การค้นคว้าวิจัยและกระบวนการทางวิทยาศาสตร์

การค้นคว้าวิจัยและกระบวนการทางวิทยาศาสตร์
    การค้นคว้าวิจัย หมายถึง กระบวนการสร้างองค์ความรู้ใหม่ๆ ในด้านต่างๆ เกี่ยวกับตนเองหรือโลกที่เราอาศัยอยู่ เพื่อที่จะตอบคำถามหรือแก้ปัญหา เมื่อเลือกหัวข้อที่จะทำโครงงาน ควรที่จะพิจารณาอย่างรอบคอบว่า โครงงานของเราจะเป็นประโยชน์ต่อสังคม เช่น การแก้ปัญหา หรือ ค้นพบปรากฎการณ์ใหม่ได้อย่างไรบ้าง ซึ่งในเชิงวิทยาศาสตร์มักจะเป็นการค้นคว้าเพื่อตอบคำถามที่เกี่ยวกับปรากฎการณ์ต่างๆ ตามธรรมชาติอยู่แล้ว ส่วนในเชิงวิศวกรรมศาสตร์จะเป็นการเน้นกระบวนการสิ่งประดิษฐ์ใหม่ๆ หรือพัฒนาเพิ่มเติม

    การตั้งคำถามนี้ ถือเป็นส่วนสำคัญที่สุดของการสร้างสรรค์งานทางด้านวิทยาศาสตร์ ซึ่งการตั้งคำถามจะนำไปสู่การตั้งสมมติฐานในรูปแบบ “ถ้า………. แล้ว………..” จากนั้นการตั้งคำถามจะนำเราไปสู่การสังเกตและการทดลอง

    กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ แบ่งได้เป็นขั้นตอนหลักๆ ดังนี้
        1. ตรวจสอบตนเองว่า มีความอยากรู้อยากเห็นหรือสงสัยในหัวข้อใด จากนั้น “เลือกหัวข้อ” ตั้งคำถามและระบุปัญหา
        2. ศึกษาค้นคว้างานวิจัยหรือบทความต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับคำถามหรือปัญหาที่ตั้งไว้
        3. ประเมินถึงทางออกที่น่าจะเป็นไปได้ในสิ่งที่พัฒนาเพิ่ม หรือพัฒนาขึ้นมาใหม่แล้วจึงตั้งสมมติฐาน
        4. ทดสอบสมมติฐานที่ตั้งไว้โดยการทำการทดลอง ซึ่งจะต้องเก็บข้อมูลและทำการวิเคราะห์ผล
        5. ประเมินผลการทดลองและทำการสรุปผลจากข้อมูลที่มีอยู่
        6. จัดทำรายงาน

    ผู้พัฒนาควรเรียนรู้ที่จะสงสัยผลการทดลองทุกประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลการทดลองของตนเองและศึกษาผลการทดลองให้ถ่องแท้ การทดลองที่ดีอาจจะไม่ได้คำตอบเสมอไป แต่ที่สำคัญจะนำไปสู่การตั้งคำถามใหม่ๆ ซึ่งจะต้องมีการสังเกตและการทดลองต่อไป บ่อยครั้งที่สมมติฐานสุดท้ายจะถูกพัฒนาขึ้นหลังจากที่เราได้ทำการทดลองเบื้องต้น การวิเคราะห์ผล และได้ร่างข้อสรุปหลายต่อหลายครั้ง

เป้าหมายทางวิศวกรรมศาสตร์ (สำหรับผู้พัฒนาที่สนใจสาขาวิศวกรรมศาสตร์)
    นักวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปพยายามศึกษาเพื่อที่จะเข้าใจถึงการทำงานของธรรมชาติ ในขณะที่วิศวกรจะพยายามสร้างสรรค์สิ่งใหม่ๆ ที่ยังไม่เคยมีมาก่อน โครงงานทางวิศวกรรมศาสตร์จึงควรระบุถึงเป้าหมายทางวิศวกรรม กระบวนการพัฒนา และ การประเมินผลหลังการปรับปรุง ดังนั้น โครงงานทางวิศวกรรมศาสตร์อาจจำแนกเป็นขั้นตอนต่างๆ ได้ดังนี้
        1. ระบุความจำเป็นที่จะต้องพัฒนาโครงงาน
        2. กำหนดเกณฑ์ในการออกแบบ
        3. ศึกษาค้นคว้าบทความหรืองานวิจัยต่างๆ ว่าสิ่งใดที่มีผู้ประดิษฐ์ไปแล้ว
        4. เตรียมออกแบบขั้นต้น
        5. สร้างและทดสอบต้นแบบ
        6. ทดสอบและออกแบบใหม่ (ถ้าจำเป็น)

เริ่มต้นโครงงานวิทยาศาสตร์อย่างไร
    1. หาหัวข้อที่จะศึกษา
    พยายามคิดและหาสิ่งที่เราต้องการจะศึกษา ซึ่งอาจจะมาจากงานอดิเรก ความสนใจส่วนตัว หรือการสังเกตสิ่งใกล้ตัว ซึ่งจะนำไปสู่ปัญหาที่ผู้พัฒนาต้องการหาทางแก้ไข โดยทั่วไปแล้วจะมีเพียง 1 หรือ 2 เหตุการณ์
    2. ศึกษาค้นคว้าหาข้อมูลที่เกี่ยวข้อง
    พยายามที่จะศึกษาค้นคว้าหาข้อมูลต่างๆ เกี่ยวกับหัวข้อที่คิดไว้จากวารสารวิชาการ ห้องสมุดหรืออินเทอร์เน็ต เช่น http://www.nectec.or.th/ysc/, http://apps.societyforscience.org/abstracts/ สังเกตเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้อง เก็บรวบข้อมูลต่างๆ ที่เกี่ยวกับหัวข้อดังกล่าว ค้นหาผลลัพธ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้หรือผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด พูดคุยปรึกษากับผู้เชี่ยวชาญหรือบริษัทต่างๆ ในสาขาที่เกี่ยวกับหัวข้อที่ต้องการจะศึกษา เพื่อให้ได้ข้อมูลที่เกี่ยวข้องโดยตรง ตระเตรียมหรือสร้างเครื่องมือที่จำเป็นต้องใช้ในการศึกษา
    3. จัดการ
    จัดการรวบรวมทุกๆ สิ่งที่เรียนรู้มา ในขั้นนี้ ผู้พัฒนาควรวิเคราะห์และสรุปความรู้ที่ได้รับอย่างเป็นระบบ และมุ่งเน้นลงไปที่แนวความคิดที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นโดยพยายามเชื่อมโยงความรู้ที่ได้รับกับปัญหาที่สนใจ เพื่อที่จะได้กำหนดขอบเขตของงานภายใต้เวลาที่มีและตั้งสมมติฐานได้
    4. จัดตารางเวลา
    สร้างและกำหนดกิจกรรมต่างๆ ที่ผู้พัฒนาจะต้องทำใส่ลงในกำหนดเวลา กิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับการทดลองและการเก็บข้อมูลอาจจะต้องใช้เวลามาก เนื่องจากการทดลองเพียงครั้งเดียวหรือสองครั้งอาจจะไม่เพียงพอ ผู้พัฒนาควรจะวางแผนในการทำการทดลองซ้ำ ผู้พัฒนาไม่ควรลืมที่จะจัดสรรเวลาไว้สำหรับการเขียนรายงานและการจัดแสดงผลงานด้วย
    5. วางแผนการทดลอง
    เมื่อผู้พัฒนามีแนวความคิดต่างๆ ที่เกี่ยวกับเรื่องที่ต้องการศึกษาแล้ว จากนั้นให้ลองเขียนแผนการทดลอง โดยแผนการทดลองนี้ควรอธิบายถึงวิธีทำการทดลองและสิ่งที่เกี่ยวข้องอย่างเป็นขั้นตอน โดยผู้พัฒนาอาจจะเลือกวิธีการอธิบายโดยแบ่งเป็นหัวข้อย่อยหรือเขียนขั้นตอนของกระบวนการทำงานออกมาเป็นขั้นตอนชัดเจน
    6. ปรึกษาอาจารย์ที่ปรึกษา
    การทำโครงงานที่ดี การสื่อสารกับผู้เกี่ยวข้องมีความสำคัญอย่างยิ่ง ผู้พัฒนาควรหาเวลาพูดคุยกับอาจารย์ที่ปรึกษาเกี่ยวกับโครงงานที่จะทำและแผนการทดลองอย่างสม่ำเสมอ
    7. ทำการทดลอง
    ออกแบบการทดลองด้วยความรอบคอบ ในขณะทำการทดลอง ควรจดบันทึกรายละเอียดทุกอย่างที่เกี่ยวกับการทดลอง การวัดผลและสิ่งที่สังเกตได้ อย่ามั่นใจในความจำของเรามากเกินไป เพราะอาจหลงลืมได้ การทำการทดลองควรเป็นไปอย่างรอบคอบตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงตัวแปรควรที่จะเปลี่ยนทีละตัวแปร และทำการทดลองควบคุมด้วยซึ่งตัวแปรทุกชนิดไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ จำนวนตัวอย่างเพียงพอที่จะทำการทดลอง ในแต่ละการทดลอง ควรมีจำนวนตัวอย่างอย่างน้อย 5 ตัวอย่าง
    8. ตรวจสอบผลการทดลอง
    เมื่อทำการทดลองเสร็จเรียบร้อยแล้ว ผู้พัฒนาควรจะต้องตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้ วิเคราะห์ดูว่า ผลการทดลองเป็นไปตามที่คาดไว้หรือไม่อย่างไร การทดลองแต่ละครั้งมีขั้นตอนการทดลองเหมือนกันหรือไม่ มีคำอธิบายอื่นๆ อีกหรือไม่ที่ผู้พัฒนายังนึกไม่ถึง การสังเกตการณ์การทดลองแต่ละครั้งมีข้อผิดพลาดใดๆ เกิดขึ้นหรือไม่ การทำความเข้าใจถึงข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น และการวิเคราะห์ข้อผิดพลาดนั้นอาจจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง ควรทำการวิเคราะห์ข้อมูลทางสถิติเพื่อสนับสนุนผลงานด้วย
    9. สรุปผลการทดลอง
    ผู้พัฒนาอาจจะสรุปผลการทดลองของตนโดยการระบุถึงตัวแปรที่สำคัญ การเก็บข้อมูลที่มีเพียงพอ และสรุปว่า การทดลองนั้นๆ ยังจำเป็นที่ต้องทดลองต่อไปอีกหรือไม่ ผู้พัฒนาควรเปิดใจกว้าง ไม่ควรเปลี่ยนแปลงผลการทดลองเพียงเพื่อให้ตรงกับทฤษฎีที่ได้เรียนรู้มา การทำการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ประสบความสำเร็จ ไม่จำเป็นที่ผลการทดลองจะต้องตรงกับสมมติฐานที่ตั้งไว้ การทดลองนี้ถือเป็นเพียงการพิสูจน์สมมติฐานเท่านั้น

ทำอย่างไรจึงจะประสบความสำเร็จในการทำโครงงานวิทยาศาสตร์
    1. การบันทึกข้อมูลโครงงาน
    สิ่งสำคัญที่สุดในการทำโครงงาน ควรบันทึกข้อมูลถูกต้อง มีรายละเอียดที่ชัดเจน มีเหตุมีผลและละเอียดรอบคอบ ซึ่งจะช่วยผู้พัฒนาในการเขียนรายงานฉบับสมบูรณ์
    2. การสื่อสาร
    ผู้พัฒนาควรสื่อสารกับอาจารย์ที่ปรึกษาและนักวิจัยพี่เลี้ยงอย่างสม่ำเสมอ เพื่อทำให้การทำโครงงานเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพและตรงตามแผนที่กำหนดไว้ ซึ่งการพูดคุยกับอาจารย์ที่ปรึกษาอาจจะเป็นประโยชน์ต่อผู้พัฒนาที่จะสามารถได้แนวคิดในการทำการทดลองเพิ่ม หรือเข้าใจความเชื่อมโยงของงานและประโยชน์ของงานได้มากขึ้น
    3. การอ้างอิงข้อมูล
    ผู้พัฒนาที่ดีจำเป็นต้องมีจริยธรรมในการวิจัย ผู้พัฒนาควรจะมีการอ้างอิงงานที่เกี่ยวข้อง รูปภาพที่นำมาใช้เพื่อเป็นการให้เกียรติถึงผู้ที่ได้ทำการค้นคว้าก่อนหน้านี้