מיומנויות חקר: תכנון ניסוי – ניסוח שאלת חקר והשערה

מאת /

ב. ניסוח שאלת חקר (10 נקודות)

איך מנסחים שאלת חקר?

שאלת החקר היא שאלה המאפשרת לגלות מגמות של גדלים מסויימים במערכת ולכן יש לה ניסוח אחיד בצורה הבאה:

כיצד משפיע משתה X על משתנה Y במערכת?

לדוגמה: בתופעת חימום של תערוב של מים וכוהל:

א. כיצד  משפיע ריכוז הכוהל על הטמפרטורה בה מופיעות 10 הבועות הראשונות?
או

ב. כיצד שינוי בריכוז הכוהל ישפיע על הטמפרטורה בה מופיעות 10 הבועות הראשונות?

או 

ג. מהו הקשר בין ריכוז הכוהל לבין הטמפרטורה בה מופיעות 10 הבועות הראשונות?

או

ד. כיצד ישתנה הטמפרטורה בה מופיעות 10 הבועות הראשונות אם נשנה את ריכוז הכוהל?
האם וכיצד משפיע ריכוז הכוהל על הטמפרטורה בה מופיעות 10 הבועות הראשונות?

דוגמה נוספת:

ב. כיצד משפיע שטח המגע של הכוס עם פלטת החימום על הזמן עד להופעת 5 הבועות הראשונות?

מה זה משתנה תלוי ומשתנה בלתי תלוי?

משתנה בלתי תלוי: המשתנה שאנו שולטים בו, שאנו משנים לפי רצונינו

משתנה תלוי: המשתנה שאנו מודדים המשתנה שאנו לא יודעים ערכו מראש אלא רק כתוצאה מתצפית או קריאה במכשיר מדידה.

לדוגמה, בשאלות חקר לעיל:
בשאלה א’ ריכוז הכוהל הוא המשתנה הבלתי תלוי (אנו קובעים אותו מראש) והטמפרטורה היא המשתנה התלוי (אנו מודדים ומגלים אותו – זה הטבע ש”מדבר” אלינו)

בשאלה ב’ שטח הכוס במגע עם הפלטה החשמלית הוא המשתנה הבלתי תלוי (אנו נתכנן כמה כוסות שונים) וזמן עד להופעת 5 בועות ראשונות הוא המשתנה התלוי.

הדגשים:
    1. חייבים להקפיד על ניסוח בנוסחים כפי שהוצגו. חלק מהציון שייך לזה.
    2. לא להשתמש במילים איך? או מה התלות? כי הן מניחות שאכן קיימת השפעה ואנחנו לא בטוחים על כך.
    3. שני המשתנים חייבים להיות מוגדרים היטב. לדוגמה אם ראינו שלוקח דקה בין היווצרות הבועה הראשונה והעשירית אז נשנה ונגדיר כך: הזמן עד היווצרות 1 או 2 בועות בלבד.
    4. שני המשתנים חייבים להיות ברי מדידה במעבדת בית הספר. לא ניתן להגדיר משתנה שלא ניתן למדוד במעבדה כגון לחץ גז אם אין במעבדה מד לחץ, או קצב תגובה אם לא ניתן למדוד ריכוז מדויק ליחידת זמן (טעות נפוצה).

ג. ניסוח השערה (10 נקודות)

מה זה השערה? מה זה ניסוח ההשערה

השערה היא תשובה לשאלת חקר על פי הידע התיאורטי שברשותנו.
ניסוח ההשערה הוא משפט קצר עם התשובה הנ”ל. לדוגמה: ככל ששטח המגע בין הכוס לפלטה יגדל, זמן עד הווצרות 5 הבועות הראשונות יקטן. (וזהו!!)

חלק חשוב בחקר הוא לשער מראש מה תהיה התלות הצפויה על פי ידיעותינו. אולי הטבע יספר לנו סוד שאף אחד לא גילה עד כה? ואז נקבל פרס נובל! זה לא מופרך! בארכאולוגיה יש לא מעט תגליות שעשו תיירים פשוטים!

חשוב לזכור!!!! הניסוי מאשש או מפריך תיאוריות ומודלים ולא להיפך!!

תפיסה זו צריכה להתבטא בבירור בדו”ח בכך שאנו מבצעים ניסוי, משווים את התוצאות עם התיאוריות הידועות שלנו ואם אין התאמה ביניהן, אז הניסוי אינו מאשש את התיאוריה ולא ההיפיך!!!

מה זה נימוק או ביסוס תיאורטי של ההשערה?

נימוק או ביסוס תיאורטי של ההשערה זה החלק בו אנו מחפשים את תיאוריות והמודלים הרלוונים לתופעה ומשתמשים בהם להסיק מסקנה איך התלות תיהיה כלומר הבסיס לניסוח ההשערה.

הדגשים:

חייב להיות סדר לוגי ורלוואנטיות לתופעה.
לדוגמה:
אם השאלה היא: כיצד משפיע שטח הכוס במגע עם פלטת החימום על הזמן עד להופעת 5 הבועות הראשונות?

מהם התהליכים רלוואטניים לניסוי?

יש לנו שני תהליכים: חימום הנוזל על ידי הפלטה החשמלית והיווצרות הבועות.
הסבר לפי סדר לוגי של התופעה:
א. הסבר ברמה המיקרוסקופית של תהליך חימום הנוזל
ב. הסבר ברמה המיקרוסקופית של תהליך הרתיחה (יצירת הבועה)
ג. ניסוח ההשערה

תהליך החימום הנוזל

משמעות של תהליך החימום הוא מעבר של אנרגיה למערכת (חלקיקי הנוזל) הנקלטת כאנרגיית תנועה של החלקיקים במערכת. יש מעבר של אנרגית דרך קיר הכוס כתוצאה מהתנגשויות בין חלקיקי המוצק (זכוכית) הנעים (תנודה) מהר ומולקולות הנוזל המתקרבות אליהם. ככל ששטח המוצק (בסיס הכוס) גדל  תתרחשנה יותר התנגשויות בין חלקיקי המוצק לחלקיקי הנוזל ליחידת זמן ולכן הנוזל מקבל יותר אנרגיה קינטית ליחידת זמן כלומר מתחמם מהר יותר .

תהליך הרתיחה

תהליך הרתיחה, הוא תהליך מעבר חומר ממצב צבירה נוזל למצב צבירה גז. ברמה המיקרוסקופית, בזמן החימום, חלקיקי הנוזל מגבירים את האנרגיה הקינטית שלהם כלומר, מתגברות תנועת התנודה והסיבוב של החלקיקים. חלק מהחלקיקים מצליחים לשבור את הקשרים הבין מולקולריים ביניהם. ברמת אנרגיה קינטית מסוימת, צבר של חלקיקים בנוזל מצליחים לשבור את הקשרים הבין מולקולריים ביניהם וליצור בועה, כלומר, צבר במצב גז.

ניסוח ברמת הסמל של התהליכים הרלוונטיים:

H2O(l)  → H2O(g)n

CH3CH2OH(l) → CH3CH2OH(g)n

הסבר  ההשערה

ככל ששטח המגע בין הכוס לפלטה החשמלית גדל, זמן עד להיווצרות 5 בועות יקטן מכיוון שיהיו יותר חלקיקים עם אנרגיה מספיק גבוהה ליחידת זמן, המסוגלים לשבור את הקשרים הבין מולקולריים ביניהם וליצור צבר במצב גז (בועה).

הדגשים:
    1. חייבים להוסיף את ניסוח התגובות של התהליכים המתרחשים בניסוי
    2. רצוי להוסיף תיאורים ברמת הסמל כגון מודלים של מולקולות. לדוגמה, אילו הסברנו את תלות זמן יצירת הבועות בריכוז הכהל במים, היה מתאים להראות את מודל של קשר מימני בין כוהל למים ובין מים למים.
    3. חייבים לתאר סדר לוגי בין התהליכים ברמה המיקרוסקופית לתופעה ברמת המקרו.
    4. יש להימנע מתיאורם לא רלוונטיים

לבחן המלא נא להירשם לאחד הקורסים בקישור הבא: אפשרויות מנוי