Научные методы - НАУКА О ЖИЗНИ

Определяем проблему урока

Антошка: Мой друг Миша говорит, что пушинка и монета падают на землю с одинаковой скоростью. По-моему, так не бывает.

Биолог: Твой приятель, наверное, слышал про опыты Ньютона. В Средние века Галилей предположил, что все тела должны падать на Землю с равной скоростью, если на них не действует сопротивление воздуха. Позднее Исаак Ньютон подтвердил его предположение экспериментом. Он выкачал из длинной трубки воздух и доказал, что в ней перо и монета падают с одинаковой скоростью.

Антошка: А что значит эксперимент? Один из случайных опытов, который оказался удачным?

Биолог: Нет, как раз наоборот. Эксперимент - это спланированное испытание в специально созданных условиях, которое позволяет проверить правильность предположения.

• Чем различаются взгляды Антошки и биолога на эксперимент? Предложи основной вопрос урока и сравни с авторским вариантом (стр. 171).

Вспоминаем то, что знаем

• Как ты понимаешь смысл слов “эксперимент”, “метод”? (Жизненный опыт)

• Какие науки ты знаешь? Чем занимаются учёные? (Жизненный опыт)

Решаем проблему, открываем новые знания

Чем занимается наука и что такое научный метод?

• Постарайся ответить на вопрос рубрики, выскажи предположение.

• Чтобы проверить своё предположение, прочитай текст, ведя диалог с автором: В - задай вопрос автору текста; О - спрогнозируй ответ; П - проверь себя по тексту. После чтения текста сделай вывод по проблеме.

Наука - систематизированное знание о природе и обществе. (В А какое знание можно назвать систематизированным?) Накопление и обобщение опыта позволяют узнать, что именно и при каких условиях происходит. Это помогает людям предвидеть, а значит, и планировать своё будущее. Иными словами, цель науки состоит в предсказании будущего на основе имеющегося опыта. (П Совпало с твоим предположением? В Что может предсказать наука, а что нет? О Попытайся предположить.)

Можно предсказать, например, что каждое утро на небе будет появляться солнце, а ночью - звёзды, потому что эти события повторяются изо дня в день. Можно предугадать, что летом пойдёт дождь, а зимой - снег. А вот какая погода будет в тот или иной день, заранее сказать трудно. (П На какой вопрос мы нашли ответ? В Как наука предсказывает? О Попытайся предположить.)

Человек отличается от других живых существ своей способностью предвидеть отдалённое будущее, поэтому может планировать свою деятельность: строительство городов, воспитание детей и т.д. Ведь планировать можно только то, что можно предвидеть.

Чтобы предсказывать, надо уметь получать информацию об окружающем мире. Для этого учёные используют различные методы - способы действий, направленные на достижение какой- либо цели. (П На какой вопрос мы нашли ответ? О Приведи примеры, как учёные получают новые знания.)

Наука начинается с наблюдения

• Объясни, чем наблюдение отличается от факта, а факт - от гипотезы.

6.1. Опыт со шприцем, наполненным водой.

6.2. Опыт, показывающий действие нагретого пара.

• Какие свойства воды помогут нам объяснить то, что мы наблюдаем на рисунках 6.1 и 6.2? С помощью каких органов чувств мы наблюдаем? Какие явления можно обнаружить с помощью других органов чувств?

Явление - это событие, которое мы наблюдаем или можем наблюдать.

Любое познание окружающего мира начинается с наблюдения. Оно осуществляется с помощью всех органов чувств прямо или косвенно, с помощью приборов. Наблюдение может быть и случайным, и заранее запланированным. Но в любом случае оно станет признаваемым всеми научным фактом, то есть действительным явлением только в том случае, если его подтвердят другие исследователи.

Проверка результатов наблюдений очень важна, так как людям свойственно ошибаться. Например, мусор, гонимый ветром, можно легко принять за животное (ведь он, в отличие от неживых предметов, двигается). В жаркой пустыне путникам часто видятся миражи. В малонаселённых горах и лесах некоторые очевидцы рассказывают о встрече со снежным человеком или даже с инопланетянами. Но наука пока не считает это научными фактами, так как их невозможно воспроизвести, повторить.

Описав факты, исследователь стремится объяснить обнаруженное явление. В этом случае учёный выдвигает предположение, или гипотезу. Так, например, появление миражей связано с движением воздуха над нагретой поверхностью.

Воспроизводимость результата оценивается с помощью сравнения

• Почему при подведении итогов наблюдений нельзя обойтись без сравнения?

Наука начинается там, где обнаруживаются повторяющиеся события - факты. А чтобы уловить их повторяемость, надо обратить внимание на сходство явлений, событий, наблюдений, которое важно предвидеть и предсказывать. Мы различаем любые явления и выделяем общие черты путём сравнения.

Сравнение - это установление сходства и различия предметов или явлений. Без сравнения нельзя получить ни одного важного для науки результата.

6.3. Изменение освещённости при смене времён года.

• Сравни углы падения солнечных лучей на земную поверхность в России на рисунках. Предположи, какое время года в России изображено на каждом из них.

Эксперимент позволяет устанавливать законы природы

• Какую роль в науке играет эксперимент?

Когда наблюдения проведены и подтверждены независимыми исследователями, на первое место выходит гипотеза, которая объясняет результаты научных изысканий. Но как отличить совпадение от причины?

Например, люди издавна замечали, что в лесу дышится легко. Но это могло быть связано с тысячей разных причин, например, с изменением газового состава воздуха, с выделением веществ, благотворно влияющих на организм, и др.

Чтобы найти истинную причину явления, учёные проводят эксперимент, в котором две группы (экспериментальная и контрольная) помещаются в искусственно созданные условия, отличающиеся лишь одним изучаемым свойством.

Приведём пример эксперимента (опыта), проведённого в 1771 году британским естествоиспытателем Джозефом Пристли (рис. 6.4).

6.4. Опыт Дж. Пристли.

• Чем отличались условия контрольной и экспериментальной групп? Что предположил Пристли? Что он наблюдал? К какому выводу пришёл учёный? Объясни, какие газы выделяют животные и растения. В любых ли условиях этот опыт будет давать такой результат?

Проводя любой эксперимент, исследователь прежде всего

1) разрабатывает цель эксперимента (зачем я это делаю? что я собираюсь получить?);

2) определяет порядок (алгоритм) своих действий (как я делаю?);

3) проводит наблюдения (что получилось?);

4) сравнивает ожидаемые и полученные результаты;

5) приходит к выводу, подтвердилась ли гипотеза. Неоднократно подтверждённая гипотеза превращается в доказанную закономерность. Взаимосвязанные закономерности образуют теорию - основное содержание научной мысли.

Приборы и инструменты расширяют возможности органов чувств

• Зачем нужны приборы и инструменты?

• Каким органам чувств помогают изображённые на рисунке 6.5 приборы и инструменты? Как живые организмы помогли людям изобрести приборы?

6.5. Приборы и инструменты и их природные аналоги.

Приборы, инструменты и различные приспособления позволяют дополнить и расширить возможности человеческих органов чувств. Например, микроскоп позволяет увидеть мельчайшие детали, которые не видны невооружённым глазом. Некоторые другие приборы (например, дозиметры радиации) могут реагировать даже на такие явления, которые не воспринимают наши органы чувств (например, радиоактивное излучение). Кроме того, приборы и инструменты позволяют количественно оценивать наблюдения (например, измерять температуру с помощью термометра). Наконец, с их помощью проводятся наблюдения там, где человек не может существовать (например, в открытом космосе).

Измерение позволяет формулировать законы природы в количественной форме

• Почему естествоиспытатели предпочитают использовать количественные измерения?

Связь между двумя событиями ещё не свидетельствует о том, что одно из них является причиной другого. Эксперимент позволяет доказать наличие очевидной связи.

Однако всегда нужно иметь в виду, что изученное в эксперименте условие может не быть необходимым для получения того же результата (например, солнечный свет в некоторых случаях можно заменить электрическим). В то же время условие может не быть достаточным (например, для долговременного выживания мыши нужен не только кислород, но и пища). Поэтому исследователь должен всесторонне изучить явление и не распространять свой вывод шире, чем позволяют условия эксперимента.

Полученные в эксперименте количественные данные позволяют заключить, что наши наблюдения достаточны, если имеется однозначное подтверждение. Так, например, выживание мышей вместе с растением в опытах Пристли нуждается в количественных измерениях выделения кислорода растением в результате фотосинтеза и поглощения этого газа животными в процессе дыхания.

Сравниваем свой вывод с авторским

Цель науки состоит в предсказании будущего на основе имеющегося опыта. Наука использует особые методы, позволяющие получать достоверное систематизированное знание о природе и обществе. Наблюдение даёт возможность обнаружить явление, которое при дальнейшем подтверждении становится фактом. Сравнение обеспечивает сопоставимость проведённых наблюдений. Учёные формулируют гипотезу и подтверждают её экспериментом и измерениями.

В результате создаётся обобщённое знание - научная теория.

Наука, научный метод, наблюдение, факт, сравнение, эксперимент, теория

Применяем новые знания

1. Какие методы использует наука? В чём преимущество каждого из них?

2. Почему в исследовании нельзя использовать лишь один из методов науки?

3. Какие методы науки ты использовал в своей жизни? В каких ситуациях они тебе пригодились?

4. Пусть один из вас будет отстаивать идею о том, что только эксперимент является научным методом, а другой станет доказывать, что эксперимент можно использовать не всегда.

5. Чем, на твой взгляд, наука отличается от искусства?

6. Проведи исследование. Сравни свои отметки за первые недели учебного

года и за прошлый год. Попробуй предсказать, какую отметку по тому или иному предмету ты получишь в четверти. На чём будут основаны твои предсказания?

Для самых любознательных

Как мы сравниваем предметы

Объекты науки сравниваются по элементам

Любая наука должна ответить на вопрос кто? или что? о каждом из объектов своего исследования. Это можно сделать, только параллельно отвечая на вопрос какой он, этот объект. Объекты сравнивают по элементам (частям, из которых они состоят), а также по признакам, или свойствам. Для того чтобы правильно сравнить предметы, надо найти и выбрать аналогичные части и свойства.

6.6. Сравнение целого растения с его частями на примере герани и яблони.

• Найди на рисунке 6.6 аналогичные части у двух растений. Как называются эти части? Чем и почему они отличаются у разных растений?

6.7. Свойства царств растений, грибов и животных.

• Определи по рисунку 6.7 наборы свойств, характерные для каждого из царств живой природы. Какие ещё свойства ты можешь привести?

Часто учёным приходится решать обратную задачу: опознавать объект по его частям или свойствам. Разберёмся, как это происходит. Увидев какую-либо часть, человек перебирает в памяти объекты, у которых эту часть можно встретить. Так обычно приходится поступать биологам-палеонтологам, когда они, например, восстанавливают строение вымершего организма по одной его кости.

6.8. Живые организмы и их части.

• Найди организмы, которым принадлежат части, изображённые на рисунке 6.8. Как эти организмы называются?

Объекты группируются по сходству элементов

Для того чтобы разобраться в многообразии объектов науки, учёные группируют их по сходству элементов, то есть частей и свойств. Однородные объекты относят к одной и той же группе, разнородные — к разным. Так как сходство может быть разного уровня, то и основанные на нём группы могут быть более узкими (например, млекопитающие) или более широкими (например, животные).

• Как биологи называют науку, помогающую описать и упорядочить всё многообразие живых организмов? (§ 3)

6.9. Растения разных отделов.

• Определи, какие из изображённых на рисунке 6.9 растений входят в каждую группу: хвойные, цветковые, мхи, папоротники, бурые водоросли.

Свойства объектов бывают разные. Одни из них более существенны для человека, другие - менее существенны. Так, например, люди делят культурные растения на овощные, фруктовые и зерновые.

Поэтому на одном прилавке магазина могут оказаться яблоки и бананы, а на другом — тыква и кукуруза. А вот учёные-биологи различают растения совершенно иначе. Они учитывают более существенные признаки, которые связаны с родством. Тогда банан с кукурузой попали бы в одну группу, а яблоко с тыквой — в другую. Для биологов существенным признаком оказывается строение плодов, а не способ их использования человеком.

Для науки существенны те свойства и признаки, которые могут повторяться и поэтому предсказываться. Наука занимается изучением повторяющихся, то есть устойчивых, свойств.

6.10. Лось и благородный олень.

• Какие из признаков будут важнее для биологов при объединении животных, изображённых на рисунке 6.10, в два вида?

Наиболее изученными оказываются свойства тех живых существ, которые можно коллекционировать. Чем легче объекты науки сохраняются естественным или искусственным путём, тем проще их коллекционировать. Так, растения можно сохранять в гербариях. Из погибших животных изготовляют чучела, которые хранятся в музеях. У ископаемых животных лучше всего сохраняется скелет. А вот особенности поведения животных можно запечатлеть лишь на кинокадрах и фотографиях. Поэтому в основе систематики, как правило, лежат описание и сравнение черт строения растений и животных.

1. Приведи примеры существенных и несущественных свойств для одежды, мебели, посуды.

2. Объедини предметы одежды в несколько групп, исходя из разных целей их использования и свойств (удобство, практичность, красота).

3. Какие свойства облаков важнее для науки: высота их расположения в атмосфере или сходство с героями сказок? Почему?