ธรรมชาติความรู้ทางวิทยาศาสตร์

มีการจัดประเภทความรู้ทางวิทยาศาสตร์ 2 ประเภทที่แตกต่างกัน ความรู้ชนิดแรกคือความรู้เชิงกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เป็นวิธีการที่นักวิทยาศาสตร์ที่ดำเนินการปฏิบัติเพื่อให้ได้ความรู้ อีกชนิดคือความรู้ที่เป็นผลผลิตของวิทยาศาสตร์อันเป็นความจริงทางวิทยาศาสตร์ มโนทัศน์ และทฤษฏี ซึ่งกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ก่อให้เกิดขึ้น นักจิตวิทยารู้จักความรู้2 ชนิดนี้ในนามความรู้เชิงกระบวนการ (procedural knowledge) และความรู้เชิงบรรยาย (declarative knowledge)

เป็นที่ชัดเจนว่าทฤษฎีของการสอนจะต้องรับรู้ถึงวัตถุประสงค์ในการสอนทั้งความรู้เชิงบรรยายและความรู้เชิงกระบวนการ ตอนต่อไปจะได้กล่าวถึงความรู้แต่ละชนิดในรายละเอียดในตอนต่อไป


ความรู้เชิงบรรยาย(descriptive knowledge)
โดยทั่วไปความรู้เชิงบรรยายอยู่ในรูปของหน่วยการเรียนรู้หรือหน่วยคำสอนของเนื้อหาเชิงบรรยาย ที่ประกอบด้วยชุดต่างๆ ของมโนทัศน์และระบบมโนทัศน์ มีองศาของความซับซ้อน ความเป็นนามธรรม และความสำคัญ ต่างๆกัน จะเห็นว่ามโนทัศน์ไม่ได้อยู่โดดเดี่ยวแต่เพียงลำพัง แต่มีความสัมพันธ์กับระบบที่มีความหมาย มักมีโครงสร้างตามลำดับชั้นของมโนทัศน์ มโนทัศน์ที่อยู่เหนือกว่าและต่ำกว่าของระบบมโนทัศน์ นอกจากนั้นมโนทัศน์ยังอ้างถึงรูปแบบบางอย่าง มีการใช้เทอมต่างๆ ซึ่งแบ่งมโนทัศน์ออกได้ 3 ชนิดคือ 1. มโนทัศน์ตามความเข้าใจ ของสามัญสำนึกในทันที

2. มโนทัศน์เชิงบรรยาย เป็นเหมือนกับการมีปฏิสัมพันธ์กับโลกรอบตัว หรือการเปรียบเทียบเทียบเคียงโดยตรงกับวัตถุและเหตุการณ์ 3.มโนทัศน์เชิงทฤษฎี โดยการกำหนดเป็นข้อตกลงเบื้องต้นเหมืนอกับสัจพจน์ ในส่วนของลักษณะที่ไม่อาจรับรู้ได้ ไม่มีใครเข้าใจความหมายของมโนทัศน์เชิงทฤษฎีใดๆโดยปราศจากความเข้าใจบางอย่างและรู้ถึงระบบทฤษฎีที่เป็นอยู่ ซึ่งข้อมูลจากการปฏิบัตินั้นมีระบบทฤษฎีนั้นเป็นพื้นฐาน มีระบบมโนทัศน์อยู่ 2 ชนิดคือ

1. ระบบมโนทัศน์เชิงบรรยาย ประกอบด้วยมโนทัศน์ตามความเข้าใจ มโนทัศน์เชิงบรรยายซึ่งจะเกี่ยวข้องกับเฉพาะวัตถุที่สามารถรับรู้ได้ และการปฏิสัมพันธ์ของวัตถุเหล่านี้
2. ระบบมโนทัศน์เชิงทฤษฎีประกอบด้วยมโนทัศน์ตามความเข้าใจ เชิงบรรยาย และเชิงทฤษฎี

การเกิดขึ้นของมโนทัศน์เชิงบรรยาย
มโนทัศน์เชิงบรรยายเกิดขึ้นอย่างไร นั้นเป็นเหมือนกับกระบวนการสร้างความรู้ กระบวนการนี้มีรูปแบบเดียวกับการหาเหตุผลแบบนิรนัยเชิงสมมุติฐาตน (hypothetical-deductive reasoning) ที่นำให้เราไปสู่การทดสอบสมมุติฐาน การเกิดมโนทัศน์ไม่ใช่เรื่องใหม่ เป็นเหมือนกระบวนการทางนามธรรมโดยตรง และอยู่บนฐานของความสามารถที่จะสร้างและทดสอบสมมุติฐาน การเข้าใจแบบนี้ความรู้เชิงมโนทัศน์ที่มี (เป็นแง่หนึ่งของความรู้เชิงบรรยาย)ขึ้นอยู่กับความรู้เชิงกระบวนการของแต่ละคน ขณะที่แต่ละคนได้รับทักษะเพิ่มในการใช้ขั้นตอนนิรนัยเชิงสมมุติฐาน การเกิดมโนทัศน์ก็จะง่ายขึ้น

การเกิดมโนทัศน์เชิงทฤษฎี
การเกิดมโนทัศน์เชิงทฤษฎีเป็นที่เข้าใจได้ง่ายเมื่อพิจารณางานของชาร์ล ดาวิน (Charles Darwin) จากการที่เขาได้เปลี่ยนทัศน์จากนักสร้างสรรค์ ไปเป็นนักวิวัฒนาการ ยิ่งกว่านั้นเขาได้สร้างทฤษฎีวิวัฒนาการอันเป็นที่น่าพอใจผ่านทางการใช้การคัดเลือกตามธรรมชาติ (natural selection) ชาร์ล ดาวินได้ก้าวเข้ามาใช้มโนทัศน์การคัดเลือกตามธรรมชาติ โดยที่เขาได้เห็นงานเขียนของ Matthus เกี่ยวกับแนวคิดหลักสำคัญ ที่สามารถยืมมาใช้ในการอธิบายการวิวัฒนาการ แนวคิดหลักก็คือการเลือกที่คิดขึ้น โดยการเลือกพืชสัตว์พื้นเมือง นำไปเทียบเคียงกับสิ่งที่จะเกิดขึ้นในธรรมชาติ และสามารถนับได้ถึงการเปลียนแปลงหรือการวิวัฒนาการของสปีชีซ์

การเทียบเคียงแสดงบทบาทหลักในการเกิดมโนทัศน์เชิงทฤษฎี Handson อ้างถึงกระบวนการที่ยืมแนวคิดเก่าและประยุกต์ใช้ในสถานะการณ์ใหม่ว่า abduction (Hanson, 1947) ยังมีคนอื่นๆอ้างถึงกระบวนการเรียกว่าการวิเคราะห์หาเหตุผลเชิงตรรกะ (analogical reasoning)(Karplus,1979 Lason & Lawson, 1979) โดยวิธีนี้แอปดักชั่น เป็นการใช้การเทียบเคียงยืมความคิดเก่าและประยุกต์ใช้ในสถานะการณ์ใหม่เพื่อสร้างมโนทัศน์ใหม่และคำอธิบายใหม่ การใช้วิธีการวิเคราะห์หาเหตุผลเชิงตรรกะเเป็นองค์ประกอบสำคัญที่มักจะอ้างถึงกันคือการคิดแบบสร้างสรรค์ สิ่งที่สำคัญคือจิตใต้สำนึก (subconscious mind) แสดงบทบาทสำคัญในการสร้างความคิดใหม๋ตามที่ Pierce อ้างอิงใน Hanson (1977) คือ ” All the ideas of science come to it by way of abduction. Abduction consists in studying the facts and devising a theory to explain them. It is only justification is that if we are ever to understand things at all, it must be that way: แนวคิดทั้งหมดของวิทยาศาสตร์มามีอยู่ได้โดยแนวคิดของแอปดักชัน แอปดักชั่นประด้วยการศึกษาความจริงและออกแบบทฤษฎีที่จะใช้อธิบายในเรื่องที่ศึกษา มันเป็นเพียงการปรับเปลี่ยนที่เมื่อถ้าเราจะเข้าใจสิ่งต่างๆหรือไม่ ซึ่งจะต้องเป็นไปตามนั้น”

ผลจากแนวทางที่คนเรียนรู้เกี่ยวกับโลกของพวกเขานั้น กระบวนการเรียนรู้เหล่านี้ก็คือความรู้เชิงมโนทัศน์หรือเชิงบรรยาย(descriptive knowledge) ขั้นตอนวิธีที่แต่ละคนใช้ให้เกิดความรู้เชิงบรรยายโดยรวมๆเรียกกันว่าความรู้เชิงกระบวนการ(procedural knowledge) เช่นการขโมยความคิดผู้อื่น การอุปนัย การนิรนัย และการอนุมาณหรือลงความเห็น(inference) ฯลฯ รูปแบบการหาเหตุผลหรือกลวิธีทางความคิดเช่นการหาเหตุผลจากเส้นทางที่มากที่สุด (combinatorial reasoning) หรือการสร้างทางเลือกสมมุติฐานอื่นให้ได้มากที่สุด (the generation of combination of alternative hypothesis) การควบคุมตัวแปร (การทดลองในแนวที่การเปลี่ยนตัวแปรอิสระเพียงตัวแปรเดียว) การหาเหตุผลเชิงสัมพันธ์ (correlational reasoning) ที่เปรียบเทียบสัดส่วนที่จะสนับสนุนเหตุการณ์หรือไม่ นั้นฝังตัวอยู่ในกระบวนการนี้

สำหรับขั้นการพัฒนาความรู้เชิงกระบวนการดังปรากฏในทฤษฎีพัฒนาการของเปียอาเจต์ โดยเฉพาะในส่วนการคิดของผู้ใหญ่หรือ การคิดแบบฉบับ (formal operational thought) บุคคลใดที่ที่เข้าสู่ขั้นการพัฒนานี้ของการคิดแบบผู้ใหญ่ เป็นการคิดของแต่ละบุคคลที่ข้ามพ้นปัจจุบันและสร้างทฤษฎีขึ้นเองกับทุกสิ่งทุกอย่าง ลอร์สัน (1984) ได้ตั้งสมมุติฐานในส่วนสำคัญที่เปลี่ยนจากขั้นที่ต่ำกว่าของการพัฒนาไปสู่ขั้นการพัฒนาที่สูงขึ้นสะท้อนให้เห็นถึงความสามารถของผู้ใหญ่ที่จะถามคำถาม ไม่ใช่เพราะผู้อื่นแต่เพราะตัวเองที่สะท้อนให้เห็นต่อความถูกต้องหรือความไม่ถูกต้องของคำตอบของคำถามดังกล่าวเหล่านั้นในลักษณะการตั้งสมมุติฐานเชิงนิรนัย (hypothetical deductive)

Kuhn, Amsel และ O’Loughlin (1988) ได้ชี้ให้เห็นความสามารถหลัก 3ประการที่ได้มาโดยผู้ใหญ่บางคนคือ
1. ความสามารถที่จะคิดเกี่ยวกับทฤษฎีมากกว่าการคิดเฉพาะกับทฤษฎี ผู้ใหญ่ที่สามารถสะท้อนความคิดเพื่อพิจารณาทฤษฎีทางเลือกอื่น และถามต่อว่าอันไหนที่สามารถยอมรับได้มากที่สุด
2. ความสามารถที่จะพิจารณาหลักฐานที่จะถอนออกจากสิ่งที่แตกต่างออกจากทฤษฎีโดยตัวเอง สำหรับเด็กหลักฐานและทฤษฎีไม่สามารถที่จะแยกออกจากกันได้และเป็นเรื่องยากที่สุดที่จะทำให้เกิดขึ้นในห้องเรียน นั่นก็คือคำระหว่าง สมมุติฐาน การพยากรณ์ และหลักฐาน (Lawson, Lawson and Lawson, 1984)
3. เป็นความสามารถที่จะกันการยอมรับหรือปฏิเสธของตัวเองของทฤษฎีเพื่อประเมินอย่างอย่างมีจุดประสงค์ภายใต้การพยากรณ์และหลักฐานอ้างอิง

ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ควรจะยอมรับว่าถูกต้อง เฉพาะตราบเท่าที่ยังดูมีเหตุผลภายใต้คำอธิบายและหลักฐานทางเลือกอื่น และหลักฐานที่นำไปสู่พฤติกรรมที่ประสบความสำเร็จในธรรมชาติ แม้ว่าการค้นพบหลายอย่างทางวิทยาศาสตร์ก้าวเข้ามาสร้างนักวิทยาศาสตร์ในขั้นต้นโดยโอกาสหรือบังเอิญ แม้ว่าจะมีเรื่องดังกล่าวปรากฏอยู่ ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เกือบทั้งหมดมาจากกลวิธีจากการใช้การคิดเชิงวิทยาศาสตร์ (scientific thinking) การสอนวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ส่วนมากแล้วมุ่งเน้นไปสิ่งที่เรียกว่ากระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (process of science) โดยพิจารณาถึงอะไรที่เป็นแก่นกลางของพลังของวิทยาศาสตร์ ที่สามารถอธิบาย และสามารถทำนายปรากฏการณ์ได้จริง บางครั้งการอธิบายและการทำนายเป็นเรื่องหลักเป็นสิ่งเดียวกัน ที่แตกต่างกันก็คือการพยากรณ์เกิดขึ้นก่อนที่เหตุการณ์จะเกิดขึ้น และคำอธิบายอาจเกิดขึ้นหลังจากที่ปรากฏการณ์เกิดขึ้น)