فرضیه و آزمون فرضیه

مبحث موسوم به " فرضیه و آزمون فرضیه " اغلب با همین عنوان ، گاهی با کمی تغییر با عنوان هایی نظیر " ساختن فرضیه " یا " طرح فرضیه " و گاهی نیز با عنوان " روش علمی "، در کتاب های زیست شناسی مطرح می شود.

نیت اصلی، از طرح این موضوع در آموزش متوسطه ، این است که دانش آموزان تنها به یاد گرفتن یافته های علوم بسنده نکنند. یا به تعبیر بهتر ، هدف آموزش ،تنها انتقال یافته های محققان به دانش آموزان نباشد، بلکه همراه یافته ها و حتی قبل از طرح یافته ها ، شیوه اندیشه و نحوه حرکت ذهن محققان به وضوح ترسیم شود. به این ترتیب ، دانش آموز به جای آن که در فرایند آموزش نقش یک تماشاگر ساده را داشته باشد، به ترتیبی در جای همان محققی که برای اولین بار مساله را درک و تفسیر کرده است، قرار گیرد و در فرصت زمانی بسیار کوتاه ، تجربه محقق اول را از لحاظ شیوه حرکت ذهن تکرار کند.

نیاز به توضیح ندارد که این نحوه آموزش ، مزایای بسیار زیادی دارد. ورود به جزئیات این شیوه و شرح و وصف مزایای آن ، نیازمند نوشتاری مستقل است و ما تنها به یک اشاره کوتاه اکتفا می کنیم . وقتی دانش آموزی مطالب علمی را از طریق تکرار تجربه های محققان ، یا به تعبیری ، لمس شیوه حرکت ذهن و مسیر استدلال کاشفان یاد می گیرد، این توانایی را پیدا می کند که ذهن خود را مانند ذهن محققان به کار اندازد، به شیوه آنان با مسائل جدید برخورد کند و در نهایت ، به سهم خود علم را چند پله جلوتر ببرد.

نحوه آموزش " فرضیه و آزمون فرضیه " در کتاب های آمریکایی

در دو کتاب بسیار معروف، که برای آموزش مفاهیم زیست شناسی در سطح متوسطه آمریکا نگارش یافته اند، به جای آن که روش حرکت و استدلال ذهن را به صورت انتزاعی و دشوار برای تجسم در ذهن دانش آموزان مطرح کنند، مساله را از طریق ذکر یک مثال ملموس با آنان در میان می گذارند.

مثال انتخاب شده، تغییر رنگ خرگوش های قطبی در طول سال است. خرگوش های ناحیه قطب در فصل زمستان که سطح زمین از برف پوشیده می شود ، به رنگ سفید در می آیند و به دلیل همرنگ شدن با محیط ، از استتار بالاتری بهره می برند. به این معنا که صیادان با دشواری قادر به تشخیص خرگوش در محیط زیستنش می شوند. با فرا رسیدن فصل بهار و تابستان برف ها آب می شوند ، سطح زمین رنگ قهوه ای یا تیره پیدا می کند و خرگوش سفید در چنین محیطی به سهولت در معرض تشخیص و صید قرار می گیرد. در این هنگام از سال ، خرگوش ها تغییر رنگ می دهند و پوست بدن آن ها به رنگ قهوه ای و تیره در می آید تا همرنگی با محیط و استتار بهتر را در شرایط جدید تامین کند.

سوال این است که چه عاملی باعث این تغییر رنگ می شود؟ یا به تعبیر بهتر ، چه عاملی سازوکارهای منتهی به تغییر رنگ در بدن خرگوش ها را تحریک یا راه اندازی می کند؟ این جاست که مرحله " فرضیه سازی" آغاز می شود. ذهن انسان ها به این نکته می اندیشد که با پایان یافتن زمستان و فرا رسیدن بهار ، کدام تغییرات اصلی در محیط زندگی رخ می دهند؟

این تحقیق نشان می دهد که :

• دمای هوا افزایش می یابد.
• طول روزها بلندتر می شود.
• منابع غذایی مورد استفاده خرگوش ها عوض می شوند.

حال نوبت به طرح فرضیه هاست.

فرضیه 1: افزایش دما عامل یا محرک تغییر رنگ خرگوش هاست.

می توان این فرضیه رابه سادگی آزمود. کافی است تعدادی از خرگوش ها در پایان فصل زمستان ، قبل از تغییر رنگ ، به صورت زنده شکار شوند و در شرایطی قرار گیرند که از نظر طول روز، یعنی ساعات روشنایی و شیوه تغذیه مانند دیگر خرگوش ها باشند، ولی دمای محیط در حد دمای زمستانی تثبیت شود. اگر رنگ خرگوش های مورد آزمایش به حالت اولیه ، یعنی سفید باقی بماند و تغییر رنگ در آن ها بروز نکند ، صحت فرضیه اول تایید شده است. ولی اگر با وجود قرار گرفتن در شرایط دمایی زمستان ، تغییر رنگ در آن ها ظاهر شود ، بطلان فرضیه ثابت شده است.

عملا این تجربه نشان می دهد که با قرار گرفتن خرگوش ها در شرایط دمایی زمستان ، تغییر رنگ به وجود میآید و در نتیجه ، فرضیه اول درست نبوده است.

فرضیه 2: تغییر رنگ ناشی از افزایش طول روزهاست. برای آزمون درستی یا نادرستی این فرض ، می توان آزمایش دیگری ترتیب داد: تعدادی از خرگوش ها در شرایطی قرار داده می شوند که از نظر نحوه نوسان دما و شیوه تغذیه ، یعنی منابع غذایی مورد مصرف ، مانند سایر خرگوش ها باشند. ولی در محیط زندگی بسته ای که برای آن ها تدارک دیده می شود ، ساعات روشنایی یعنی طول روز ، مانند فصل زمستان تنظیم می گردد. این تجربه نشان می دهد که تغییر رنگ در این گروه به وجود نمیآید و در نتیجه ، صحت فرضیه که تغییر رنگ را ناشی از تغییر فتوپریودیسم یا تغییر در میزان تابش نور می داند ، اثبات شده است.

تعمقی کوتاه درباره نحوه طرح فرضیه ها و شیوه آزمودن آن ها ، نشان می دهد که آزمودن فرضیه بر طرح یک قضیه یا به عبارت ساده تر ، تنظیم یک عبارت با چارچوب " اگر ...، در این صورت ...." مبتنی است.

مصداق قضیه یاد شده ، در مثال اول چنین است:

تغییر رنگ خرگوش ها ناشی از افزایش دمای محیط در آغاز بهار است . اگر این فرضیه درست باشد ،در این صورت خرگوش های قرار گرفته در شرایط دمایی زمستان ( یعنی مصون از تحمل افزایش دما) ، تغییر رنگ را بروز نخواهند داد.

چارچوب قضیه در مثال دوم شکل زیر را دارد:

بلند شدن طول روزها عامل تغییر رنگ در خرگوش هاست. اگر در محیط زندگی خرگوش مانع بلند شدن طول روزها شویم ، باید تغییر رنگ بروز نکند.

تجربه صحت این قضیه را تایید و در نتیجه ، درستی فرضیه را اثبات می کند.

چند مثال دیگر

استفاده از مثال های دیگر همراه با توضیح بیش تر مبانی رشد اندیشه و استدلال ، این امکان را فراهم می کنند تا دانش آموزان با چند مساله بنیادین دیگر در زیست شناسی که یا قبلا آن ها را بررسی کرده ، یا در مرحله های بعدی بررسی خواهند کرد، با نگرش دیگری برخورد کنند.

1- استفاده از کودهای حیوانی و انسانی

مورخان ، قدمت استفاده از روش کوددهی را به حدود ده هزار سال قبل و ابداع و رواج آن را به چینی ها نسبت می دهند. صرف نظر از میزان قدمت زمانی و محل ابداع ، روی آوردن به روش کوددهی نشانه های روشنی از توجه و استناد به " فرضیه و آزمون فرضیه " را همراه دارد. در واقع ، مساله از این جا آغاز شد که انسان ها به دنبال ابداع کشاورزی متوجه شدند که زراعت مداوم در یک مزرعه باعث کاهش توان تولید خاک می شود. آن ها به خوبی به این نکته توجه داشتند که به دنبال پاشیدن تعداد محدودی دانه ، مثلا از غلات یا بقولات ، توده بسیار بزرگ تری از تولید گیاهی را از مزرعه بیرون می برند . از این رو ، حدس می زدند که تولید گیاهی ثمره جذب مواد و عناصر از خاک مزرعه است ، و احتمالا ، همین خروج مداوم به ضعف خاک و کاهش میزان تولید منجر می شود. بنابراین ، با خود می گفتند : اگر این فرض درست باشد ، در این صورت بازگرداندن مواد خارج شده از مزرعه – که در نهایت پس از مصرف تولیدات گیاهی از طرف حیوانات و انسان به صورت فضولات حیوانی و انسانی در می آید – باید بتواند ضعف مزرعه ها را برطرف کند.

2- آزمایش ردی برای بطلان فرضیه خلق الساعه

در عصر فرانچسکو ردی پزشک و طبیعی دان ایتالیایی ، بیش تر دانشمندان به پیدایش خلق الساعه جانداران ، از محیط غیر زنده معتقد بودند. از مثال های معروف پیدایش خلق الساعه ، ظهور کرم روی تکه های گوشت یا روی اجساد جانداران بود. ردی این پدیده را با دقت بررسی کرد و دو نکته زیر را مشخصا مورد توجه قرار داد:

الف ) کرم های ریز ، روی تکه هایی از گوشت پدید می آیند که مگس روی آنها می نشیند.

ب) کرم های ریز روی تکه گوشت ، بعد از مدتی به مگس های ریز تبدیل می شوند.

با توجه به این نکات ، ردی حدس زد که کرم های ریز روی گوشت به دلیل گذاشته شدن تخم توسط مگس ها پدید می آیند و اگر از رسیدن مگس ها به تکه های گوشت جلوگیری شود ، کرم های ریز پدید نخواهند آمد و به این ترتیب ، صحت فرضیه ردی اثبات خواهد شد.

به دنبال این استدلال ذهنی که در واقع شکل ملموسی از روش " فرضیه و آزمون فرضیه " است ، ردی تکه های گوشت را در شیشه هایی قرار داد که سر آن ها را با پارچه توری ریز مسدود کرده بود. بدین ترتیب ، از ورود مگس به شیشه های حاوی گوشت جلوگیری می شد. تجربه نیز نشان داد که روی این تکه های گوشت کرم های ریز پدید نمی آیند.

2- آزمایش وان هلمونت در مورد عوامل موثر در رشد گیاهان

وان هلمونت ، پزشک و شیمیدان بلژیکی (1644 – 1577) ، روی نحوه رشد گیاهان تعمق می کرد. او بدین نکته توجه داشت که اگر کل توده گیاهی به دلیل جذب مواد و عناصر از خاک پدید آید ، باید خاک مزرعه بعد از چند نوبت برداشت محصول تمام شود؛ در حالی که این وضع عملا اتفاق نمی افتد.

نتیجه واضح آزمایش وان هلمونت آن است که افزایش وزن قلمه ها به مراتب بیش تر از مقدار کاهش وزن خاک گلدان است . نحوه ساختن قضیه " اگر ... در این صورت ..." ،  آزمایش وان هلمونت به صورت زیر بوده است:

" فرضیه این است که گیاهان بخش عمده مواد لازم برای ساخت پیکره خود را از آب به دست می آورند. اگر این فرضیه درست باشد ، باید وزن مواد انباشته در گیاه بیش تر از کاهش وزن خاکی باشد که گیاه در آن پرورش یافته است."

در مورد آزمایش وان هلمونت، این توضیح را باید افزود که او از جذب CO2 در گیاهان آگاه نبود. از این رو ، گر چه آزمایش خود را به درستی طراحی کرده بود ، اما به نتیجه نادرستی دست یافت.

در ارتباط با مبحث " فرضیه و آزمون فرضیه " ، سه نکته شایسته دقت و یادآوری است:

1. لازمه آشنا شدن با روش " طرح فرضیه " و به کار بردن آن ، الزاما یاد گرفتن آن از طریق آموزش نیست.

کشاورزان چینی حدود یک صد قرن قبل ، برای ابداع روش کوددهی در کلاس آموزش علوم یا آموزش شیوه اندیشیدن شرکت نکرده بودند. در مورد صدها و هزاران محقق دیگر که هر کدام تجاربی برای آزمودن درستی و نادرستی فرضیه های خود سامان داده اند نیز همین قاعده صدق می کند.

بنابراین ، ذهن انسان های دقیق ، یا ذهن انسان های دارنده توان بالاتر در اندیشه و استدلال ، اکثراً بدون نیاز به دریافت آموزش های خاص ، فرضیه ها را طراحی و مورد آزمون قرار می دهند . انسان های بهره مند از توان ذهنی متفاوت نیز ، با یادگیری شیوه های اندیشه و استدلال نوابغ ، توان ذهنی خود را گسترش می دهند و در نتیجه ، می توانند ، خود فرضیه هایی مشابه آن هایی که بر ذهن های تیز و توانمند خطور می کند ، طراحی و مورد آزمون قرار دهند. این در حالی است که اگر بر تجارب و شیوه های اندیشه نوابغ دسترسی نمی یافتند ، قطعا قادر به ابراز این توانایی نمی شدند.

2. نکته دومی که مورد تاکید قرار می گیرد و به یک تعبیر در بند نخست به صورت تلویحی مورد اشاره قرار گرفته ، این است که روش " طرح فرضیه " قاعده ای نیست که بر مبنای اراده یا سلیقه محققان و اندیشمندان وضع شده باشد. بلکه این نحوه حرکت ذهن به شیوه طبیعی و مقبول ذهن یا به تعبیری ، برخاسته از خود ذهن است . توجه به توضیح کوتاه زیر  تفهیم مطلب را ساده تر می کند:

مجموعه آنچه که ما در زندگی روزمره خود به نام قوانین یا قواعد از آن ها نام می بریم ، به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:

الف ) قوانین کشفی یا قوانین کشف شده که نقش انسان در این زمنیه ، کشف آن ها است. مثلا قانون " انبساط فلزات " را انسان به دلخواه خود وضع نکرده است . همواره در طبیعت وجود داشته و عمل هم می کرده است. انسان بعد از کشف این قانون ، خاصیت آن ، یعنی نحوه عمل و حاکمیت آن را نمی تواند تغییر بدهد . بلکه عملکرد خود را در برابر آن تطبیق می دهد و از این طریق ، قانون را در خدمت خود می گیرد.

ب) قوانین وضعی یا مجموعه قوانینی که انسان آن ها را وضع می کند ؛ مانند قوانین راهنمایی و رانندگی و نظایر آن ها. نقش انسان در ارتباط با این گروه از قوانین ، با گروه نخست تفاوت دارد.

قواعد فعالیت و عمل ذهن انسان ، از جمله شیوه " طرح فرضیه " ، جزو گروه اول است و شیوه درست برخورد و استفاده انسان از این قاعده مانند همه قواعد گروه نخست ، رعایت و به کار بستن آن هاست.

3. آخرین نکته ای که در مقام توضیح ماهیت روش " طرح فرضیه " ذکر می شود، بیان تجربه یا تعمیق ساده ای است که نگارنده در ارتباط با روش " طرح فرضیه " داشته است. این تجربه به یک تعبیر ، مصداق " شاهد از غیب رسیده " است . داستان این است که در روزهایی که مقدمات نوشتن مقاله حاضر را در ذهن خود آماده می کردم ، و در تقلای آراستن نکات و مفاهیم و به اصطلاح چیدن صغری و کبرای مساله بودم ، حادثه ساده ای در بگو و مگوی دو دختر خردسال از اطرافیان نزدیک ، توجه مرا به خود جلب کرد ؛ دو دختری که 3 تا 4 ساله اند و طبعا هنوز آموزش رسمی را آغاز نکرده اند.

حادثه بدین صورت اتفاق افتاد که یکی از این دو دختر به عنوان میهمان به خانه دختر دیگر وارد شده و ساعت ها این دو با یکدیگر بازی کرده بودند. دختر صاحب خانه سراغ کمد خود رفت . ظاهراً روز قبل مقداری شکلات در کمد خود قرار داده بود ، اما اکنون آن ها سرجایشان نبودند. او حدس زد که دوست همسالش، با استفاده از لحظات غیبت و خروج او از اتاق شکلات را خورده است. در نتیجه به دوست خود اصرار می کرد که دهان خود را باز کند و اجازه دهد که او بقایا و آثار خوردن شکلات را در دهان او بررسی کند.

این عمل مصداق بارز روش " طرح و فرضیه " است. فرضیه این است که شکلات را مهمان خورده است . اگر این فرض درست باشد ، در این صورت باید آثار خوردن شکلات در دهان مهمان وجود داشته باشد.

استفاده از این قبیل مثال ها شاید امکان دهد که روش " فرضیه و آزمون فرضیه " را نه تنها در سطح دبیرستان ، بلکه حتی در سطح دبستان به دانش آموزان تفهیم کرد. اینجانب در بررسی کتاب های درسی ، همواره با یک احساس ناخوشایند و حتی غم انگیز مواجه بوده ام و آن احساسی است که از ملاحظه عباراتی نظیر " دانشمندان یا پژوهشگران " چنین و چنان می کنند یا کرده اند ، منشا می گیرد. چه ضرورتی دارد که در آغاز بحث از روش " فرضیه و آزمون فرضیه "، این قبیل عبارات را به کار بریم؟ چه بسا که این احساس را در دانش آموزان پدید آوریم که آنچه درباره آن گفت و گو می کنیم ، فقط در  حیطه فعالیت و در محدوده صلاحیت دانشمندان است. ترجیح دارد آموزش همه علوم را از نکات بسیار ساده که به ذهن دانش آموز نیز می رسد و اولین متفکران نیز از همان نکات و نظایر آن ها آغاز کرده اند ، شروع کنیم.

رعایت این قبیل نکات شاید به اندازه محتوای مطالب درسی و حتی بیش تر از آن ها ، در پرورش ذهن دانش آموزان اثر بگذارد.

منابع

1. Campbell N.A. – 1993.Biology.3rd.Benjamin Cummingo, Redwood, U.S.A.

2. P.B.Weisz and R.N.Koegh – 1982. The Science of Biology, 5th ed.Mc Grawhill, New York.

3. علوم زیستی و بهداشت ، سال اول دبیرستان ، 1378.

4. مازلیاک . پ. فیزیولوژی گیاهی ، تغذیه و متابولیسم . ترجمه حسن حکمت شعار . دانشگاه تبریز. چاپ دوم . 1371.