§ 6. Научные методы

• Чем различаются взгляды Антошки и биолога на эксперимент?

Антошка считает эксперимент одним случайных опытов, а биолог, что это спланированное испытание в специально созданных условиях, которое позволяет проверить правильность предположения.

ВСПОМИНАЕМ ТО, ЧТО ЗНАЕМ

• Как ты понимаешь смысл слов «эксперимент», «метод»? (Жизненный опыт)

Эксперимент - спланированное испытание в специально созданных условиях, которое позволяет проверить правильность предположения.

Метод – способ изучения действительности.

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

Биология, физика, химия, история, география, математика, астрономия, медицина, информатика, философия и др.

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.

РЕШАЕМ ПРОБЛЕМУ, ОТКРЫВАЕМ НОВЫЕ ЗНАНИЯ

• Постарайся ответить на вопрос рубрики, выскажи предположение.

Наука помогает людям предвидеть, а значит, и планировать своё будущее. Иными словами, цель науки состоит в предсказании будущего на основе имеющегося опыта.

Метод - способ действий, направленный на достижение какой-либо цели.

• 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.

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.

В Как наука предсказывает? О: Попытайся предположить.

Наука предсказывает будущее на основе накопленной информации об окружающем мире.

О: Приведи примеры, как учёные получают новые знания.

Ученые получают новую информацию с помощью различных методов: наблюдения, сравнения, эксперимента и др.

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

Наблюдение – это метод познания, а факт – это результат (информация, которая неоднократно прошла проверку).

Гипотеза – это всего лишь предположение (оно не доказано). Факт неоднократно прошел проверку, т.е. уже доказан.

Вывод по проблеме.

Наука предсказывает будущее на основе накопленной информации об окружающем мире. Чтобы предсказывать, надо уметь получать информацию об окружающем мире. Для этого учёные используют различные методы.

Но наука на данный момент не может предсказать все.

• 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?

При перемещении поршня к основанию шприца давление внутри шприца становится большим, чем вне его, и жидкость вытекает. Т.е. все попытки сжать воду не приводят к успеху. Несжимаемость воды мы наблюдаем с помощью органов зрения и осязания (ощущение давления, тепла, холода, возникающее при прикосновении кожи к чему-нибудь).

На рис. 6.2. показано, как вода при нагревании расширяется. При длительном нагревании вода закипает. При нагревании и кипячении над водой поднимается пар – происходит испарение. Испарение – это превращение жидкой воды в газообразную.

Внутренняя энергия пара больше, чем внутренняя энергия жидкости при той же температуре.

Наблюдаем с помощью органов зрения.

Звуки, воспринимаемые человеческим ухом, являются важным источником информации. С помоўью органа с луха можно обнаружить, например, что звуковая волна может распространяться только в материальной среде. Колебания воздуха с частотой от 16 Гц до 20 кГц в секунду мы слышим. 20000 колебаний в секунду – это самый высокий звук самого маленького деревянного инструмента в оркестре – флейты – пикколо, а 16 колебаниям соответствует звук самой низкой струны самого большого смычкового инструмента – контрабаса.

Мы удивительно мало знаем об естественном органе обоняния, органе, ловящем запахи. Органы обоняния реагируют на некоторые газы, пары и их смеси в узком диапазоне концентрации.

• 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.

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

На первом рисунке угол падения солнечных лучей на поверхность северного полушария прямой или близок к этому, оно больше освещено, чем южное – поэтому в России лето.

На втором рисунке угол падения солнечных лучей на поверхность северного полушария острый, южное полушарие больше освещено, чем северное – поэтому в России зима.

• Какую роль в науке играет эксперимент?

Эксперимент позволяет устанавливать законы природы, найти истинную причину явлений, подтвердить одну из гипотез (после этого она становится закономерностью).

• 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?

Под один стеклянный колпак Дж. Пристли поместил мышь вместе с веткой растения, под другой — одну мышь.

Дж. Пристли предположил, что растения очищают воздух от веществ, выделяемых при дыхании.

Пристли наблюдал, что под колпаком с растением мышь осталась жива, в контрольном эксперименте — погибла, так как ей нечем было дышать.

Пристли пришел к выводу, что в природе существует процесс, который вновь превращает испорченный воздух в хороший и роль эта принадлежит растениям.

Мы сейчас понимаем, что он доказал, что растение на свету поглощает углекислый газ и выделяет кислород. Растение на свету в ходе фотосинтеза создавало органические вещества для себя, потребляло углекислый газ и выделяло под колпак кислород, которым и дышала первая мышь. Вторая же мышь погибла, как только израсходовала в ходе дыхания весь кислород под ее колпаком.

Растения поглощают углекислый газ, выделяют кислород в ходе фотосинтеза. Животные и растения в ходе дыхания поглощают кислород и выделяют углекислый газ.

Необходимым условием для того, чтобы мышь осталась жива, является солнечный свет, так как у растения только на свету может происходить фотосинтез с выделением кислорода, необходимым для дыхания мыши.

• Зачем нужны приборы и инструменты?

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).

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

Микроскоп, прибор ночного виденья, телескоп, мерный стакан помогают нашим глазам увидеть мелкие предметы, плохо освещенные (аналогично зрению кошки), далекие и точно определить объём соответственно.

Термометр помогает органу осязания (коже) точно определить температуру.

Антенна помогает органу слуха, улавливая волны, которые ухо уловить не может.

Летучие мыши используют звук чтобы ориентироваться в темноте. Этим они похожи на подводные лодки, которые тоже применяют звуковые волны для навигации в мрачных глубинах океана. Летучие мыши посылают в пространство пачки звуковых волн, они испускают волны ртом или носом. Волны отражаются от окружающих предметов, обрисовывая их контуры, а мыши улавливают их своими ушами и восприни­мают звуковую (акустическую) картину окружающей обстановки, в этой - то картине они и ориентируются. Процесс такой ориентации по отраженному звуку называется эхолокация. Большие причудливые уши летучей мыши помогают ей ориентироваться в звуковой картине мира в темноте.

• Почему естествоиспытатели предпочитают использовать количественные измерения?

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.

ПРИМЕНЯЕМ НОВЫЕ ЗНАНИЯ

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

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.

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

Каждый из методов позволяет выполнить лишь одну задачу (например, наблюдение даёт возможность обнаружить явление, а сравнение обеспечивает сопоставимость проведённых наблюдений и т.д.). И только использование разных методов на каждом этапе исследования позволит достигнуть цели: создать научную теорию.

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

Мы часто встречаемся в жизни с наблюдениями, измерениями, сравнениями, экспериментами.

Мы наблюдаем за снежинкой, бабочкой, цветком, муравейником,…

Мы измеряем температуру тела, когда болеем.

Сравнение предметов по разным показателям позволяет сделать хорошую покупку.

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?

Искусство и наука – общезначимые категории, без которых невозможно представить нашу жизнь. И то и другое способствует лучшему познанию человеком мира и себя. Но закономерности существования в каждом случае можно выделить разные.

Искусство обращено к чувственной стороне человеческого восприятия. Оно предоставляет автору возможность для выражения своих настроений, проявления индивидуальности и творческих способностей. Художником руководит вдохновение. Ему важны волнения души, наслаждение, предощущения, а не строгие рамки и нормы.

Продукт искусства – уникальное произведение, носящее образный характер.

Наука отличается строгостью и объективностью. Она формирует знания о реальности, которые принимают вид аксиом, формул, описаний явлений. Научные знания всегда достоверны, поскольку все исследуемое проходит через критический анализ, подтверждается фактами и опытами. Наука опирается на логику, оставляя за бортом чувства и эмоции.

Сами цели существования того и другого различны. Если для искусства важно выражение эстетического идеала и направление умонастроения людей в сторону добра, то наукой движет идея выявления существующих закономерностей. Искусство отражает и типичное, и индивидуальное. В науке господствует обобщение.

Искусство исторически конкретно и изменчиво. Его ценности и идеалы находятся в зависимости от духа текущей эпохи. Искусство показывает жизнь в ее динамике. Наука статична. Ее выводы и законы не меняются, что бы ни происходило вокруг. И даже когда исследуется какое-либо развитие, выявленные закономерности фиксируются в постоянных абстрактных категориях.

Кратко все перечисленные отличия отразим в таблице:

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?

… Предсказания будут основаны на информации, полученной в результате использования метода сравнения.

ДЛЯ САМЫХ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

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

Лист герани (первый слева) аналогичен листу яблони (второй слева), но в отличии от него является рассеченным.

Цветок герани (второй слева) аналогичен цветку яблони (первый справа). Только у герани они собраны в соцветие по два (у яблони в соцветии больше цветков).

Плод герани (второй справа) сухой и аналогичен мясистому и более крупному плоду яблони (третий слева).

Семена герани более мелкие (справа внизу) и соответствуют семенам яблони на втором рисунке справа.

Стебель герани травянистый, с железистым опушением (первый справа), яблони – деревянистый, со светло - бурой и сероватой растрескивающейся корой (справа внизу).

Отличие аналогичных органов у этих растений обусловлено тем, что они по разному приспособились к условиям обитания в своей среде.

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

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

Ответ:

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

Упорядочивать знания о многообразии живых организмов позволяет наука систематика.

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

С лева на право: Сосна относится к хвойным, одуванчик и дуб – цветковым, сфагнум – мхам, папоротник орляк – к папоротникам, последней изображена бурая водоросль ламинария.

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

Лось - зверь крупный, ростом до двух метров в холке (холка — это граница между шеей и туловищем, часть позвоночника, расположенная примерно на уровне передних ног) и весом почти до тонны. Главной отличительной чертой лося являются его рога. Они растут не столько вверх, сколько в стороны, имеют плоскую, лопатообразную форму и зубцы по краям, за что лося в народе прозвали "сохатым" (от "сохи", которую они напоминают).

Олень же ростом ниже, более грациозен, а рога у него тоньше, круглые в сечении и ветвятся в большем количестве направлений.

Детёныши оленя имеют пятнистую окраску, что позволяет им маскироваться в лесной местности, но с годами пятна исчезают и окрас становится равномерным.

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).

Удобство:

- Удобные (спортивные штаны, футболка)

- Неудобные (мини-юбка, галстук)

Практичность:

- Практичные (футболка, джинсы)

- Непрактичные (корсет, жилетка)

Красота:

- Красивые

- Некрасивые

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

Высота расположения облаков в атмосфере для науки важнее, чем сходство с героями сказок, т.к. она помогает определить тип облаков и предсказать погоду.