ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ มีความเป็นมาภายใต้สังคม ปรัชญา และจิตวิทยาที่มนุษย์มีต่อการศึกษาและการอธิบายความรู้ที่ได้ค้นพบ โดยความรู้ไม่ได้เกิดขึ้นเพียงช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งเท่านั้น แต่อาจเกิดจากการสั่งสมการเปลี่ยนแปลง ความบังเอิญ จินตนาการหรือการสอดแทรกความคิดสร้างสรรค์ วิทยาศาสตร์มีบทบาทสำคัญยิ่งในสังคมโลกปัจจุบันและอนาคต ทุกคนจึงจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาให้ฉลาดรู้ด้านวิทยาศาสตร์ (Scientific Literacy)

   องค์ประกอบสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้บรรลุเป้าหมายนี้ และเป็นจุดเน้นสำคัญในการจัดการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ คือ การพัฒนาให้บุคคลมีความเข้าใจเรื่องธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นการศึกษาเกี่ยวกับลักษณะเฉพาะของวิทยาศาสตร์ ที่ทำให้วิทยาศาสตร์มีความแตกต่างจากศาสตร์อื่น นอกจากนี้ ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์สามารถสะท้อนผ่านการเชื่อมโยงประวัติศาสตร์เชิงวิทยาศาสตร์ ดังชีวประวัติของ "บิดาแห่งวิทยาศาสตร์สมัยใหม่" ผู้สร้างความรู้โดยการสังเกตปรากฏการณ์อย่างละเอียดรอบคอบ นำไปสู่การทำความเข้าใจสิ่งที่สังเกตได้ เชื่อมโยงให้เห็นธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ที่ว่าโลกเป็นเรื่องที่เข้าใจได้ และวิทยาศาสตร์ต้องการหลักฐานเชิงประจักษ์ซึ่งสอดคล้องกับขอบข่ายของธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ตามที่สถาบันอเมริกันเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ (The American Association for the Advancement of Science (AAAS)) ระบุ และนี่เป็นเรื่องราวเพียงบางส่วนเท่านั้นที่สะท้อนให้เห็นถึงธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ที่แฝงอยู่ในชีวประวัติของบุคคลสำคัญ

   เพื่อเปิดมุมมองความเข้าใจว่านักวิทยาศาสตร์สร้างองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ได้อย่างไร กระบวนการทำงานและการพัฒนาความรู้ของนักวิทยาศาสตร์เป็นอย่างไร ในบทความนี้ จึงขอนำเสนอเรื่องราวของกาลิเลโอ กาลิเลอี ผู้วางรากฐานของวิทยาศาสตร์ยุคใหม่ ที่จะนำไปสู่การศึกษาธรรมชาติของวิทยาศาสตร์โดยวิเคราะห์ผ่านเรื่องราวแต่ละช่วงชีวิตของนักวิทยาศาสตร์ท่านนี้ว่าเป็นอย่างไร

   "ถึงอย่างไรมันก็ยังเคลื่อนที่อยู่ดี" เป็นวลีสำคัญ ของชายดื้อรั้นหัวชนฝาที่เกือบพาตัวเองไปตาย นามว่า กาลิเลโอ กาลิเลอี ผู้ลบล้างความเชื่อเดิมที่ว่า โลกหยุดนิ่งและเป็นศูนย์กลางของจักรวาล และยังยืนหยัดในทฤษฎีของนิโคลัส โคเปอร์นิคัส ที่ว่า โลกและดาวอื่นในจักรวาลต่างเคลื่อนที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ จากความช่างสงสัยสู่การพิสูจน์และต่อสู้ทางทฤษฎีวิทยาศาสตร์จนกลายมาเป็นรากฐานในการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในปัจจุบัน

   กาลิเลโอ กาลิเลอี เกิดเมื่อวันที่ 15 กุมภาพันธ์ ปี ค.ศ.1564 ที่เมืองปิซา ประเทศอิตาลี เป็นบุตรคนโตของวินเซนโซ กาลิเลอี นักดนตรี ผู้มีชื่อเสียง เขาได้เข้าเรียนแพทย์ตามความต้องการของบิดาที่มหาวิทยาลัยปิซา แต่พบว่าวิชาแพทย์นั้นใช้การท่องจำและพร่ำบอกให้เชื่อทุกสิ่งทุกอย่าง โดยคำสอนบางเรื่องไม่ได้มีหลักฐานใดสนับสนุน เขาจึงตั้งคำถามสงสัยในความถูกต้องของความรู้อยู่บ่อยครั้ง ในขณะเดียวกัน กลับรู้สึกสนุกที่ได้เรียนคณิตศาสตร์ เพราะเป็นวิชาที่มีหลักการและใช้เหตุผลในการอธิบาย รวมทั้งใช้วิธีพิสูจน์ความถูกต้องโดยไม่ต้องอาศัยความจำมาก กาลิเลโอจึงตัดสินใจเลือกเรียนคณิตศาสตร์ ตามความประสงค์ของตนเองจนกระทั่งได้รับปริญญาสาขาคณิตศาสตร์มาแทน

   การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ครั้งแรกของกาลิเลโอเกิดขึ้นเมื่อปี ค.ศ.1584 ขณะที่เขากำลังนั่งฟังบทสวดมนต์อยู่ในโบสถ์ และสังเกตเห็นโคมแขวนบนเพดานโบสถ์แกว่งไปมา เขาจึงเกิดความสงสัยว่าการแกว่งไปมาของโคมในแต่ละรอบใช้เวลาเท่ากันหรือไม่ กาลิเลโอจึงทดลองจับเวลาการแกว่งไปมาของโคม โดยเทียบกับชีพจรของตนเองแล้วพบความจริงว่า ไม่ว่าโคมแขวนจะถูกดึงไปจากตำแหน่งต่ำสุดน้อยหรือมากเพียงใด เวลาที่ใช้ในการแกว่งครบหนึ่งรอบจะเท่ากันเสมอ เขาทำการทดลองซ้ำ ๆ และพบว่าผลการทดลองคงเดิมทุกครั้ง กาลิเลโอจึงตั้งชื่อทฤษฎีนี้ว่ากฎเพนดูลัมหรือกฎการแกว่งของนาฬิกาลูกตุ้ม การค้นพบนี้นำไปสู่การสร้างอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ใช้สำหรับตรวจวัดชีพจร

   กาลิเลโอในวัย 25 ปี ได้รับโอกาสเข้าทำงานในตำแหน่งศาสตราจารย์ทางด้านคณิตศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยปิซา และได้ทำการทดลองครั้งสำคัญเพื่อพิสูจน์ว่าทฤษฎีการตกของวัตถุของอริสโตเติลไม่ถูกต้อง โดยอริสโตเติลได้นำเสนอว่า วัตถุที่มีมวลต่างกัน เมื่อปล่อยให้ตกลงมา วัตถุที่หนักจะตกถึงพื้นก่อน แต่การทดลองของกาลิเลโอให้ผลที่ขัดแย้งกับคำสอนของอริสโตเติล เพราะผลการทดลองทุกครั้งได้ข้อสรุปว่าวัตถุที่มีน้ำหนักต่างกัน หากถูกปล่อยพร้อมกันจากที่สูงระดับเดียวกันจะตกถึงพื้นพร้อมกันเสมอ การพิสูจน์ครั้งนี้ของกาลิเลโอไม่ได้นำมาซึ่งคำยกย่อง หากแต่ทำให้ผู้ศรัทธาในอริสโตเติลมองว่ากาลิเลโอกำลังล้มล้างคำสอนของปราชญ์ผู้ยิ่งใหญ่ ทำให้กาลิเลโอมีศัตรูเพิ่มขึ้น บรรดาอาจารย์ในมหาวิทยาลัยปิซาจึงออกมาต่อต้านกาลิเลโอ ทำให้เขาตัดสินใจลาออกในเวลาต่อมา จากเหตุการณ์นี้ชี้ให้เห็นว่าวิทยาศาสตร์เกี่ยวข้องกับมนุษย์ซึ่งมีอิทธิพลมาจากสังคมและวัฒนธรรม ซึ่งมุมมองทางสังคมและวัฒนธรรมมีผลกระทบต่อมุมมองของวิทยาศาสตร์ ในการพยายามพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์  เนื่องจากระบบความคิดและความเชื่อของแต่ละบุคคลไม่เหมือนกันแม้จะมีหลักฐานสนับสนุน แต่สิ่งเหล่านี้ย่อมส่งผลกระทบต่อวิทยาศาสตร์ หลังจากที่กาลิเลโอออกจากมหาวิทยาลัยปิซาแล้ว เขาได้เข้าทำงานในตำแหน่งศาสตราจารย์สอนวิชาคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยปาดัว ในระหว่างนี้กาลิเลโอได้ทำการทดลองเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์หลายเรื่อง ทั้งทางด้านวิทยาศาสตร์ประยุกต์และวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ โดยเฉพาะความสนใจด้านดาราศาสตร์ ที่เริ่มขึ้นเมื่อเขาได้อ่านหนังสือ De Revolutionibus Orbium Coelestium หรือ "หนังสือ 6 เล่ม เกี่ยวกับการหมุนของวัตถุทรงกลมบนท้องฟ้า" ของโคเปอร์นิคัส ซึ่งมีเนื้อหาที่ขัดแย้งและโจมตีคำสอนในคัมภีร์ไบเบิล จึงถูกห้ามเผยแพร่ และนี่เป็นจุดเริ่มต้นของกาลิเลโอชายวัย 44 ปี ผู้มีความอยากรู้อยากเห็นและได้พยายามประดิษฐ์กล้องส่องทางไกล และพัฒนาประสิทธิภาพของกล้องจนสามารถขยายภาพได้ถึง 30 เท่า ซึ่งก็คือกล้องโทรทรรศน์ในปัจจุบันนั่นเอง กาลิเลโอได้ส่องกล้องขึ้นบนท้องฟ้า แล้วเล็งไปที่ดวงจันทร์ เขาพบว่าพื้นผิวของดวงจันทร์ไม่ได้ราบเรียบดังที่อริสโตเติลกล่าวไว้ ในเวลาต่อมาเขาได้ค้นพบดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี โดยทั้ง 4 ดวงต่างโคจรรอบดาวพฤหัสบดี ซึ่งขัดแย้งกับคำสอนของปโตเลมีที่กล่าวว่า มันโคจรรอบโลก จากการศึกษาและข้อค้นพบของกาลิเลโอที่ขัดต่อความเชื่อเดิมที่มีมาก่อนนั้น แสดงให้เห็นว่าความรู้เป็นสิ่งที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ความรู้ที่เกิดขึ้นอาจเป็นผลมาจากจินตนาการและการใช้เหตุผล นอกจากนี้ ยังแสดงให้เห็นว่าความเชื่อค่านิยม สังคม และวัฒนธรรมมีผลต่อการทำงานของนักวิทยาศาสตร์อีกด้วย

   ในปี ค.ศ. 1610 กาลิเลโอได้เรียบเรียงปรากฏการณ์ดาราศาสตร์ต่าง ๆ ที่มองเห็นผ่านกล้องโทรทรรศน์เป็นหนังสือชื่อ Starry Messenger หรือเป็นที่รู้จักในนามว่าผู้ส่งสารแห่งดวงดาว โดยเขียนเป็นภาษาอิตาลีเพื่อให้คนทั่วไปได้อ่าน เมื่อหนังสือเผยแพร่ไปทั่วยุโรปทำให้ชื่อของกาลิเลโอติดปากคนทั่วไป เพราะหนังสือได้เปิดโลกใหม่บนท้องฟ้าให้ชาวโลกสำรวจ

   ในปี ค.ศ.1612 กาลิเลโอสังเกตเห็นจุดดับบนดวงอาทิตย์และดาวเสาร์ ที่มีลักษณะไม่กลมเหมือนดาวเคราะห์ดวงอื่น และพบว่าทางช้างเผือกเต็มไปด้วยดาวฤกษ์จำนวนมาก นอกจากนั้น เขาได้เห็นว่าดาวศุกร์เกิดปรากฏการณ์ข้างขึ้นข้างแรมเหมือนกับดวงจันทร์ของโลก จึงเป็นหลักฐานสำคัญที่แสดงว่าดาวศุกร์มีการโคจรรอบดวงอาทิตย์ ถ้าหากดาวศุกร์โคจรรอบโลกตามแบบจำลองของปโตเลมีจริง ดาวศุกร์จะสว่างเต็มดวงตลอดเวลา

   ด้วยเหตุนี้กาลิเลโอจึงเชื่ออย่างมั่นใจว่า เอกภพของโคเปอร์นิคัสถูกต้อง ส่วนเอกภพของปโตเลมีนั้นผิด เมื่อมีหลักฐานและคำอธิบายค่อนข้างสมบูรณ์ กาลิเลโอในวัย 52 ปี จึงตัดสินใจเดินทางไปโรม ในฐานะทูตวิทยาศาสตร์ของท่านดยุคแห่งแคว้นทัสคานี เพื่อเข้าเฝ้าสมเด็จพระสันตะปาปาปอลที่ 5 เพื่อบอกเล่าเรื่องราวต่าง ๆ เกี่ยวกับเอกภพ โดยคาดหวังว่าพระองค์จะคล้อยตามความคิดเรื่องเอกภพของโคเปอร์นิคัส แต่กลับผิดหวังเพราะเหล่านักบวชในโรมยังศรัทธาในคำสอนของอริสโตเติล จะเห็นได้ว่าการทำงานของนักวิทยาศาสตร์อาจจะมีแนวโน้มเอียงจากปัจจัยต่าง ๆ เพราะนักวิทยาศาสตร์ยังมีอัตวิสัยส่วนบุคคลซึ่งไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ เช่น ความรู้ ประสบการณ์เดิม ค่านิยมและความเชื่อ คนเหล่านั้นจึงโจมตีกาลิเลโอว่ากำลังทำลายสถาบันศาสนา โดยพยายามล้มล้างคำสอนที่มีในคัมภีร์ไบเบิล อีกทั้งยังจาบจ้วงอริสโตเติลด้วย เมื่อกาลิเลโอเชื้อเชิญให้ใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องดูดาวที่เขาอ้าง คนเหล่านั้นต่างปฏิเสธโดยให้เหตุผลว่าเสียเวลาและอ้างว่าทฤษฎีโหราศาสตร์ คัมภีร์ไบเบิล และตำราของอริสโตเติลไม่เคยกล่าวถึงดวงจันทร์ที่ว่านี้เลย ดังนั้นจึงไม่มีอยู่จริง

   ข้อโต้แย้งที่ไร้น้ำหนักนี้ทำให้กาลิเลโอต้องชี้แจงว่าคัมภีร์ไบเบิลไม่ใช่ตำราวิทยาศาสตร์ และไม่ได้เขียนโดยนักวิทยาศาสตร์ ดังนั้น คำสอนในไบเบิลจึงนำมาเป็นเอกสารอ้างอิงในวงการวิชาการไม่ได้ อย่างไรก็ตามสถาบันศาสนาก็ยังยืนกรานไม่คล้อยตามกาลิเลโอ สะท้อนให้เห็นว่าสังคมและวัฒนธรรมล้วนมีผลต่อการศึกษา และการทำงานของนักวิทยาศาสตร์เป็นอย่างยิ่ง โดยเฉพาะบุคคลสำคัญที่ต่อต้านกาลิเลโอมากที่สุดคือคาร์ดินัล เบลลาร์มีน ผู้เคยตัดสินฆ่า จีออร์ดาโน บรูโน นักบวช ผู้นำความคิดของโคเปอร์นิคัสไปเผยแพร่ โดยได้เทศนาชักนำให้ประชาชนเชื่อว่า ถ้าโลกเป็นเพียงดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่มีมนุษย์อาศัยอยู่ดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ในเอกภพก็น่าจะมีมนุษย์อาศัยอยู่ด้วยเช่นกัน และถ้ามนุษย์ต่างดาวมีจริง มนุษย์โลกก็มิได้ยิ่งใหญ่หรือสำคัญแต่เพียงผู้เดียว การชี้นำให้ผู้คนเชื่อเช่นนี้จึงลบหลู่คำสอนในคัมภีร์ไบเบิลมาก ศาลศาสนาจึงได้พิพากษาให้นำตัวบรูโนไปเผาทั้งเป็น เขาจึงสั่งห้ามไม่ให้กาลิเลโอ  สอนความคิดที่ว่าโลกเคลื่อนที่ได้และดวงอาทิตย์อยู่นิ่ง มิฉะนั้นจะถูกลงโทษสถานหนัก เพราะกาลิเลโอไม่มีหลักฐานว่าโลกเคลื่อนที่ได้ แล้วถ้ากาลิเลโอจะเขียนหรือสอนเรื่องนี้ ก็ให้แยกศาสนาออกจากวิทยาศาสตร์และวิทยาศาสตร์จะต้องไม่โจมตีศาสนา เมื่อถูกขู่ลงโทษกาลิเลโอจึงทำงานอย่างระมัดระวังมากขึ้น ยิ่งตอกย้ำให้เห็นว่าสังคมและวัฒนธรรมส่งผลต่อการดำเนินงานทางวิทยาศาสตร์

   ช่วงเวลานั้นกาลิเลโอในวัย 52 ปีได้ล้มป่วยด้วยโรคไขข้ออักเสบและรู้สึกเจ็บหน้าอกในบางเวลา ต่อมาในปี ค.ศ.1623 กาลิเลโอได้เขียนหนังสือเรื่อง The Assayer (นักวิเคราะห์ ซึ่งมีเนื้อหาเกี่ยวกับวิธีแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เพื่อสรุปเป็นองค์ความรู้ที่เกี่ยวกับธรรมชาติ และได้อุทิศหนังสือเล่มนี้แก่พระสันตะปาปาเออร์บันที่ 8 (สุทัศน์ ยกส้าน, , 2552) หลังจากนั้นพระองค์มีบัญชาให้กาลิเลโอเข้าเฝ้าที่โรมและได้ตรัสชื่นชม ผลงาน เมื่อได้โอกาสกาลิเลโอจึงทูลว่าจะเขียนหนังสือเรื่องการเปรียบเทียบเอกภพของปโตเลมีกับโคเปอร์นิคัส ซึ่งพระองค์ก็ได้เสนอแนะให้กาลิเลโอเขียนอย่างเป็นกลาง ไม่ตำหนิไบเบิล และต้องไม่สนับสนุนโคเปอร์นิคัสอย่างออกหน้าออกตา เพราะกาลิเลโอไม่มีหลักฐานสนับสนุนอย่างสมบูรณ์ เมื่อกาลิเลโอเรียบเรียงหนังสือเรื่อง Dialogue Concerning the Two Chief World Systems เสร็จสมบูรณ์และออกวางขาย ความนิยมชมชอบของผู้คนที่มีต่อกาลิเลโอทำให้ศัตรูของกาลิเลโอโกรธแค้นมากและได้ยุยงสมเด็จพระสันตะปาปาเออร์บันที่ 8 ว่ากาลิเลโอดูแคลนพระองค์ว่าโง่ อีกทั้งหนังสือเล่มนี้สนับสนุนโคเปอร์นิคัสอย่างชัดแจ้ง สมเด็จพระสันตะปาปาจึงมีบัญชาให้กาลิเลโอเข้าชี้แจงด้วยข้อหาลบหลู่ศาสนาและเป็นคนนอกรีตยิ่งความเชื่อ ค่านิยม สังคมและวัฒนธรรมส่งผลต่อการทำงานของกาลิเลโอมากเท่าไร ยิ่งทำให้กาลิเลโอรู้สึกหวาดหวั่นกับการเผชิญหน้าในศาลศาสนามากเท่านั้น ในความรู้สึกส่วนตัวของกาลิเลโอ เขาคิดว่าพระสันตะปาปาเป็นชาวเมืองเดียวกับตน และเป็นนักปรัชญาผู้มีความคิดว่าศาสนามีความสำคัญต่อชีวิต อีกทั้งเป็นเพื่อนเก่าจึงไม่น่าจะทำอะไรที่รุนแรงและคงสนับสนุนความเชื่อของตน ในขณะเดียวกันพระสันตะปาปาเองก็ทรงเชื่อว่ากาลิเลโอคงไม่จาบจ้วงศาสนาคริสต์ที่พระองค์ทรงเป็นประมุข แต่จากหนังสือ Dialogue Concerning the Two Chief World Systems ที่ปรากฏตัวละคร 3 คน คนแรกคือ Simplicio (Simplicus ในภาษาละติน แปลว่า "คนโง่") ผู้ศรัทธาในคำสอนของอริสโตเติล รวมถึงพระสันตะปาปาเออร์บันที่ 8 ด้วย คนที่ 2 คือ Salviati ผู้ที่เชื่อในโคเปอร์นิคัส และคนที่ 3 คือ Sagredo เป็นผู้ที่ตั้งคำถามต่าง ๆ และมีใจเปิดกว้าง แต่ในที่สุดก็คล้อยตาม Salviati (สุทัศน์ ยกส้าน, 2552) เมื่อพระองค์ได้อ่านก็เห็นชัดเจนว่า กาลิเลโอ ลำเอียงเข้าข้างโคเปอร์นิคัส และได้ทรยศต่อคำสัญญา อีกทั้งยังทำให้พระองค์เป็นตัวตลกที่ดูโง่ ในบทของ Simplicio ด้วยเหตุนี้กาลิเลโอจึงโดนสั่งห้ามเผยแพร่ความเชื่อที่ว่า โลกเคลื่อนที่ได้และให้ยอมรับว่าข้อความที่เขียนในหนังสือดังกล่าวนั้นขัดต่อคำสอนในไบเบิลทุกเรื่องอีก ทั้งยังให้กาลิเลโอยอมรับโดยดีว่าคิดผิดและสาบานว่าจะไม่เขียนไม่พูดไม่สอนความเชื่อผิด ๆ นี้อีกตลอดชีวิต แม้จะโดนสั่งห้ามทำงานวิชาการทุกอย่าง แต่กาลิเลโอก็ต้องจำใจยอม มิฉะนั้นจะถูกลงโทษสถานหนัก ขณะเดินออกจากห้องพิพากษากาลิเลโอได้พึมพำกับตัวเองว่า "Eppur si muove" แปลว่า "จะยังไงๆ โลกก็ยังเคลื่อนที่ได้อยู่ดี"

   ในช่วงสุดท้ายของชีวิต กาลิเลโอได้ตัดสินใจกลับไปยังเมืองอาร์เชตรี เพื่อจะได้อยู่ใกล้บุตรสาวนามว่า มาเรีย เซเลสเต ผู้เป็นที่พึ่งทางใจสุดท้าย และกาลิเลโอในวัย 74 ปี ได้เรียบเรียงหนังสือชื่อ Discourse  on two New Sciences เพื่อรวบรวมปรัชญาของวิทยาศาสตร์ ต่อมาได้เขียนเรื่องการเคลื่อนที่ที่ไม่ปกติ (libration) ของดวงจันทร์  ซึ่งเป็นผลงานดาราศาสตร์ชิ้นสุดท้ายของกาลิเลโอ เพราะขณะนั้นตาทั้งสองข้างของเขาเริ่มมองไม่เห็นจนใกล้บอดสนิท อย่างไรก็ตาม กาลิเลโอก็ยังคงทำงานวิทยาศาสตร์ต่อไปอย่างเงียบ ๆ ในบ้านพักของตน สุขภาพของกาลิเลโอเริ่มทรุดลงอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้กาลิเลโอเสียชีวิตในเวลากลางคืน ของวันที่ 8 มกราคม ค.ศ. 1642 ขณะอายุ 78 ปี

ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์กับการค้นพบของกาลิเลโอ

   ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์เป็นการอธิบายลักษณะของวิทยาศาสตร์ในด้านความหมายของวิทยาศาสตร์ การได้มาซึ่งความรู้ทางวิทยาศาสตร์ การพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ และสังคมวิทยาของวิทยาศาสตร์ นั่นทำให้วิทยาศาสตร์ต่างจากศาสตร์อื่น ๆ ในขณะที่ผู้อ่านทุกท่านกำลังติดตาม "หนีตามกาลิเลโอ" ผ่านเรื่องเล่าประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ในบทความนี้ ทุกท่านจะได้พบจุดสะท้อนที่แสดงให้เห็นถึงธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ที่แฝงอยู่ในเรื่องราว จากความสนใจ การสังเกตความกล้าในการตั้งคำถามต่อทฤษฎีเก่าแก่ที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์และการทดลองของกาลิเลโอ นำไปสู่การค้นพบความรู้ใหม่มากมายแสดงให้เห็นว่าโลกเป็นเรื่องที่สามารถเข้าใจได้และเป็นสากล นั่นหมายถึงวิทยาศาสตร์เป็นการอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ บนโลกและมีแบบแผนที่แน่นอน และวิทยาศาสตร์ก็ยังเป็นกระบวนการสร้างความรู้ที่มนุษย์สามารถทำความเข้าใจได้โดยผ่านการศึกษาอย่างเป็นระบบและเป็นไปอย่างรอบคอบอีกความพยายามที่น่าสนใจของกาลิเลโอในการพิสูจน์ความไม่เป็นจริงทางทฤษฎีการตกของวัตถุตามคำกล่าวของอริสโตเติลที่ว่า เมื่อปล่อยวัตถุที่มีมวลต่างกันให้ตกลงมา วัตถุ ที่หนักกว่าจะตกถึงพื้นก่อน โดยความเชื่อนี้ถูกยึดถือมายาวนานกว่า 2000 ปี แต่กาลิเลโอได้แสดงแนวคิดที่แตกต่างผ่านประสบการณ์การสังเกต การช่างสงสัย และการทดลองว่าของทุกอย่างไม่ว่าจะหนักหรือเบา หากปล่อยจากที่สูงระดับเดียวกัน ก็ตกถึงพื้นพร้อมกันเสมอถึงแม้ว่าแนวคิดของกาลิเลโอจะไม่ได้รับการยอมรับแต่นักวิทยาศาสตร์ยุคหลังได้ทำการพิสูจน์แล้วว่าแนวคิดของกาลิเลโอนั้นมีความถูกต้องแสดงให้เห็นว่าความรู้ทางวิทยาศาสตร์ถึงแม้จะคงอยู่เรื่อยมา แต่ความรู้นั้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ หากมีข้อมูล หลักฐาน ประจักษ์พยานใหม่ที่สนับสนุนข้อกล่าวอ้างใหม่และหักล้างข้อกล่าวอ้างเดิมได้ซึ่งความรู้ใหม่จะได้รับการยอมรับ ส่วนความรู้เดิมก็จะถูกปฏิเสธไปโดยกาลิเลโอได้แสดงแนวคิดดังกล่าวแก่นักวิชาการและสาธารณชนผ่านการทดลองปล่อยวัตถุลงจากหอเอนเมืองปีซา การกระทำดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าวิทยาศาสตร์เป็นกิจกรรมทางสังคมที่ซับซ้อน โดยนักวิทยาศาสตร์จะมีการแลกเปลี่ยนเรียนรู้ ตรวจสอบความถูกต้องเพื่อต่อยอดองค์ความรู้ เพราะการทำงานเพียงลำพังไม่สามารถทำให้วิทยาศาสตร์เสร็จสิ้นได้ทั้งหมด อีกทั้งวิทยาศาสตร์เป็นกิจการที่ดำเนินการโดยมนุษย์ ความเชื่อ ค่านิยม สังคมและวัฒนธรรมมีผลต่อการทำงานของนักวิทยาศาสตร์อีกด้วย นี่เป็นอีกหนึ่งความพยายามและความท้าทายความเชื่อเก่าของอริสโตเติลที่ได้เปิดโลกทัศน์ใหม่แก่มวลมนุษย์โดยกาลิเลโอมาจนปัจจุบัน

   อุปนิสัยของกาลิเลโอที่บอกเล่าผ่านเรื่องราวประวัติศาสตร์ยังมีความน่าสนใจ ดังจะเห็นได้ว่ากาลิเลโอเป็นบุคคลที่มีความกล้าหาญในการแสดงความคิดเห็นอย่างยิ่ง โดยเฉพาะการสนับสนุนทฤษฎีของโคเปอร์นิคัสที่กลายเป็นต้นเหตุของการถกเถียงหลายต่อหลายครั้ง เพราะแนวคิดเรื่องโลกเป็นศูนย์กลางของเอกภพนั้นเป็นแนวคิดหลักมาแสนนานนับตั้งแต่ยุคของอริสโตเติล แต่กาลิเลโอเป็นผู้ที่สร้างความเปลี่ยนแปลงให้กับแนวคิดของวิทยาศาสตร์ยุคก่อนอย่างสิ้นเชิงด้วยการเสนอแนวคิดใหม่ว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของจักรวาลโดยมีข้อมูลสังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์อย่างชัดเจนผ่านการสังเกตด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่เขาประดิษฐ์ด้วยตนเอง ในส่วนนี้สะท้อนให้เห็นคุณลักษณะของกาลิเลโอที่แสดงให้เห็นถึงลักษณะของนักวิทยาศาสตร์ที่ว่า นักวิทยาศาสตร์มีความเป็นเหตุเป็นผล มีความคิดริเริ่มมีความพยายามและอดทน อีกทั้งยังสะท้อนให้เห็นธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ที่ว่า ความถูกต้องของความรู้ทางวิทยาศาสตร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความคิดเห็นของนักวิทยาศาสตร์อาวุโส และวิทยาศาสตร์ต้องการหลักฐาน โดยนักวิทยาศาสตร์มีการศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติโดยใช้การสืบเสาะหาความรู้(inquiry) ผ่านการสังเกต การสำรวจ การทดลอง ทั้งนี้ ความถูกต้องและความน่าเชื่อถือของสิ่งที่ได้มานั้นจะต้องมีหลักฐานมาอ้างอิงความคิดริเริ่มของกาลิเลโอในการประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ ทั้งยังแสดงให้เห็นว่าความรู้ทางวิทยาศาสตร์มีความสำคัญต่อความก้าวหน้าของเทคโนโลยีอีกด้วย โดยมีการประยุกต์ใช้ความรู้เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีผ่านกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม

   แม้ว่ากาลิเลโอเสียชีวิตไปแล้ว แต่วิทยาศาสตร์ที่กาลิเลโอสร้างก็ไม่ได้ดับสูญตาม กาลิเลโอได้รับการยอมรับว่าเป็นบิดาของวิทยาศาสตร์ยุคใหม่ โดยการใช้หลักฐานจากการทดลองเพื่อคัดค้านหรือสนับสนุนการคาดคะเนและจินตนาการ ในการศึกษาสิ่งใดก็ตามกาลิเลโอมองว่าความรู้จะได้มาจากการแสวงหาเท่านั้น คนที่จะพบความรู้ใหม่ได้จะต้องเห็นแตกต่าง เพราะถ้าเห็นเหมือนคนอื่น เขาก็จะไม่มีวันพบอะไรเป็นคนแรก อำนาจและอายุไม่ได้เป็นเกณฑ์ที่ใช้บอกว่าใครรู้จริงหรือไม่จริงและอาศัยการมีใจเปิดกว้างอย่างปราศจากอคติ

ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์กับการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์

   เรื่องราวชีวิตของกาลิเลโอ กาลิเลอี นักวิทยาศาสตร์ผู้ซึ่งมีความคิดสร้างสรรค์ และไม่ย่อท้อต่อการพิสูจน์ความจริง สามารถสะท้อนให้เห็นธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (Nature of Science, NOS) ที่ซ่อนอยู่ โดยธรรมชาติของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นองค์ประกอบที่สำคัญประการหนึ่งที่ช่วยให้ผู้เรียนสามารถพัฒนาตนเองและส่งเสริมการรู้วิทยาศาสตร์เนื่องจากธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ จะช่วยให้ผู้เรียนทราบถึงขอบเขต ข้อจำกัดของความรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งจะช่วยให้ผู้เรียนสามารถเข้าใจเกี่ยวกับการจัดการทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในชีวิตประจำวัน ผู้เรียนมีจริยธรรมในการใช้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างสร้างสรรค์ รวมถึงตระหนักถึงคุณค่า และความจำเป็นของการศึกษาวิทยาศาสตร์ ซึ่งจะช่วยให้ผู้เรียนสามารถพัฒนาการเรียนรู้เนื้อหาวิทยาศาสตร์ของตนได้ดียิ่งขึ้น

   การรู้วิทยาศาสตร์นั้นไม่ได้มีความหมายเพียงแค่ความเข้าใจ ความรู้พื้นฐานในแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ แต่จะต้องเข้าใจถึงกระบวนการสำรวจตรวจสอบความรู้ การสืบเสาะหาความรู้และความเข้าใจในธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ด้วย การพัฒนาความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ จะช่วยให้ผู้เรียนตระหนักถึงการพัฒนาการเรียนรู้เนื้อหาทางวิทยาศาสตร์ของตนเอง เข้าใจตัวตนของวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างไปจากศาสตร์อื่น เข้าใจว่าวิทยาศาสตร์คืออะไร กระบวนการได้มาซึ่งความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นอย่างไร และนำไปใช้ในการคิดวิพากษ์คิดวิเคราะห์ คิดตัดสินใจได้ สามารถดำเนินชีวิตในสังคมได้อย่างสอดคล้องเหมาะสม ตลอดจนช่วยพัฒนาเจตคติทางวิทยาศาสตร์อีกด้วย (McComas and Olson, 1998 cited in Faikhamta, 2013) ในปัจจุบันวิธีการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ไม่ได้จัดการเรียนรู้ในรูปแบบองค์รวม ทำให้การเรียนรู้ถูกแบ่งออกเป็นส่วนย่อย ๆ ผลลัพธ์ที่ได้จึงเป็นการเรียนรู้ที่ไร้ความหมาย ซึ่งการที่นักเรียนจะเข้าใจด้านต่างๆ เกี่ยวกับธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ได้ จำเป็นอย่างยิ่งที่ครูต้องจัดกิจกรรมที่เน้นและบูรณาการธรรมชาติของวิทยาศาสตร์เข้าไปในบทเรียน

   จากการศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ พบว่าครูมักจะสอนวิชาวิทยาศาสตร์โดยใช้วิธีการบรรยาย ไม่ได้เน้นทักษะกระบวนการในการแสวงหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ และไม่ได้สอดแทรกธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ให้แก่นักเรียน (เทพกัญญา พรหมขัติแก้ว, 2550) สำหรับวิธีการจัดการเรียนการสอนเพื่อพัฒนาความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ของผู้เรียน โดยวิธีการใช้ประวัติศาสตร์ในการสอนวิทยาศาสตร์ เป็นการรวมเอาประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์มาใช้ในการเรียนการสอน ซึ่งสามารถทำให้นักเรียนมีความเข้าใจในธรรมชาติของวิทยาศาสตร์มากขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับแนวการสอนของสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โดยกระบวนการจัดการเรียนการสอนดำเนินกิจกรรมตามประวัติวิทยาศาสตร์ของนักวิทยาศาสตร์แต่ละท่าน และจัดกิจกรรมเพิ่มเติมเพื่อส่งเสริมความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ให้สอดคล้องตามธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ของ McComas และเปิดโอกาสให้ผู้เรียนได้สะท้อนความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ (ธัชวุฒิ กงประโคน และ จิรดาวรรณ หันตุลา, 2558)

   อย่างไรก็ตาม หลักฐานจากงานวิจัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพของวิธีการใช้ประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ในการสอน งานวิจัยของ ธัชวุฒิ กงประโคน และจิรดาวรรณ หันตุลา (2558) ที่ศึกษาความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 ในการเรียนรู้เรื่องแรงและความดัน โดยใช้กระบวนการสืบเสาะหาความรู้ที่เน้นบ่งชี้ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์และประวัติวิทยาศาสตร์ พบว่าหลังจากผ่านการจัดกิจกรรม นักเรียนทุกคนมีความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ ทั้ง 9 ด้าน ตามกรอบของ McComas (2004) และงานวิจัยของเอกพนธ์ กลับใจ และคณะ (2558) การพัฒนาความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 โดยผ่านประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ พบว่านักเรียนมีความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ หลังได้รับการจัดการเรียนรู้ที่ใช้ประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์สูงกว่าก่อนได้รับการจัดการเรียนรู้ ซึ่งสอดคล้องกับงานวิจัยของ Solomon, Duveen, and Scot (1992) ; Irwin (2000) และ Rudge and Howe (2009) ที่พบว่าการใช้ประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ในการจัดการเรียนรู้ สามารถพัฒนาความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ของนักเรียนได้ ซึ่งเป็นผลมาจากการเชื่อมโยงเรื่องราวทางประวัติศาสตร์เข้ากับแนวคิดทางธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง ทำให้นักเรียนเห็นตัวอย่างแนวคิดทางธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ ดังนั้น การใช้เรื่องราวทางประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์มาเป็นตัวอย่างผ่านการอ่าน การเล่าเรื่อง หรือแสดงบทบาทสมมติ การจัดการเรียนรู้ลักษณะนี้ ผู้สอนจะต้องนำนักเรียนไปสู่การอภิปรายประเด็นต่าง ๆ และท้าทายให้นักเรียนสะท้อนความคิดออกมา ทั้งในแง่ของการมองโลกแบบวิทยาศาสตร์ การสืบเสาะหาความรู้แบบวิทยาศาสตร์ และกิจการทางวิทยาศาสตร์ ทั้งนี้ เพื่อช่วยให้ผู้สอนสามารถหยิบยกประเด็นในธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ขึ้นมาอภิปรายได้อย่างเปิดเผย ตรงไปตรงมา

   นอกจากนี้ การให้ข้อมูลย้อนกลับแก่นักเรียน จะช่วยพัฒนาให้นักเรียนมีมุมมองธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ที่สอดคล้องมากขึ้น เข้าใจและเห็นความสำคัญของวิทยาศาสตร์ จนนำไปสู่การเป็นผู้รู้วิทยาศาสตร์ได้ในที่สุด

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ปีที่ 50 ฉบับที่ 234 มกราคม - กุมภาพันธ์ 2565

ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://emagazine.ipst.ac.th/234/6/

บรรณานุกรม

Faikhamta, C. (2013). The Development of In-Service Science Teachers' Understandings of and Orientations to Teaching the Nature of Science within
a PCK-Based NOS Course. Research in Science Education. 43(2): 847-869

ธัชวุฒิ กงประโคน และดร.จิรดาวรรณ หันตุลา. (2558). การศึกษาความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 ในการเรียนรู้เรื่องแรงและความดันโดยใช้กระบวนการสืบเสาะหาความรู้ที่เน้นบ่งชี้ธรรมชาติของวิทยาศาสตร์และประวัติวิทยาศาสตร์. วารสารศึกษาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น. 38(3): 10-19.

เทพกัญญา พรหมขัติแก้ว สุนันท์ สังข์อ่อง และสมาน แก้วไวยุทธ. (2550), การพัฒนาการสัมภาษณ์ แบบกึ่งโครงสร้างเพื่อศึกษาแนวคิดและวิธีการสอนธรรมชาติของวิทยาศาสตร์.วารสารสงขลานครินทร์ ฉบับสังคมศาสตร์ และมนุษย์ศาสตร์. 13(4): 513-523.

พิมพ์พิรัญ ปัญโญ. (2558). การพัฒนาความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ของนักเรียน ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 โดยการจัดการเรียนรู้แบบชัดแจ้งร่วมกับการอภิปรายสะท้อนความคิดเรื่องของแข็ง ของเหลว แก๊ส วิทยานิพนธ์ปริญญาศึกษาศาสตรมหาบัณฑิต, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.

มาลินี คำศรีแก้ว ไชยบังและคณะ. (2561). การพัฒนาชุดกิจกรรมการเรียนรู้ที่ใช้ในการสอนแบบบ่งชี้ความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ สำหรับครูผู้สอนวิทยาศาสตร์ สังกัดสำนักงานเขตพื้นที่การศึกษาประถมศึกษานครราชสีมา เขต 6 (รายงานการวิจัย). กรุงเทพมหานคร: สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน.

สุทัศน์ ยกส้าน. (2556). กาลิเลโอ: ผู้ถูกศาลนาคุกคาม. สืบค้นเมื่อ 29 ตุลาคม 2564. จาก https://mgronline.com/science/Detail/9560000105059

สุทัศน์ ยกส้าน. (2556), กาลิเลโอ: ผู้ทำลายปราสาทมืดของอริสโตเติล. สืบค้นเมื่อ 29 ตุลาคม 2564. จาก https://mgronline.com/science/Detail/9560000101989.

สุทัศน์ ยกส้าน. (2556). กาลิเลโอ: ผู้เห็นความไม่สมบูรณ์ของดาวบนสวรรค์คนแรก. สืบค้นเมื่อ 29 ตุลาคม 2564. จาก http://203.158.100.140/science-new/index.php?option=com_content&task=view&id=2672&ltemid=0.

เอกพนธ์ กลับใจและคณะ. (2558). การพัฒนาความเข้าใจธรรมชาติของวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 โดยผ่านประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์.
ในการประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ครั้งที่ 53 (น.54). กรุงเทพมหานคร: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.