จากการวิเคราะห์คำว่า “Science” ที่มีมาจากคำว่า Sientea ในภาษาลาติน แปลว่า ความรู้ (Knowledge) กล่าวได้ว่า วิทยาศาสตร์ คือ ความรู้ต่างๆ ที่มีอยู่ในธรรมชาติ นอกจากนี้ยังกล่าวได้ว่าวิทยาศาสตร์ คือ องค์ความรู้ที่มีระบบและจัดไว้อย่างมีระเบียบแบบแผนโดยทั่วไปกระบวนการหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ (The Process of Science) ประกอบด้วยระเบียบวิธีการทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Method) และเจตคติทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Attitude)

 -ประเภทของวิทยาศาสตร์

การแบ่งประเภทของวิทยาศาสตร์ มีการแบ่งหลายระบบ แต่ละระบบมีเหตุผลและหลักเกณฑ์ต่างๆ กัน และหากจำแนกตามธรรมชาติของวิชา สามารถจำแนกได้ 3 สาขา คือ

1) วิทยาศาสตร์กายภาพ

2) วิทยาศาสตร์ชีวภาพ

3) วิทยาศาสตร์สังคม

วิทยาศาสตร์กายภาพ เป็นวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติและปรากฏการณ์ต่างๆ ของทุกสิ่งทุกอย่างในโลกและจักรวาล ในส่วนของสิ่งที่ไม่มีชีวิต เช่น ฟิสิกส์ ดาราศาสตร์ เคมี ธรณีวิทยา และคณิตศาสตร์ ฯลฯ

วิทยาศาสตร์ชีวภาพ เป็นวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติและปรากฏการณ์ต่างๆ ของทุกสิ่งทุกอย่างในโลกและจักรวาล ในส่วนของสิ่งมีชีวิต เช่น ชีววิทยา สัตววิทยา ฯลฯ

วิทยาศาสตร์สังคม เป็นวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติ และพฤติกรรมของมนุษย์ที่รวมกันอยู่เป็นชุมชนหรือสังคม เช่น สังคมศาสตร์ มนุษย์ศาสตร์ ฯลฯ

ในส่วนวิทยาศาสตร์กายภาพและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ เมื่อพิจารณารวมกันแล้ว สามารถจัดแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ วิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ และ วิทยาศาสตร์ประยุกต์ วิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ (Pure Science) คือความรู้ความเข้าใจทุกสิ่งทุกอย่างที่เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติที่เป็นไปตามกฎพื้นฐานของธรรมชาติ รวมทั้งปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติ จัดเป็นความรู้ขั้นพื้นฐาน ประกอบด้วย กฎและทฤษฎีต่างๆ ตลอดจนความจริงหรือข้อเท็จจริง ความคิดรวบยอดที่มาจากการศึกษาค้นคว้าหาความรู้ของนักวิทยาศาสตร์ เนื่องจากความต้องการที่จะหาความรู้ด้านต่างๆ วิทยาศาสตร์ประยุกต์ (Applied Science) คือ การนำองค์ความรู้ ความเข้าใจพื้นฐานทางด้านวิทยาศาสตร์ที่เป็นวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ มาประยุกต์ให้เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์

วิทยาศาสตร์มีส่วนที่แตกต่างจากศาสตร์อื่นๆ ในส่วนที่ว่าการค้นคว้าหาความจริงทางวิทยาศาสตร์ ใช้ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ทำการทดลองสรุป ตั้งสมมุติฐานและสามารถพิสูจน์ได้ ดังนั้นสิ่งที่เป็นวิทยาศาสตร์จะสามารถนำหลักฐานจากประสบการณ์มาประกอบได้วิทยาศาสตร์ไม่แท้ หรือวิทยาศาสตร์เทียม (Pseudo Science) ซึ่งเป็นศาสตร์ที่ขาดกระบวนการที่สามารถพิสูจน์ได้ด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ดังนั้นจึงไม่สามารถก่อให้เกิดการเรียนรู้ข้อมูลใหม่ๆได้ จึงไม่เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์ได้ แต่พยายามที่จะโน้มน้าวหรือสร้างให้มนุษย์มีความเชื่อโดยขาดเหตุผล

พัฒนาทางวิทยาศาสตร์พัฒนาการทางวิทยาศาสตร์ตั้งแต่เริ่มต้นจนถึงปัจจุบัน ซึ่งมีเนื้อหาต่างๆ กันและมีความเกี่ยวข้องกับสาขาวิชาต่างๆ ทั้งนี้ขอบข่ายของพัฒนาการทางวิทยาศาสตร์ในยุคต้นๆ อาจเกิดขึ้นจากการคิดค้น และการประดิษฐ์เครื่องมือ อาวุธ วิธีการหาอาหาร การเก็บรักษาอาหาร และการเพาะปลูก การจัดลักษณะและรูปแบบความเป็นอยู่ พัฒนาการทางภาษา การสื่อความหมาย การจดบันทึก ฯลฯ

-พัฒนาการของวิทยาศาสตร์

วิทยาศาสตร์มีพัฒนาการตั้งแต่ยุคแรกเริ่มจนถึงปัจจุบันดังนี้

วิทยาศาสตร์ในสมัยกรีกยุคแรก จากหลักฐานที่อ้างอิงได้ บ่งชี้ให้เห็นว่ามนุษย์พยายามแสวงหาคำตอบและคำอธิบายเกี่ยวกับโลกที่เราอาศัยอยู่ คือรูปร่างลักษณะของโลกทางกายภาพ การโคจรรอบโลก ปรากฏการณ์ต่างๆ ของโลก รวมถึงดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ สืบเนื่องมาจากชนชาติอียิปต์และแอสซีเรียน ซึ่งการแสวงหาคำตอบเหล่านี้ จำเป็นต้องอาศัยความรู้ความเข้าใจพื้นฐานทางด้านคณิตศาสตร์ กลศาสตร์ ฟิสิกส์ ต่อมาความเสื่อมโทรมทางอารยะธรรมและความรุ่งเรืองของกรีกราวศตวรรษที่ 3 เป็นเหตุทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง การเคลื่อนย้ายถ่ายเทจากความรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์และวัฒนธรรม เปลี่ยนจากกรุงเอเธนส์ไปอยู่ที่กรุงอะเล็กซันเดรียและยุโรป ทั้งนี้อารยธรรมที่เรียกว่า เฮลูเลนิสติก ประกอบด้วย การแพทย์ ศัลยกรรม คณิตศาสตร์ ดาราศาสตร์ เริ่มเสื่อมจนที่สุดศูนย์กลางการปกครองไปอยู่ที่กรุงโรม และเน้นที่ความก้าวหน้าทางด้านการทหาร และการปกครองเติบโตแทนที่ ต่อมากรุงโรมถูกรุกรานและแพ้สงครามกับพวกเปอร์เซีย ดังนั้นอาณาจักโรมันจึงเสื่อมสลาย ความรู้ทางด้านวิชาการและวิทยาศาสตร์ แทบไม่มีหลงเหลืออยู่เพราะถูกทำลายไปด้วย นักวิทยาศาสตร์ในยุคนี้ เช่น ยูคลิด (Euclid) อริสทารีซัส (Aristarchus) อาคีย์มีดิส ฯลฯ ในช่วงนี้ทางประวัติศาสตร์ เรียกว่า “ยุคมืด” (Dark Age)

 

วิทยาศาสตร์ในยุคกลาง (Middle Age) ระหว่างศตวรรษที่ 9-11 ความรู้ต่างๆ ถูกจดบันทึกที่ยังเหลืออยู่ได้ถูกเปลี่ยนจากภาษากรีกไปเป็นภาษาอารบิก โดยไม่มีการค้นคว้าเพิ่มเติม และหลังจากศตวรรษที่ 11 ความรู้และภาษาอารบิกถูกแปลเป็นภาษาลาติน และบางส่วนแปลเป็นภาษาฮิบรู ทั้งนี้อารยธรรมของชาวอาหรับได้แผ่ขยายไปถึงสเปน โมร็อคโค อินเดีย ซึ่งในช่วงเวลานี้ความคิดและความเชื่อทางศาสนาก็แตกแขนงออกเป็นลัทธิ เช่น มุสลิม ยิว คริสเตียน

ศตวรรษที่ 15 มีการเดินเรือสืบค้นประวัติศาสตร์ ภูมิศาสตร์ ซึ่งทำให้มีการค้นพบแผ่นดินและทวีปใหม่ๆ ต่อจากศตวรรษที่ 16 พัฒนาการทางด้านการเขียน การพิมพ์ การเขียนตำราเป็นไปอย่างกว้างขวางรวดเร็ว เมื่อค้นพบและสามารถประดิษฐ์เครื่องพิมพ์ได้ การประสานร่วมมือกันระหว่างนักวิทยาศาสตร์ที่อยุ่ในซีกโลกด้านตะวันออก กับซีกโลกตะวันตก ทำให้มีการส่งสาร ทำให้ความรู้และการสื่อสารแพร่หลายอย่างกว้างขวาง

ในช่วงหัวเลี้ยวหัวต่อระหว่างยุคกลาง (Middle Age) กับยุคปฏิรูป (Renaiseauce) ตัวอย่างของบุคคลในยุคนี้ เช่น เลโอนาโด ดาวินซี นิโคลัส เป็นต้น

วิทยาศาสตร์ในยุคปัจจุบัน เพิ่งเริ่มต้นเมื่อต้นสตวรรษที่ 17 โดยมีนักวิทยาศาสตร์ เช่น กาลิเลโอ (Galileo Galilei) เคปเลอร์ ( Kepler) นิวตัน (Newton) ลินเนียส (Linnueus) และในระหว่างศตวรรษที่ 17-18 เป็นการค้นพบที่เป็นรากฐานทางวิทยาศาสตร์ในยุคปัจจุบัน ตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 เป็นต้นมา ความก้าวหน้าและพัฒนาการทางวิทยาศาสตร์เป็นไปอย่างรวดเร็วและกว้างขวางทุกวิชา การค้นคว้าทดลอง การค้นพบประดิษฐ์สิ่งใหม่ๆ ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ศตวรรษที่ 20 อาจเป็นยุคปฏิวัติทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเกือบทุกสาขา และมีการค้นพบ เอกซ-เรย์ (X-ray) การค้นพบกัมตภาพรังสี การค้นพบทฤษฎีสัมพันธภาพ สิ่งเหล่านี้ถือเป็นรากฐานที่ทำให้มนุษย์ขึ้นสู่อวกาศ และกำลังแสวงหาความรู้ใหม่ๆ ในกาแลกซี

-ลักษณะสำคัญทางวิทยาศาสตร์

วิทยาศาสตร์มีลักษณะสำคัญ สรุปได้ดังนี้คือ

• วิทยาศาสตร์ได้มาจากประสบการณ์ และทดสอบด้วยประสบการณ์ ในที่นีความรุ้ที่มาจากประสบการณ์ เรียกว่า “ความรู้เชิงประจักษ์” หรือความรู้เชิงประสบการณ์ (Expirial Knowledge) โดยอาศัยประสาทสัมผัสทั้งห้าร่วมกับทักษะการสังเกต
• วิทยาศาสตร์ต้องเป็นสาธารณะ ความจริงที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบจะต้องแสดงหรือทดลองให้ทุกคนเห็นได้เหมือนกัน และความรู้ทางวิทยาศาสตร์ไม่ใช่ของส่วนตัวแต่เป็นสาธารณะ คือ ผู้อื่นอาจรู้เห็นอย่างเดียวกันกับผู้ค้นพบได้
• วิทยาศาสตร์มีลักษณะเป็นสากล นักวิทยาศาสตร์พยายามขยายความรู้ให้เป็นสากลมากที่สุดเพราะความรู้ที่มีลักษณะเฉพาะเจาะจงมีความหมายน้อย และขาดการยอมรับ
• วิทยาศาสตร์ช่วยในการคาดหมายอนาคต วิทยาศาสตร์มีลักษณะความเป็นสากลใช้ได้โดยทั่วไป จึงสามารถคาดหมายสิ่งที่จะเกิดในอนาคตได้ ทั้งนี้การคิดค้นกฎและทฤษฎีต่างๆ ทางวิทยาศาสตร์เพื่อคาดหมายในอนาคต
• วิทยาศาสตร์เป็นปรนัย เมื่อวิทยาศาสตร์ถูกยอมรับและพิสูจน์แล้วว่าเป็นจริง ดังนั้นไม่ว่าใครจะนำไปพิสูจน์อีกเมื่อใด ที่ใดก็ตาม ผลที่ออกมาย่อมเหมือนเดิม ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เปลี่ยนแปลงได้ เพราะวิทยาศาสตร์มีลักษณะไม่คงที่แน่นอนเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา เมื่อมีการค้นพบความรู้ใหม่ ทั้งนี้เป็นผลมาจากความก้าวหน้าทางด้านวิทยาการใหม่ๆ

-ความรู้ทางวิทยาศาสตร์

ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นผลิตผล (Product) ทางวิทยาศาสตร์จากกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (The Science Process) ซึ่งเป็นความรู้ที่ถือว่าเป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ จะต้องทดสอบยืนยันได้ว่าถูกต้องจากการทดสอบหลายๆ ครั้ง

ความรู้ทางวิทยาศาสตร์อาจแบ่งเป็น 6 ประเภท สรุปได้ดังนี้

1. ข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ เป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่สังเกตได้โดยตรง และจะต้องมีความเป็นจริงสามารถทดสอบแล้วได้ผลเหมือนกันทุกครั้ง เช่น น้ำเมื่อได้รับความร้อนจะขยายตัว ข้อเท็จจริงแต่ละอย่างมีความหมายมากหรือน้อยต่างกัน แต่หากนำมารวมกันแล้วอาจทำให้มีความหมายมากขึ้น เกิดความรู้เพิ่มขึ้น
2. ความคิดรวบยอดหรือมโนทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ เกิดจากการนำเอาข้อเท็จจริงหลายๆ ส่วนที่เกี่ยวข้องมาผสมผสานเกิดความรู้ใหม่ ความคิดรวบยอดทางวิทยาศาสตร์ อาจแบ่งออกเป็น 3 ประเภทคือ
   – ความคิดรวบยอดเกี่ยวกับการแบ่งประเภท เป็นการกำหนดสมบัติร่วมของสิ่งต่างๆ ไว้เป็นพวกๆ เพื่อใช้ในการบรรยายถึงสิ่งเหล่านั้นให้เข้าใจตรงกัน
   – ความคิดรวบยอดเกี่ยวกับความสัมพันธ์ เป็นการกำหนดความสัมพันธ์ของ ความคิดรวบยอดย่อยๆ ที่เกี่ยวข้องกัน เป็นผลในการนำมาพยากรณ์เหตุการณ์ต่างๆ ล่วงหน้า
   – ความคิดรวบยอดทางทฤษฎี เป็นการกำหนดสิ่งที่มองไม่เห็น แต่รู้ว่ามีสิ่งนั้นจริง เพราะมีหลักฐานสนับสนุนว่าเป็นจริง
3. ความจริงหลักหรือหลักการ คือ กลุ่มของความคิดรวบยอดที่เป็นความรู้หลักทั่วไป สามารถใช้อ้างอิงได้ คุณสมบัติของหลักการ คือ จะต้องสามารถนำมาทดลองซ้ำได้ผลเหมือนเดิม
4. กฎ คือ หลักการอย่างหนึ่งแต่เป็นข้อความที่เน้นความสัมพันธ์ระหว่างเหตุผล แต่มักแทนความสัมพันธ์ในรูปสมการ
5. สมมุติฐาน เป็นคำอธิบายซึ่งเป็นคำตอบล่วงหน้าก่อนที่จะดำเนินการทดลอง เพื่อตรวจสอบความถูกต้องเป็นจริงในเรื่องนั้นๆ หรือข้อความหรือแนวคิดที่แสดงการคาดคะเนในสิ่งที่ไม่สามารถตรวจสอบได้โดยการสังเกต
6. ทฤษฎี คือความรู้ที่เป็นหลักการกว้างๆ ซึ่งอาจเขียนในรูปแบบ (Model) เพื่อใช้อธิบายหรือพยากรณ์ปรากฏการณ์ต่างๆ ที่อยู่ในขอบเขตของทฤษฎีนั้น การยอมรับว่าทฤษฎีใดเป็นความจริงหรือไม่ พิจารณาจากทฤษฎีนั้นจะต้องอธิบายกฎ หลักการ และข้อเท็จจริงย่อยๆ ที่อยู่ในขอบเขตทฤษฎี หรือทฤษฎีนั้นจะต้องอนุมานออกไปเป็นกฎ หรือหลักการได้ และทฤษฎีนั้นจะต้องพยากรณ์ปรากฏการณ์ที่อาจเกิดตามมาได้

-วิธีการทางวิทยาศาสตร์

วิธีการทางวิทยาศาสตร์ เป็นวิธีที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการหาความรู้ ทั้งนี้อาจมีความแตกต่างกันบ้างในแต่ละสาขา แต่ในภาพรวมมีลักษณะคล้ายกัน สรุปเป็นขั้นตอนได้ดังนี้

ขั้นที่ 1 การสังเกต หมายถึง การสังเกตโดยใช้ประสาทสัมผัสทั้งห้า คือ ตา หู จมูก ลิ้น และกายสัมผัส รวมถึงเครื่องมือช่วยขยายความสามารถของประสาทสัมผัส และมีการบันทึกข้อมูลต่างๆ ที่ได้อย่างเป็นระบบ

ขั้นที่ 2 การตั้งสมมุติฐาน หมายถึง การคาดคะเนล่วงหน้าของคำตอบของปัญหาที่ต้องการทราบ ทั้งนี้การตั้งสมมุติฐานเกิดจากการนำข้อมูลที่มาจากการสังเกตมาเป็นส่วนช่วย

ขั้นที่ 3 การทดลอง หมายถึง การดำเนินการตรวจสอบสมมุติฐาน โดยอาศัยการรวบรวมข้อมูลทั้งจากการสำรวจ การทดลอง หรือวิธีการอื่นๆ ประกอบกัน

ขั้นที่ 4 การสรุปผลการทดลอง หมายถึง การลงข้อสรุปจากผลการทดลอง ตรวจสอบผลจากการสรุป อาจเป็นส่วนที่ทำให้เกิดหลักการ กฎ ทฤษฎี และสามารถแสดงความสัมพันธ์

เมื่อพิจารณาวิธีการทางวิทยาศาสตร์ โดยคำนึงถึงสภาพปัญหา สามารถระบุเป็นขั้นตอนได้ดังนี้

ขั้นที่ 1 ระบุปัญหา

ขั้นที่ 2 รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับปัญหา

ขั้นที่ 3 ตั้งสมมุติฐาน

ขั้นที่ 4 สังเกตรวบรวมผล และ/หรือการทดลอง

ขั้นที่ 5 สรุปผลการสังเกต และ/หรือการทดลอง

สรุปขั้นตอนการทำงานของนักวิทยาศาสตร์ ด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์

ขั้นตอนของวิธีการทางวิทยาศาสตร์อาจมีการจัดเรียงลำดับสลับกันได้บ้าง การแก้ปัญหาด้วยวิธีการทางวิทยาศาสตร์ อาจต้องอาศัยสิ่งต่างๆ ช่วย ได้แก่ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (Science Process Skill) และเจตคติทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Attitudes)

-ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์

สมาคมความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ (American Association for the Advancement of Science-AAAS) ได้กำหนดจุดมุ่งหมายของการใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เป็นเครื่องมือในการแสวงหาความรู้ทั้งสิ้น 13 ทักษะ โดยจัดแบ่งออกเป็น 2 หมวด คือ

ทักษะพื้นฐาน หรือทักษะเบื้องต้น (Basic Science Process Skill) ประกอบด้วย 8 ทักษะ ได้แก่ ทักษะที่ 1-8

ทักษะขั้นบูรณาการ หรือ ทักษะเชิงซ้อน (Intergrated Science Process Skill) ประกอบด้วย 5 ทักษะ ได้แก่ ทักษะที่ 9-13

ในส่วนความหมายที่เกี่ยวข้องในแต่ละทักษะ สรุปได้ดังนี้

1. ทักษะการสังเกต (Observation) หมายถึง ความสามารถในการใช้ประสาทสัมผัสอย่างใดอย่างหนึ่ง หรือหลายอย่างรวมกัน ได้แก่ ตา หู จมูก ลิ้น และผิวกาย เข้าไปสัมผัสโดยตรงกับวัตถุหรือปรากฏการณ์ต่างๆ โดยไม่ลงความเห็นของผู้สังเกต

2.ทักษะการวัด (Measurement) หมายถึงความสามารถในการใช้เครื่องมือวัดหาปริมาณของสิ่งต่างๆ ได้อย่างถูกต้อง ความสามารถในการเลือกใช้เครื่องมืออย่างเหมาะสม และความสามารถในการอ่านค่าที่ได้จากการวัดได้ถูกต้องรวดเร็วและใกล้เคียงกับความจริงพร้อมทั้งมีหน่วยกำกับเสมอ

3. ทักษะการคำนวณ (Using numbers) หมายถึง ความสามารถในการบวก ลบ คูณ หาร หรือจัดกระทำกับตัวเลขที่แสดงค่าปริมาณของสิ่งใดสิ่งหนึ่ง ซึ่งได้จากการสังเกต การวัด การทดลองโดยตรง หรือจากแหล่งอื่น ตัวเลขที่คำนวณนั้นต้องแสดงค่าปริมาณในหน่วยเดียวกัน ตัวเลขใหม่ที่ได้จากการคำนวณจะช่วยให้สื่อความหมายได้ตรงตามที่ต้องการและชัดเจนยิ่งขึ้น

4. ทักษะการจำแนกประเภท (Classification) หมายถึง ความสามารถในการจัดจำแนกหรือเรียงลำดับวัตถุ หรือสิ่งที่อยู่ในปรากฏการณ์ต่างๆ ออกเป็นหมวดหมู่โดยมีเกณฑ์ในการจัดจำแนก เกณฑ์ดังกล่าวอาจใช้ ความเหมือน ความแตกต่าง หรือความสัมพันธ์อย่างใดอย่างหนึ่งก็ได้ โดยจัดสิ่งที่มีสมบัติบางประการร่วมกันให้อยู่ในกลุ่มเดียวกัน

5. ทักษะการหาความสัมพันธ์ระหว่างสเปสกับสเปสและสเปสกับเวลา (Space/space Relationship and Space/Time Relationship) สเปส (Space) ของวัตถุ หมายถึง ที่ว่างบริเวณที่วัตถุนั้นครอบครองอยู่ ซึ่งจะมีรูปร่างและลักษณะเช่นเดียวกับวัตถุนั้น โดยทั่วไป สเปสของัตถุจะมี 3 มิติ (Dimensions) ได้แก่ ความกว้าง ความยาว ความสูงหรือความหนาของวัตถุทักษะการหาความสัมพันธ์ระหว่างสเปสกับสเปสและสเปสกับเวลา หมายถึง ความสามารถในการระบุความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งต่อไปนี้ คือ 1) ความสัมพันธ์ระหว่าง 2 มิติ กับ 3 มิติ 2) สิ่งที่อยู่หน้ากระจกเงากับภาพที่ปรากฏจะเป็นซ้ายขวาของกันและกันอย่างไร 3) ตำแหน่งที่อยู่ของวัตถุหนึ่งกับอีกวัตถุหนึ่ง 4) การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่อยู่ของวัตถุกับเวลา หรือสเปสของวัตถุที่เปลี่ยนแปลงไปกับเวลา

6. ทักษะการจัดกระทำและสื่อความหมายข้อมูล (Organizing data and communication) หมายถึง ความสามารถในการนำข้อมูลที่ได้จากการสังเกต การวัด การทดลอง และจากแหล่งอื่นมาจัดกระทำใหม่โดยวิธีการต่างๆ เช่น การจัดเรียงลำดับ การแยกประเภท หรือคำนวณหาค่าใหม่ เพื่อให้ผู้อื่นเข้าใจมากขึ้น อาจนำเสนอในรูปของตาราง แผนภูมิ แผนภาพ กราฟ สมการ เป็นต้น

7. ทักษะการลงความเห็นจากข้อมูล (Inferring) หมายถึง ความสามารถในการอธิบายข้อมูลที่มีอยู่อย่างมีเหตุผลโดยอาศัยความรู้หรือประสบการณ์เดิมมาช่วย ข้อมูลที่มีอยู่อาจได้มาจากการสังเกต การวัด การทดลอง คำอธิบายนั้นได้มาจากความรู้หรือประสบการณ์เดิมของ ผู้สังเกตที่พยายามโยงบางส่วนที่เป็นความรู้หรือประสบการณ์เดิมให้มาสัมพันธ์กับข้อมูลที่ตนเองมีอยู่

8. ทักษะการพยากรณ์ (Prediction) หมายถึง ความสามารถในการทำนายหรือคาดคะเนสิ่งที่จะเกิดขึ้นล่วงหน้า โดยอาศัยการสังเกตปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นซ้ำๆ หรือความรู้ที่เป็นหลักการ กฎ หรือทฤษฎีในเรื่องนั้นมาช่วยในการทำนาย การทำนายอาจทำได้ภายในขอบเขตข้อมูล (Interpolating) และภายนอกขอบเขตข้อมูล (Extrapolating)

9. ทักษะการตั้งสมมุติฐาน (Formulating hypothesis) หมายถึง ความสามารถในการให้คำอธิบายซึ่งเป็นคำตอบล่วงหน้าก่อนที่จะดำเนินการทดลอง เพื่อตรวจสอบความถูกต้องเป็นจริงในเรื่องนั้นๆ ต่อไป สมมุติฐานเป็นข้อความที่แสดงการคาดคะเน ซึ่งอาจเป็นคำอธิบายของสิ่งที่ไม่สามารถตรวจสอบโดยการสังเกตได้ หรืออาจเป็นข้อความที่แสดงความสัมพันธ์ที่คาดคะเนว่าจะเกิดขึ้นระหว่างตัวแปรต้นกับตัวแปรตาม ข้อความของสมมุติฐานนี้สร้างขึ้นโดยอาศัยการสังเกตความรู้ ประสบการณ์เดิมเป็นพื้นฐาน การคาดคะเนคำตอบที่คิดล่วงหน้านี้ยังไม่ทราบ หรือยังไม่เป็นหลักการ กฎ หรือทฤษฎีมาก่อน ข้อความของสมมุติฐานต้องสามารถทำการตรวจสอบโดยการทดลองและแก้ไขเมื่อมีความรู้ใหม่ได้

10. ทักษะการกำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการ (Defining operationally) หมายถึง ความสามารถในการกำหนดความหมายและขอบเขตของคำ หรือตัวแปรต่างๆ ให้เข้าใจตรงกัน และสามารถสังเกตและวัดได้ คำนิยามเชิงปฏิบัติการ เป็นความหมายของคำศัพท์เฉพาะ เป็นภาษาง่ายๆ ชัดเจน ไม่กำกวม ระบุสิ่งที่สังเกตได้ และระบุการกระทำซึ่งอาจเป็น การวัด การทดสอบ การทดลองไว้ด้วย

11. ทักษะการกำหนดและควบคุมตัวแปร (Identifying and controlling variables) หมายถึง การชี้บ่งตัวแปรต้น ตัวแปรตาม และตัวแปรที่ต้องควบคุมในสมมุติฐานหนึ่ง การควบคุมตัวแปรนั้นเป็นการควบคุมสิ่งอื่นๆ นอกเหนือจากตัวแปรต้นที่จะทำให้ผลการทดลองคลาดเคลื่อนถ้าหากว่าไม่ควบคุมให้เหมือนกัน

12. ทักษะการทดลอง (Experimenting) หมายถึง กระบวนการปฏิบัติการเพื่อหาคำตอบหรือทดสอบสมมุติฐานที่ตั้งไว้ ในการทดลองจะประกอบด้วยกิจกรรม 3 ขั้นตอน คือ

การออกแบบการทดลอง หมายถึง การวางแผนการทดลองก่อนลงมือทดลองจริง เพื่อกำหนดวิธีการดำเนินการทดลองซึ่งเกี่ยวกับการกำหนดวิธีดำเนินการทดลองซึ่งเกี่ยวกับการกำหนดและควบคุมตัวแปร และวัสดุอุปกรณ์ที่ต้องการใช้ในการทดลอง

การปฏิบัติการทดลอง หมายถึง การลงมือปฏิบัติการทดลองจริงๆ

การบันทึกผลการทดลอง หมายถึง การจดบันทึกข้อมูลที่ได้จากการทดลอง ซึ่งอาจเป็นผลของการสังเกต การวัด และอื่นๆ

13. ทักษะการตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป (Interpretting data and conclusion) หมายถึง ความสามารถในการบอกความหมายของข้อมูลที่ได้จัดกระทำ และอยู่ในรูปแบบที่ใช้ในการสื่อความหมายแล้ว ซึ่งอาจอยู่ในรูปตาราง กราฟ แผนภูมิหรือรูปภาพต่างๆ รวมทั้งความสามารถในการบอกความหมายข้อมูลในเชิงสถิติด้วย และสามารถลงข้อสรุปโดยการเอาความหมายของข้อมูลที่ได้ทั้งหมด สรุปให้เห็นความสัมพันธ์ของข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับตัวแปรที่ต้องการศึกษาภายในขอบเขตของการทดลองนั้นๆ

-เจตคติทางวิทยาศาสตร์ (Scientific Attitudes)

เป็นสิ่งสำคัญอย่างหนึ่งที่จะต้องปลูกฝังให้เกิดขึ้น เป็นเสมือนตัวกำกับความคิด การกระทำ การตัดสินใจในการปฏิบัติงานทางวิทยาศาสตร์

ลักษณะของเจตคติทางวิทยาศาสตร์ แบ่งได้เป็น 2 ลักษณะ คือ

1. เจตคติที่เกิดจากการใช้ความรู้

กฎเกณฑ์ ทฤษฎี และหลักการต่างๆ ทางวิทยาศาสตร์

การอธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติในเชิงวิทยาศาสตร์ โดยถือผลที่เกิดจากการสังเกต ทดลอง ตามที่เกิดจริง โดยอาศัยข้อมูลองค์ประกอบที่เหมาะสม

2. เจตคติที่เกิดจากความรู้สึก

กิจกรรมทางวิทยาศาสตร์มุ่งที่ก่อให้เกิดความคิดใหม่ๆ เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติ คุณค่าสำคัญจึงอยู่ที่การสร้างทฤษฎี

ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์จะมีมากขึ้นถ้าได้รับการสนับสนุนจากบุคคล

การเป็นนักวิทยาศาสตร์ หรือการทำงานที่ต้องใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เป็นสิ่งที่น่าสนใจและมีคุณค่า

คุณลักษณะของบุคคลที่มีเจตคติทางวิทยาศาสตร์ สรุปได้ดังนี้

1. มีเหตุผล

2. มีความอยากรู้อยากเห็น

3. มีใจกว้าง

4. มีความซื่อสัตย์และมีใจเป็นกลาง

5. มีความเพียรพยายาม

6. มีความละเอียดรอบคอบ

3. ประโยชน์ของวิทยาศาสตร์

วิทยาศาสตร์มีประโยชน์ต่อมนุษย์และมีบทบาทสำคัญต่อการพัฒนาประเทศ ผลของการศึกษาค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์ เกี่ยวโยงกับความเจริญในด้านต่างๆ เช่น การแพทย์ การสื่อสารคมนาคม การเกษตร การศึกษา การอุตสาหกรรม การเมือง การเศรษฐกิจ ฯลฯ สรุปได้ดังนี้

วิทยาศาสตร์ช่วยให้มีความสามารถในสังคม ในสังคมที่มีสิ่งแวดล้อมทางวิทยาศาสตร์ บุคคลที่มีความรู้ทางวิทยาศาสตร์ จะเป็นผู้มีความสามารถ และมีความสำคัญต่อการพัฒนาชุมชนและสังคม

วิทยาศาสตร์ช่วยแนะแนวอาชีพ วิทยาศาสตร์ก่อให้เกิดอาชีพหลายสาขา และเป็นประโยชน์ต่อการดำรงชีวิต

วิทยาศาสตร์ช่วยให้เกิดความเจริญทางร่างกายและจิตใจ การได้รับความรู้ทางวิทยาศาสตร์ทั้งทางด้านทฤษฎีและปฏิบัติ ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพ อนามัย อาหาร การดำรงชีวิต จะช่วยให้ร่างกายเจริญเติบโตและมีสุขภาพแข็งแรง

วิทยาศาสตร์ช่วยให้เป็นผู้บริโภคที่สามารถ หมายถึง การตัดสินใจในการใช้สินค้าหรือบริการต่างๆ โดยอาศัยหลักการทางวิทยาศาสตร์

วิทยาศาสตร์ช่วยให้รู้จักใช้เวลาว่างให้เป็นประโยชน์ในการศึกษาค้นคว้าเรื่องที่สนใจ

วิทยาศาสตร์ช่วยให้รู้จักใช้ทรัพยากรธรรมชาติให้เป็นประโยชน์

วิทยาศาสตร์ช่วยแก้ปัญหาต่างๆ

ความเจริญก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มีบทบาทสำคัญต่อชีวิตประจำวัน การที่เราจะอยู่ได้อย่างทันโลกและทันเหตุการณ์ จำเป็นต้องศึกษาหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ใหม่ อยู่เสมอ เพราะวิทยาศาสตร์มีประโยชน์เกี่ยวข้องกับชีวิต และเป็นส่วนหนึ่งของการสร้างคุณภาพที่ดีแก่ชีวิต