SINH HỌC - KHOA HỌC VỀ SỰ SỐNG

ĐẶT CÂU HỎI CHIẾN LƯỢC

THỰC HÀNH VỀ KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ 1. Đặt câu hỏi (cho khoa học) và xác định vấn đề (cho kĩ thuật)
1.1. Đặt câu hỏi (cho khoa học)
- Để làm rõ ý tưởng, dẫn tới mô tả và giải thích về thế giới tự nhiên và nghĩ được cách kiểm nghiệm chúng (bằng cách sử dụng các mô hình và mô phỏng).
- Phát sinh từ việc quan sát cẩn thận các hiện tượng, hoặc kết quả không mong muốn, để làm rõ và/ hoặc tìm kiếm thêm thông tin.
- Để xác định mối quan hệ, bao gồm các mối quan hệ định lượng, giữa các biến độc lập và phụ thuộc.
- Đánh giá một câu hỏi để xác định xem nó có thể kiểm tra được hay không.
- Đặt câu hỏi có thể được hỏi trong phạm vi của phòng thí nghiệm trường học, cơ sở nghiên cứu hoặc lĩnh vực (ví dụ: môi trường ngoài trời) với các tài nguyên có sẵn và khi thích hợp, đưa ra giả thuyết dựa trên mô hình hoặc lí thuyết.
1.2. Xác định vấn đề (cho kĩ thuật)
Để làm rõ ý tưởng, nhằm xác định các tiêu chí cho các giải pháp thành công và các ràng buộc để giải quyết vấn đề.
o Phát sinh từ việc kiểm tra các mô hình hoặc một lí thuyết, để làm rõ và/ hoặc tìm kiếm thêm thông tin và các mối quan hệ.
o Để làm rõ và tinh chỉnh một mô hình, một lời giải thích hoặc một vấn đề kĩ thuật.
Tạo tiền đề của một tranh luận, giải thích một tập dữ liệu hoặc sự phù hợp của một thiết kế.
Xác định một vấn đề thiết kế liên quan đến việc phát triển một quy trình hoặc hệ thống với các thành phần và tiêu chí tương tác có thể bao gồm các cân nhắc về xã hội, kĩ thuật và môi trường.

2. Phát triển và sử dụng các mô hình
- Sử dụng và xây dựng các mô hình như các công cụ hữu ích (sơ đồ, bản vẽ, bản sao vật lí, biểu diễn toán học, phân tích và mô phỏng máy tính) để thể hiện ý tưởng và giải thích. Các công cụ được sử dụng để phát triển các câu hỏi, dự đoán và giải thích; phân tích và xác định lỗ hổng trong hệ thống và truyền đạt ý tưởng. Các mô hình được sử dụng để xây dựng và sửa đổi các giải thích khoa học và các hệ thống được thiết kế đề xuất. Các phép đo và quan sát được sử dụng để sửa đổi các mô hình và thiết kế.
- Sử dụng, tổng hợp và phát triển các mô hình để xây dựng và dự đoán mối quan hệ giữa các biến giữa các hệ thống và các thành phần của chúng trong thế giới tự nhiên.
- Đánh giá ưu điểm và hạn chế của hai mô hình khác nhau của cùng một công cụ, quy trình, cơ chế hoặc hệ thống được đề xuất để chọn hoặc sửa đổi mô hình phù hợp nhất với bằng chứng hoặc tiêu chí thiết kế.
- Thiết kế thử nghiệm mô hình để xác định độ tin cậy của mô hình.
- Phát triển, sửa đổi và / hoặc sử dụng mô hình dựa trên bằng chứng để minh họa và dự đoán mối quan hệ giữa các hệ thống hoặc giữa các thành phần của hệ thống.
- Phát triển và sử dụng nhiều loại mô hình, di chuyển linh hoạt giữa các loại mô hình dựa trên ưu điểm và hạn chế.
- Phát triển một mô hình phức tạp cho phép thao tác và thử nghiệm một quy trình hoặc hệ thống được đề xuất.
- Phát triển và sử dụng một mô hình (bao gồm toán học và tính toán) để tạo dữ liệu để hỗ trợ giải thích, dự đoán hiện tượng, phân tích hệ thống và giải quyết vấn đề.

3. Lập kế hoạch và thực hiện điều tra
- Các nhà khoa học và kĩ sư lập kế hoạch và thực hiện các cuộc điều tra trong lĩnh vực hoặc phòng thí nghiệm, làm việc cộng tác cũng như cá nhân. Các nghiên cứu của họ là có hệ thống và yêu cầu làm rõ những gì được coi là dữ liệu và xác định các biến hoặc tham số.
- Điều tra kĩ thuật xác định tính hiệu quả, hiệu quả và độ bền của thiết kế trong các điều kiện khác nhau.
- Các cuộc điều tra cung cấp bằng chứng và thử nghiệm các mô hình khái niệm, toán học, vật lí và thực nghiệm.
- Lập kế hoạch điều tra hoặc thử nghiệm một thiết kế riêng lẻ và hợp tác để tạo ra dữ liệu làm cơ sở cho bằng chứng là một phần của việc xây dựng và sửa đổi các mô hình, hỗ trợ giải thích cho các hiện tượng hoặc thử nghiệm các giải pháp cho các vấn đề. Xem xét các biến hoặc hiệu ứng gây nhiễu có thể và đánh giá thiết kế điều tra để đảm bảo các biến được kiểm soát.
- Lập kế hoạch và tiến hành điều tra riêng lẻ và hợp tác để tạo ra dữ liệu làm cơ sở cho bằng chứng và trong thiết kế: quyết định loại, độ chính xác và dữ liệu cần thiết để tạo ra các phép đo đáng tin cậy và xem xét các hạn chế về độ chính xác của dữ liệu (ví dụ: số lượng thử nghiệm, chi phí, rủi ro, thời gian) và tinh chỉnh thiết kế cho phù hợp.
- Lập kế hoạch và tiến hành điều tra hoặc thử nghiệm giải pháp thiết kế một cách an toàn và đạo đức bao gồm các cân nhắc về tác động môi trường, xã hội và cá nhân.
- Chọn các công cụ thích hợp để thu thập, ghi lại, phân tích và đánh giá dữ liệu.
- Đưa ra các giả thuyết định hướng chỉ định điều gì xảy ra với biến phụ thuộc khi biến độc lập bị thao túng.
- Thao tác các biến và thu thập dữ liệu về một mô hình phức tạp của một quy trình hoặc hệ thống được đề xuất để xác định các điểm thất bại hoặc cải thiện hiệu suất liên quan đến tiêu chí thành công hoặc các biến khác.

4. Phân tích và giải thích dữ liệu
- Điều tra khoa học tạo ra dữ liệu phải được phân tích để rút ra ý nghĩa. Do các mô hình và xu hướng dữ liệu không phải lúc nào cũng rõ ràng, các nhà khoa học sử dụng một loạt các công cụ, bao gồm lập bảng, giải đoán đồ họa, trực quan hóa và phân tích thống kê để xác định các tính năng và mẫu quan trọng trong dữ liệu. Các nhà khoa học xác định các nguồn lỗi trong các cuộc điều tra và tính toán mức độ chắc chắn trong kết quả. Công nghệ hiện đại làm cho việc thu thập các tập dữ liệu lớn dễ dàng hơn nhiều, cung cấp các nguồn thứ cấp để phân tích.
- Điều tra kĩ thuật bao gồm phân tích dữ liệu thu thập trong các thử nghiệm thiết kế. Điều này cho phép so sánh các giải pháp khác nhau và xác định mức độ đáp ứng của từng tiêu chí thiết kế cụ thể, đó là thiết kế nào giải quyết tốt nhất vấn đề trong các ràng buộc nhất định. Giống như các nhà khoa học, các kĩ sư yêu cầu một loạt các công cụ để xác định các mẫu trong dữ liệu và diễn giải kết quả. Những tiến bộ trong khoa học làm cho phân tích các giải pháp được đề xuất hiệu quả và hiệu quả hơn.
- Phân tích thống kê chi tiết hơn, so sánh các bộ dữ liệu về tính nhất quán và sử dụng các mô hình để tạo và phân tích dữ liệu.
- Phân tích dữ liệu bằng các công cụ, công nghệ và / hoặc mô hình (ví dụ: tính toán, toán học) để đưa ra các tuyên bố khoa học hợp lệ và đáng tin cậy hoặc xác định giải pháp thiết kế tối ưu.
- Áp dụng các khái niệm về thống kê và xác suất (bao gồm xác định hàm phù hợp với dữ liệu, độ dốc, đánh chặn và hệ số tương quan cho phù hợp tuyến tính) cho các câu hỏi và vấn đề khoa học và kĩ thuật, sử dụng các công cụ kĩ thuật số khi khả thi.
- Xem xét các giới hạn của phân tích dữ liệu (ví dụ: lỗi đo lường, chọn mẫu) khi phân tích và giải thích dữ liệu.
- So sánh và đối chiếu các loại tập dữ liệu khác nhau (ví dụ: tự tạo, lưu trữ) để kiểm tra tính nhất quán của các phép đo và quan sát.
- Đánh giá tác động của dữ liệu mới đối với giải thích và / hoặc mô hình của một quy trình hoặc hệ thống được đề xuất.
- Phân tích dữ liệu để xác định các tính năng hoặc đặc điểm thiết kế của các thành phần của quy trình hoặc hệ thống được đề xuất để tối ưu hóa nó so với tiêu chí để thành công.

5. Sử dụng toán học và tư duy tính toán
- Trong cả khoa học và kĩ thuật, toán học và tính toán là những công cụ cơ bản để biểu diễn các biến vật lí và các mối quan hệ của chúng. Chúng được sử dụng cho một loạt các nhiệm vụ như xây dựng mô phỏng; giải phương trình chính xác hoặc xấp xỉ; nhận biết, thể hiện và áp dụng các mối quan hệ định lượng.
- Phương pháp toán học và tính toán cho phép các nhà khoa học và kĩ sư dự đoán hành vi của các hệ thống và kiểm tra tính hợp lệ của các dự đoán đó.
- Sử dụng tư duy và phân tích đại số, một loạt các hàm tuyến tính và phi tuyến bao gồm các hàm lượng giác, hàm mũ và logarit, và các công cụ tính toán để phân tích, biểu diễn, và dữ liệu mô hình. Mô phỏng tính toán đơn giản được tạo và sử dụng dựa trên các mô hình toán học của các giả định cơ bản.
- Tạo và sửa đổi mô hình tính toán hoặc mô phỏng hiện tượng, thiết bị được thiết kế, quy trình, hoặc hệ thống.
- Sử dụng các biểu diễn toán học, tính toán và thuật toán của các hiện tượng hoặc giải pháp thiết kế để mô tả và hoặc hỗ trợ các yêu cầu và giải thích.
- Áp dụng các kĩ thuật của đại số và các hàm để biểu diễn và giải quyết các vấn đề khoa học và kĩ thuật.
- Sử dụng các trường hợp giới hạn đơn giản để kiểm tra các biểu thức toán học, chương trình máy tính, thuật toán hoặc mô phỏng của một quy trình hoặc hệ thống để xem nếu một mô hình có ý nghĩa về cách thức bằng cách so sánh kết quả với những gì được biết về thế giới thực.
- Áp dụng tỉ lệ, tỉ lệ, tỉ lệ phần trăm và chuyển đổi đơn vị trong bối cảnh các vấn đề đo lường phức tạp liên quan đến số lượng với các đơn vị dẫn xuất hoặc hợp chất (chẳng hạn như mg / mL, kg / m3, acre-feet, v.v.).

6. Xây dựng giải thích (cho khoa học) và thiết kế giải pháp (cho kĩ thuật)
- Sản phẩm cuối cùng của khoa học là giải thích và sản phẩm cuối cùng của kĩ thuật là giải pháp.
- Mục tiêu của khoa học là xây dựng các lí thuyết cung cấp các tài khoản giải thích về thế giới. Một lí thuyết trở nên được chấp nhận khi nó có nhiều dòng bằng chứng thực nghiệm và khả năng giải thích hiện tượng lớn hơn so với các lí thuyết trước đây.
- Mục tiêu của thiết kế kĩ thuật là tìm ra giải pháp có hệ thống cho các vấn đề dựa trên kiến thức khoa học và mô hình của thế giới vật chất. Mỗi giải pháp đề xuất là kết quả của một quá trình cân bằng các tiêu chí cạnh tranh của các chức năng mong muốn, tính khả thi kĩ thuật, chi phí, an toàn, thẩm mỹ và tuân thủ các yêu cầu pháp lí. Sự lựa chọn tối ưu phụ thuộc vào mức độ các giải pháp đề xuất đáp ứng các tiêu chí và ràng buộc.
- Xây dựng các giải thích và giải pháp thiết kế để giải thích và thiết kế được hỗ trợ bởi nhiều nguồn bằng chứng do sinh viên tạo ra và độc lập phù hợp với các ý tưởng, nguyên tắc và lí thuyết khoa học.
- Thực hiện một yêu cầu định lượng và định tính liên quan đến mối quan hệ giữa các biến phụ thuộc và biến độc lập.
- Xây dựng và sửa đổi một lời giải thích dựa trên bằng chứng xác thực và đáng tin cậy thu được từ nhiều nguồn khác nhau (bao gồm cả sinh viên điều tra riêng, mô hình, lí thuyết, mô phỏng, đánh giá ngang hàng) và giả định rằng các lí thuyết và luật mô tả thế giới tự nhiên hoạt động ngày hôm nay như họ đã làm trong quá khứ và sẽ tiếp tục làm như vậy trong tương lai.
- Áp dụng các ý tưởng, nguyên tắc và / hoặc bằng chứng khoa học để đưa ra lời giải thích về các hiện tượng và giải quyết các vấn đề thiết kế, có tính đến hiệu ứng không lường trước được.
- Áp dụng lí luận khoa học, lí thuyết và / hoặc mô hình để liên kết bằng chứng với các yêu cầu để đánh giá mức độ lí luận và dữ liệu hỗ trợ cho việc giải thích hoặc kết luận.
- Thiết kế, đánh giá và tinh chỉnh giải pháp cho một vấn đề thực tế phức tạp, dựa trên kiến thức khoa học, nguồn chứng cứ do sinh viên tạo ra, tiêu chí ưu tiên và cân nhắc đánh đổi.

7. Tham gia tranh luận từ bằng chứng
- Luận cứ là quá trình mà các kết luận và giải pháp dựa trên bằng chứng được đưa ra. - Trong khoa học và kĩ thuật, lí luận và lập luận dựa trên bằng chứng là rất cần thiết để xác định lời giải thích tốt nhất cho một hiện tượng tự nhiên hoặc giải pháp tốt nhất cho một vấn đề thiết kế.
- Các nhà khoa học và kĩ sư sử dụng lập luận để lắng nghe, so sánh và đánh giá các ý tưởng và phương pháp cạnh tranh dựa trên giá trị.
- Các nhà khoa học và kĩ sư tham gia tranh luận khi điều tra một hiện tượng, thử nghiệm giải pháp thiết kế, giải quyết các câu hỏi về các phép đo, xây dựng mô hình dữ liệu và sử dụng bằng chứng để đánh giá các tuyên bố.
- Tham gia tranh luận từ bằng chứng để sử dụng bằng chứng và lí lẽ khoa học phù hợp và đầy đủ để bảo vệ và phê phán các tuyên bố và giải thích về thế giới tự nhiên và thiết kế. Luận điểm cũng có thể đến từ các giai đoạn khoa học hoặc lịch sử hiện tại trong khoa học.
- So sánh và đánh giá các đối số hoặc giải pháp thiết kế cạnh tranh dựa trên các giải thích hiện được chấp nhận, bằng chứng mới, các hạn chế (ví dụ: đánh đổi), các ràng buộc và các vấn đề đạo đức.
- Đánh giá các khiếu nại, bằng chứng và / hoặc lí luận đằng sau các giải thích hoặc giải pháp hiện được chấp nhận để xác định giá trị của các lập luận.
- Trân trọng cung cấp và nhận các phê bình về các lập luận khoa học bằng cách thăm dò lí luận và bằng chứng cũng như các ý tưởng và kết luận đầy thách thức, phản ứng chu đáo với các quan điểm đa dạng và xác định những gì thông tin bổ sung là cần thiết để giải quyết mâu thuẫn.
- Xây dựng, sử dụng và / hoặc trình bày một lập luận bằng miệng và bằng văn bản hoặc các đối số dựa trên dữ liệu và bằng chứng.
- Đưa ra và bảo vệ yêu cầu dựa trên bằng chứng về thế giới tự nhiên hoặc hiệu quả của giải pháp thiết kế phản ánh kiến thức khoa học và bằng chứng do sinh viên tạo ra.
- Đánh giá các giải pháp thiết kế cạnh tranh cho một vấn đề trong thế giới thực dựa trên các ý tưởng và nguyên tắc khoa học, bằng chứng thực nghiệm và / hoặc lập luận logic liên quan đến các yếu tố liên quan (ví dụ: kinh tế, xã hội, cân nhắc về môi trường, đạo đức).

8. Thu thập, đánh giá và truyền đạt thông tin
- Các nhà khoa học và kĩ sư phải có khả năng truyền đạt rõ ràng và thuyết phục các ý tưởng và phương pháp mà họ tạo ra.
- Phê bình và truyền đạt ý tưởng cá nhân và theo nhóm là một hoạt động chuyên nghiệp quan trọng.
- Truyền đạt thông tin và ý tưởng có thể được thực hiện theo nhiều cách: sử dụng bảng, sơ đồ, đồ thị, mô hình và phương trình cũng như bằng miệng, bằng văn bản và thông qua các cuộc thảo luận mở rộng.
- Các nhà khoa học và kĩ sư sử dụng nhiều nguồn để có được thông tin được sử dụng để đánh giá giá trị và tính hợp lệ của các yêu cầu, phương pháp và thiết kế.
- Thu thập, đánh giá và truyền đạt thông tin để đánh giá tính hợp lệ và độ tin cậy của các yêu cầu, phương pháp và thiết kế.
- Đọc phê bình các tài liệu khoa học thích nghi cho việc sử dụng trong lớp học để xác định các ý tưởng hoặc kết luận trung tâm và / hoặc để có được thông tin khoa học và / hoặc kĩ thuật để tóm tắt bằng chứng, khái niệm, quy trình hoặc thông tin được trình bày trong một văn bản bằng cách diễn giải chúng đơn giản nhưng vẫn chính xác điều kiện.
- So sánh, tích hợp và đánh giá các nguồn thông tin được trình bày trong các phương tiện hoặc định dạng khác nhau (ví dụ: trực quan, định lượng) cũng như bằng từ ngữ để giải quyết một câu hỏi khoa học hoặc giải quyết vấn đề.
- Thu thập, đọc và đánh giá thông tin khoa học và kĩ thuật từ nhiều nguồn có thẩm quyền, đánh giá bằng chứng và tính hữu ích của từng nguồn.
- Đánh giá tính hợp lệ và độ tin cậy của và hoặc tổng hợp nhiều khiếu nại, phương pháp và / hoặc thiết kế xuất hiện trong các văn bản khoa học và kĩ thuật hoặc báo cáo phương tiện, xác minh dữ liệu khi có thể.
- Truyền đạt thông tin hoặc ý tưởng khoa học và kĩ thuật (ví dụ về hiện tượng và hoặc quá trình phát triển cũng như thiết kế và hiệu suất của một quy trình hoặc hệ thống được đề xuất) theo nhiều định dạng (bao gồm bằng miệng, bằng đồ họa, bằng văn bản và toán học).

Quản lí câu hỏi