COS'È LA SCIENZA E COSA FANNO GLI SCIENZIATI - PERCORSO VERSO LA LEZIONE DI SCIENZE
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PERCORSO VERSO LA LEZIONE DI SCIENZE
COS’È LA SCIENZA E COSA FANNO GLI
SCIENZIATI
Creative Commons licence -
Attribution-NonCommercial-
ShareAlike CC BY-NC-SA
Project “Developing Innovative
Science Outreach for Vocational
Education to Encourage STEM
Careers and Education”, ref. no.
2017-1-BG01-KA202-036327
Data di pubblicazione:20191
Indice
Introduzione 2
Activity Concept e piano di lezione 3
Argomento della lezione
Livello di difficoltà/ età studenti
Conoscenze preliminari richieste
Tempo richiesto per l’implementazione
Docenti
Conoscenze acquisite e competenze sviluppate - studenti
Conoscenze acquisite e competenze sviluppate - insegnanti
Conoscenze acquisite e competenze sviluppate – personale universitario o studenti universitari
Materiale necessario per l’implementazione dell’attività
Suddivisione delle attività
Link e risorse utili
Ulteriori letture consigliate
Fonti utilizzate per lo sviluppo dei materiali
Scheda conoscenze di base 7
Redattori
Introduzione all’argomento
L’importanza per la vita quotidiana/ l’economia / la società
Presentazione dettagliata dell’argomento
Guida per la comunicazione scientifica agli insegnanti
Scheda di pianificazione della lezione 10
Obiettivo
Setting
Luogo dell’intervento/lezione
Possibile partecipazione di studenti nelle attività
Tempistiche e riepilogo
Scheda pianificazione dell’attività pratiche/sperimentazione 11
Obiettivo
Setting
Possibile partecipazione di studenti nelle attività
Contenuto dell’attività pratica
Tempistiche e riepilogo dell’attività pratica
Annex I: Knowledge Resource 15
Scientific knowledge vs. non-scientific knowledge
Science and the scientific method
References
Additional material (for longer training sessions or for advanced students with specific training
needs)
References
Annex II: Model hands-on activity sheet 26
Il sostegno della Commissione europea alla produzione di questa pubblicazione non
costituisce un'approvazione del contenuto, che rifletteesclusivamenteil punto di vista degli
autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
delle informazioni ivi contenute.2
Introduzione
COM E UTILIZZARE La lezione descritta in questo documento è progettata per essere
LA RISORSA
offerta dal personale universitario e da studenti volontari universitari,
come attività extracurriculare per le scuole secondarie di istruzione e
formazione professionale.
Idealmente, questa lezione dovrebbe includere un’attività preliminare
come, ad esempio, un dibattito in classe sulle metodologie usate nella
scienza (metodo scientifico) e/o la vita di grandi scienziati.
Anche guardare un film sulla vita di un grande scienziato è sicuramente
una buona attività preliminare per poter preparare alla lezione gli
studenti delle scuole superiori che partecipano.
Gli argomenti scientifici affrontati nell’attività riguardano il metodo
scientifico, in generale, e il suo adattamento a diverse discipline
scientifiche, a seconda del personale universitario/insegnanti/studenti
coinvolti.
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costituisce un'approvazione del contenuto, che rifletteesclusivamenteil punto di vista degli
autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
delle informazioni ivi contenute.3
Attività e piano di lezione
ARGOMENTO La lezione è concepita per introdurre gli studenti al metodo scientifico
DELLA LEZIONE
di risoluzione dei problemi e per offrire una generale introduzione alla
scienza e al lavoro degli scienziati.
Abbiamo cercato di sviluppare del materiale didattico che possa essere
utile sia per gli studenti in scuole a indirizzo scientifico (orientate alle
STEM) che per gli studenti in scuole a indirizzo umanistico (dove le
scienze sociali trovano maggiore applicazione). Siamo consapevoli
sulle controversie circa applicabilità del metodo scientifico alle scienze
sociali. Inoltre, siamo a conoscenza del fatto che molti scienziati siano
convinti che la ricerca sociale non abbia niente a che vedere con il
metodo scientifico. Ciononostante, seguire – per quanto possibile – i
passaggi e le regole basilari del metodo scientifico è ancora considerato
come la regola principale nella ricerca della scienza sociale tradizionale.
Per questa ragione, abbiamo presentato un metodo scientifico,
abbastanza generico, in modo da poterlo applicare sia alle scienze
esatte che a quelle sociali.
LIVELLO DI L’attività è indirizzata a studenti della scuola secondaria di secondo
DIFFICOLTÀ/ E TÀ
DEGLI STUDENTI
grado, nella fascia d’età 16-17 (ultimi due anni di scuola superiore). La
difficoltà può essere modificata, laddove necessario, a seconda dell’età
degli studenti, del tema e degli obiettivi dell’attività pratica. Tuttavia, i
materiali potrebbero non essere adeguati alla maggior parte degli
studenti di età inferiore ai 15 anni.
CONOSCENZE Un’ampia comprensione intuitiva della scienza è assunta come
P RELIM IN ARI
RICHIESTE
conoscenza preliminare, per poter essere in grado di cogliere problemi
relativi alla formazione concettuale. Ciononostante, la formazione
concettuale/teorica può anch’essa essere adeguata all’effettiva
conoscenza preliminare degli studenti.
TEMPO RICHIESTO Il tempo minimo richiesto è di due ore accademiche (una sessione, 90
PER
L’ IM PLEM ENTAZI O
min. ca.). Tuttavia, per garantire un apprendimento completo ed
NE efficace, si raccomanda una durata di minimo 4 ore accademiche, di cui
minimo 2 dedicate alle spiegazioni concettuali e teoriche.
L’esercitazione può protrarsi per diverse sessioni, includendo
esercitazioni concettuali/teoriche più approfondite e maggiori attività
pratiche. L’attività pratica può includere lo sviluppo di un report scritto
o una attività creativa. In questo caso, l’esercitazione dovrebbe essere
programmata per un adeguato numero di sessioni. Il materiale per la
formazione teorica che proponiamo include delle parti che sono
specificatamente suggerite per gli studenti più avanzati o per
esercitazioni più ambiziose.
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costituisce un'approvazione del contenuto, che rifletteesclusivamenteil punto di vista degli
autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
delle informazioni ivi contenute.4
ISTRUTTORI/ Non sono richieste particolari competenze per il personale
DOCENTI
universitario coinvolto. L’unico prerequisito è che capiscano e, in
turno, siano in grado di spiegare il metodo scientifico, servendosi di
esempi idonei all’età e conoscenza preliminare degli studenti di scuola
superiore.
Riguardo a ciò, delle buone abilità di comunicazione scientifica sono
un gran vantaggio. Non sono, però, fondamentali per il successo
dell’attività, avendo questa una forte connotazione educativa.
CONOSCENZE Gli studenti partecipanti costruiranno delle competenze, tra cui:
ACQUISITE E
COMPETENZE - Raccogliere, interpretare e analizzare le informazioni per risolvere
SVI LUPP ATE -
STUDENTI problemi
-identificare e usare prove a supporto di idee e soluzioni proposte
- confutare e criticare le prove presentate da altri
-capire l’informazione scientifica e le presentazioni scientifiche
- familiarizzare con la scienza e sviluppare competenze per praticare la
cittadinanza scientifica.
Gli studenti otterranno delle conoscenze scientifiche di base e sul
metodo scientifico. Saranno in grado di capire l’importanza del
metodo scientifico e imparare a pensare e agire come gli scienziati nella
risoluzione dei i problemi.
Comprenderanno anche cos’è scientifico e cosa non lo è e quali sono i
pericoli del pensare in un modo non fondato sulla ragione e
sull’osservazione.
CONOSCENZE Gli insegnanti svilupperanno le loro competenze didattiche,
ACQUISITE E
COMPETENZE
soprattutto per quanto riguarda spiegare e insegnare i concetti basilari
SVI LUPP ATE - della scienza. Acquisiranno abilità nel promuovere, in modo
I NSEGN ANTI accattivante, la consapevolezza scientifica e l’interesse nella scienza,
facilitando i loro studenti nell’imparare a pensare e agire come
scienziati, piuttosto che la mera memorizzazione di fatti e formule dai
loro libri di scienze.
CONOSCENZE Il personale e gli studenti universitari coinvolti nell’esecuzione
ACQUISITE E
COMPETENZE
dell’attività rafforzeranno abilità nel trasmettere e insegnare la scienza.
SVI LUPP ATE - Acquisiranno, soprattutto, delle abilità per chiarificare e comunicare, in
PE RSON ALE
UNIVERS I TARI O O
modo coinvolgente, i fondamenti della scienza e del metodo scientifico
STUDENTI agli studenti liceali
UNIVERS I TARI
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delle informazioni ivi contenute.5
M ATE RI ALE Lavagna per disegnare diagrammi e riassumere dibattiti.
NE CESS ARI O PE R
L’ -Fogli e penne per gli studenti per prendere appunti e documentare le
IM PLEM ENTAZIONE
DELL’ATTIVITÀ loro riflessioni.
-Lavagna a fogli mobili, penne colorate o pennarelli, possibilmente
post-it.
- Computer, laptop o tablet (minimo 1 ogni gruppo) possono essere
utilizzati per sessioni più lunghe di esercitazione, laddove il prodotto
finale dell’attività sia una presentazione elettronica o una relazione
scritta.
-L’attività non richiede particolari attrezzature. Può essere eseguita
servendosi di risorse disponibili in qualsiasi scuola.
Questa lezione Route to Science è divisa in 3 parti:
SUDDIVISIONE
DELLE ATTIVITÀ 1. Intervento/lezione informativi (esercitazione teorica):
In questa fase, il personale universitario presenterà i principali passaggi
del metodo scientifico, spiegando anche concetti chiave
2 Attività pratica
In questa fase, verrà richiesto agli studenti di:
a) Identificare un problema rilevante per la comunità
b) Applicare il metodo scientifico per trovare una soluzione a tale
problema (possibilmente elaborando una relazione per risolvere il
problema). Con l’ausilio del personale universitario, gli studenti
partecipanti discuteranno su come risolvere il problema in
questione e le loro idee verranno appuntate sulla lavagna.
3 Autoriflessione degli studenti: Dopo aver completato la relazione, gli
studenti sono invitati a riflettere su come hanno compreso e
applicato il metodo scientifico. Sono invitati anche a discutere su
altre possibili soluzioni del problema, sulla base della loro
pertinenza al metodo scientifico. Le domande per la riflessione
possono includere (ma non necessariamente limitarsi a):
- Quali sono i vantaggi di usare il metodo scientifico?
-Ci sono degli svantaggi associati all’uso del metodo scientifico?
- Come può il metodo scientifico aiutare in decisioni politiche e come
può promuovere la critica razionale?
LINK E RISORSE Khan Academy, “Il metodo scientifico”
UTILI
https://www.khanacademy.org/science/high-school-biology/hs-
biology-foundations/hs-biology-and-the-scientific-method/a/the-
science-of-biology
Il metodo scientifico, video di presentazione
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https://www.youtube.com/watch?v=yi0hwFDQTSQ
Risolvere problemi: Il metodo scientifico, video di presentazione
https://www.youtube.com/watch?v=RQmqW0q85q0
ULTERIORI Dettagli sul Metodo scientifico possono essere trovati alla voce
LETTURE
CONSI GLI ATE
corrispondente su Wikipedia:
https://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_method: in questa voce, il
metodo scientifico è descritto come un metodo empirico di
acquisizione della conoscenza, che comprende l’osservazione attenta
che, tramite l’induzione, formula ipotesi basate su tali osservazioni;
prove sperimentali e misurazione di deduzioni tratte da ipotesi;
perfezionamento (o eliminazione) di ipotesi basate su risultati
sperimentali.
Diverse modifiche possono essere apportate ai passaggi sopra elencati.
Una dettagliata presentazione grafica (con suddivisione del flusso di
lavoro e guida in ogni fase del processo è disponibile al link:
https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/science-
fair/steps-of-the-scientific-method.
Una critica del metodo scientifico, sostenendo che ‘il pensiero
scientifico’ si adatta meglio a quello che fanno gli scienziati (un ciclo di
3 fasi, quali osservare, spiegare, anticipare) è disponibile al link
https://www.youtube.com/watch?v=j12BBcKSgEQ.
FONTI UTILIZZ ATE https://www.thoughtco.com/steps-of-the-scientific-method-p2-
PER LO SVILUPPO
DEI M ATE RI ALI
606045
https://layers-of-learning.com/a-simple-introduction-to-the-scientific-
method/
Ulteriori fonti sono citate nei testi in basso.
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autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
delle informazioni ivi contenute.7
Scheda conoscenze di base
REDATTORI Gergana Cisarova-Dimitrova (Centro Europeo per la Qualità,
Bulgaria) e Nektarios Moumoutzis (Università Tecnica di Creta,
Grecia)
INTRODUZIONE Per la maggior parte delle persone, la scienza è il bagaglio di
ALL’ ARGOM E NTO
conoscenze accumulato grazie alle scoperte. Per uno studente, la
scienza è spesso una raccolta di fatti isolati inclusi nel suo libro di
testo. La scienza, però, è anche un processo di scoperta e un metodo
per ottenere una valida conoscenza su come funziona il mondo – un
metodo scientifico per acquisire conoscenza.
Contrariamente ai modi non scientifici di acquisire conoscenza, il
metodo scientifico richiede un approccio sistematico all’osservazione e
un uso consistente di logica formale. La sua applicazione è ciò che
viene comunemente definita come “ricerca”.
L’ IM PORTANZ A In reality, scientists can always make smaller or more serious mistakes
PER LA VITA
QUOTI DI AN A/
in the application of the scientific method. Such mistakes may include
L’E CONOM I A/ L A measurement errors, ignoring data that does not support their
SOCIETÀ hypothesis, or using the results of previous unreliable research. To
address this problem, the scientific method promotes scepticism, even
for one's own scientific work. Alhazen (considered as one of the
founders of the scientific method) wrote that: "The duty of the man
who investigates the writings of scientists, if learning the truth is his
goal, is to make himself an enemy of all that he reads, and ... attack it
from every side. He should also suspect himself as he performs his
critical examination of it, so that he may avoid falling into either
prejudice or leniency." (see more about Alhazen from the
corresponding wikipedia lemma at:
https://en.wikipedia.org/wiki/Ibn_al-Haytham). Understanding the
scientific method as a general process would help the student
understand the basis for rational thinking and what it means to ‘work
as a scientist’.
L’importanza del metodo scientifico e la sua ampia applicabilità
derivano dal fatto che esso prova a ridurre al minimo il pregiudizio
umano (ad esempio quello delle persone coinvolte negli esperimenti
scientifici, le loro personali vedute e credenze, convinzioni culturali
etc.). Ciò permette, quindi, alla scienza di trovare delle soluzioni
efficaci a una varietà di problemi sociali, eliminando – o almeno
minimizzando – l’impatto dato dall’errore umano e da fattori sociali,
quali cultura e religione.
Il preconcetto nelle “soluzioni” non scientifiche dipende dal fatto che
le persone generalmente filtrano o interpretano le informazioni in base
alla propria esperienza, quindi è molto probabile che preferiranno un
risultato rispetto ad un altro, per motivi che non hanno nulla a che fare
con l’efficacia e l’affidabilità. Se la conoscenza deve essere utile alla
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delle informazioni ivi contenute.8
società e se i risultati scientifici devono essere applicati a una vasta
gamma di contesti, la faziosità deve essere evitata.
Il metodo scientifico offre un approccio obiettivo e standardizzato per
progettare e condurre esperimenti e compiere osservazioni.
Migliorando, così, i risultati tratti da tali esperimenti e osservazioni.
Usando uno standard comune nel loro lavoro, gli scienziati sono certi
di poter interpretare i fatti in modo da poter contribuire allo sviluppo
della conoscenza oggettiva e anche di minimizzare le influenze
personali.
In realtà, gli scienziati sono sempre soggetti a commettere dei più o
meno significativi errori nell’applicazione del metodo scientifico.
Questi errori possono includere errori di misurazione, ignorando dei
dati che non supportano le loro ipotesi o usando i risultati di
precedenti ricerche non attendibili. Per affrontare il problema, il
metodo scientifico promuove scetticismo, anche nei confronti del
proprio lavoro (scientifico). Alhazen (considerato uno dei padri
fondatori del metodo scientifico) sosteneva che: “Il compito dell’uomo
che studia gli scritti di uomini di scienza, se il suo fine è conoscere la
verità, è diventare egli stesso nemico di ciò che legge, e … attaccarlo
da ogni parte. Dovrebbe, inoltre, dubitare di se stesso mentre conduce
l’esaminazione critica, così da poter evitare di cadere nel pregiudizio e
nell’indulgenza.” (per vedere altro su Alhazen, vai alla voce
corrispondente di Wikipedia al seguente indirizzo
https://en.wikipedia.org/wiki/Ibn_al-Haytham).
Capire il metodo scientifico come processo generale aiuterebbe gli
studenti a conoscere le basi del pensiero razionale e cosa significa
‘lavorare come uno scienziato’.
P RESE NTAZI ONE Nel processo di ricerca/indagine, gli scienziati raccolgono prove
DE TTAGLI AT A
DELL’ ARGOM E NTO
empiriche misurabili (osservabili) attraverso l’osservazione o un
esperimento basato su un’ipotesi, con lo scopo finale di supportare o
confutare una teoria. Generalmente, l’applicazione del metodo
scientifico implica diversi passaggi.
Step 1. Fare un’osservazione su un fenomeno
Step 2. Formulare la domanda di ricerca – essa stabilisce cosa vuole
appurare la ricerca
Step 3. Inventare una spiegazione provvisoria (la risposta alla
domanda di ricerca), chiamata ipotesi. Nelle scienze esatte,
l’ipotesi è sotto forma di un meccanismo causa-effetto o una relazione
matematica.
L’ipotesi è una previsione verificabile o una relazione suggerita (spesso
causale) tra fenomeni, che risponde, in maniera provvisoria, alla
domanda di ricerca. Può essere formulata come una frase “se…
allora”. Qui la parola chiave è “verificabile”. L’ipotesi è fatta per
essere verificata e non presuppone verità alcuna.
Step 4. Fare previsioni che derivano dalle ipotesi scelte
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autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
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Il metodo scientifico comporta sempre inferenza – servirci di ciò che
già conosciamo per apprendere qualcosa che ancora non conosciamo.
Usiamo come dati empirici ciò che già conosciamo. Ciò che, invece,
vogliamo conoscere è l’insieme delle nostre ipotesi e teorie.
L’ipotesi dovrebbe portare a previsioni che possono essere testate
attraverso l’esperimento o l’osservazione. Queste previsioni
specificherebbero sostanzialmente le prove che dovrebbe essere
trovate al fine di testare o falsificare un’ipotesi. Una buona ipotesi sarà
in grado di creare varie previsioni, permettendoci, così, di testarla in
modo rigoroso.
Le buone ipotesi sono basate sulle variabili. Ogni ricerca dovrebbe
usare almeno 3 tipi di variabili:
Variabile esplicativa (indipendente) – la causa ipotizzata in un
rapporto causa-effetto
Variabile dipendente – il fenomeno che vogliamo spiegare: il
risultato in una relazione causa-effetto
Variabili di controllo – potenziali altre cause dello stesso risultato.
Step 5. Testare le previsioni con osservazioni o esperimenti che
possono essere riprodotti
Gli scienziati, per verificare un’ipotesi, operano una sistematica
comparazione tra i livelli della variabile indipendente e quelli della
variabile dipendente in ogni caso differente, cercando di stabilire se i
cambiamenti nella variabile indipendente (causa) generano
cambiamenti consistenti nella variabile dipendente (effetto). Se
effettivamente è così, allora il test suggerirà che c’è una relazione
causa-effetto.
Step 6. Analizzare i dati e trarre conclusioni con l’intento di
accettare, rifiutare o modificare l’ipotesi
Step 7. Ripercorrere step 4,5 e 6 fino a che non ci saranno
discrepanze tra osservazioni/esperimenti e ipotesi. L’ipotesi
diventa teoria, quando si raggiunge la coerenza.
Una dettagliata conoscenza delle risorse per guidare gli istruttori nel
presentare l’argomento è offerta nell’Annesso 1 .
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GUIDA PER LA Il tema di questa lezione è caratterizzato da un alto livello di astrazione,
COM UNI CAZI ONE
SCIENTIFICA PER
che richiede solide capacità logiche e analitiche. Se la sessione di
GLI I NSEGN ANTI esercitazione è breve, per gli studenti potrebbe essere difficile cogliere
e capire tutto. Presenta il materiale teorico in modo chiaro e semplice,
che non lasci spazio ad ambiguità, ma senza sconvolgerne il senso o
semplificarlo tanto da renderlo fuorviante. Concentrati sull’uso di
esempi. Gli esempi dati nel testo introduttivo sono indirizzati agli
studenti con ottime competenze STEM. Se, però, tieni questa lezione a
studenti privi di tali competenze, potresti aver bisogno di scegliere
esempi dall’aspetto meno scientifico (come il semplice esperimento sui
piani di irrigazione; vedi pag. 8 dell’introduzione teorica).
-Non essere solo un altro insegnante- non insegnare e basta. Condividi
con gli studenti la tua passione per la scienza. Questo, in genere,
potrebbe implicare raccontargli come sei approdato alla scienza o
perché ti piace fare scienza.
-Stabilisci una relazione più intima con gli studenti. Generalmente,
questo implicherebbe dire loro qualcosa su di te o fare battute durante
l’attività.
-Quando è possibile, fa’ esempi che dimostrino quanto la scienza sia
importante e quanto influenzi la vita stessa degli studenti. Fa’ ciò anche
nella parte teorica (l’attività pratica è tutta incentrata su questo).
-Cerca di suscitare curiosità negli studenti verso la scienza- di’ qualcosa
sul futuro (In un futuro prossimo, le nostre case saranno
completamente diverse…), qualcosa di misterioso (Chissà cosa
potremmo scoprire, se iniziassimo a fare ricerche…).
-Potresti provare a sfidare i tuoi studenti a ricordare e poi diffondere
qualcosa di quello che hanno imparato, divulgando qualche fatto
scientifico che non è molto conosciuto o molto strano, inaspettato o
semplicemente adatto ad essere condiviso su Facebook (ad esempio,
nella parte dove spieghi cos’è un’ipotesi, potresti fare cenno a qualche
sorprendente ipotesi di cui hai sentito parlare).
-Se fai delle presentazioni, fa’ attenzione a includere immagini e forme
(cercando di creare asimmetria nella pagina, per richiamare
l’attenzione), piuttosto che un lungo elenco puntato. Delle belle
immagini Creative Commons possono essere scaricate da Flickr
(https://www.flickr.com/). Quando usi gli elenchi puntati, dedica
sempre una slide a solo un concetto o messaggio e non elencare mai
più di 5-6 punti. Usa una dimensione carattere che non sia inferiore a
28.
-Se è necessario utilizzare i grafici, cerca di limitarne l’uso a quelli a
bolle (sono più facili da intuire rispetto a quelli a barre), a quelli a barre
con solo poche barre, ai grafici a torta o ciambella e sottolinea il
messaggio principale usando un carattere maggiore.
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autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
delle informazioni ivi contenute.11
Scheda di pianificazione della lezione
OBIETTIVO Obiettivo chiave: introduci gli studenti al metodo scientifico, ponendo
l’accendo sui concetti principali e sul modo e i passaggi per organizzare
la ricerca.
SETTING -La lezione può avere un’ottima riuscita in una classe di massimo 25
alunni. Durante questa fase, tutti gli studenti rimangono nello stesso
spazio, senza formare gruppi o squadre.
-Non ci sono particolari requisiti da seguire per l’organizzazione dello
spazio
-La durata di questa fase è di 45 minuti.
LUOGO Aula scolastica
DELL’INTERVENTO/
LEZIONE
POSSIBILE Gli studenti universitari possono partecipare all’attività come co-
P ARTE CIP AZIONE
DI STUDENTI
relatori (presentando parte dell’intervento). La partecipazione di
UNIVERS I TARI giovani studenti universitari dovrebbe avere un effetto positivo sugli
NELL’ATTIVITÀ alunni, poiché allevierebbe la tensione generata dalla difficoltà
percepita della materia in esame.
TEMPISTICHE E Fase Descrizione della fase Tempo
RIEPILOGO
no. assegnato
1 Benvenuto e Descrizione 1 min.
Presentazione del docente
2 Spiegare la differenza tra la conoscenza 5 min
scientifica e non scientifica.
Presentazione del docente
3 Il metodo scientifico: dallo step 1 al 3 5 min.
Presentazione del docente
4 Il metodo scientifico: dallo step 4 al 7 24-29 min
Presentazione del docente
5 Dibattito e domande di chiarimento 10-15 min
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autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
delle informazioni ivi contenute.12
Scheda dell’attività pratica/ sperimentazione
OBIETTIVO Obiettivo chiave: consentire agli studenti di applicare il metodo
scientifico in autonomia, sviluppando una relazione su come risolvere
e identificare i problemi.
SETTING -da 10 a 25 alunni (una normale classe) organizzati in gruppi di 5 o 7.
Ogni gruppo prova a identificare un problema e poi fornirne una
spiegazione e soluzione possibili. In alternativa, può essere presentato
(presumibilmente dal docente) lo stesso problema a tutti i gruppi e
nella fase successiva ogni gruppo lavora sulla spiegazione.
- Lo spazio dovrebbe essere diviso in modo che i diversi gruppi
possano lavorare a una distanza tale tra di loro per poter essere
produttivi e comodi. Il docente dovrebbe raggiungere facilmente tutti i
gruppi. Se questi sono in stanze separate, le stanze dovrebbero essere
vicine fra di loro.
-Idealmente, dovrebbe essere assegnato almeno un facilitatore a ogni
gruppo (il compito del facilitatore è adatto agli studenti universitari e
agli insegnanti che accompagnano i gruppi di studenti).
-La durata di questa fase è di minimo 45 minuti.
LUOGO E Luogo: aula scolastica
M ATE RI ALE
Materiale: lavagna a fogli mobili, fogli, penne e possibilmente post-it
per organizzare il lavoro nei gruppi; le lavagne mobili sono necessarie
per l’ultima fase.
Per sessioni di esercitazione più lunghe, gli studenti potrebbero essere
incoraggiati a lavorare su presentazioni elettroniche per le loro
soluzioni o relazioni scritte. É necessario che ci sia almeno un
computer o tablet per gruppo.
POSSIBILE Gli studenti universitari possono prendere parte all’ attività come
P ARTE CIP AZIONE
DI STUDENTI
facilitatori di gruppo. È importante che siano stati precedentemente
UNIVERS I TARI preparati per l’implementazione dell’attività, così da sapere cosa fare e
NELL’ATTIVITÀ per poter facilitare il lavoro e l’interazione fra i gruppi di studenti di
scuola secondaria.
CONTENUTO Durante questa fase gli studenti partecipanti sono incoraggiati a
DELL’ATTIVITÀ
P R ATI C A
identificare un problema che la loro comunità si trova ad affrontare o
che affronterà in un futuro prossimo e valutare come il metodo
scientifico possa aiutarli a capire e rispondere al problema.
Il problema potrebbe riguardare questioni ambientali, come la
riduzione delle emissioni di carbonio; un lago altamente inquinato;
disastri naturali e come questi possano essere evitati o addirittura
predetti; e la sanità pubblica nelle scuole (come ridurre la propagazione
dell’influenza nei mesi invernali), etc.
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costituisce un'approvazione del contenuto, che rifletteesclusivamenteil punto di vista degli
autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
delle informazioni ivi contenute.13
L’idea di base è che gli studenti affrontino il problema utilizzando il
metodo scientifico, ad esempio individuando dei modi, per
comprendere e possibilmente risolvere il problema, che siano
modellati sulla forma di ipotesi testabili.
É richiesto agli studenti di creare una breve relazione/piano di lavoro
su come affronterebbero il problema in un modo che sia in linea con il
metodo scientifico. Questa relazione può essere sia orale che scritta, a
seconda del tempo assegnato per l’esercitazione. La relazione orale
deve essere sotto forma di una breve presentazione, in cui sia
preferibile usare la lavagna a fogli mobili per illustrare e sviluppare
idee. La relazione scritta potrebbe prendere la forma di una proposta
fatta alle autorità locali; un articolo per la stampa locale; o una
presentazione con slide.
Vedi Annesso II per il modello di attività pratica: Bullismo a scuola
(scienze sociali).
TEMPISTICHE E Fase Descrizione della fase Tempo
RIEPILOGO
DELL’ATTIVITÀ
no. assegnato
P R ATI C A
1 Sintesi 3-5 min.
Il docente deve comunicare agli studenti
l’obiettivo dell’attività e come dovranno
attuarlo. Gli studenti devono capire cosa gli
viene richiesto di fare.
Il docente dovrebbe concentrarsi sul
presentare il piano di lavoro, soffermandosi
su come seguire i passaggi del metodo
scientifico.
2 Descrizione di un problema del mondo Up to 5
reale da affrontare min.
O
Coinvolgere gli studenti in dibattiti per
trovare una soluzione ad un problema
comune
O
Dare del tempo a ogni gruppo per
stabilire il problema da voler affrontare
Nota: coinvolgere gli studenti in dibattiti
per stabilire un problema comune può
richiedere molto tempo. Gli istruttori
sono tenuti a prendere in considerazione
questo aspetto in fase di pianificazione
dell’attività.
3 Formazione del gruppo 2 min.
Il sostegno della Commissione europea alla produzione di questa pubblicazione non
costituisce un'approvazione del contenuto, che rifletteesclusivamenteil punto di vista degli
autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
delle informazioni ivi contenute.14
4 Lavorare in gruppi 15 min.
Il personale universitario/gli studenti o gli
insegnanti accompagnatori attuano come
facilitatori. Il docente lavora, a turno, con
ogni gruppo.
5 Presentazione dei risultati di ogni gruppo Up to 5
La presentazione dovrebbe porre l’accento su min. per
gruppo,
ipotesi alternative, il test di verifica e le
max. 10
soluzioni proposte (se pertinenti). Gli
min. in
studenti dovrebbero essere incoraggiati a
presentare del materiale visivo (presentazioni totale
elettroniche o disegni su lavagna a fogli
mobili).
6 Riflessioni e discussione 10 min.
Il docente invita gli studenti di scuola
secondaria a riflettere su come hanno
compreso e usato il metodo scientifico. Gli
studenti sono anche invitati a giudicare i
risultati degli altri gruppi sulla base del
metodo scientifico.
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autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
delle informazioni ivi contenute.15
Annex I: Knowledge Resource
THE SCIENTIFIC METHOD
Editor: Gergana Cisarova-Dimitrova, European Center for Quality, Bulgaria
SCIENTIFIC KNOWLEDGE VS. NON-SCIENTIFIC KNOWLEDGE
“Smart people (like smart lawyers) can come up with very good explanations for
mistaken points of view."
Richard Feynman, Physicist
In order to understand the scientific method, we first need to consider the non-scientific way of
gaining knowledge. All of us – scientists and non-scientists – need knowledge. All of us need to
“know” things in our daily lives. We all decide, several times a day, that something is true or false.
The difference between the scientists and the non-scientists is the source of knowledge and the
process through which knowledge is gained. A scientist and a non-scientist would typically need
very different “proofs” and would typically go through a very different reasoning process before
they accept an explanation or a statement as true or false.
Non-scientists use many sources of knowledge but most of them – such as beliefs and intuition –
are subjective, unverifiable, ineffective and sometimes plain wrong. Suppose Anna strongly
believes that eating one apple per day will keep her healthy. She wants to prove that this is indeed
true. What would be a solid proof?
Surely, her personal belief is not any proof at all. Indeed, her classmate Peter thinks that apples
contain too much sugar and are not so good for health. Instead, he believes he should eat
broccoli to be healthy. Who is right?
Anna and Peter decide to collect the opinions and beliefs of others, count them, and so find if there is a
consensus on the apple-broccoli dilemma. They go around school asking other students what they
think. If they find out that more students believe apples are healthier, does this consensus prove
that Anna is right? Probably not. How will Anna explain why some people nevertheless believe
broccoli is healthier? How will Anna and Peter know when they have counted enough opinions
to now conclude that they know the truth? And why would they ask only students; should they
not ask also teachers, parents or even passers-by?
Anna and Peter therefore decide to look for the opinion of “knowledge authorities”. They both sit
on the Internet looking for articles from doctors, nutrition experts or public health officials. Is
this a good way to find evidence for their claims? Not really. While Anna finds 100 articles
praising the health benefits of apples, Peter finds other 100 articles that say similar things about
broccoli. Experts, politicians and other knowledgeable individuals (or institutions) that claim to
be “knowledge authorities” usually have more information and experience but they may also have
a personal stake in getting their view to be accepted. For example, how can we be sure that the
article that praises the health benefits of apples has not been sponsored by a big company that
wants to convince people to buy more apple juice? To make things worse, even widely accepted
“authoritative” views often turn out to be wrong. Let us not forget that for centuries everyone –
including the world’s brightest minds – claimed that the Earth was the center of the universe.
Anna and Peter agree to look for stronger evidence by making casual observations. Anna (who has
been eating an apple a day) observes that during the last one year she was ill less often than Peter
(who has been eating broccoli every day). She claims on this basis to have solved the apple-
broccoli dilemma. Peter disagrees and claims that Anna has selected her observations so that they
would prove her belief. Peter says Anna has counted only the times when they were so sick that
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autori, e la Commissione non può essere ritenutaresponsabileper l'uso che può essere fatto
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they had to stay in bed and skip classes, but she has overlooked the number of times when they
felt unwell but did not skip classes. He says she has also conveniently disregarded the fact that
Peter lives in a bigger family and is thus in close contact with more people who can transmit a
virus. If Peter had to fight more viruses than Anna during the year, then apples and broccoli were
never on an even playing field. Anna has also forgotten that she regularly takes vitamin
supplements while Peter doesn’t. Could these supplements have helped apples improve her
health?
Still unable to agree on who is right, Anna and Peter decide to use informal logical reasoning to
support their claims. Peter refers to the Vitamin C content of apples and broccoli and reasons
that broccoli is better because it has more Vitamin C, which is known to be good for health.
Anna counter-reasons that apples have phytonutrients and flavonoids, which bring their own
health benefits. In fact, such informal reasoning would always be prone to a great number of
fallacies and inconsistencies. There may be fruits and vegetables with better vitamin and mineral
content scores than apples and broccoli. There are many different vitamins and minerals that
have been associated with improved health and the health benefits of their combination in apples
or broccoli may be impossible to measure through “reasoning”. Anna and Peter may also fail to
account for many other factors such as the absorption rate of minerals and vitamins from apples
and broccoli. There is no direct causality between a higher intake of a particular vitamin or
mineral and general health, etc.
This – initially simple – example shows the complexity of the knowledge gaining process. Casual
observation can be a good place to start when looking for clues about phenomena that interest
us. Logical reasoning is also a good place to start when finding possible explanations. But neither
casual observation nor logical reasoning alone are enough for gaining reliable, consistent and
unbiased knowledge. How then, could humankind ever get an accurate representation of the
world and accurate understanding of the phenomena around us?
S CIE NCE AND THE S CIE NTI FIC M E THOD
“Truth has nothing to do with the conclusion, and everything to do with the
methodology.”
Stefan Molyneux, podcaster and YouTuber
During the process of research, scientists collect measurable empirical (observable) evidence
through observation or an experiment based on a hypothesis, with the ultimate aim to support
or contradict a theory. The application of the scientific method usually involves several steps.
Step 1
Making an observation about a phenomenon
Example
The scientific world has observed that the number of children diagnosed with autism has been
increasing dramatically since the 1990s. In the 1970s and 1980s, around one in 2,000 children was
diagnosed with autism spectrum disorder. In contrast, 2018 data released by the Center for
Disease Control and Prevention suggests that 1 in 59 children in the US have autism.
Step 2
Asking the research question – determine what you want to know
Scientists have to follow certain rules when defining their research question:
The research question should concern something that is important in the real world
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Even if the research question relates to some important real-world phenomenon, it
always needs to also make a contribution to existing scientific knowledge. This ensures
that the efforts of the individual scientist are part of the collective scientific endeavor
that helps the development of humankind. It also ensures that scientists are aware of
what others have done before them
The research question should better avoid normative questions and questions that
depend on particular cultural values1
The research question should be specific and concrete. If initially the research
question is too broad, it is advisable to divide it in elements, focus it and narrow it
down.
Example
In our example, having observed the increasing rate of autism diagnosis among children,
researchers are trying to answer an important question: What is causing this increase?
Step 3
Inventing a tentative explanation of the observation (the answer to the research
question), called a hypothesis. In the exact sciences, the hypothesis often takes the form of a
causal mechanism or a mathematical relation.
A hypothesis is a testable prediction or a proposed (usually causal) relationship between
phenomena that tentatively answers the research question. It can be formulated as a
“if…then…” statement. A key word here is “testable”. The hypothesis is meant to be tested and
carries no assumption of truth.
Example
In our example, while scientists are still grappling with the explanation, they have already
formulated several hypotheses, including:
- The incidence of autism is rising due to an environmental cause, such as exposure to
pesticides or mercury
- The incidence of autism is rising due to the increasing ages of mothers and fathers,
related to the fact that people nowadays delay childbearing until they are older
- The incidence of autism is not rising; it is only the incidence of diagnosis that is rising.
Children nowadays are not more likely to be autistic; they are simply more likely to be
diagnosed with autism than they were before. The rise in the incidence of diagnosis is
related to increased awareness of the condition, increased medical surveillance and
broadening of the definition of autism.
For advanced or ambitious students
“This isn’t right. It isn’t even wrong”
Attributed to Wolfgang Pauli, physicist
A hypothesis is only scientific if it complies with two important requirements:
The hypothesis has to be empirically testable: it should be possible
to collect empirical or physical evidence or observations that will either
1 This requirement has been disputed in the social sciences. However, for mainstream social science research, this
still remains a sensible rule.
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support or contradict the predictions derived from this hypothesis
Example
In the example above, a working hypothesis is that the mother’s exposure to
pesticides during pregnancy is increasing the child’s risk of developing autism. The
researchers, focusing on a manageable number of research participants (mothers and
their children), have made sure that they can collect data on the location of the
mothers’ homes, the location of pesticides application sites, the types of pesticides
applied and the timing and frequency of their application, as well as the medical data
on the children. A hypothesis for which no concrete empirical evidence could be
collected would not be a good one. For example, if we hypothesize that mothers
who worry a lot during pregnancy are more likely to have children with autism, we
would find ourselves unable to generate objective empirical evidence to determine
how much each mother worried during pregnancy and thus the research would be
questionable.
The hypothesis should be falsifiable: The hypothesis should be
formulated in such a way that it can in principle be rejected through
empirical research or experiments. If it is not possible to reject a
hypothesis, then it does not allow scientists to test it and it cannot
contribute to the advancement of science. A hypothesis that is able to be
wrong would be precise and narrow. Hypotheses that contain truisms,
broad statements, tautological statements, normative assertions or
statements derived from values and beliefs, do not have a place in
science.
Example
Let us assume that our hypothesis is: “No human being can live forever”. Anyone
trying to disprove our hypothesis will need to observe all human beings forever. So,
falsifying this statement will take forever. In fact, proving this statement is also not
possible because we can only point to lack of evidence that someone has ever lived
forever. But, again, in order to be sure that this lack of evidence proves our
statement, we have to observe all human beings forever. While it is in all probability
true, this hypothesis does not belong to science. It is not a matter of investigation or
research.
A falsifiable hypothesis can read for example: “Human beings die before they reach
the age of 130 years”. To prove it, we can examine life expectancy statistics and
show that all people for whom statistics is available died before the age of 130. As
soon as someone finds a human being who is 131 years old, this hypothesis will be
proven wrong. Like with the unfalsifiable statement above, we will never be able to
prove this falsifiable statement with absolute certainty because we cannot have
statistics for all people who have ever lived and will ever live in the future. But the
hypothesis can be regarded as belonging to science and as a valid one, because it has
never been disproved even though it can be disproved.
Step 4
Making predictions derived from the chosen hypothesis
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The scientific method always involves inference - using what we already know to learn something
that we do not yet know. What we already know we use as empirical data. What we want to know
is the subject of our hypotheses and theories.
The hypothesis should lead to predictions that we can test through experiment or observation.
These predictions would basically specify the evidence that we need to find in order to prove or
falsify a hypothesis. A good hypothesis will be able to generate many predictions, and it will be a
good one because it will allow us to test it rigorously (KKV 1994: 11-19).
Example
In our example, one of the alternative hypotheses is that the mother’s exposure to pesticides
during pregnancy is increasing the child’s risk of developing autism. If the hypothesis is valid, we
would expect that the children of mothers who lived near agricultural areas where pesticides were
used would be more likely to be diagnosed with autism than the children of mothers that lived in
environmentally clean areas or in cities. Moreover, we would expect that the closer the homes of
the mothers are to the pesticide area, the higher the incidence of autism among their children will
be.
For students interested the social sciences
=> Additional example
The ‘democratic peace theory’ hypothesizes that democratic countries rarely or never go to
war with each other, but are likely to go to war with non-democratic countries. In order to
prove or disprove this hypothesis, we need to collect historical data about the incidence of
war. For the data to support the hypothesis, it should for example show:
a very low rate of incidence of armed conflict between democratic countries
and a relatively high rate of incidence of armed conflict between non-
democratic and democratic countries
countries have been less likely to engage in armed conflict with another
democracy during the periods when they were governed as a democracy and
more likely to do it during the periods when they were not democracies.
If actual historical data fits these predictions, the hypothesis would be supported. If actual
historical data contradicts these predications, the hypothesis would be rejected.
Step 5
Testing the predictions by observations or experiments that can be reproduced
Step 6
Analysing the data and drawing conclusions with the goal to accept or reject the
hypothesis or to modify it
Variables
Good hypotheses are based on variables. The variable is the aspect of reality that we study. Every
research should make use of at least three types of variables:
Explanatory (independent) variable – the hypothesized cause in a causal
relationship
Dependent variable – the phenomenon that we want to explain: the outcome in a
causal relationship
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Control variable(s) –potential other causes of the same outcome. We will discuss
them below.
For advanced or ambitious students
Good research would consider not just the dependent, independent and control
variables, but also:
Intervening variable(s) – phenomena that are an inextricable part of the
causal explanation. The problem with these phenomena is that they bring
additional complexity as they may be affected by other causes, too.
Condition variable(s) – phenomena that are prior conditions for the causal
relationship to happen (van Evera, 1997: 11)
Example
Assume that we hypothesize the following: “Large national markets bring economies of
scale which increase the profit of foreign investors. In this way, large market size
contributes to attracting more foreign direct investment in the national economy”. The
independent variable here is market size. It is the cause of changing levels of foreign
direct investment. The level of foreign direct investment in the country is the dependent
variable. Economies of scale will be an intervening variable (they are part of the
explanatory mechanism). At the same time, there are several preconditions for the causal
relationship to work, e.g. stable political situation in the country, country’s openness to
international trade and investment, etc. If those preconditions were not met, most
foreign investors would not invest in the country regardless of the size of its market.
Data
Data always relates to the variables that we have chosen to study. The variable is a measurable
concept constructed by the researcher, and it is called “variable” because it will take different
values in different cases (van Evera, 1997: 10). In quantitative research, these values would be
numeric, such as size, distance, share, degree, etc. In qualitative research, the values can be
descriptive (e.g. level of development, degree of dependence, category or type). In both styles of
research, however, it holds that researchers should avoid variables that are difficult to measure or
observe2.
Scientists collect data by recording the different values of the variables in a preselected number of
cases. Depending on what they are studying, the cases could be individuals, cells, physical
substances, countries, firms, economic sectors, geographical regions, cities, time series, events,
etc. (KKV 1994, 51). The data can be collected by observation of what is happening in the real
world or by conducting experiments. What is important is that the chosen cases are relevant to
the phenomenon that scientists are examining and that they are sufficient in number. The
number of cases is crucial for judging the validity of the conclusions because a hypothesis that
holds in a small number of cases is more likely to be wrong than a hypothesis that holds in a large
number of cases.
2 Social science research faces much more serious issues of measurability and observability of the variables than
research in the natural sciences. Social science research involves studying variables that are not directly observable and
cannot be measured directly or quantified (ideological or religious beliefs, perceptions of policymakers, consumer
preferences, etc.). In such situations, it is the task of the researchers to come up with an observable or measurable
indicator (a manifestation) of the phenomenon they study (e.g. ideological beliefs in the society can be determined
through voting patterns, perceptions of policymakers can be determined on the basis of their public statements or
interviews, etc.). Tacking this issue is an essential part of the work of the social scientist.
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Using data on the dependent and the independent variables to test the hypothesis
In order to test a hypothesis, scientists make a systematic comparison between the levels of the
independent variable and the levels of the dependent variable in each different case, trying to
determine whether changes in the independent variable (the cause) are bringing a consistent change in the
dependent variable (the outcome). If this is indeed the case, then the test would suggest that there is a
causal relationship.
It is important that the research or the experiment is constructed so that the values of the
independent variable change across the cases. If the independent variable remains the same, it
would be impossible to show that it is causing the outcome. However, if the dependent variable
(the outcome) changes across cases in which the independent variable (the cause) remains the
same, this means that something else is causing the outcome.
Example
In our example, several studies have been carried out in which researchers used pesticide-use
reports and compared autistic children with non-autistic children, noting whether their mothers
lived near agricultural chemical application sites or not. The participants have been categorized
into zones depending on the distance between the mother’s home and the application site or
depending on the types of pesticides applied (see for example, Shelton et al. 2014; Samson, 2007).
The units they studied were a particular number of children, some of whom were diagnosed with
autism and others who were not diagnosed with autism. The dependent variable was “diagnosis
of autism”. The independent variable was “exposure to pesticides during prenatal development”
(measured by the distance between the home of the mother to a pesticide application site and the
frequency of pesticide application).
The hypothesis would be strongly supported if it turns out that within the group of autistic
children, most of the mothers lived near a pesticide application site, while within the group of
non-autistic children most of the mothers lived far from such a site. The stronger the association,
the more substantial the impact of the independent variable would be. If within the autism group
90% of the mothers lived near a pesticide application site, then the impact of pesticides can be
argued to be very strong. If within the autism group only 60% of the mothers lived near a
pesticide application site, then the impact would not be that strong.
For the curious
In our example, most of the studies concluded that the children of mothers who lived
near agricultural chemical application sites had higher risk of autism. For example, one
of the studies has concluded that pregnant women who live within 1.5 km of
agricultural land where chemical pesticides are applied experience a 60% increased risk
of having an autistic child or a child with developmental delay. The risk was shown to
be higher the closer the mother lived to an application site. Different types of
pesticides were shown to have different effects, also depending on when during the
pregnancy the exposure happened: organophosphates exposure during the last 3
months of pregnancy and chlorpyrifos exposure in the 4th, 5th and 6th month of
pregnancy were shown to be most closely associated with increased risk of autism
(Shelton et al., 2014).
For students in the natural or exact sciences
In the natural or exact sciences, researchers often use controlled experiments to test
the hypothesis. In a controlled experiment, the researcher essentially manipulates the
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