Videnskabsteori for Naturvidenskab med fokus på kemi og biologi

Videnskabsteori for Naturvidenskab med fokus på kemi og biologi Bent Rasmussen/Bjerringbro Gymnasium

- 1 -

Videnskabsteori for Naturvidenskab med fokus på kemi og biologi

Forord

De fleste introduktioner til naturvidenskabsteori tager udgangspunkt i fysiske/astronomiske ek-sempler. Når fagene biologi og kemi er på banen i almen studieforberedelse er det ofte vanske-ligt at bruge disse eksempler i disse fag. Disse noter er derfor lavet for at biologi og kemi bedre kan komme på banen i almen studieforberedelse og for den sags skyld også i studieretnings-projektet i gymnasiet.

Bent Rasmussen

Indholdsfortegnelse side Indledning 2

Videnskabelig tankegang 2

Før renæssancen 3

I renæssancen 4

Videnskabsteori 5

Eksperimentet 7

Abstraktioner 10 Videnskab og ansvar 11

Hypotese bliver teori 14

Paradigme/Paradigmeskift 14

Instrumenter 15

Eksperiment eller forsøg? 16

Eksperimenter, observationer eller undersøgelser? 16

Modeller 17

Opgaver 20

Kilder 21

Bilag 1: Hvad skal en rapport indeholde? 22

Bilag 2: vejledning til synopsisskrivning 23


- 2 -

Videnskabsteori for naturvidenskab

med fokus på kemi og biologi

Indledning

I naturvidenskabelige fag, i gymnasiet primært

repræsenteret ved fysik, kemi, naturgeografi og

biologi, søger man erkendelser og viden om

naturen ved enten at foretage observationer eller

undersøgelser, eller ved at lave egentlige ekspe-

rimenter. Vi vil i det kommende se nærmere på

naturvidenskabelige arbejdsmetoder og forståel-

sen af, hvorfor naturvidenskaben netop arbejder

på én bestemt måde. Vi vil også se, at naturvi-

denskabelig metode adskiller sig fra humani-

stisk og samfundsfaglig metode.

Videnskabelig tankegang

Figur 1. Elever i færd med systematisk under-

søgelse af indholdet af ethansyre i husholdnings-

eddike.

Inden for naturvidenskaben tænker man sig, at

der må findes en endelig sandhed om naturen.

Man antager desuden, at naturen i sin yderste

konsekvens en dag kan blive ”fuldt beskrevet”.

D.v.s. at man bliver i stand til at forklare alle

naturfænomener, samt forudsige fremtidige

hændelser. Fx er DMI i dag i stand til at offent-

liggøre femdøgns vejrprognoser, med rimelig

stor sikkerhed. Vi er dog langt fra at få dette

totale overblik. Snarere tvært i mod, da hver ny

erkendelse oftest stiller flere nye spørgsmål, end

den giver svar på.

Naturen kan enten studeres i felten eller i labo-

ratoriet ved hjælp af eksperimentelle arbejds-

metoder. Arbejdsmetoderne ligger til grund for

de journalark, vi benytter til eksperimentel un-

dervisning.

Oftest er det meget forskellige metoder, der

anvendes inde og ude. I laboratoriet kan man

arbejde med kontrollerede eksperimenter, hvil-

ket vi vender tilbage til. Disse giver ofte ret

entydige resultater, men de er som regel revet

ud af den sammenhæng de skal beskrive. Stude-

rer man parringsadfærd hos musvitter i et bur i

laboratoriet, kan man få nogle fine observatio-

ner uden forstyrrende elementer, men der er

ingen garanti for, at adfærden er den samme i

naturen. Omvendt er det i naturen, hvor man

kan opstille eksperimenter til undersøgelse af

parringsadfærden, men ikke kan være sikker på,

at det kun er hunnens tilstedeværelse hannen


- 2 -

reagerer på. Måske spiller solen, temperaturen,

vinden eller andre fugle også ind.

Uanset hvad man gør, indsamles der data, som

skal bearbejdes og rapporteres i en form, så

andre kan læse og forstå, hvad der er foregået,

samt eftergøre eksperimentet. At eksperimentet

skal kunne eftergøres, og der skal kunne nås de

samme konklusioner, kræver at forskeren er

objektiv i sit arbejde.

Før renæssancen

Vi mennesker har lavet boliger, jagtvåben og

redskaber i årtusinder. I starten var der tale om

primitive udgaver, senere blev de mere avance-

rede. Inden for de enkelte tidsperioder kan man

dog observere, at de altid har været hensigts-

mæssigt fremstillet, og at det hensigtsmæssige

er opnået ved, at man har forsøgt sig frem. Har

en mand i jægerstenalderen fremstille en pile-

spids, der var bedre end den man kendte i for-

vejen, har han valgt at lave flere, og naboerne

har efterabet hans forbedrede spids (det kaldes

kulturarv). Med kendskab til jagtdyrenes adfærd

og anatomi, har man haft specielle pilespidser

og andre våben til de forskellige dyrearter. Der

fandtes fx også stumpe pile, som blot skulle slå

byttet ud, for ikke at ødelægge pels eller fjer-

dragt. Sådan er udviklingen af jagtvåben fore-

gået, dog ofte blandet med religiøse/cerimonelle

behov.

I stenalderen flyttede befolkningsgrupper rundt i

landskabet, idet de fulgte jagtdyrenes veje. I

perioder af året levede de ved havet af fisk,

fugle og havpattedyr, på andre tidspunkter ja-

gede de hjorte o.l. For at holde styr på, hvornår

det var tiden at bryde op, observerede man årsti-

dernes skiften.

Allerede lang tid før man opfandt skrifttegnene,

har stenaldermennesker indridset figurer eller

mønstre i sten og træ. Tegn man i dag tolker

som en markering af solhøjden på forskellige

årstider. Man tænker sig en slags kalender, som

har sagt dem, hvornår, det var tiden at bryde op

og følge visse jagtdyr på deres trækrute eller slå

sig ned ved en flod for at fiske laks o.l. Der

findes selvfølgelig også faste installationer som

Stonehenge i Sydengland. Stenenes placering i

cirklen kan tolkes som en kalender, der afspejler

(en model af) årstidernes gang, og den har sik-

kert været brugt til at fastlægge tidspunktet for

religiøse højtideligheder o.l. Ud over solen har

man også orienteret sig i forhold til stjernerne.

Figur 2. Stonehenge i Sydengland1.

Brugen af naturen har også vakt interessen for at

forstå naturen, og man har tidligt udviklet fore-

stillinger om, hvorfra vi er kommet; tænk blot

på første Mosebog i det gamle testamente.

I og med at mennesket var bruger af naturen, har

man også forsøgt at forklare observerede sam-

menhænge i verden omkring dem. Det er ofte

sket på et rent filosofisk grundlag, og uden brug

af nøjere undersøgelser af det observerede. Den

græske filosof Empedokles (492-432 f.kr.) op-

stillede en grundstofteori (elementteori) som

1 Kilde: BR


- 3 -

postulerede, at der findes fire elementer - jord,

vand, ild og luft. Ud fra disse 4 elementer kan

alt andet dannes. Det er selvfølgelig ren filosofi,

men teorien holdt sig næsten frem til 1800. Er

man forelsket, opdager kæresten hurtigt at hjer-

tet slår hurtigere end normalt, når hun ligger

med øret mod hans bryst. Hvad er da mere na-

turligt end at kalde hjertet for et kærlighedsor-

gan? Denne betragtning holdt lige til den engel-

ske læge W. Harvey i 1628 opdagede, at blodet

cirkulerer i blodkarrene og hjertet er pumpen,

der sikrer denne cirkulation. Den gamle overbe-

visning om, at hjertet er et kærlighedsorgan, har

dog ikke været helt let at slå af pinden, hvilket

et utal af kærlighedssange vidner om (hjerte

rimer stadig på smerte).

Mange opdagelser og forbedringer af redskaber

er gjort ved tilfældigheder. De har virket, uden

man har haft den videnskabelige indsigt i hvor-

for. Fremstilling af jern er en ret kompliceret

proces, som ikke er opfundet på én gang, men

forbedringer er sket over lang tid, og den kemi-

ske forståelse af hvad der sker, er mindre end

200 år gammel.

Figur 3. Jernfremstilling som det foregik i jernalderen. Råstoffet var myremalm

(mosemalm) som især fandtes i Vest- og Sønderjylland

2.

I renæssancen

I renæssancen (15-1600-tallet) sker der en æn-

dring i folks måde at se på naturen på. Nu skulle

naturen gøres til genstand for udforskning. Man

skulle arbejde systematisk og eksperimenter

skulle kunne eftergøres af andre. Som noget nyt

så man en masse eksperimenter blive gjort, uden

at de havde direkte sammenhæng med noget,

der kunne nyttiggøres her og nu. Mange appa-

rater blev opfundet i denne periode fx kikkerten,

mikroskopet, barometeret og termometeret. Alt

sammen apparater vi finder det ganske naturligt

at anvende i dag; men hele tankegangen om at

gøre eksperimenter var ny dengang. Pudsigt nok

var vægten for længst opfundet, men som sy-

stematisk værktøj i kemien blev den først obli-

gatorisk i slutningen af 1700´-tallet.

Figur 4. Vægt som den i princippet har set ud i århundreder. På den ene skål anbragtes det, man ønskede at veje, og på den anden anbragtes lodder med kendt masse. Den her viste vægt an-vendtes til bestemmelse af gulds lødig-hed.

3.

Det man således gjorde op med var middelalde-

rens naturfilosofi, som ikke var eksperimentelt

2 Kilde: J. Jensen

3 Kilde: Ranke-Madsen


- 4 -

begrundet. Noget af det første der blev rokket

ved var jordens placering som centrum i solsy-

stemet. Desuden blev der fundet flere nye plane-

ter, hvilket krævede brug af kikkerter. Man

opdagede cellen. Det kunne ikke ske uden et

mikroskop o.s.v.

I starten var der kun få videnskabsmænd, som

arbejdede efter de nye retningslinier, men da de

havde succes med deres eksperimenter og un-

dersøgelser, blev den eksperimentelle metode

snart omdrejningspunkt for al naturvidenskabe-

lig forskning.

Selv om eksperimentet nu stod i centrum for

forskningen, var den ikke uafhængig på samme

måde, som man tilstræber i dag. Man mente

stadig, at alting var guds skaberværk, og når gud

lod os løfte en flig af hans værk, var det kun for,

at vi kunne udnytte naturen til menneskets bed-

ste. Den tyske alkymist, senere kemiker Johan

Kunckel (1630-1702)4 udtrykker det således:

”Næst efter den hellige skrift er det kemien, der

viser os mennesker vej til at lære at kende ska-

beren af hans værk

og af skabningerne,

til at se hans almagt

og visdom, og til i

dybeste ydmyghed,

at takke ham

tilbørligt for disse

hans velgerninger”5

Figur 5. Johan Kunckel (1630-1703) adlet

i Sverige – født i Holsten.

4 Ranke-Madsen

5 Illustreret Familiejournal

At naturvidenskabelige fænomener skal

kunne forklares uden inddragelse af en ska-

bende kraft, er en forudsætning, som er

kommet til i nyere tid. Bemærk at der intet

siges om, at der ikke er en skabende kraft. Man

må blot ikke bruge den som en forudsætning for

formulering eller opretholdelse af videnskabe-

lige teorier.

I dag ser vi mennesket som en del af naturen,

dog med den særstatus at vi, som den eneste art,

kan gribe voldsomt ind i naturen, hvilket giver

os forpligtelser i form af at være naturforvaltere.

Den verserende klimadebat bekræfter dette på

godt og ondt.

Videnskabsteori

Naturvidenskabelig videnskabsteori er kun en af

flere videnskabsteorier. Langt det meste forsk-

ning inden for naturvidenskab bygger på den

videnskabelige retning som kaldes ”den hypo-

tetisk-deduktive retning, også kaldet empirisk

positivisme. Inden for denne retning søger man

systematik og lovmæssigheder. Helt væsentligt

er det, at forskeren (iagttageren) står uden for

det system, hun iagttager og observerer (måler,

vejer mm) og kommer frem til konklusioner,

som principielt er uafhængige af iagttageren

selv. Når der står ”principielt uafhængig”, skyl-

des det, at der er talrige eksempler på, at for-

skere har drejet resultater, udeladt resultater

mm, for at nå frem til et i forvejen ønsket resul-

tat. Det er selvfølgelig ikke hæderlig forskning.

Generelt kan man sige, at fremgangsmåden

inden for den hypotetisk deduktive metode er

opstilling af en arbejdshypotese, hvorover der

gøres eksperimenter og drages konklusioner.


- 5 -

Hvorledes dette foregår gennemgås i kapitlet:

Eksperimentet.

En anden sjældnere anvendt naturvidenskabelig

metode er ”Den induktive metode”. Den byg-

ger blot på at man i naturen observerer det

samme fænomen forløbe på sammen måde

mange gange, hvorefter man opbygger en teori

om forløbet, som man så kan handle på, selvom

man ikke kan gøre egentlige eksperimenter. Når

man fx tager til Tønder i bestemte uger forår

eller efterår for at se ”stor sol” (stære i formati-

onsflyvning), skyldes forudsigelsen af stærenes

tilstedeværelse en teori opstillet efter denne

metode. Den er som det fornemmes vanskelig

efterforske eksperimentelt. Se også side 15.

En tredje sjældent brugt metode er ”Falsifikati-

onsmetoden”. Den bygger på en teori fremsat

ved et dristisk gæt, hvorefter man opstiller eks-

perimenter som skal forkaste teorien. Holder

teorien til alle disse angreb, regnes den for sik-

ker. I kemi findes en teori ”Debye-Hückels

grænselov” fra 1923 om ioners styrke i vandige

opløsninger afhængig af deres ladning og kon-

centration. Denne grænselov er opstillet som en

matematisk model uden noget eksperimentelt

grundlag eller tidligere observationer, og senere

eksperimenter har ikke været i stand til at forka-

ste den.

En anden mere samfundsvidenskabelig metode

er den ”Fænomenologiske retning” også kaldet

den Hermeneutiske erkendelse6. Ifølge denne

prøver forskeren mere at forstå fænomenerne

indefra. Forskeren er ikke længere en neutral

iagttager, men er bevidst om at være en del af

den virkelighed, der studeres. Forskningens

resultater er derfor dels baseret på data/facts og

6 Larsen, side 10 ff.

forskerens egen fortolkning. Hvis en samfunds-

forsker laver interview med en politisk person,

ligger der data til grund for personens holdning

til et politisk emne, ligesom forskeren selv kan

have en holdning til samme emne. Derfor kan

forskeren under disse betingelser ikke være

ganske uafhængig under tolkningen af indsam-

lede data.

Indenfor humaniora benytter man sig også af

den Hermeneutiske erkendelse, her blot den

hermeneutiske cirkel eller spiral, hvor man ved

logisk argumentation og lytning prøver at ar-

bejde sig frem til en erkendelse.

Kun sjældent vil man i naturvidenskab støde på

forskning efter hermeneutisk metode, og hvis

det sker, vil det sandsynligvis være i et grænse-

område mellem naturvidenskab og samfundsvi-

denskab. Naturgenopretningsprogrammer kunne

være eksempler på dette, eller grænsefladen

mellem etologi (adfærdsforskning) og psyko-

logi.

En antik græsk naturfilosof Aristoteles (384-322

f. kr.) havde gjort den observation, at hvis man

hælder vand på aske, bliver askens volumen

meget mindre, ja den falder nærmest sammen,

mens man hælder vand på. Han opstillede her-

efter en hypotese som sagde, at hvis man tager

to lige store kar, fylder det ene med aske, og

herefter fylder begge kar med vand, vil der

kunne fyldes nøjagtig lige meget vand i begge

kar7. Der opstod herefter en diskussion om

hypotesens holdbarhed med andre naturfilosof-

fer. Der blev argumenteret for og i mod hypote-

sen. Den bedst argumenterende stod sluttelig

med sejrens palmer og hypotesen holdt. Her er

humanistisk hermeneutisk erkendelse anvendt

7 Illustreret Familiejournal


- 6 -

på et naturvidenskabeligt fænomen. I dag ville

man have opstillet et eksperiment for at afprøve

hypotesens holdbarhed.

Lad os tage et eksempel, som helt tydeligt tager

udgangspunkt i den hypotetisk – deduktive

metode.

Figur 6. Aristoteles8

Eksperimentet

Helt centralt i naturvidenskaben finder vi ekspe-

rimentet. Eksperimentet er som skabt til den

hypotetisk-induktive metode, idet der opstilles

en hypotese, som efterprøves eksperimentelt og

forskeren er ikke en del af systemet, og observe-

rer således det hele ude fra. Vi ser på et eksem-

pel.

Når man bager et brød, sættes det til hævning et

lunt sted. Der findes dog også opskrifter på

boller, som skal hæve i køleskabet natten over.

8 Kilde: Wikipedia, det stammer fra Louvre

Dejens hæveevne er åbenbart afhængig af tem-

peraturen – dette kaldes en observation. Der

ligger altid en observation til grund for et ekspe-

riment. For at præcisere hvad man herefter øn-

sker at undersøge, må man opstille en hypotese

(evt. arbejdshypotese). En hypotese prøver at

forudsige udfaldet af eksperimentet. Sker dette,

er hypotesen godkendt. Sker det ikke, forkastes

den, og man må opstille en ny. Ofte vil erfarin-

ger fra tidligere, eller informationer hentet i

faglitteraturen ligge til grund for en opstillet

hypotese.

Man kan sige, at hypoteser skal skabe orden i de

erfaringer man har gjort. Overvej om erfaringer

omvendt altid skaber orden i hypoteserne?

Vores hypotese kunne være: ”Gærens aktivitet

stiger med stigende temperatur”. Læg mærke

til, at hypotesen kun siger noget om temperatu-

ren, intet om sukker- eller gærmængden eller

øvrige eksperimentelle betingelser, herunder

apparatur. Dette er helt centralt. Ved natur-

videnskabelige eksperimenter ændrer man

kun én parameter ad gangen.

Herefter opbygges et eksperiment, hvor alle

opstillinger er ens, blot undersøges gæringen

ved forskellige temperaturer.

En beskrivelse af eksperimentet kunne være:

Klassen danner 5 hold. Hvert hold undersøger gærceller-nes gasudvikling ved en bestemt temperatur.

Der arbejdes ved 20°, 30°, 40°, 50° og 60° Hvert hold gør følgende. 1. Opvarm v.h.a. elektrisk kedel eller vandhane 1,5 liter vand til den temperatur, holdet skal arbejde ved, og hæld vandet over i et kar. Temperaturen må løbende justeres med varmt eller koldt vand. 2. Afvej 20 gram gær og 20 gram sukker i en 500 mL

konisk kolbe. 3. Tilsæt til kolben 150 mL vand fra vandbadet og rør godt rundt til alt er opløst/opslæmmet. 4. Luk kolben med gærrør og prop, som vist på figuren, og anbring kolben i jeres vandbad. Juster temperaturen i


- 7 -

badet under eksperimentet.

5. Hvert 5. minut bestemmes gasudviklingen, idet I fra minut 5 tæller antallet af "blob" i nøjagtig 1 minut. Re-sultatet indføres i skemaet (se skema over data). 6. Efter 10 minutter tælles atter antal "blob" i 1 minut og således fortsættes efter skemaet i 30 minutter.

Du bemærker at kun temperaturen varierer i de

5 opstillinger ellers er alt ens.

Når eksperimentet er udført, skal opnåede data

behandles og resultatet diskuteres. Det er

velkendt, at eksperimentets usikkerheder og

fejlkilder tages op til overvejelse, men lige så

vigtigt er det, at få diskuteret de opnåede resul-

tater. Stemmer de overens med hypotesen eller

kendt viden? Gør de det, er det jo fint. Et resul-

tat af en klasses eksperimenter ser således ud.

Tabel 1. Resultatet at en klasses gæringseks-

perimenter

Antal ”blob” pr minut til forskellige tider.

Temp. 5

min

10

min

15

min

20

min

25

min

30

min

20 1 2 12 29 27 30

30 13 24 28 24 34 39

40 67 64 57 53 54 52

50 41 40 42 35 31 29

60 29 6 3 3 2 0

Det ser ikke just overskueligt ud, og klassen

vælger derfor at beregne gennemsnit af

blob/minut ved de enkelte temperaturer. Gør

man det får man følgende resultat:

Tabel 2. Gennemsnitlige antal ”blob” pr mi-

nut ved forskellige temperaturer.

Temp. 20 30 40 50 60

”Blob” 17 27 58 36 7

Det er straks meget bedre, nu er det mere over-

skueligt. Man kan evt. tegne en graf over resul-

taterne, se figur 7.

I dette tilfælde finder man, at gærens aktivitet er

meget lav ved 60, så vi kan altså ikke bekræfte

hypotesen, men vi kan opstille en ny: ”Gærcel-

lers aktivitet stiger med stigende temperatur

indtil ca. 40, hvorefter den atter falder”. Den

passer med de opnåede data, men kan vi nu

være sikre på, at gæren er mest aktiv ved 40?

Nej, kun at optimum ligger et sted mellem 30 og

50. Hvad med temperaturer under 20? Der

bliver her stillet nye spørgsmål, som kan under-

søges, hvorved hypotesen kan forfines. Dette er

i princippet drivkraften i al forskning. Får man

svaret på et spørgsmål, stilles der samtidig en

række nye!

Man skal være villig til at eftergøre andres eks-

perimenter, ligesom det er i ”opfinderens” inte-

resse, at andre efterprøver en opstillet hypo-

tese/teori. Derved sikres det, at man kan stole på

opnåede resultater, og derved skabe mulighed

for yderligere fremskridt.

I gæringseksperimentet indgik ikke blot én

klasse men tre, og holdenes resultater ses i tabel

3.


- 8 -

Tabel 3. Resultater at 3 klassers gæringseks-

perimenter.

Antal ”blob” pr minut til forskellige

tider.

Temp. 5

min

10

min

15

min

20

min

25

min

30

min

20 1

1

0

2

1

3

12

4

6

29

20

8

27

25

22

30

28

27

30 13

15

21

24

58

30

28

53

37

24

78

46

34

81

49

39

90

49

40 67

32

67

64

37

91

57

26

46

53

42

46

54

47

47

52

53

44

50 41

57

65

40

46

65

42

53

45

35

44

55

31

34

65

29

29

60

60 29

10

20

6

2

5

3

3

1

3

1

2

2

1

1

0

1

1

Alle tre klasser fik disse data til bearbejdning,

og alle valgte igen at beregne gennemsnit.

Tabel 4

Temp. 20 30 40 50 60

”Blob” 15 43 52 46 5

Figur 7. Resultat af gæringseksperimen-ter. Gennemsnitsværdier.

Konklusionen må blive den samme som før,

men med lidt større sikkerhed, på trods af, at

værdier på samme målinger udviser stor varia-

tion. Eleverne var enige om, at der burde laves

supplerende eksperimenter.

Naturvidenskab er, og skal altid være, en åben

aktivitet, og det sikres ved at afrapporterede

eksperimenter altid skrives på en fyldestgørende

og entydig måde, så andre ikke lades i tvivl om,

hvilken hypotese, der er efterprøvet, hvad man

har gjort og hvilke resultater, der er opnået. En

rapport skal desuden indeholde en diskussion af

resultaterne, gerne sammenholdt med kendt

viden, samt en konklusion, som bekræfter eller

afkræfter den opstillede hypotese. En hypotese

vil ind imellem kun kunne delvis bekræftes, og

dermed danne oplæg for en revideret hypotese,

som så kan efterprøves.

Tabel 5. Grundprincip i eksperimentel

metode

Naturviden-

skabelig me-

tode

Eksempel

Observation Mor stiller franskbrød til hæv-

ning et lunt sted.

Formulering af problemstilling

Vi vil undersøge om gærs akti-vitet stiger med stigende

temperatur, og om det kan være

forklaringen på mors handling.

Opstilling af

hypotese

Gærs aktivitet stiger med sti-

gende temperatur

Eksperimentel

afprøvning

5 ens koniske kolber med gær-

rør påfyldes ens mængder gær,

sukker og vand og stilles ved

20°, 30°, 40° 50° og 60°. Antallet af bobler i gærrøret

aflæses i et minut, med 5 mi-

nutters mellemrum i ½ time.

Diskussion Vi står med et stort antal må-

linger, som først må bearbejdes

(der abstraheres) og vi beregner

de gennemsnitlige gasudviklin-

ger ved de forskellige tempe-

raturer. De tegnes i et koordi-

natsystem som sammenhæng mellem antal blob og tempe-

raturen.


- 9 -

Figuren giver anledning til

diskussion. Kan man fx blot

forbinde punkterne med stre-ger? Var det OK at benytte

gennemsnits værdier? Burde vi

have lavet parallelle eksperi-

menter?

Konklusion

Kan hypotesen

bekræftes?

Vi kan ikke bekræfte hypote-

sen, men vi kan tage udgangs-

punkt i den stillede hypotese og

justere denne.

Abstraktioner

I eksperimentet herover med gærcellers aktivitet

observeres gasudviklingen i en gærende sukker-

blanding i ca. 30 minutter, og gasudviklingen

måles hvert 5. minut. De hold som har under-

søgt gæringsforløbet ved 20°, observerer lav

gasudvikling i starten, hvorefter den stiger,

indtil eksperimentet afbrydes. Ved 50° og 60

har holdene gjort andre observationer. Her star-

ter gasudviklingen med høj aktivitet, hvorefter

aktiviteten aftager. For at opnå enkle og over-

skuelige resultater, må man ofte se bort fra – ab-

strahere fra – sådanne variationer, hvilket klas-

serne også gjorde i eksemplet med gæring. Et

skridt videre kunne være at beregne standardaf-

vigelsen på eksperimentelle data. Ved standard-

afvigelsen kan man fx angive området, indenfor

hvilket 66 % af alle måledata ligger. Gør vi det

med gæringseksperimentet fås følgende resultat.

Figur 8. Gæringseksperimentet.

Gennemsnitsdata med spredning (stan-

dardvariation).

Sådanne abstraktioner foretages med risiko for

at en bekræftet hypotese/teori ved nærmere

eftersyn kan vise sig at være misvisende. Man

abstraherer også fra, at alle tre målesæt ikke er

tilnærmelsesvis identiske. Den kvikke elev vil

erkende, at vi har et problem med de lang-

somme og hurtigt startende kulturer, og vil der-

for foreslå en ændring af eksperimentet, se op-

gave 3. Det er meget vigtigt at forholde sig til

sådanne abstraktioner i diskussionen af ekspe-

rimentet.

Kvalitativt eller kvantitativt eksperiment

Var det nu et kvalitativt eller et kvantitativt

eksperiment, vi her udførte? Det var kvantita-

tivt, da vi talte bobler i et vist tidsrum. Bobler-

nes volumen kunne vi have bestemt, og vi

kunne derfor have bestemt gasudviklingen i

enheden mL/min.

Hvad vi ikke ved er, hvad den udviklede gas

består af. Leder vi gassen ned gennem en opløs-

ning af Ca(OH)2, vil vi observere, at gassen

bliver opfanget i væsken, og der opstår et hvidt

bundfald. Dette bundfald er calciumcarbonat

(kalk) og er tegn på, at gassen består af carbon-

dioxid CO2. Reaktionsskemaet ser således ud:


- 10 -

Ca2+(aq) + 2OH-

(aq) +CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(l)

Vi har her påvist en kvalitet ved gassen, nemlig

at den består af CO2. Når vi påviser eksistensen

af et eller andet, er der tale om et kvalitativt

eksperiment. Når vi bestemmer mængden eller

koncentrationen af stoffet, er eksperimentet

kvantitativt. I dette eksperiment kunne vi også

have vist, at den tilsatte sukkermængde gradvist

forsvandt, og at der blev dannet mere og mere

ethanol (sprit) efter følgende reaktionsskema:

C6H12O6(aq) → 2CO2(g) + 2CH3-CH2OH(aq)

Vi ville også kunne påvise, at det er nøjagtig

den samme reaktion, der finder sted i alle kol-

berne, blot med forskellig hastighed.

Videnskab og ansvar

Vi skal nu se på begrebet ”Naturvidenskab og

ansvar”. Det er kendt, at nogle forskere i deres

arbejde med en hypotese har smidt resultater

væk, som ikke passer med det forventede eller

evt. det ønskede. I nogle tilfælde med god

grund, man kan have opdaget en fejl ved et

måleapparat o.l., men nogle gange står man

simpelthen med et ”forkert resultat”, som der

ikke er nogen umiddelbar forklaring på. Smider

man det væk, fordi det ikke støtter ens hypotese,

eller er man nød til at se nærmere på hypotesen?

Man skal ikke være blind for at forskere kan

have svært ved at forkaste en ”god” hypotese –

er det ansvarlighed?

I gæringseksperimentet er det let at se, at efter

ca. 20 minutter er gæringsaktiviteten stort set

væk i eksperimentet ved 60. Skal man så blot

kassere de første resultater efter 5 minutter, for

at få resultaterne til at passe med, at aktiviteten

efterhånden udslukkes ved denne temperatur?

Den slags spørgsmål løber forskeren ind i igen

og igen, og de endelige konklusioner afhænger

af de valg, der tages.

Etiske forhold vedrører selvfølgelig også natur-

videnskab og de mennesker, som er involveret i

denne videnskab. Derfor eksisterer der internt

en forsknings-etik, som går på, hvorledes en

aktuel forskning påvirker individ og samfund.

Etikken omkring naturvidenskabelig forskning

er derfor nært knyttet til opførsel og værdier.

Især biomedicinsk forskning har stor etisk berø-

ring. Afprøvning af ny medicin kræver ofte

benyttelse af forsøgsdyr som mus, rotter, hunde

og grise. Hvilke lidelser er man villig til at på-

føre disse dyr under afprøvning af ny medicin? I

sidste ende skal medicinen selvfølgelig også

afprøves på mennesker, inden den frigives til

generel brug. I den forbindelse må der gøres

overvejelser om, hvor mange testforsøg, der skal

udføres, og hvor mange personer, det skal invol-

vere. Det kan jo være, at dyreforsøgene har

overset nogle bivirkninger? I det tilfælde er det

selvfølgelig vigtigt at forsøgspersonernes antal

er så lille som muligt. På den anden side skal

forsøgsmaterialet være så omfattende, at man

med stor sikkerhed kan sige, at medicinen virker

bedre end andre kendte, eller har færre bivirk-

ninger. Der har de seneste tider (2008) været

forlydender om, at ny medicin, som i udsalg

bliver så dyr, at den i mange år fremover vil

være forbeholdt folk i den vestlige kulturkreds, i

vid udstrækning bliver testet på frivillige for-

søgspersoner i den tredje verden. Disse personer

får medicinen gratis under testprogrammet, men

kan ikke se frem til at have råd til behandlingen

efter testperioden. Hvordan ser det ud med den


- 11 -

vestlige verdens ansvarlighed i sådanne til-

fælde? Personer med en bestemt sygdom/lidelse

kan opleve at få det væsentlig bedre under te-

sten, men de kan ikke fortsætte behandlingen

efterfølgende, på grund af fattigdom. Det kan

vel heller ikke udelukkes, at behandlingen kan

vise sig, at have meget uheldige bivirkninger?

Ofte vil forsøgspersonerne have underskrevet et

dokument, hvor de fraskriver sig retten til, efter-

følgende at kræve erstatning for svie og smerte.

Hvem har det etiske ansvar i dette tilfælde?

Kemikeren/bioteknologen der udviklede stoffet?

Biologen/lægen der testede på dyrene og som

kan have overset signaler? Lægerne der står for

testprogrammet, og som af medicinalfirmaet har

fået et vist beløb til rådighed til testen på men-

nesker, og derfor (måske) allierer sig med kolle-

ger i et Uland? Medicinalfirmaets ledelse som

ønsker at få markedsført medicinen hurtigst

muligt, med så god dokumentation som muligt,

og selvfølgelig med lavest mulig omkostning?

Problemet med videnskabelig ansvarlighed er

ikke nyt, og i 1942 sammenfattede Robert

Merton de videnskabsetiske normer, som funge-

rer som påbud til forskerne om at holde sig på

den videnskabelige dyds smalle vej. Normerne

kaldes samlet de institutionelle imperativer,

og der er fire af slagsen:

1. Universalisme. Der stilles krav om at frem-

satte videnskabelige påstande skal være uper-

sonlige, uden påvirkning af kultu-

ren/kulturkredsen, og de skal være transnatio-

nale. En påstand om at alkohol (ethanol) har

formlen CH3-CH2-OH, og indtaget i større

mængder giver en rus og efterfølgende tøm-

mermænd, skal have samme værdi alle steder.

2. Kommunalisme (eller kommunisme). Ejen-

domsretten til videnskabelige resultater kan ikke

monopoliseres af enkelte forskere, institutioner

eller nationer. Man skal åbent fremlægge sine

data og kilder, samt åbne en debat af disse. Of-

fentlig forskning overholder som hovedregel

denne norm, idet alle væsentlige (og ofte uvæ-

sentlige) landvindinger publiceres. Men i for-

bindelse med HUGO (det humane genompro-

jekt), hvor offentlige og private institutioner

samarbejder om at kortlægge menneskets ge-

nom, har nogle medicinalfirmaer patenteret hele

gener (altid et sygdomsgen). Dette kan medføre,

at firmaet bliver i stand til at sætte sig på udvik-

lingen og salg af bioteknologisk udviklet medi-

cin mod denne sygdom, eller at det kan forhin-

dre andre i at udvikle medicin mod sygdommen.

3. Uegennytte. Forskeren indgår i et forsknings-

projekt uegennyttigt og med ydmyghed, uden at

profitere af andres arbejde eller for egen vin-

dings skyld. Det klæ'r mange professorer, at de

sætter deres eget navn sidst i en ph.d. afhand-

ling, hvor det vitterlig er den ph.d. studerende,

der har trukket det store læs.

4. Organiseret skepticisme Forskeren bør være

sin egen stærkeste kritiker, og forskersamfundet

bør gøre, hvad der står i dets magt for kritisk at

afprøve fremsatte påstande. Samtidig må man

være åben overfor, at der kan sættes spørgs-

målstegn ved selv den etablerede videns mest

grundlæggende teorier. Det sker ikke tit, men

indenfor kemien er det bla. sket da man omkring

1780-1790 forkastede den daværende gældende

forbrændingsteori, den såkaldte flogiston teori,

med den nu gældende forbrændingsteori, se

senere. I biologien skete det samme da Darwin

fremsatte sin evolutionsteori som forklarer, at

der foregår en evolution, og at verden ikke er


- 12 -

statisk, som man ellers havde ment, samt at

evolutionsteorien ikke nødvendigvis har gud

som mellemmand9.

I vore dage er erhvervslivet i stigende grad ved

at komme ind over den offentlige forskning i

form af sponsorstøttet forskning, ofte i form af

bestilt forskning fra sponsoren. Undersøg det og

det, bliver der bedt om. Desværre viser det sig

af og til, at forskerne kun får lov til at offentlig-

gøre deres resultater, hvis konklusionen passer

sponsoren – er det ansvarlig forskning?

I en del tilfælde ville der ikke være løn at udbe-

tale til forskeren, hvis der ikke forelå den slags

sponsorater – er det fri forskning?

Historier som disse høres af og til, hvor medici-

nalfirmaer ønsker medicinske produkter testet

på universitetshospitaler. Det vil selvfølgelig

være ret uheldigt, hvis forskerne har opdaget

alvorlige bivirkninger ved produktet, som de

ikke får lov at offentliggøre.

Burde staten afsætte flere forskningsmidler til

sikring af uafhængig- og grundforskning? Det er

et politisk spørgsmål. Ofte prioriteres anvendt

forskning højt, da det kan give arbejdspladser i

nærmeste fremtid. Omvendt er der lange udsig-

ter for anvendeligheden af grundforskningsre-

sultater, men de er grundlaget for, at der kan

komme gang i anvendt forskning. Der bruges i

disse år store ressourcer på forskning i nano,

men nano bygger på tidligere grundforskning i

fagene biologi, kemi og fysik.

Etiske forbehold gør ofte, at forhold som kan

undersøges ved forsøg efter almindelig naturvi-

denskabelig metode ikke er realistisk, når det

gælder mennesker. Nye medicinske præparater

9 Krag side 318-319

er som regel længe under vejs, fra deres mulige

effekt er opdaget, til de frigives i behandlings

øjemed. Et præparat som i sidste ende skal rettes

mod mennesket afprøves først på dyr. Først sent

i udviklingsforløbet inddrages mennesker i test-

forløbet. Om stoffet virker, afprøves ofte i en

undersøgelse, hvor man sammenligner en pati-

entgruppe med en kontrolgruppe. Skal undersø-

gelsen udføres efter naturvidenskabelig metode,

skal kontrolgruppen faktisk udvælges tilfældigt

blandt selv samme patientgruppe. En del af

gruppen får det nye præparat, mens de, der er

udvalgt som kontrolgruppe, får placebo, d.v.s. et

stof som man ved ingen virkning har, eller et

stof, som det nye skal være bedre end. Hvis det

drejer sig om en alvorlig lidelse som fx kræft,

og forskeren (lægen) har en begrundet tro på, at

præparatet virkelig virker, og vil give patienten

gode overlevelsesmuligheder, må vedkom-

mende læge have meget vanskeligt ved at sor-

tere kræftpatienterne i en test og en kontrol-

gruppe, når man nu formoder at den ene gruppe

vil have forbedrede overlevelsesmuligheder.

Hvad nu hvis svigermor er blandt deltagerne?

Helt slemt må det være, hvis et bestemt præpa-

rat skal bruges på raske mennesker.

I 1996 blev der foretaget et godt og gedigent

naturvidenskabeligt eksperiment, som skulle

vise, om det mandlige kønshormon testosteron

havde muskelopbyggende effekt. 43 erfarne

vægtløftere blev tilfældigt fordelt i fire grupper,

hvoraf de to fik indsprøjtning med testosteron,

de to andre fik placebo. Fra hver af de to grup-

per skulle en gruppe styrketræne. Forsøget viste

kort fortalt, at træning styrker muskulaturen,

men at gruppen der fik testosteron havde den

største muskeltilvækst10

.

10

Falkenberg i Biologiske temaer #!


- 13 -

Et videnskabeligt pletfrit eksperiment, men er

det rimeligt at udsætte mennesker for en højere

testosterondosis end kroppen selv kan produ-

cere? Normalt er testosteronproduktionen tilpas-

set køn og funktion, ved en nøje balanceret

feedbackmekanisme i kroppen. Det kan være

medicinsk fuldt forsvarligt at søge at rette op på

en ubalance i en syg krop, men er det i orden at

forstyrre balancen i en rask krop? Hvem har

ansvaret, hvis noget går galt? Personen der

meldte sig frivilligt til eksperimentet, lægen der

doserer midlet, kemikeren der syntetiserer testo-

steron? Spørgsmålet er højaktuelt i dopingde-

batten.

Under 2. verdenskrig, hvor etikken i visse lande

var anderledes end i dag, gennemførte tyske

forskere undersøgelser med bla. overlevelses-

dragter til deres piloter, som skulle flyve over

vand i kolde områder. Koncentrationslejrfanger

blev iklædt forskellige modeller af overlevelses-

dragter og smidt i iskoldt vand, hvor de forblev

til de døde. Resultaterne fra sådanne tests blev

brugt til gavn for de tyske flyvere. Efter krigen

skelede sejrherrerne meget interesseret til ty-

skernes overlevelsesdragter!

Hypotesen bliver teori

Tilbage til gæringseksperimentet. Nu står de tre

klasser med resultatet af deres eksperiment, og

de har regnet middelværdier (og evt. spredning)

på deres værdier. De har udformet en ny hypo-

tese, men kan vi være helt sikre på, at den sande

hypotese er nået? Nej, derfor er det også vigtigt,

at resultaterne bliver publiceret, så de kan efter-

prøves mange steder uafhængigt af hinanden.

Kan uafhængige forskere rundt om i verden

gentage eksperimentet og gentagne gange be-

kræfte resultatet ophæves hypotesen til teori.

En teori er altså et forklaringsforsøg på forhold i

virkeligheden. I ovennævnte tilfælde har man en

teori om gærcellers (egentlig enzymerne i cel-

len) forhold til omgivelsestemperaturen.

Teorier skal kunne stå for kraftige angreb. Kan

de det, kan de i særlige tilfælde ophæves til

naturlove, men det kræver anerkendelse af alle.

Tyngdeloven er et godt eksempel på dette, idet

ingen er i tvivl om at tyngdekraften stedse haler

i os. Evolutionsteorien derimod accepteres ikke

af alle, og er derfor ikke ophøjet til naturlov Det

på trods af, at den understøttes af et hav af un-

dersøgelser.

Paradigme/Paradigmeskift

Teorier/love er altså hypoteser, som har holdt

for mange eksperimentelle undersøgelser, og er

derfor ganske vanskelige at omstyrte. Sker det,

at en teori/lov må forkastes, og der må tolkes

helt fra bunden, er der tale om et såkaldt para-

digmeskift.

Paradigme kommer fra de græsk ord para =

"hos" + deiknynai = "vise", og skal i sammen-

hæng nærmest forstås som ”forbillede” eller

”mønster”. I dag dækker ordet over overordnede

sammenhænge, altså en slags overordnede teo-

rier. Der er flere eksempler på, at sådanne over-

ordnede sammenhænge eller teorier, altså para-

digmer, ikke har holdt i det lange løb.

Da evolutionsteorien trængte sig på som forkla-

ring på livets opståen og variation på jorden, var

det på bekostning af bibelens skabelseshistorie.

Frem til ca. 1790 var den fremherskende for-

brændingsteori den såkaldte flogistonteori, og


- 14 -

det kostede den franske kemiker Lavoiersiers et

stort og overbevisende arbejde at få Flogiston-

teorien aflivet. Den gik i korthed ud på, at der

ved forbrænding afgives stoffet flogiston, og der

efterlades kun aske. Nu ved vi, at ved forbræn-

ding forbruges noget af luftens ilt ved proces-

sen, men ilten i atmosfærisk luft skulle jo også

først lige erkendes, hvilket først skete omkring

1780.

Figur 9. Når træ brænder ligger kun asken tilbage, og den vejer meget min-dre end træstykket, ergo må flogiston forlade træet, når det brænder!

Selv i dag - al tidligere forskning til trods - kan

ingen teori vide sig helt sikker. Fx er den her-

skende raceteori ved at stå for fald. Men-

neskearten (Homo sapiens) har været opdelt i

racer, som primært har været begrundet i mere

eller mindre synlige karaktertræk og sproglige

sammenhænge. Genetiske undersøgelser har i de

senere år peget på, at den genetiske variation

inden for den enkelte etniske gruppe udgør 85-

95 % af den samlede genetiske variation blandt

alle mennesker, mens variationen mellem ra-

cerne, eller de etniske grupper, som man efter-

hånden ynder at sige, kun udgør 5-15 %. Altså

er variationen inden for den enkelte befolk-

ningsgruppe langt større end mellem befolk-

ningsgrupperne. Som en konsekvens heraf er det

vanskeligt at opretholde den gældende racedefi-

nition11.

11

Peter K.A. Jensen kap. 5

Instrumenter

Et paradigmeskift følger som regel efter opda-

gelsen eller opfindelsen af stadig finere og mere

nøjagtige måleinstrumenter. Forståelsen af uni-

verset tog fart med opfindelsen af stjernekik-

kerten. Celleteorien krævede opfindelsen af

mikroskopet, hvilket skete i 1600-årene, men så

gik det også ret stærkt herefter.

Også instrumenter til måling af mere usynlige

størrelser er dukket op - fx pH i vand, magne-

tisme, varmestråling, energiindhold i fødevarer,

massespektrometret til måling af nøjagtige mo-

larmasser og kæmpemæssige acceleratorer til

undersøgelse af atomkernernes indhold af ele-

mentarpartikler. Føj selv til listen.

Figur 10. Moderne massespektrometer (GC-MS) til analyse af bla. enkeltkompo-nenter i stofblandinger (fx EPO i blod). De bedste massespektrometre kan på-vise stoffers tilstedeværelse helt ned i masser på 10

-12g.

Fysikkerne havde siden 1930-erne beskrevet,

hvorledes atomerne er placeret i en metalover-

flade, også med deres indbyrdes afstande. Alt

sammen udfra målinger, der var gjort, uden at

man kunne se atomerne i metaloverfladen. I

starten af 80’erne blev scanning tunneling mi-

kroskopet opfundet, og ved hjælp af det, var

man i stand til at ”se” atomerne i metalpladens

overflade. De databehandlede billeder af metal-

overfladen viste, at atomerne ligger nøjagtig


- 15 -

som fysikkerne havde forudsat ved hjælp af

mere indirekte eksperimenter.

Naturvidenskabelig erkendelse stiger med sta-

digt finere måleinstrumenter.

Eksperimenter eller forsøg?

I det foregående har vi kaldt gæringsforsøget et

eksperiment. Skal vi være helt præcise, så skal

man i eksperimenter arbejde med et originalt

problem, hvorover man har opstillet en hypo-

tese. Der er ikke noget i vejen for, at man kan

gøre det i gymnasiet, men det vil hyppigst fo-

regå, når man i et projekt har lavet en problem-

formulering, og inden for denne opstillet en

hypotese, som skal eksperimentelt afprøves. Der

kan da være tale om ganske originalt arbejde, og

det ligner forskernes arbejde.

I de fleste tilfælde udfører gymnasieelever blot

forsøg. Disse er defineret som øvelser, der skal

eftervise kendte hypoteser/teorier, altså øvelser

læreren af pædagogiske årsager ønsker eleverne

skal udføre. Der er intet originalt i dem, da alt

ved dem er velkendt, men de skal anvendes til at

træne eleven i naturvidenskabelig tankegang.

Eksperimenter, observationer

eller undersøgelser

Kontrollerede eksperimenter eller forsøg er

velegnede i laboratoriet, hvor kravet om at have

styr på alle parametre, og kun variere én para-

meter er normalt let at honorere. Til gengæld er

man ofte langt fra noget naturligt, når man eks-

perimenterer i laboratoriet. I felten er man om-

vendt tættere på ”naturen”, og en del eksperi-

menter kan lade sig gøre uden for laboratoriet.

Man kan undersøge om fårs afgræsning af he-

den kan hindre heden i at gro til i træer. Man

hegner to stykker hede ind, lader får græsse på

det ene, mens det andet ikke røres. Forskeren

kan nu løbende følge udviklingen i plantesam-

fundene. Eksperimentet kunne udvides, så der

var flere parceller, hvor man kunne have for-

skellige antal får gående, for at finde det opti-

male antal får til formålet. Den type eksperi-

menter er der lavet mange af, og værdien af dem

er stor, men det er ikke altid lige let at tilfreds-

stille kravet om kun at ændre en parameter.

Mange spørgsmål om naturen egner sig ikke til

eksperimenter. Hvor mange bramgæs overvint-

rer i Danmark? Er der nitrat i vores drikkevand?

Er bly i vores fødevarer hjerneskadende?

Det første spørgsmål vil man kunne få svar på

ved en simpel optælling, fx fra fly. Der er i så

fald tale om en observation. Observationer giver

et øjebliksbillede af en situation. Ofte er så-

danne observationer kun noget værd, hvis de

kan sammenlignes med tidligere observationer,

og herefter kan bruges til at handle efter. Det

findes der talrige eksempler på.

Næste spørgsmål: Er der nitrat i vores drikke-

vand? At få svar på det kræver en undersøgelse,

da det ikke direkte kan iagttages. Der kan laves

kemiske analyser af drikkevandets indhold af

nitrat (NO3-) og helst efter Dansk Standards

manualer, for at sikre ensartede analyser. Re-

sultaterne af de enkelte vandværkers analyser

kan herefter samles i en landsdækkende data-

base. Sådanne resultater bliver først interes-

sante, når de samkøres med data over jord-

bundsforhold (sandjord/lerjord o.l.), placering i

landskabet (landbrug/skov/hede) eller måske

fordeling af mave/tarmkræft tilfælde i Danmark.


- 16 -

Det sidste spørgsmål: Er bly i vores fødevarer

hjerneskadende? Dette spørgsmål er vanskeli-

gere at håndtere. Det kan underkastes en under-

søgelse, som i tilfældet med nitrat, men selve

spørgsmålet om bly er hjerneskadende kan også

undersøges eksperimentelt. Gør man det, skal

det overvejes, om man vil bruge mennesker til

eksperimentet. Det er etisk meget problematisk

at indgive blyforbindelser i et raskt menneske,

som kan blive syg af det. Man kan anvende

rotter, men rotters hjerner ligner ikke menne-

skers, så det er ikke sikkert at resultater af disse

eksperimentet kan overføres til mennesker. Man

vil i sådanne tilfælde ofte ende op med at lave

en undersøgelse. Man kan undersøge om hjerne-

skadede personer har for højt blyindhold i blod

eller væv. Dem som har, har de været udsat for

et særligt blyholdigt miljø (man kunne fx have

brugt et helt arbejdsliv på en akkumulatorfa-

brik).

Det er en mere indirekte vej til erkendelse, men

når mennesker er involveret, er det ofte den

eneste vej (se dog det tidligere eksempel med

testosteron til styrkeløftere). Undersøgelser og

observationer er som antydet tættere på virke-

ligheden end eksperimentet, men kan være svæ-

rere at få entydige svar ud af.

Undersøgelser og observationer kan også foregå

i laboratoriet. Et kik ind i en celle gennem et

mikroskop, eller et kik på regnormes nefridier er

også observationer, som man bruger til at be-

skrive organismers opbygning. Tester man ind-

holdet af ethansyre i husholdningseddike, er det

dybest set også en undersøgelse.

Figur 11. Elever i arbejde12

.

Modeller

Du kan se dit værelse, en fodboldbane, en ed-

derkop, hvis den ikke er for lille, og farmands

bil. Du har også et billede af, hvordan Danmark

eller jorden eller et hydrogenatom ser ud. De

sidstnævnte kan du ikke se, men du har en god

fornemmelse af dem alligevel. Det skyldes at et

danmarkskort er en model af noget, der er for

stort til at du kan se det, selvom du står på top-

12

Kilde: BR


- 17 -

pen af Himmelbjerget. Atomer kan du heller

ikke få øje på. Forskere har opmålt Danmark og

scalet det ned, andre har udforsket hydrogen-

atomet og scalet op. Begge dele er modeller af,

hvordan videnskaben opfatter dem. De er så

tegnet i et målestoksforhold, som giver mening

for dig.

Begge dele er tegnet på en måde du kan for-

holde dig til. Stykkes alle lande og have sam-

men fås en model af hele jorden, enten som et

verdenskort eller en globus. Atomer kan stykkes

sammen til molekyler, og herunder ses et udvalg

af molekylmodeller, såkaldte kalotmodeller, der

primært illustrerer hvorledes elektronskyerne er

orienteret i molekylet.

Figur 12. "Kalotmodeller af 6 forskellige

molekyler.

Arbejdet med modeller er centralt i naturviden-

skaben, idet modellen er et forsimplet og der-

med mere overskueligt billede af naturen. Den

virkelige verden er normalt meget kompliceret,

men med modeller kan man beskrive vigtige

træk af virkeligheden i en enkel form. Selv om

modeller ikke er virkeligheden, kan gode mo-

deller forudsige egenskaber ved virkeligheden.

Det findes der utallige eksempler på.

Med henblik på at landmanden kan høste så

store afgrøder som muligt, med så minimale

udgifter som muligt, har man i mere end 100 år

gjort eksperimenter med planteforædling, lavet

gødskningseksperimenter med afgrøderne, lavet

klimatiske målinger, jordbundsundersøgelser

o.s.v. Alle disse informationer kan i dag samkø-

res med informationer om de enkelte plantearter

i store økologiske simuleringsmodeller, således

at computerbaserede modeller bla. kan forudsige

en kommende afgrødes behov for gødning. En

stor usikkerhed ved modeller som disse er, at de

forudsætter viden om den kommende vækstsæ-

sons nedbør og temperatur. Af samme grund

sætter landmændene stor pris på udvikling af

klimamodeller, som netop skal kunne forudsige

vejret i tiden fremover.

I 1953 fremsatte Watson og Crick deres teori

om DNAmolekylets opbygning.

Figur 11. James D. Watson og Francis Crick med deres model af DNA-moleky-let.

13

Teorien var understøttet af en model af DNA-

molekylet. Man har ikke redskaber til at se de

enkelte byggesten i DNAmolekylet, men mo-

dellen er den bedste beskrivelse af molekylet, vi

har. At modellen kommer meget tæt på virke-

ligheden understøttes af, at man i dag kender

mange gener og deres betydning, samt at man

ved syntese af kunstigt DNA er i stand til at

fremstille gensplejsede organismer, især bakte-

13

Kilde. Illustreret Videnskab


- 18 -

rier, som kan producere lige præcist det produkt

(protein) fx enzym til vaskepulver, som forske-

ren har ønsket.

Figur 12. Moderne vaskepulver indehol-der enzymer, som gør tekstilvasken mere effektiv, også ved laver temperatu-rer. Det betyder at tekstiler bedre beva-rer farverne, desuden er det energibe-sparende. Der kan være proteaser, amylaser og lipaser (enzymer) i sådan et vaskemiddel. Hvis ikke DNA-modellen var korrekt ville forskerne ikke være i stand til at konstruere enzymer, eller bevidst ændre på eksisterende, så de fik forbedrede egenskaber.

Et særligt kendetegn ved naturvidenskabelige

modeller er, at de gør grundigt brug af matema-

tikken. De såkaldte naturlove er egentlig blot

træk af naturen udtrykt i matematiske formler.

Uden det matematiske formelsprog ville det

være umuligt at udtrykke sammenhænge i natu-

ren, på en bare nogenlunde overskuelig måde.

En matematisk baseret model anvendes på loven

om idealgasser:

p·V = n·R·T

Udtrykt i ord siger modellen, at produktet af

trykket (p) af en gas og dens volumen (V) er lig

produktet af gassens stofmængde (n), absolutte

temperatur og en konstant, som meget passende

kaldes for gaskonstanten (R). Kender man for en

gas de tre variable, kan den fjerde let beregnes.

Havde man ikke denne idealgaslov udtrykt ma-

tematisk som herover, og som kan bruges til

beregning af næsten enhver situation, ville man

have været tvunget til at opstille sammenhæn-

gene i kæmpe tabelværk, og det endda efter en

vurdering af, hvor mange decimaler der evt.

skulle medgå.

Når idealgasloven er at betragte som noget helt

særligt – og altså derfor en lov, skyldes det at

den har almen gyldighed. Der står jo netop ikke

noget om, hvilken gas det drejer sig om. Den

gælder for alle gasser som opfører sig ideelt.

Ideelt i denne sammenhæng betyder ”noget over

gassens kogepunkt, og ved ikke alt for højt et

tryk”. Idealgasloven har altså, som de fleste

andre naturlove, sin begrænsning. Begrænsning

på grund af naturen, ikke på grund af formlen.

Man kan fx godt regne på idealgasloven for

vanddamp ved 115° og et tryk på 3 bar, det

giver blot ikke mening, da vand ved så højt et

tryk har kogepunkt over 115°. Havde temperatu-

ren blot været 300°, havde sagen været anderle-

des.

En matematisk model som idealgasloven kan

ofte kombineres med andre matematiske mo-

deller fx: n = m/M, stofmængden af en gas er lig

dens masse, divideret med dens molarmasse.

Ved substitution af n i idealgasloven fås:

p·V = M

m·R·T

Ønsker man at kende massen af en gas ved et

bestemt volumen, kendt tryk og temperatur kan

m isoleres:

m = TR

MVp

·

··


- 19 -

Eksempel

Graf Zeppelin udviklede i starten af 1900 tallet

luftskibe både til civilt og militært brug. For at

udvikle sine luftskibe har han kendt og flittigt

benyttet idealgasloven, og vel også den her viste

kombinationsformel. Han har skullet vide noget

om opdrift. Hvor stort skal et luftskib være for

at kunne bære en given last. Regner man på

luftens sammensætning, finder man at 1 mol luft

i gennemsnit vejer 29 g. Gasser hvis molare

masse er mindre end 29g/mol er altså lettere end

luft. For at bære et luftskibs metalkonstruktion,

skal bæregassens molarmasse være væsentligt

mindre end 29g/mol, og de to virkelige alterna-

tiver er He (M= 4g/mol) og H2 (2g/mol).

Hydrogen har altså dobbelt så stor opdrift som

helium, da den kun vejer det halve, dermed skal

der kun halvt så stort et luftskib til at bære en

given last med hydrogen som bæregas, som hvis

valget havde været helium.

For Graf Zeppelin var der ingen tvivl, han

valgte hydrogen, som ud over at være lettere

end helium, også var langt billigere at skaffe,

det kunne fremstilles ved elektrolyse af vand:

2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)

Helium er et produkt af radioaktive nedbryd-

ningsprocesser, og findes kun i visse bjergarter,

bla. i USA, men ikke i Tyskland hvor Zeppelin

boede. I forhold til Helium er der dog et par

skavanker ved hydrogen. Det er det mindste

molekyle man kender, og næsten intet materiale,

inkl. ventiler mm er helt tæt for denne gas, og

slet ikke lette og tynde materialer, man kan lave

balloner af. En ballon i et luftskib skal derfor

jævnligt påfyldes hydrogen, og derfor skal der

transporteres store trykflasker med hydrogen i

luftskibet. Hvad værre er, hydrogen er ekstrem

brandfarligt. Den mindste gnist kan antænde

ballonens indhold. Under første verdenskrig

benyttede tyskerne deres zeppelinere til at

bombe London, og mange fløj ud fra en stor

luftskibs-lufthavn ved Tønder. Blev et sådant

luftskib ramt af sporprojektiler fra fly eller ka-

noner, var der ingen redning. Selv USA benyt-

tede helt op i 30’erne nogle få luftskibe i mari-

nen, som også var baseret på hydrogen, selvom

de havde heliumkilder at høste af. Brugen af

hydrogen stoppede først, da det civile Hinden-

burg blev ramt af et lyn og brændte op i New

York i 1939.

Opgaver der kan løses i forbin-

delse med tekstlæsningen

Opgave 1.

Overvej i sammenhæng med emnet videnskab og

ansvar brugen af hydrogen og helium i luft-

skibe. Efter Hindenburgkatastrofen var luftski-

benes æra forbi for en længere årrække. I vore

dage laves der igen luftskibe, dog foreløbig kun

i mindre dimensioner, og altid med helium som

bæregas.

a. Er der en anden moral (menneskesyn) i vore

dage end i starten af det 20’ende århundrede,

hvis du mener moralen er anderledes, hvad er

da årsagen til det?

b. CO2 kan ligesom helium ikke brænde. Over-

vej, hvorfor man ikke benytter denne meget

billige gas som bæregas i balloner/luftskibe?

Opgave 2.


- 20 -

Aristoteles påstår i teksten, at tager man to lige

store kar og fylder det ene med aske, kan der

stadig være nøjagtig lige meget vand i begge

kar.

Opstil forslag til et eksperiment, som kunne

afprøve denne hypotese. Beskrivelsen af ekspe-

rimentet skal være så præcis og detaljeret, at

eksperimentet kan udføres i skolens laborato-

rium.

Opgave 3.

Det er ved gennemlæsning af teksten efterhån-

den blevet klart, at gæringseksperimentet er

metodisk problematisk.

Giv forslag til ændring af metoden, således at

gæringsaktiviteten ikke bestemmes ved at tælle

blob/minut, men bestemmes på en anden måde.

Metoden skal være så præcist beskrevet, at

eksperimentet kan gennemføres.

Opgave 4.

Der findes på lommeregneren taster for to for-

skellige standardafvigelser (n og n-1).

Beregn for data i tabel 3 gennemsnit <X> og

standardafvigelse n og n-1, og gør rede for

forskellen på de to standardafvigelser. Mate-

matiklæreren kan inddrages.

Kunne sådanne matematiske beregninger have

betydning for præmisserne for opgave 3?

Opgave 5.

Find steder i teksten, hvor forfatteren ikke over-

holder regler for ordentlig kildeangivelse.

Opgave 6.

Find andre eksempler på eksisterende paradig-

mer.

Find også eksempler paradigmeskift i naturvi-

denskaben ud over de nævnte.

Kilder:

Simonsen, R. m.fl.: Oplev naturvidenskaben,

Nucleus 2005, Her i bla. Egebo, L.A.: Indled-

ning

Hansen. M, red.: Almen Studieforberedelse,

Gyldendal, Her i Hartling, N.: Naturvidenskab

Larsen, B.V.: På tværs af samfundsvidenskab.

Systime 2007

Kragh, H.: Naturerkendelse og videnskabsteori.

De uorganiske videnskabers filosofi og historie.

Aarhus Universitetsforlag, 2004

Biologiske temaer #1, Gyldendals Uddannelse

1998 Her i: Falkenberg, H.: Hvad er doping?

Jensen, Peter K.A.: Den genetiske arv, Aarhus

Universitetsforlag, 2007

Illustreret Familiejournal. Havde som indlæg i

ugebladet omkring 1930 små hæfter om mange

forskellige emner, herunder et: Hvad er kemi?

Oplysningerne er hentet fra dette hæfte.

Ranke-Madsen, E.: Kemiens Fødsel, GAD,

1987

Andersen, H m.fl.: Videnskabsteori for de bio-

logiske fag. Biofolia, 2006.

Jensen, J.: Danmarks Oldtid (Ældre Jernalder

500 f.Kr – 400 e.Kr, Gyldendal 2006.


- 22 -

Bilag 1

Hvad skal en rapport indeholde

En rapport bør indeholde følgende punkter, skrevet i et klart sprog, veldisponeret og med korrekt tegn-

sætning.

1. Formål

2. Teori (evt.)

3. Materialeliste

4. Metode

5. Forsøgsopstilling

6. Resultater – herunder forsøgsdata og beregninger

7. Diskussion

8. Konklusion

Dette er en generel rapportvejledning, som du bør følge i et naturvidenskabeligt fag.

I forbindelse med forsøg vil du altid få udleveret et journalark, som er en beskrivelse af forsøgets udfø-

relse, samt evt. teorien bag forsøget. Der vil ofte være plads til at indføre forsøgets data i et skema (der

kan her være lidt forskel på fagenes tradition). Disse data vil efter forsøgets afslutning ofte skulle bearbej-

des under punktet ”Resultater”. Det kan være, at der skal udføres beregninger, opstilles kurver eller laves

nye tabeller.

Når data således er bearbejdet, er det vigtigt at forholde sig til resultaterne. Det gøres under ”Diskussion”.

Resultaterne tolkes, og hvis der findes lignende data i lærebøger, tabelværker o.l. sammenlignes med

disse. Er resultaterne sammenfaldende med kendte data, er det jo fint, og det kommenteres. Er dine resul-

tater afvigende, kan det være, at der er en eller flere fejlkilder eller usikkerheder, som har sneget sig ind i

arbejdet. Diskutér da hvilke det kan dreje sig om, men forhold dig samtidig til hvilke du finder væsent-

ligst, og hvilke der er af mindre betydning. Du skal også være opmærksom på, at afvigende resultater godt

kan skyldes, at en opstillet videnskabelig hypotese enten må forkastes eller revideres/forbedres. Det er

vigtigt at der er en henvisning i fodnote om, hvor du har dine kendte data og evt. konklusioner fra.

I forbindelse med diskussionsafsnittet vil der ofte være opgaver som skal besvares. Disse opgaver er stillet

for at sikre, at du får alle væsentlige diskussionspunkter med. Det er ikke meningen, at disse punkter i

rapporten skal stå som ”spørgsmål-svar”, men skrives sammen i et flydende sprog.

I ”Konklusionen” skriver du kort, hvad du har villet undersøge i forsøget og om formålet blev opfyldt.

Der må ikke under dette punkt dukke nye oplysninger op!

Bilag 2


- 23 -

Vejledning til synopsisskrivning (Som den ser ud på Bjerringbro gymnasium)

Problemfelt:

I vejledningen til faget AT hedder det:

”I synopsen beskriver eleven ……… de konkrete problemfelter og deres omfang og baggrund.” Her skal du redegøre for, hvad du har valgt at arbejde med, og hvorfor det er særligt velegnet til at opnå

resultater inden for rammerne af det overordnede spørgsmål. Du kan evt. spørge dig selv: Hvorfor har jeg

valgt netop denne vinkel på spørgsmålet?

Punktet ” hvad du har valgt at arbejde med” kan i nogle tilfælde overlappe med dit materiale (fx en ro-

man), og det må det gerne.

Du skal IKKE inddrage subjektive detaljer om din egen forhistorie med emnet eller om særlige personlige

interesser, fx en moster som er død af brystkræft. Problemfeltet skal holdes på et fagligt niveau.

Problemformulering:

I vejledningen til faget AT hedder det: ” Problemformuleringen kan udformes på forskellig vis, og behøver ikke være skrevet som

deciderede spørgsmål, men en god problemformulering vil oftest kunne omdannes til

spørgsmål. Den kan bestå 1) af et eller flere sammenhængende spørgsmål, 2) af sammen-

hængende fænomener eller udsagn, eleven ønsker at redegøre for/beskrive, klassificere,

analysere og fortolke, diskutere, integrere, vurdere, 3) af en påstand, eleven vil argumen-

tere for.

Der er forskellige typer af problemformuleringer, hvis udformning afhænger af, hvad man

vil have svar på. Hvis man spørger med ’hvad’ (eller ’hvilken’, ’hvor’, ’hvem’), ønsker man

typisk at beskrive, redegøre for og undersøge fænomener. Spørges der med ’hvorfor’, vil

man forklare og fortolke, og tager man udgangspunkt i et ’hvordan’, søger man at løse

problemer eller sætte regler for, hvordan de burde løses.”

Din problemformulering vil altså typisk bestå af et hovedspørgsmål og evt. et antal uddybende under-

spørgsmål, se også problemstillinger. Hold dig for øje, at opgaven skal arbejde frem mod en samlet kon-

klusion på hovedspørgsmålet, og et antal del-konklusioner på de uddybende underspørgsmål. Det vil ofte

være lettere at holde fokus under besvarelsen af opgaven, når den starter med et ”hv”-ord, da opgaven da

bliver mere konkret.

Bemærk også at en god problemformulering rummer mulighed for at arbejde på alle Blooms taksonomi-

ske niveauer.

Vær opmærksom på at få snævret problemformuleringen ind så opgaven ikke bliver for bred.

Problemstillinger

Nu er problemformuleringen på plads, men den vil normalt udmønte sig i en række problemstillinger. Hvis du har lavet en god problemformulering, kan du sikkert stille en række spørgsmål eller delmål som

du ønsker undersøgt for at opfylde problemformuleringen.

Materialer, metoder, teorier:


” I undersøgelsen af emnet og de valgte problemstillinger er det vigtigt, at eleven kan redegøre for hvilke

materialer, teorier og metoder, vedkommende har anvendt, og kan diskutere deres relevans for undersø-

gelsen.” (….) ”Materialer kan foruden konkrete værker, personer, begivenheder og genstande være fx

eksperimenter og statistisk materiale.”

Her skal du gøre rede for: 1) Din undersøgelses genstandsområde. Dette kan variere meget afhængigt af opgavens ordlyd, problem-

formulering, hovedområder og fag. Der kan fx være tale om et humanistisk værk og litteratur om dette.

Om et naturvidenskabeligt fænomen, litteratur om dette eller forsøg der analyserer / illustrerer fænome-


- 24 -

net. Et samfundsmæssigt forhold og kilder eller statistikker der belyser forholdet. Dette punkt falder, som

nævnt, i nogen grad sammen med problemfeltet.

2) Din undersøgelses metode. Hvad har du tænkt dig at gøre for at kunne løse dit problem som formuleret

i problemformuleringen? Her skal du trække på dine faglige kompetencer og din viden om de involverede

fags metoder.

3) Den videnskabelige teori der ligger bag din undersøgelse. Forskellige videnskabelige fag og discipliner

har forskellige teorier om hvorfor og hvordan faget / disciplinen tilnærmer sig ”sandheden”, om hvad

”sandhed” er i det givne fag, og om hvilken type ”sandhed” man er på jagt efter. Tag så stilling til, hvor-

dan de forhold er til stede i din opgave.

Delkonklusioner og rammer for videre undersøgelser: I vejledningen til faget AT hedder det:

” Hvis hovedproblemstillingen består af flere sammenhængende problemer eller består af et sæt over- og

underordnede spørgsmål, er det vigtigt, at der formuleres konklusioner til de enkelte problemstillinger,

som i så fald skal integreres i en sammenfattende konklusion ”.

Her skal du altså se tilbage på din problemformulering og de uddybende underspørgsmål som du formule-

rede der. Hvad er du nået frem til i hvert enkelt tilfælde?

Hvis din undersøgelse ikke er færdig endnu, kan du her skrive hvordan du vil arbejde videre med under-

spørgsmålene.

Samlet konklusion og rammer for videre undersøgelser:


” Til sidst forventes der, at eleven sammenfatter resultatet af sin samlede undersøgelse (……) I den sam-

menfattende konklusion er det også naturligt, at eleven angiver ideer til, hvordan undersøgelsen kan fort-

sættes eller udbygges, evt. i form af spørgsmål til videre undersøgelse.”

Her skal du forholde dig til hovedspørgsmålet i din problemformulering. Hvad er du nået frem til angå-

ende dit overordnede problem?

Hvis din undersøgelse ikke er færdig endnu, kan du her skrive hvordan du vil arbejde videre med hoved-

spørgsmålet.

Litteraturliste (alfabetisk):

Her angives alfabetisk alle de tekster som du har anvendt i dit arbejde.

Perspektivering til arbejdet i AT:

I vejledningen til faget AT hedder det i afsnittet om den mundtlige eksamen:

” Efter fremlæggelsen indgår lærer og censor i en dialog med eleven om …..de emner, der har været ar-

bejdet med i det treårige forløb, og som er dokumenteret i elevens studierapport……. Det er ikke menin-

gen, at eksaminanden skal redegøre for indholdsmæssige detaljer i afviklede emneforløb.”

Her i synopsen skal du på forhånd angive hvilke AT-emneforløb der er relevante at inddrage i diskussio-

nen. Har du har anvendt og/eller diskuteret nogle metoder der minder om metoderne i denne synopsis? Har du arbejdet med lignende emner? Har tidligere forløb givet anledning til lignende eller supplerende

teoretiske overvejelser?

Documents

Videnskabsteori for Naturvidenskab med fokus på kemi og biologi