Hvad er naturvidenskab?

1. Hvad er naturvidenskab? • Undersøgelse og beskrivelse af den døde og den levende natur • Har et empirisk grundlag (bygger på erfaringen) • Uddrager generelle træk som formuleres i generelle teorier og lovmæssigheder • Teorier og lovmæssigheder skal kunne testes/verificeres gennem observationer og eksperimenter • Naturvidenskabelige teorier er hypoteser. De kan ikke bevises. En hypotese får status af teori, når den er tilstrækkeligt verificeret

2. Type 2-diabetes og BMI Empiri: Undersøgelse af sammenhæng mel- lem BMI og risiko for type 2-diabetes Teori: Den relative risiko for type 2-diabetes er 42 gange større ved BMI>35 Verifikation: Befolkningsundersøgelser Glucosebelastningstest Flere eksperimenter…

3. Galileis faldlov Empiri: Faldtiden for et legeme vokser med faldhøjden. Teori: (bevægelse med konstant acceleration) Verifikation: Eksperiment

4. Kendetegnved naturvidenskaben • Er beskrivende og forklarende – ikke normativ (fastsætter ikke, hvordan noget bør være og gøres) • Er objektiv – producerer viden uafhængig af sympatier, meninger, politik, osv. • Beskæftiger sig med egenskaber der er generelle – ikke det unikke • Eksperimenter og observationer skal være reproducerbare – teorier verificerbare eller falsificerbare

5. Formuleret af videnskabshistoriker Helge Kragh: ”Naturvidenskaben udmærker sig ved at være et transnationalt og transkulturelt projekt, for så vidt angår metoder og resultater. Der findes ikke én slags tyngelov for amerikanerne, en anden for kineserne; vand består af ilt og brint, uanset om man er muslim eller kristen; og DNA molekylets struktur vil vurderes ens af mandlige og kvindelige forskere. Kort sagt, naturvidenskaben er universel og objektiv.”

6. De naturvidenskabelige arbejdsmetoder • Den empirisk-induktive metode • En hypotese formuleres på baggrund af systematiske observationer/eksperimenter. Man slutter fra det specielle til det generelle • Prøve-fejl-metoden (trial and error) • Du har en ide til, hvordan et problem skal løses. Afprøves  ok eller om igen • Den hypotetisk-deduktive metode • Hypotese opstilles, ud fra teori drages en deduktiv slutning, afprøves eksperimentelt, den fremsatte hypotese verificeres eller falsificeres. Man slutter fra det generelle til det specielle • Kvantitative og kvalitative resultater/materiale

7. Den empirisk-induktive metode • Der foretages systematiske observationer og eller eksperimenter • En (biolog/)læge samler observationer om malkepigers reaktion på koppevirus. Kokopper beskytter mod humant koppevirus. Han slutter, at man kan vaccinere med (kokoppe)virus. • Fra det specifikke til det generelle • Ikke nødvendigvis sandheden men et godt bud under omstændighederne (bedre at bruge svækket humant koppevirus)

8. Den empirisk-induktive metode • Der foretages systematiske observationer og/eller eksperimenter (data regnes for sikre) • Man slipper forskellige genstande af forskellige størrelse, farve, facon etc. De falder alle mod Jorden. • Fra det specifikke til det generelle: Det sluttes nu at alle genstande, der slippes lidt over Jordoverfalden falder til Jorden. • Ikke nødvendigvis sandheden, men et godt bud. Der kan være undtagelser: En ballon vil fx stige op.

9. Prøve-fejl-metoden/trial and error • Blev tidligere anvendt i udviklingen af nye lægemidler • Et molekyle er blevet syntetiseret. Den ønskede effekt er blevet afprøvet. Dette er blevet gentaget indtil den ønskede effekt er opnået • Fx penicillin G (ustabilt)  semisyntetiske penicilliner • Pharmacogenomics: The End of Trial-and-Error Medicine? • "The right dose of the right drug for the right indication for the right patient at the right time." Dr. Felix Frueh

10. Den hypotetisk-deduktive metode • Hvorfor får flere smågrise diarre af GMO-soya end af økologisk soya? • En hypotese fremsættes: Glyphosat hæmmer gavnlige tarmbakterier, men ikke patogene tarmbakterier • Eksperiment med bakterievækst uden og med forskellige koncentrationer af glyphosat gennemføres • Væksten af forskellige bakterier observeres og hypotesen bekræftes (verificeres) • Fra det generelle til det specifikke Gavnlige tarmbakterier er følsomme for glyphosat, patogene tarmbakterier er resistente

11. Den hypotetisk-deduktive metode Eksempel: Relativitetsteorien • Lysets fart er konstant og den samme i alle inertialsystemer • Fysikkens love er de samme i alle inertialsystemer • Regne, regne,… => • ”Et bevæget ur går langsommere end et stationært” • Synkronisér to meget præcise atomure og send det ene afsted på en flyvetur rundt om Jorden. Sammenlign så de to ure. • Hypotesen bekræftes. Det forfløjne ur gik langsommere. (hver gang din GPS i mobilen virker, så testes hypotesen!)

12. Den hypotetisk-deduktive metodeEksempel: Atommodeller • Thomson (1899): ”Et atom består af en positiv baggrundskerne med de negative elektroner som rosiner i en ”rosinbolle”” • Rutherford (1911): ”Mit forsøg med tilbagespredte He-kerne mod et guldfolie viser, at det ikke kan være rigtigt.” • Thomsons hypotese må forkastes (falsificeres). • Opstil en ny hypotese (Bohrs atommodel) • Bemærk: En god hypotese er en, der kommer med mange forudsigelser, som det er muligt at falsificere.

13. Kvantitative resultater(position og fart som funktion af tiden for en trækopbil)

14. Kvalitative resultater/materialesmagstest - blindsmagning

15. Naturvidenskab i gymnasiet • I gymnasiet verificeres næsten udelukkende accepterede teorier • Kun ind imellem produceres heltnyviden • Gymnasieelevens naturvidenskabelige arbejdsmetoder: • Litteratursøgning - kildekritik • Redegørelse for hvordan forskerne i sin tid kom frem til den viden, som den undersøgte teori består af • Anvendelse af naturvidenskabens værktøjer • Gentagelse/variationer af eksperimenter

16. Nogle af naturvidenskabens værktøjer • Klassifikation • Den eksperimentelle metode • Måleinstrumenter • Modeller • Repræsentationer

17. Klassifikation • Skaber system og overblik  skjulte sammenhænge afdækkes • Eksempel: • Linnés klassifikationssystem • http://www.dr.dk/Nyheder/Indland/2014/02/18/193156.htm ”....den farlige kolibakterie ESBL...” • http://www.ssi.dk/Service/Sygdomsleksikon/E/ESBL.aspx ”....Escherichia coli og Klebsiella pneumoniae ........Extended-spectrum beta-lactamaser (ESBL)”

18. Den eksperimentelle metode • Observationer og eksperimenter (tilrettelagte observationer=kontrollerede spørgsmål til Naturen) • Nøjagtig beskrivelse, således at eksperimentet kan gentages - Reproducerbarhed • Variabelkontrol • Måleserier, mere end en gentagelse • Kvantificering af målinger • Grafisk repræsentation • Matematisk model

19. Problemer med eksperimenter • Praktiske • Ser det man vil se • Etiske begrænsninger • Placeboeffekt

20. Overvejelser Begrænsninger i den eksperimentelle metode: • Kan man måle alt? (hvad fx med ”intelligens”, ”humor”, ”kærlighed”, ”tilfredshed” ”bevidsthed”, et ”gymnasiums løfteevne”) • Eksempler på eksperimenter, som man må afvise af etiske grunde • Er det etisk forsvarligt at lave eksperimenter med forsøgsdyr? – Alternativer?

21. Måleinstrumenter • Mange størrelser kan ikke sanses umiddelbart • Nøjagtige, veldefinerede, internationalt anerkendte måleenheder, SI(*) (*) forkortelsen SI: af fransk Système international d'unités

22. Fem kritiskespørgsmåltileksperimentalisten: • Hvordanopnåede du dine målinger? • Hvorpålideligeogreproducérbareer dine målinger? • Kanandrereproducere dine målinger? • Er der alternative forklaringerpå dine måleresultater? • Kan du på basis af dine resultater lave forudsigelserogudførenyemålinger, der kanbekræfteforudsigelserne?

23. Modeller

24. Hvad gør en model god? • En god model er så simpel som mulig. • Herved bortledes brugerens opmærksomhed ikke fra det væsentlige. • En model beskriver ikke hele verden. • I molekylbyggesættene er hydrogen-molekylerne typisk hvide, mens oxygen er rød. I virkeligheden har atomer ingen farver (de er for små). • Man skal derfor vide, hvilke aspekter af modellen der kan bruges og hvilke der ikke dur. • En god model beskriver et (lille) aspekt af verden godt (kan bruges til forudsigelser eller forståelse). • En model bygger på en række antagelser om verden • I en god model har man eksplicit skrevet disse antagelser op. • En model må godt kommer op med en forkert forudsigelse • Bare man ved, hvad afvigelsen skyldes • Ved hvor stor afvigelsen maksimalt er

25. ModellerEksempel: Bohrs atommodel

26. ModellerGlucosetransportør i bugspytkirtel

27. - + x V A Model for fotoelektrisk effect Empiriogteori - - - - - -

28. Målingerogoprindeligteori stemmer ikke: Klassiskbølgeteorier den blålinje. Den passer ikke med eksperimentet. Data ligger påen ret linje, der ikkegårgennem (0,0) Energiafløsrevneelektroner Model for fotoelektrisk effect Frekvensafindkommendelys Hvad nu?

29. Matematisk model afmålingerne Laver forsøgetigen for andremetaller. Stadig ret linje med sammehældning h, men med enandenskæring med y-aksen. Ekin Hældning h f Allemåleserierfølgerenlineærsammenhæng: Vi har nu en matematisk model af målingerne Men ikke nogen fysisk forklaring/teori af hvorfor

30. Nyfysisk model, der kanforklaremålingerne: Einstein 1905: Lys erpartikler (fotoner) ogenfotonharenergien E=hf. Enelektronkan kun absorbere al fotonensenergi. Men for at fåelektronenløsframetalletkosterdeten vis mængdeenergi. Restenerkinetiskenergiafelektronen. Einsteinsteori for fotoelektrisk effect: Du erifængsel. Detkoster 500 kr at kommeud. Du betaler 800 krogfår 300 krtilbage. Indkommendefotonsenergi Kinetiskenergiafløsrevetelektron Energisomdetkoster at løsriveelektronen

31. Grafer, figurer, formler og symboler Præsentationer

32. Kildekritik - Proteinpulver http://bodystore.dk/4/dk/artiklar/kosttilskud/proteinpulver/index.html?gclid=CMD3kOna4LwCFYMfwwod0zMACQ http://www.fitnessnord.com/proteinpulver.html http://perbraendgaard.com/2013/01/27/ni-grunde/ http://www.altomkost.dk/NR/rdonlyres/013632BB-1B95-412A-8888-D56F59301C59/0/SJ_Institutionskostpdf.PDF https://www.sundhed.dk/borger/sygdomme-a-aa/hormoner-og-stofskifte/sygdomme/kost/protein/ http://www.bodybuilding.dk/artikler/kosttilskudskompendiet-1--protein-essentielle-aminosyrer-aminosyrer-med-forgrenede-sidekder-og-leucin.html

33. Kildekritik http://www.altomkost.dk/Anbefalinger/De_officielle_kostraad/Kostraad.htm http://www.maelken.dk/ernaering/teenagere/kostanbefalinger-til-drenge-13-19-ar/ http://www.youtube.com/watch?v=8M7nYeItNrM ”levende mad” http://www.dr.dk/DR1/Firmakuren/Artikler/Kost/20080409110607.htm ”levende mad”