Unit Sains dan MatematikSains Am (AMT 111)

MODUL 1

KAEDAH PENYIASATAN SAINTIFIK

STANDARD ISI KANDUNGAN

Mengenal pasti, menyatakan dan menganalisa kaedah penyiasatan saintifik

STANDARD PEMBELAJARAN

1.1 Mengenal pasti dan menyatakan langkah-langkah dalam penyiasatan saintifik1.2 Menjalankan satu penyiasatan saintifik1.3 Mempraktikkan sikap saintifik dan nilai murni

MASA

6 jam

KRITERIA PEMBELAJARAN

1.1 Mengenal pasti dan menyatakan langkah-langkah dalam penyiasatan saintifik

1.1.1 Mengenal pasti masalah1.1.2 Menulis hipotesis1.1.3 Mengenalpasti pemboleh ubah1.1.4 Merancang eksperimen1.1.5 Menjalankan eksperimen1.1.6 Mengumpul data1.1.7 Menganalisa dan mentafsir data1.1.8 Membuat kesimpulan1.1.9 Menulis laporan

1.2 Menjalankan eksperimen menggunakan langkah-langkah dalam penyiasatan saintifik

1.3 Mengenal pasti sikap saintifik dan nilai murni ketika menjalankan aktiviti

STRATEGI PENGAJARAN

1.1 Menggunakan contoh di sekeliling kolej untuk merancang dan menjalankan eksperimen menggunakan langkah dalam penyiasatan saintifik (mengenalpasti masalah, mengenalpasti pembolehubah , menulis hipotesis, merancang eksperimen, menjalankan eksperimen, mengumpul data, menganalisis dan mentafsir data, membuat kesimpulan dan menulis laporan.

1.2 Membimbing pelajar untuk menenalpasti dan memastikan mereka mengamalkan sikap saintifik dan nilai murni yang diamalkan oleh saintis semasa menjalankan eksperimen.

1

ISIKANDUNGAN

Kedah penyiasatan saintifik1. Kaedah penyisatan saintifik ialah kaedah yang dilakukan dengan mengikut peraturan

dan prinsip sains yang tepat, teratur dan sistematik untuk memperoleh pengetahuan sains.

2. Kaedah ini digunakan oleh ahli sains semasa menjalankan eksprimen.

Langkah-langkah dalam kaedah penyiasatan saintifik1. Mengenal pasti masalah

a. Seorang saintis sentiasa memerhati fenomena atau kejadian yang berlaku disekelilingnya.

b. Berdasarkan inferens(proses membuat kesimpulan awal yang mungkin benar atau tidak benar) yang telah dibuat, masalah yang dikaji itu kenal pasti.

2. Mengenal pasti pemboleh ubah . a. Pemboleh ubah ialah keadaan (Kuantiti) atau faktor yang boleh berubah dalam

suatu penyiasatan saintifik.b. Pembolehubah perlu dikenal pasti (ditentu / diukur) untuk membolehkan hipotesis

dibuat.c. Contoh pemboleh ubah ialah suhu, masa, jisim dan isipadu bahan.d. Terdapat 3 jenis pemboleh ubah iaitu

i . pemboleh ubah dimanipulasi. Faktor yang dimanipulasi atau diubah untuk memerhatikan perubahan yang berlaku pada pembolehubah bergerak balas semasa menguji hipotesis .ii. pemboleh ubah bergerakbalas faktor yang diubah akibat daripada perubahan ke atas pembolehubah yang dimanipulasi.iii. pemboleh ubah yang dimalarkan faktor yang ditetapkan semasa sesuatu eksperimen dijalankan.

3. Membuat hipotesisMembuat hipotesis ialah proses membuat sesuatu pernyataan umum yang difikirkan benar tentang hubungan antara pemboleh ubah dimanipulasi dengan pemboleh ubah bergerak balas.

4. Merancang eksperimen Perkara-perkara yang perlu diambilkira semasa merancang penyiasatana. Senarai bahan dan radas yang sesuai semasa menjalankan eksperimen dan

susunan bahan dan radas tersebut.b. Cara mengawal pemboleh ubah yang dimalarkan dan pemboleh ubah yang

dimanipulasi.c. Hanya satu pemboleh ubah yang dimanipulasikan dipilih untuk julat nilai yang

sesuai dalam eksperimen.d. Cara untuk mengukur data atau pemboleh ubah yang bergerak balas.e. Cara untuk mengumpulkan, menganalisis dan mentafsir data.

5. Menjalankan eksperimen.a. Penyiasatan dijalankan seperti yang dirancang.b. Radas dan bahan digunakan untuk menjalankan penyiasatan.c. Data-data penyiasatan dikumpulkan

6. Mengumpulkan data dan menganalisis data.a. Data ialah bacaan-bacaan yang diperolehi semasa eksperimen dijalankan.

2

b. Untuk mempersembahkan data secara sistematik, data-data yang diperolehi hendaklah dijadualkan

c. Jadual biasanya terdiri daripada beberapa lajur dan baris.d. Pembolehubah dimanipulasi ditulis pada lajur atau baris yang pertama.e. Pembolehubah bergerak balas ditulis pada lajur atau baris yang kedua.

Pemolehubah dimanipulasi Pemolehubah dimanipulasi

Pembolehuba bergerakbalas

Pembolehuba bergerakbalas

f. Nama kuantiti fizik sertal simbol dan unitnya ditulis di atas setiap lajur atau baris.g. Semua bacaan yang dicatatkan hendaklah mengikut kepekaan alat pengukuran

yang digunah. Angka-angka dalam sesuatu jalur mesti dicatatkan dengan tempat perpuluhan

yang samai. Selepas data direkodkan dalam bentuk jadual, graf dilukiskan untuk melihat

perkaitan yang lebih jelas antara dua pemboleh ubah.j. Langkah-langkah melukis graf

i. lukis dan labelkan paksi mengufuk dan paksi mencancang. Paksi mengufuk merupakan pembolehubah dimanipulasi dan paksi mencancang merupakan pemboleubah yang bergerakbalas.

ii. Pilih skala yang sesuai untuk paksi mengufuk dan paksi mencancang. Skala yang dipilih hendaklah membolehkan kira-kira ¾ daripada graf ynag digunakan.

iii. Plot titik-titik pada kertas graf.iv. Lukis garis terbaik melalui titik-titik yang telah diplotkan.

pemboleh ubah bergerak balas

Pemboleh ubah dimanipulasik. Menganalisa graf

Jadual di bawah menunjukkan beberapa jenis graf yang dikaitkan dengan bentuknya dan kesimpulan yang dapat dibuat.

Bentuk graf Kesimpulan yang dapat dibuat Y

x

Y berkadar langsung dengan xY berkadar terus dengan x

3

Y

x

Y bertambah x bertambahY bertambah secara linear dengan x

Y

x

Y bertambah x bertambah

Y

x

Y bertambah x bertambah

Y

x

Y berkadar songsang dengan x

Y

x

Y berkurang x berkurang

l. Mengekstrapolasikan grafGraf lurus boleh dipanjangkan atau diekstrapolasikan di luar jualat bacaan yang diperolehi daripada eksperimen yang dijalankan.

7. Mentafsir data.

4

Y Bahagian yang diekstrapolasi

julat bacaan asal

x

a. Semasa mentafsir data, semua perkaitan antara pembolehubah-pembolehubah perlu dinyatakan bertepatan dengan pemerhatian atau pengukuran yang dilakukan

8. Membuat kesimpulana. Daripada hasil analisis dan tafsiran data, kesimpulan penyiasatan dibuat.b. Kesimpulan dibuat dalam bentuk pernyataan tentang hasil kajian itu berdasarkan

sesustu hipotesis.c. Kesimpulan yang dibuat harus dapat memberikan penyelesaian kepada masalah

yang dikenal pasti pada awal eksperimen. Hipotesis dinyatakan sama ada diterima atau ditolak.

9. Menulis laporan1. Laporan dibuat selepas menjalankan suatu eksperimen dengan menggunakan

format seperti dibawah.2. Untuk eksperimen yang tidak melibatkan sebarang pengukuran,keputusan

digantikan dengan pemerhatian3.

1.2 Menjalankan satu penyiasatan saintifikEksperimen 1

5

i. Tajuk/tujuanTujuan eksperimen ditulis secara ringkas dan tepat.

ii. HipotesisNyatakan hipotesis untuk penyiasatan saintifik yang berkenaan.

iii. Pembolehubah eksperimenNyatakan dengan tepatnya pembolehubah yang dimanipulasi, pembolehubah bergerak balas dan pembolehubah yang dimalarkan.

iv. Senarai radas dan bahanSenaraikan semua alat dan radas yang digunakan dalam eksperimen.

v. Susunan radasLukiskan gambarajah berlebel untuk susunan radas yang digunakan dalam eksperimen.

vi. Prosedur eksperimenHuraikan langkah-langkah untuk menjalankan eksperimen. Nyatakan dengan jelasnya bagaimana pembolehubah dimanipulasi dan pembolehubah bergerak balas dapat dikawal semasa eksperimen dijalankan.

vii. KeputusanBinakan satu jadual yang sesuai dan catatkan semua data yang diperolehi dalam jadual itu.

viii. GrafPlotkan titik-titik pada kertas graf dan lukiskan garis lurus atau garis lengkung yang terbaik melalui titik itu.

ix. KesimpulanBuat kesimpulan berdasarkan tafsiran graf dan dapatan-dapatan eksperimen.

Rujuk lampiran 1

Eksperimen 2Rujuk lampiran 2

1.3 Mempraktikkan sikap saintifik dan nilai murni1. Ahli sains mengamalkan sikap saintifik dan nilai murni semasa mengendalikan

penyiasatan dalam sains.

6

Sikap saintifik dan nilai murni

Sikap saintifik Nilai murni

Berminat dan bersifat ingin tahu tentang alam sekelilingJujur dan tepat dalam merekodkan dan mengesahkan dataRajin dan tabahBertanggungjawab terhadap keselamatan diri, orang lain dan alam sekitarBerfikiran kritikal dan analitikalLuwes dan berfikiran terbukaBaik hati dan kasih sayingBersikap objektifSistematikBekerjasamaAdil dan saksamaBerani mencubaBerfikiran secara rasionalYakin dan berdikari

Menyedari bahawa sains merupakan salah satu cara untuk memahami alamMenghargai dan mengamalkan kehidupan yang bersih dan sihatMenghargai keseimbangan alam semulajadiBerhemah tinggi dan hormat-menghormatiMenghargai sumbangan sains dan teknologiMensyukuri nikmat yang dikurniakan Tuhan.

LatihanSoalan objektif

1. Antara yang berikut, yang manakah perlu dibuat jika hipotesis ditolak melalui keputusan eksperimen.A. Data ditafsirkan semula.B. Eksperimen diulang.C. Hipotesis yang baru di buat. D. Lebih banyak data dikumpulkan.

2. Antara berikut, yang manakah langkah-langkah yang perlu diikut semasa menjalankan penyiasatan saintifik.

i. Membuat kesimpulanii. Menganalisis dataiii. Mentafsir dataA. ii sahajaB. i dan ii sahajaC. ii dan iii sahajaD. i, ii dan iii.

3. Antara berikut, peringkat yang manakah dalam penyiasatan saintifik mungkin memerlukan graf atau jadual untuk persembahan data?A. Membuat hipotesisB. Mengenal pasti pembolehubahC. Menganalisis data D. Membuat kesimpulan.

4. Seorang pelajar mengubah data-data yang diperoleh daripada suatu penyiasatan saintifik. Antara nilai berikut yang manakah tidak dipraktik oleh pelajar itu?A. Sabar B. Jujur C. Sitematik D. Bertoleransi

5. Apakah yang dimaksudkan dengan ”membuat hiopotesis”?A. menggunakan deria untuk mengumpul maklumatB. membuat kesimpulan yang munasabah.C. Menyatakan jangkaan hubungan antara dua pemboleh ubah.

6. Antara sikap saintifik dan nilai murni berikut, yang manakah perlu diamalkan semasa mengumpul data eksperimen?A. Jujur dan tepat B. Berani mencubaC. Berfikir secara rasionalD. Baik hati dan berkasih sayang

Isikan tempat kosong dengan perkataan yang sesuai.1. Kaedah penyiasatan saintifik adalah kaedah yang dilakukan mengikut peraturan dan

prinsip sains yang teratur dan sistematik.2. Pembolehubah ialah keadaan atau faktor yang boleh berubah dalam suatu

penyiasatan saintifik.

7

3. Hipotesis ialah proses membuat suatu penyataan umum tentang hubungan antara pembolehubah yang dimanipulasi dengan pembolehubah bergerakbalas.

4. Terdapat tiga jenis pembolehubah, iaitu pembolehubah yang dimanipulasi, bergerak balas dan dimalarkan.

5. Analisis data ialah satu langkah dalam kedah penyiasatan saintifik yang mengolah maklumat dengan menghuraikannya secara terpeinci.

Tentukan sikap pelajar-pelajar yang dalam gambarajah di bawah ini.

Sikap: jujur

Sikap: bekerjasama

Soalan struktur1. Suatu eksperimen telah dijalankan untuk mengkaji hubungan antara daya dan

pemanjangan spring. Keputusannya ditunjukkan dalam rajah dibawah.

8

Rajah 1

Pemanjangan spring (cm) 6

5 x

4 x

3 x

2 x

1 x

0 1 2 3 4 5 6 daya (N)

a) Nyatakan pembolehubah yangi. Dimanipulasikan : pemanjangan spring.ii. Bergerakbalas : daya

b) Apakah hubungan antara daya (N) dengan pemanjangan spring?Daya berkadar langsung dengan pemanjangan spring

c) Kaji Rajah 1 dan isikan data-data ke dalam jadual di bawah ini.

Daya /N 1 2 3 4 5Pemanjangan spring/ cm

1 2 3 4 5

d) Ramalkan pemanjangan spring jika daya sebanyak 6 N dikenakan.6 cm

Lampiran 1.

Masalah:Buaian yang panjang mengambil masa yang lebih lama untuk membuat satu ayunan berbanding buaian yang bertali pendek.

TujuanMengkaji hubungan antara panjang bandul dengan masa yang di ambil untuk membuat 10 ayunan lengkap

HipotesisSemakin panjang bandul semakin lama masa diambil untuk membuat 10 ayunan lengkap.

Senarai bahan dan radasLadung, benang, kaki retort dengan pengapit G,jam randik, pembaris meter

Susunan radas

9

benang

50 cm kaki retort

Ladung

meja

Prosedur eksperimen1. Ikat ladung pada benang.2. Gantung bandul pada kaki retort dengan panjang benang 50 cm seperti yang

ditunjukkan pada rajah 1.3. Sesarkan bandul pada sudut 100 dari keseimbangan.4. Rekodkan masa untuk 10 ayunan lengkap dalam jadual yang disediakan.5. Ulangi eksperimen ini dengan panjang benang yang berbeza iaitu 60 cm, 70 cm, 80

cm dan 90 cm.

keputusan (penjadualan data)

Panjang benang (cm) 50 60 70 80 90Masa untuk membuat 10 ayunan lengkap (s)

GrafLukiskan graf masa untuk 10 ayunan melawan panjang benang.

KesimpulanDaripada graf didapati bahawa apabila panjang bandul bertambah masa yang diambil untuk membuat 10 ayunan lengkap juga bertambah. Hipotesis diterima.

SoalanPada graf yang dilukis, tunjukkan masa yang diambil sekiranya panjang benang ialah 100 cm dan 40 cm.Jawapan100 cm _____________saat40 cm ______________saat

10

Lampiran 2

Eksperimen 2

Tujuan : Menentukan takat didih airPernyataan masalah : Bagaimanakah takat didih air dapat ditentukan?Hipotesis : Suhu air bertambah apabila air dipanaskan sehingga mendidihPemboleh ubah yang dimanipulasikan: MasaPemboleh ubah yang bergerak balas: SuhuPemboleh ubah yang dimalarkan: Kuantiti air, selang masaRadas: Bikar 500ml, thermometer, jam randik, kasa dawai, tungku kaki tiga, penunu Bunsen.Bahan: Air suling

Kaedah:1. Masukkan 250ml air suling ke dalam bikar 500ml2. Panaskan air sehingga 100 0 C3. Catat suhu air setiap setengah minit dalam jadual di bawah.4. Plot graf suhu melawan masa untuk pemanasan air.

Jadual: Masa/min

0 ⅟2

1 1⅟2

2 2⅟2

3 3⅟2

4 4⅟2

5 5⅟2

6 6⅟2

7 7⅟2

Suhu/0 C

32

36

41

45 51

55 60

65 69

74 79

82 86

90 92

95

Menganalisis dan mentafsirkan data1. Daripada graf suhu melawan masa untuk pemanasan air. Tandakan

(a) Masa apabila air mula mendidih dengan t1 dan(b) Masa apabila air mula mendidih dengan selengkapnya dengan t2

2. Daripada graf, nyatakan takat didih air.3. Dapatkah hipotesis eksperimen ini diterima?

Pentafsiran graf pemanasan Suhu/o C

11

Air

1. Suhu suatu cecair yang dipanaskan akan meningkat sehingga suhu takat didih tercapai. Ini diwakili oleh bahagian AB pada graf pemanasan. Cecair itu akan mula mendidih pada titik B.

2. Semasa proses pendidihan berlaku, suhu adalah tetap pada suhu takat didih. Ini diwakuli oleh bahagian BC. Bahagian menadatar graf menunjukkan bahawa sungguhpun tenaga haba dibekalkan untuk memanaskan cecair itu, namun suhu cecair tersebut tidak naik. Jadi kemanakah perginya tenaga haba yang dibekalkan ?

3. Tenaga haba itu diserap untuk melemahkan daya tarikan antara zarah-zarah dalam cecair. Oleh itu zarah-zarah dapat bergerak lebih jauh menjauhi antara satu sama lain dan seterusnya menjadi kurang teratur. Kandungan tenaga zarah juga bertambah dan zarah-zarah bergerak lebih cepat secara rawak. Keadaan cecair sedang dalam proses penukaran menjadi keadaan gas. Tenaga haba yang diserap untuk proses ini dinamakan haba pendam pengewapan. Apabila proses pendidihan menjadi lengkap, tenaga haba yang dibekalkan akan terus menaikkan suhu gas seperti yang ditunjukkan oleh bahagian CD pada kelok pemanasan.

12

B C

D

A

Masa/min

PENYIASATAN SAINTIFIK :KUIZ

1. Gambarajah menunjukkkan eksperimen untuk menentukan takat didih air

(a) Nyatakan tujuan eksperimen

Untuk menentukan takat didih air ( 1 markah)

(b) Nyatakan hipotesis eksperimen

Suhu air bertambah apabila air dipanaskan sehingga mendidih ( 1markah)

(c) Nyatakan pemboleh ubah yang:

dimanipulasikan

Masa ( 1 markah)

bergerakbalas

Suhu ( 1 markah)

dimalarkan

Kuantiti air/ selang masa ( 1markah)

(d) Graf di bawah menunjukkan graf pemanasan air suling

Suhu/0 C

13

Air

Masa/min

Daripada graf pemanasan, mengapakah bahagian BC, suhu tidak bertambah

walaupun pemanasan masih diteruskan?

Haba diserap dan digunakan untuk mengatasi daya tarikan antara zarah-zarah

( 2 markah)

2. Gariskan jawapan yang betul di dalam kurungan bagi melengkapkan pernyataan.

(a) Sifat( ingin tahu, objektif, sistematik) yang ada pada seorang juruteknik telah

membawa kepada kaedah penyelesaian kerja yang lebih mudah. ( 1 markah)

(b) Pembolehubah yang dibiarkan tetap sepanjang eksperimen ialah pembolehubah

( dimanipulasikan, bergerak balas, dimalarkan ). (1markah)

3. Rajah di bawah menunjukkan eksperimen untuk mengkaji hubungan antara tempoh

ayunan dengan jisim ladung.

Jadual di bawah menunjukkan keputusan eksperimen.

.

14

A

B

D

(a) Nyatakan pembolehubah-pembolehubah dalam eksperimen ini:

(i) Pemboleh ubah di manipulasi

Jisim ladung ( 1 markah)

(ii) Pemboleh ubah bergerak balas

Tempoh ladung berhenti berayun ( 1 markah)

(iii) Pemboleh ubah yang dimalarkan

Panjang benang (1 markah)

(b) Nyatakan satu hipotesis bagi eksperimen ini.

Semakin bertambah jisim ladung, semakin lama tempoh ladung berhenti

berayun ( 1 markah)

(c) Apakah hubungan antara tempoh ayunan dengan jisim ladung? Semakin bertambah jisim ladung, semakin lama tempoh ladung berhenti

berayun. ( 1 markah)

(d) Ramalkan tempoh ayunan jika ladung yang digunakan berjisim 150gLebih daripada 11 minit (1 markah)

4. Suatu eksperimen telah diijalankan untuk mengkaji hubungan antara daya(N)

dengan pemanjangan spring. Keputusan ditunjukkan dalam rajah di bawah

(a) Nyatakan pemboleh ubah yang

(i) Dimanipulasikan

Daya (1markah)

(ii) Bergerak balas

Pemanjangan spring (1 markah)

(b) Apakah hubungan antara daya(N) dengan pemanjangan spring?

Semakin besar daya dikenakan, semakin bertambah pemanjangan

spring ( 1 markah)

15

(c) Kaji rajah di atas dan isikan data-data ke dalam jadual di bawah ini.

Daya/N 1 2 3 4 5

Pemanjangan

Spring/cm

2 4 6 8 10

(1 markah)

(d) Ramalkan pemanjangan spring jika daya sebanyak 6N dikenakan

12cm (1 markah)

16