Bilim; evrenin veya olayların bir bölümünü konu olarak seçen, deneye, hipoteze ve kurama dayanan yöntemlerle kanıtlanmış yasalar oluşturan, düzenli ve yöntemli bir bilgi sistemidir. En temel amacı, bilimsel yöntem ve teknikler kullanarak araştırılabilir sorulara yanıt aramak ve güvenilir bilgi oluşturmaktır. Bilim, sahte bilimden (pseudoscience) geçerli ve güvenilir bilgiler içermesiyle ayrılır.
1.1. Bilimin Temel Nitelikleri
Bilimin ayırt edici özellikleri şunlardır:
Gerçeği İfade Eder: Olanı olduğu gibi yansıtmaya çalışır.
Mantıksaldır: Kendi içinde tutarlı ve akla uygundur.
Nesneldir (Objektif): Bireysel kanı ve önyargılardan arındırılmıştır.
Genelleyicidir: Elde edilen sonuçlar benzer durumlar için genellenebilir.
Değişime ve Gelişime Açıktır: Yeni kanıtlarla kendini yenileyebilir.
Deneyseldir: İddialarını deney ve gözlemle test eder.
Temel Kabullere Dayanır: Belirli varsayımlar üzerine inşa edilir.
Test Edilebilir ve Ölçülebilir: Bulguları tekrarlanabilir ve ölçülebilir niteliktedir.
Teoriler Kullanır: Gerçeği açıklamak için teorik çerçeveler geliştirir.
1.2. Bilimin Amaçları
Bilimin genel amacı yeni bilgiler geliştirmektir ve bu dört ana başlıkta toplanabilir:
Betimlemek: Gerçeklerin tasvir edilmesi ve anlatılması.
Açıklamak: Gerçeğin anlaşılır şekilde ifade edilmesi ve nedenlerinin ortaya konulması.
Ön Görmek: Olaylar arasındaki ilişkileri ve değişimleri tahmin etmek.
Kontrol Etmek: Olayları ve olguları denetim altına almak.
Bu amaçların özü, evreni anlamak ve açıklamaktır.
1.3. Bilimsel Değerler
Bilimle ilişkili değerler üç ana kategoride ve ek olarak üç alt kategoride ele alınabilir:
Epistemik Değerler: Araştırmaya rehberlik eden doğruluk, test edilebilirlik ve yenilik gibi bilgiye dayalı değerlerdir.
Sosyokültürel Değerler: Bilimin içinde bulunduğu toplumsal bağlamdan etkilenen ve insanlığın ihtiyaçlarına yönelik ilerlemeyi hedefleyen değerlerdir.
Etik Değerler: Bilimin, dürüstlük ve doğruluk gibi ilkelere dayanarak ürettiği ahlaki değerlerdir.
Ayrıca bilimin değeri şu açılardan da incelenir:
Pratik Değer: Günlük yaşama kattığı konfor ve faydalar (örneğin telefon, uçak, paratoner).
Entelektüel Değer: İnsanın bilme isteğini ve merakını tatmin etmesi.
Ahlaki Değer: Bireylere kazandırdığı eleştirel düşünme, dürüstlük gibi karakteristik özellikler.
2. Bilimsel Bilginin Doğası ve Yaratıcılık
Bilimsel bilginin doğası, bilimin ne olduğu, nasıl çalıştığı ve toplumla ilişkisi gibi konuları inceleyen disiplinler arası bir alandır.
Hayal Gücü: Yaratıcılığın olmazsa olmazıdır. Zihin gücüyle yeni imgeler ve olasılıklar yaratma yetisidir.
Yaratıcılık: Bilinenin dışına çıkarak yeni ve özgün çözümler üretme, problemleri farklı açılardan görme becerisidir. Yaratıcı zekâ ve hayal gücü, bilimsel bilginin elde edilmesinde deney ve gözlemden önce gelir; çünkü bu iki kavram, bilinmeyenden bilinene geçişte bir köprü görevi görür.
3. Bilimsel Yöntem ve Mühendislik Tasarımı
Bilimsel uygulamalar ve mühendislik tasarımı, problem çözmeye yönelik iki farklı ancak birbiriyle ilişkili süreçtir.
3.1. Problem Kavramı ve Türleri
Problem, istenmeyen bir durumla karşılaşıldığında çözüm yolunun hemen bulunamadığı durumdur. Bir durumun problem sayılması için şu özellikleri taşıması gerekir:
Kendi içinde benzersiz olması,
Çözümünün birey tarafından önceden bilinmemesi,
Bireyin zihninde karışıklık yaratması,
Bireyin mevcut bilgileriyle çözülebilir nitelikte olması.
Problemler iki ana türe ayrılır:
Rutin Problemler: Genellikle dört işlem becerisine dayanan, daha önce çözülmüş yolların tekrarıyla çözülebilen problemlerdir.
Rutin Olmayan Problemler: Verileri organize etme, analiz etme ve değerlendirme gibi üst düzey zihinsel beceriler gerektiren, çözümü için standart bir yolu olmayan problemlerdir.
3.2. İki Farklı Süreç: Bilim ve Mühendislik
Bilim insanları ve mühendisler, farklı amaçlara hizmet ettikleri için genellikle farklı süreçleri takip ederler.
Bilimsel Araştırma: Bir soruyu cevaplamak için bilimsel yöntemi kullanır. Amacı, dünya hakkında test edilebilir açıklamalar ve tahminler yapmaktır.
Mühendislik Tasarımı: Belirli bir ihtiyacı karşılamak veya bir probleme çözüm üretmek için mühendislik tasarım sürecini kullanır. Genellikle bir ürün (makine, yazılım vb.) tasarlamayı içerir.
Bilimsel Yöntem Adımları
Soru sorma
Araştırma yapma
Hipotez kurma
Deney tasarlama
Deney yapma, veri toplama ve analiz etme
Sonuç çıkarma
Sonuçları rapor etme ve tekrar test etme
Mühendislik Tasarım Süreci Adımları
Problemi tanımlama
Arka plan araştırması yapma
Gereksinimleri belirleme
Çözümleri geliştirme
En iyi çözümü seçme
Prototip geliştirme
Çözümü test etme ve yeniden tasarlama
Gerçek hayatta bu iki alan arasındaki ayrım net değildir; bilim insanları mühendislik, mühendisler de bilimsel yöntemleri kullanabilir.
3.3. Mühendislik Tasarım Döngüsü
Bir mühendisin bir fikirden yola çıkarak bir ürün geliştirmek için izlediği aşamalar bütünüdür. Sürekli iyileştirmeyi temel alan yinelemeli bir döngüdür:
Tasarla: İhtiyaç hakkında bilgi topla, beyin fırtınası yap, bir çözüm seç ve çizimini yap.
İnşa Et: Aletler ve malzemeler kullanarak ürünün ilk örneğini (prototip) yap.
Test Et: Ürünün ne kadar iyi çalıştığını öğrenmek için kullan ve test et.
Geliştir: İyi çalışmayan kısımları düzeltmek için üründe değişiklikler yap.
4. İleri Düzey Kavramlar ve Teoriler
4.1. Oyun Teorisi ve Nash Dengesi
Oyun Teorisi: Rekabet altındaki bir bireyin başarısının, gruptaki diğer üyelerin kararlarına bağlı olduğunu savunan matematiksel bir yaklaşımdır. Temel mantığı "karşılıklı iş birliği" ilkesine dayanır ve ekonomi, siyaset, mühendislik, yapay zekâ gibi birçok alanda kullanılır.
Nash Dengesi: Matematikçi John Forbes Nash tarafından geliştirilen bu kavram, bir oyundaki hiçbir oyuncunun, diğerlerinin stratejisini sabit tutarak kendi stratejisini tek taraflı değiştirmesiyle daha fazla kazanç elde edemediği denge durumunu ifade eder. Oyuncular, en yüksek bireysel kazancı elde edemeseler de bir denge durumuna razı olurlar.
4.2. Model ve Modelleme Süreci
Model: Bir düşüncenin, olayın veya sistemin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olan basitleştirilmiş bir kopyasıdır (örneğin, Watson ve Crick'in DNA modeli).
Modelleme: Bir model oluşturma sürecidir. Bilimsel süreç becerileri gerektirir ve bilimsel bilgi oluşturma süreciyle paralel ilerler. Mühendislikte prototip maliyetlerini düşürmek, sosyal bilimlerde ise kentsel planlama gibi karmaşık sorunlara çözüm bulmak için kullanılır. 3D modelleme, yapısal eşitlik modellemesi gibi çeşitli türleri vardır.
5. Doğadan Esinlenen Tasarım: Biyomimetik
Biyomimetik, doğadaki bir canlının veya sistemin renk, doku, işlev veya biçiminin taklit edilerek insan problemlerine çözüm bulunmasıdır. Bu yaklaşım bilim, teknoloji, mimari, robotik ve endüstri gibi birçok alanda kullanılmaktadır.
Örnekler:
Namibya Çöl Böceği: Suyu toplayan sırt yapısından esinlenilerek tasarlanan binalar.
Balıkçıl Kuşu: Hızlı trenlerin gaga şeklindeki aerodinamik tasarımı.
Yusufçuk Kanadı: Uçak kanatlarının ucunun titreşimi azaltmak için ağırlaştırılması.
Termit Yuvaları: Enerji tasarrufu sağlayan bina havalandırma sistemleri.
Ayçiçeği: Güneşi takip eden güneş panelleri.
Yarasa ve Yunuslar: Radar ve sonar sistemlerinin geliştirilmesi.
Köpek Balığı Derisi: Aerodinamik yüzücü mayoları.
6. Prototipleme Süreçleri ve Teknolojileri
Prototipleme, soyut tasarımların somut nesnelere dönüştürüldüğü, test ve iyileştirme imkânı sunan bir mühendislik sürecidir.
6.1. Otomotiv Sektöründe Prototip Gereksinimi
Otomobiller gibi karmaşık ürünlerde, seri üretim öncesi tasarımın doğrulanması kritik öneme sahiptir. Prototip araçlar; güvenlik testleri, yol tutuşu, konfor, motor performansı gibi değerlendirmelerde kullanılır. Bu, son aşamada ortaya çıkabilecek maliyetli ve gecikmeye yol açan hataları önler.
6.2. Prototipleme Yaklaşımları: Ardışık ve Paralel
Ardışık (Sıralı) Prototipleme: Her döngüde tek bir prototip oluşturulur, test edilir ve düzeltilir. Bu süreç, "yeterince iyi" bir tasarıma ulaşılana kadar tekrarlanır.
Paralel Prototipleme: Tek bir dönemde birden fazla prototip üretilir, karşılaştırmalı olarak test edilir ve en iyisi seçilir. Bu yaklaşımın daha hızlı olduğu ve daha iyi tasarım sonuçları ürettiği görülmüştür.
6.3. Hızlı Prototipleme
Bilgisayar destekli tasarım (CAD) dosyalarından kalıba ihtiyaç duymadan doğrudan fiziksel model üreten teknolojilere verilen genel isimdir. Bu yöntemle karmaşık geometrilere sahip parçalar saatler içinde üretilebilir.
Yöntemleri:
Sıvı Esaslı: Sıvı malzemenin lazer veya ısıyla katılaştırılması.
Katı Esaslı: Tabaka, filament veya granül haldeki katı malzemenin işlenmesi.
Toz Esaslı: Toz malzemenin yapıştırıcıyla veya eritilerek birleştirilmesi.
Uygulama Alanları:
Mühendislik: Parça uyum kontrolü, düşük adetli üretim, kalıp tasarımı, maliyet düşürme.
Mimarlık: Müşteri sunumları için görsel maketler, topografik modelleme.
Medikal/Dental: Kişiye özel protez ve implant üretimi.
Kuyumculuk/Sanat: El ile yapımı zor, karmaşık tasarımların modellenmesi.
Arkeoloji: Arkeolojik buluntuların bire bir modellerinin üretilmesi.
Temel Bilimler: Karmaşık molekül yapılarının üç boyutlu modellerinin oluşturulması.
Eğitim: Düşük maliyetli ve kullanışlı öğrenme materyallerinin üretimi (örn. 3D yazıcılarla).
7. Tarihsel Perspektif: Türk-İslam Bilginlerinin Katkıları
İbn-i Heysem (d. 965): "Optiğin babası" olarak bilinir. Görmenin, cisimden yansıyan ışığın göze gelmesiyle oluştuğunu ispatlamış ve fotoğraf makinesinin ilk modelini tasarlamıştır.
El-Cezerî (12. yy): Bilgisayarın ve sibernetiğin temelini atan bilgin olarak kabul edilir. Robotlar, su makineleri, şifreli kilitler gibi yüzlerce otomatik makine tasarlamıştır.
Pîrî Reis (15.-16. yy): Ünlü Türk denizci ve haritacıdır. 1513 yılında çizdiği dünya haritası ile tanınır.
El-Hârizmî (d. 780): Cebir ve trigonometrinin kurucusudur. Matematikte ilk defa 0 (sıfır) rakamını kullanmış ve günümüz bilgisayar biliminin temeli olan ikili (binary) sayı sistemini bulmuştur.
Video: Problem Çözme Sanatı
Ses: Bilim, Yaratıcılık ve Mühendislik: İbn-i Heysem'den Hızlı Prototiplemeye Bilgi Çağında Problem Çözme Sanatı
Kısa Cevaplı Sorular
Bilimin temel özellikleri nelerdir? 5 tanesini yazınız.
Gerçeği ifade eder.
Mantıksaldır.
Değişime ve gelişime açıktır.
Deneyseldir.
Test edilebilir ve ölçülebilir.
El-Cezerî'nin bilim ve teknoloji dünyasına yaptığı temel katkılar nelerdir?
El-Cezerî, bilgisayarın temelini atan bilgin olarak kabul edilir ve robotlar, saatler, su makineleri, şifreli kilitler ve kasalar gibi çok sayıda otomatik makinenin mucididir.
Biyomimetik nedir? İki farklı örnek vererek açıklayınız.
Biyomimetik, doğadaki bir canlının veya sistemin renk, doku, işlev veya biçim gibi özelliklerinin tamamen veya kısmen taklit edilmesidir. Örnek olarak, balıkçıl kuşların gaga yapısından ilham alınarak hızlı trenlerin tasarlanması veya dikenli çapak otundan esinlenerek cırt cırt bantların (velcro) icat edilmesi verilebilir.
Problem kavramını açıklayınız.
Problem, istenmeyen bir durumla karşılaşıldığında çözüm yolunun hemen bulunamadığı durumdur.
Mühendislik tasarım döngüsü aşamalarını sırasıyla yazınız.
Tasarla
İnşa et
Test et
Geliştir
Model nedir?
Bir düşüncenin, olayın veya sistemin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olan basitleştirilmiş bir kopyasına model denir.
Prototipleme nedir?
Prototipleme, soyut tasarımların somut nesnelere dönüştürüldüğü, test ve iyileştirme imkânı sunan bir mühendislik sürecidir.
Hızlı prototiplemenin uygulama alanlarından 5 tanesini yazınız.
Mühendislik
Mimarlık
Eğitim
Medikal/Dental
Kuyumculuk/Sanat
Cebir ve trigonometrinin kurucusudur. Matematikte ilk defa 0 (sıfır) rakamını kullanmış ve günümüz bilgisayar biliminin temeli olan ikili (binary) sayı sistemini bulmuştur. Bahsi geçen bilim insanı kimdir?
El-Hârizmî
Bilime katkı sunan Türk-İslam bilginlerinden 4 tanesini yazınız.