النماذج العلمية

النماذج العلمية

في هذا الدرس

الأهداف

• تصف أنواعًا مختلفة من النماذج.
• تناقش كيفية تغير النماذج بتطور المعرفة.

الأهمية

تساعد النماذج على توضيح المفاهيم الصعبة.

مراجعة المفردات

الطريقة العلمية: عمليات يستخدمها العلماء لجمع المعلومات والإجابة عن الأسئلة.

المفردات الجديدة

• النموذج

أهمية النماذج

كما أن باستطاعتك أن تستخدم عدة طرائق للبحث، يمكنك أيضًا أن تختبر الفرضية بعدة طرائق مختلفة. وقد قام الطلاب في الدرس السابق باختبار فرضيتهم من خلال عمل نموذج للصندوق الأصلي. فبناء النماذج يساعد على اختبار الفرضية.

وفي العلوم، النموذج محاكاة لشيء ما أو حدث ما، ويستخدم كأداة لفهم العالم الطبيعي، حيث تساعد النماذج على تصور أو تخيل الأشياء التي يصعب رؤيتها أو فهمها. فطلبة الصف قاموا بعمل نموذج لأنهم لم يستطيعوا رؤية ما بداخل الصندوق الأصلي.

وتستخدم النماذج أيضًا لتمثيل أشياء قد تكون صغيرة جدًا، أو كبيرة جدًا، أو الأحداث سريعة جدًا، أو بطيئة جدًا.

أنواع النماذج

هناك ثلاثة أنواع من النماذج:

• نماذج مادية.
• نماذج حاسوبية.
• نماذج فكرية.

وقد يستخدم العلماء نوعًا واحدًا أو أكثر من النماذج.

النماذج المادية

نماذج يمكن لمسها أو رؤيتها. ومنها:

• نموذج الكرة الأرضية.
• نموذج التركيب الداخلي للخلية.
• نموذج محرك كيميائي.

الصور التابعة للفقرة

• نموذج بين بعض أجرام النظام الشمسي.
• نموذج التركيب الداخلي للخلية.

تعليق الشكل ٩

تساعد النماذج العلماء على تمثيل أو تصور الأشياء المعقدة أو الأشياء التي لا يمكن رؤيتها أو دراستها مباشرة.

النماذج الحاسوبية

نماذج يتم بناؤها ببرامج حاسوبية، ولا يمكن لمسها، بل تعرض على شاشة الحاسوب، وتوضح حوادث لا يمكن رؤيتها بسبب طول زمن حدوثها، أو سرعة حدوثها.

ومن ذلك استخدام الحاسوب في عمل نموذج لحركة الصفائح الأرضية، أو عمل نماذج لحركة أو مواقع أشياء قد تستغرق ساعات أو أيامًا ليحدثها يدويًا.

ويوضح الشكل ١٠ استخدام النماذج الحاسوبية في التنبؤ بالطقس.

سؤال: ماذا قرأت؟

ما أهمية النماذج الحاسوبية؟

تعليق الشكل ١٠

خريطة الطقس نموذج حاسوبي يظهر حالة الجو في منطقة واسعة، ويستخدمها العلماء في التنبؤ بالطقس، وتحذير الناس من مخاطر الظروف الجوية الصعبة.

النماذج الفكرية

هي أفكار أو مفاهيم تصف كيف يفكر شخص ما في شيء معين في العالم الطبيعي.

ومن ذلك النموذج الذي استخدمه أينشتاين في نظريته حول المادة والطاقة، وكان في صورة معادلة رياضية.

ولا يمكن لنموذج أينشتاين أن يكون نموذجًا ماديًا؛ لأنه يعتمد على الأفكار.

عمل النماذج

تشبه طريقة عمل النماذج عملية رسم صورة لشخص غير معروف؛ حيث يقوم الرسام برسم صورة ذلك الشخص من خلال الأوصاف التي حصل عليها.

وكلما كانت الأوصاف دقيقة كانت الصورة أفضل؛ أي أكثر مطابقة للشخص. وكذلك كلما زادت كمية المعلومات التي يجمعها العلماء حول شيء ما كان النموذج أكثر دقة.

استخدامات النماذج

عندما تفكر في النماذج قد يخطر ببالك نموذج لطائرة أو مبنى مما يستخدم في اللعب أو العرض، فليست جميع النماذج للاستخدام العلمي.

لكنك تستخدم النماذج كثيرًا، وربما لا تدرك ذلك، فالرسوم التوضيحية والخرائط والنماذج الكروية جميعها أمثلة للنماذج، ولها استخدامات مختلفة.

استخدام النماذج في التواصل

تستخدم بعض النماذج في عمليات التواصل العلمي لنقل الملاحظات والأفكار للآخرين.

فنقل بعض الأفكار عن طريق عمل نموذج يوضحها أسهل من الكتابة عنها للآخرين، كما أن النماذج تيسر على الآخرين تصور الأفكار بطريقة محسوسة.

استخدام النماذج لاختبار التوقعات والفرضيات

تستخدم بعض النماذج لاختبار التوقعات.

كما حدث مع الطلاب الذين درست عنهم سابقًا؛ فقد توقعوا أن يكون الصندوق يحتوي دباسة، فمن خصائص الصندوق المغلق الذي أعطاه المعلم لهم، وللتحقق من صدق توقعهم عملوا نموذجًا باستخدام دباسة وصندوق مشابه للصندوق الأصلي.

وكذلك يستخدم المهندسون الأنفاق الهوائية لدراسة أثر الرياح على أداء السيارات والطائرات التي يصممونها.

استخدام النماذج لتوفير الوقت والمال والمحافظة على الأرواح

في بعض الحالات تستخدم النماذج لأن التعامل معها وإجراء الاختبارات عليها أكثر أمانًا وأقل تكلفة من استخدام الجسم الأصلي.

ومن ذلك استخدام الدمى بدلًا من البشر لاختبار أثر حوادث التصادم بين السيارات في راكبيها، واستخدام وكالات الفضاء نماذج طائرات تبقى ظروف تحاكي الوضع في الفضاء لتدريب طاقم رواد الفضاء، كما في الشكل ١١.

مما يقلل التكلفة ويسرع مهمات التدريب، ويحافظ على أرواح رواد الفضاء.

تعليق الشكل ١١

إجراء رواد الفضاء في طائرة خاصة لتهيئة ظروف تحاكي الوضع في الفضاء.

تجربة: التفكير كالعلماء

الخطوات

• صب ١٥ مل من الماء في أنبوب اختبار.
• صب ببطء ٥ مل من زيت نباتي في أنبوب الاختبار.
• أضف قطرتين من صبغة الطعام إلى أنبوب الاختبار، ولاحظ السائل مدة ٥ دقائق.

التحليل

• دون ملاحظاتك حول أنبوب الاختبار قبل إضافة الزيت النباتي والصبغة الغذائية وبعد إضافتهما.
• استخلص تفسيرًا علميًا لملاحظاتك.

تغيير النماذج بتطور المعرفة

عمل العلماء نماذج للنظام الشمسي منذ القدم، لأنه من الضخامة بحيث يصعب تصوره بشكل متكامل.

وبذلك تيسرت النماذج فهمه، غير أن العلماء في العصور القديمة تخيلوا الأرض في مركز النظام الشمسي، والشمس والقمر والكواكب والنجوم تدور حولها، فاعتمدوا أفكارهم حولها.

ثم اكتشف العلماء بفضل ملاحظاتهم أن الأجرام التي تراها، ومنها الشمس والقمر والكواكب والنجوم، جميعها تدور في السماء.

فتغير النموذج لتظهر الأرض في المركز والأجرام تدور حولها، كما في الشكل ١٢.

ومع تزايد الملاحظات وتحسن دقتها اكتشف العلماء أن الشمس هي مركز النظام الشمسي، في حين تدور الأرض حولها مثل بقية الكواكب.

واكتشفوا أيضًا أن للكواكب الأخرى أقمارًا، فطوروا نموذجًا جديدًا للنظام الشمسي يوضح ذلك.

لم يقصد العلماء من النماذج الأولى أن يضللوا الآخرين، بل إنهم بذلوا قصارى جهدهم لعمل أفضل النماذج بما يتفق مع ما لديهم من معلومات.

وقد صممت نماذجهم أساسًا للعلماء اللاحقين ليروا ويفسروا عليها، فالنماذج تتغير بتطور المعرفة العلمية، كما أنها ليست بالضرورة مثالية، إلا أنها تزودنا بأداة بصرية محسوسة نتعلم من خلالها.

تعليق الشكل ١٢

أ- في نموذج قديم للنظام الشمسي ظهرت الأرض في المركز بينما تدور بقية الأجرام حولها.
ب- تطور نموذج جديد فيما بعد ظهرت فيه الشمس في المركز وبقية الأجرام تدور حولها.
أ-ب: تغير نموذج النظام الشمسي في كل مرة حصل فيها العلماء على معلومات جديدة.

مراجعة الدرس ٢

الخلاصة

أهمية النماذج

يضع العلماء النماذج لمساعدتهم على تصور المفاهيم المعقدة.

أنواع النماذج

هناك ثلاثة أنواع من النماذج، هي:

• النماذج المادية.
• النماذج الحاسوبية.
• النماذج الفكرية.

عمل النماذج

كلما كانت معلوماتك أوسع كان نموذجك أدق، وقدرته على توضيح الأفكار والمفاهيم أفضل.

استخدامات النماذج

تستخدم النماذج في تمثيل المعلومات المهمة، ومنها الخرائط والجداول.

تغيير النماذج بتطور المعرفة

يمكن أن يتغير النموذج مع الزمن بزيادة المعلومات المتوافرة.

اختبر نفسك

• استنتج: ما أنواع النماذج التي تستخدم لنمذجة الطقس؟ وكيف تستخدم؟ ومن تفع في العلوم؟

• وضح: كيف تستخدم النماذج في العلوم؟

• صف: مزايا أنواع النماذج الثلاثة وحدود إمكاناتها.

تطبيق الرياضيات

يبين مقياس رسم إحدى الخرائط أن كل ١ سم يعادل ٢ كم. فإذا كانت المسافة بين قريتين ١,٧ سم على الخريطة، فما المسافة الحقيقية التي تفصل بين القريتين بالكيلومترات؟