าใจมากกว่าแค่เหตุและผลนั้น  เราตะต้องใช้วิทยาศาสตร์ในการหาคำตอบเชิงกลไกเกี่ยวกับการทำงานของไวรัส DNA รวมถึงผลกระทบกัยส่วนอื่นๆ อีกมากมาย เพื่อนำไปสู่การพัฒนาวัคซีนในการรักษาได้ถูกต้องและแม่นยำ

วิศวกรรมศาสตร์  คือ  การนำองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มาสร้างเป็นเทคโนโลยี  ซึ่งมีหลายแขนง  เช่น วิศวกรรมโยธาเชี่ยวชาญการสร้างตึก  ถนน  สะพาน  วิศวกรรมเครื่องกลเชี่ยวชาญการสร้างยานพาหนะ  วิศวกรรมสื่อสารเชี่ยวชาญการสร้างเทโนโลยีเพื่อการสื่อสารต่างๆ ตัวอย่างการใช้วิศวกรรม  เช่น การสร้างสนามบินแห่งหนึ่งจะต้องมีวิศวกรรมศาสตร์หลายสาขาที่สร้างเทคโนโลยีในแต่ละส่วนและนำมาใช้ร่วมกันได้

กระบวนการคิดและการทำงานทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมตร์  มีดังนี้

กระบวนการทางวิทยาศาสตร์

กระบวนการทางวิทยาศาสตร์  คือ  การพิสูจน์เพื่อให้เกิดการยอมรับในความรู้ใหม่โดยใช้พื้นฐานจากความรู้ที่มีอยู่เดิม  โดยกระบวนการสร้างองค์ความรู้ใหม่เกิดจากวคามรู้เดิมซึ่งไม่สามารถอธิบายได้  จึงตั้งสมมติฐานเพื่อการออกแบบกระบวนการคิดวิเคราะห์อย่างมีตรรกะ  และสังเคราะห์เป็นความรู้ใหม่ที่ปราศจากข้อโต้แย้ง  และสามารถอธิบายความเป็นมาของความรู้ใหม่บนพื้นฐานความรู้เดิมได้อย่างมีเหตุผล

ตัวอย่างแนวคิดกระบวนการทางวิทยาศาสตร์

มนุษย์ดำรงชีวิตอยู่บนโลกมาตั้งแต่อดีต  โดยรู้จักแสงแดดในรูปของพลังงานที่ให้ความอบอุ่นและแสงสว่างจึงทำให้มนุษย์สามารถมองเห็นได้ชัดเจนในช่วงที่ดวงอาทิตย์ยังไม่ตก  ซึ่งต่อมาได้มีผู้ศึกษาแสงที่ส่องมาจากดวงอาทิตย์  คือ  เซอร์  ไอแซก  นิวตัน  เป็นนักฟิสิกส์ที่ได้ศึกษาธรรมชาติพื้นฐานของแสง  นิวตันได้ทำการทดลองที่สามารถแยกแสงแสงดวงอาทิตย์ที่ไม่มีสีหรือเราเรียกกันว่า  แสงสีขาว  ให้เกิดการหักเหของแสงจนเกิดเป็นแถบสีขึ้นมาได้สำเร็จ  โดยการนำปริซึมฐานสามเหลี่ยมแยกแสงจากดวงอาทิตย์ออกเป็นแถบสีรุ้ง  โดยนิวตันทำการตั้งสมมติฐานไว้ ดังนี

เมื่อนิวตันได้ผลการทดลองแล้ว  นิวตันจึงสงสัยว่า  แสงที่หักจนได้สีต่างๆ  ออกมานั้น  สามารถรวมกลับไปเป็นแสงสีขาวได้หรือไม่  นิวตันจึงทำการทดลองโดยการนำปริซึม  2  แท่ง  มาทำการทดลอง  โดยการนำปริซึมแท่งแรกทำการหักเหแสงสีขาวจากดวงอาทิตย์ออกมาได้เป็นสีรุ้งที่สามารถเห็นได้ว่ามี  7  สี  แล้วนำปริซึมแท่งที่ 2 มารับแสงสีรุ้งจากปริซึมแท่งแรก  จะพบว่าปริซึมแท่งที่ 2 ทำหน้าที่รวมแสงที่หักจากปริซึมแท่งแรกกลับมาเป็นแสงสีขาวได้

การใช้กระบวนการทางวิทยาศาสต์กับการทดลองของนิวตัน

 ความรู้เดิม  (Existing Knowledge)  เป็นการนำความรู้เดิมโดยเน้นทางวิทยาศษสตร์และคณิตศาสตร์  หรือความรู้ที่ได้จากประสบการณ์ในชีวิตซึ่งความรู้เดิมที่เรารู้อยู่แล้ว  คือ  เมื่อแสงเดินผ่านตัวแลาง  แสงสามารถหักเหได้

 ความอยากรู้ทางวิทยาศาสตร์ (Sicentific Curiosity)  ตั้งข้อสงสัยว่า  แสงสีขาวระหว่างที่เดินทางผ่านปริซึมแล้วเกิดอะไรขึ้นบ้าง  จึงทำให้แสงสัขาวที่เดินทางผ่านปริซึมมีแสงออกมาเป็นแสง  7  สีแทน

 ตั้งสมมติฐาน  (Hypothesis)  ตั้งสมมติฐานว่า  แสงเดินทางผ่านปริซึมแล้วแสงถูกปริซึมทำให้เปลี่ยนสี  หรือเกิดการหักเหของแสง

 ออกแบบการทดลอง (Experiment)  การออกแบบเป็นสิ่งที่มีความหลากหลายทางความคิด  โดยสามารถออกแบบการทดลองได้หลายวิธี  เช่น  การใช้แสงจากดวงอาทิตย์  แสงจากเทียน  แสงจากการเผาไหม้  หรือแสงจากหลอดไฟ  แล้วเมื่อนำปริซึมไปรับแสง  จะต้องว่างอย่างไร  และเมื่อทำมุมต่างๆ กับแสงที่เดินผ่านปริซึมจะเกิดอะไรขึ้นบ้าง  ขนาดของปริซึมมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของหรือไม่

 สรุปวิเคราะห์  (Analysis)  เมื่อทำการทดลองแล้ว  จึงได้ผลการทดลองที่สอดคล้องกับความรู้เดิมและสามารถอธิบายโดยใช้หลักของวิทยาศาสตร์ในการอธิบายการเกิดของแสง  7  วี  ซึ่งผลสรุปคือ  "ปริซึมไม่ได้ทำให้สีของแสงอาทิตย์เปลี่ยน แต่ปริซึมหักเหให้สีต่างๆ แยกออกจากกัน"  อธิบายได้ว่า  แสงสีขาวจะประกอบไปด้วยแสง  7  สี  รวมกันจยเป็นแสงสีขาวและเมื่อใช้ปริซึมแสงสีขาวจะเกิดการหักเห  ซึ่งแสงทั้ง 7 สี  จะมีมุมหักเหไม่เท่ากันจนเกิดการกระจายออกมาให้เห็นเป็น  7  สี  นั่นเอง

 นำข้อสรุปไปพิสูจน์  (Proof)  ทำการพิสูจน์ตามหลักวิทยาศาสตร์เพื่อยินยันการทดลองบนความรู้ทางวิทยาศาสตร์  ซึ่งเมื่อได้รับการพิสูจน์แล้วก็จะเป็นความรู้ใหม่ที่เผยแพร่ไปสู่คนทั่วไป  จากความรู้นี้ทำให้คนรุ่นต่อมาสามารถที่จะอธิบายปรากฏการณ์รุ้งกินน้ำได้ตามหลักวิทยาศาสตร์นั่งเอง