МЕТОДИ ВИВЧЕННЯ ПРИРОДИ

Інші завдання дивись тут...

МЕТОД ДОСЛІДЖЕННЯ (ПІЗНАННЯ) ПРИРОДИ — спосіб пізнання природи (сукупність певних способів для отримання інформації про об'єкт дослідження).

Науковий метод

Науковий метод потребує спостереження, порівняння результатів спостереження, висунення припущення, створення прогнозу, який має бути перевірений спочатку багаторазовими новими спостереженнями та експериментом.

^{Етапи наукового дослідження у біології.}

^{1. Обрати об'єкт спостереження (наприклад, представників тварин чи рослин).}

^{2. Визначення мети спостереження чи експерименту.}

^{3. Формулювання гіпотези.}

^{4. Вибір необхідних речей, обладнання, умов проведення (наприклад, за перелітними птахами можна спостерігати за допомогою бінокля, телескопа, за дрібними організмами за допомогою мікроскопа).}

^{5. Планування порядку виконання роботи та його проведення.}

^{6. Фіксування результатів роботи.}

^{7. Висновок, про що дізналися (наприклад, про що дізналися, виконуючи спостереження, які особливості природи виявили за допомогою методу спостереження).}

^{8. Оцінювання роботи, ускладнень у роботі, причини їх появи.}

Основні методи дослідження природи (наукового пізнання):

• спостереження;

• експеримент (дослід);

• вимірювання;

• моделювання.

Усі методи взаємопов'язані між собою, тому дослідники для всебічного дослідження у своїй роботі використовують усі зазначені методи.

ПРИКЛАДИ ВИКОРИСТАННЯ ВЧЕНИМИ РІЗНИХ МЕТОДІВ вивчення природи.

• синоптики спостерігають за змінами, вимірюють і формують таблиці та діаграми температури, вітру тощо;

• географи спостерігають за змінами на земній поверхні, порівнюють результати вимірювань, знаходять середні показники, глобус – модель Землі;

• астрономи спостерігають за небесними тілами в телескоп, розрахували швидкість світла, розміри та масу планет тощо, моделюють Сонячну систему тощо;

• біологи за досліджують тіла живої природи у середовищі життя чи під мікроскопом, створюють моделі скелетів, органів живих організмів, вимірюють температуру тіла живих організмів, їхні розміри, порівнянням систематизували організми по видах, впливом на клітини створюють ліки;

• фізики спостерігають за фізичними явищами в природі, моделюють атомну будову речовини, порівнюють властивості речовин для систематизації, експериментально вивчають явища.

• хіміки спостерігають за взаємодією речовин під час реакцій, використовують реактиви для прискорення реакцій, моделюють будову речовин, доповнюють хімічні елементи періодичної таблиці Мендєлєєва, вимірюють масу речовини при проведенні реакцій тощо.

Гіпотеза — припущення, яке висувають для пояснення спостережуваного явища та перевіряють. Вона передує теорії, бо будь-який метод пізнання відштовхується від припущення.

^{Приклади гіпотез: геліоцентрична і геоцентрична будова Всесвіту, нептунізм – походження гір з води, вегетаріанська їжа недостатня для дітей, читання допомагає у спілкуванні, здоровий спосіб життя зміцнює здоров’я, вакцинація рятує від пандемії, ліки не зовсім безпечні, дощ – це випарувана вода зі земної поверхні, у природі речовинам властивий колообіг, град – це кристали льоду.}

Теорія — гіпотези, що підтверджені численними експериментами.

Методи дослідження природи:

• спостереження;

• експеримент (в штучних умовах неодноразово відтворюють природні явища і вивчають за допомогою вимірювань, впливають на них, першим застосував вчений Галілео Галілей);

• вимірювання (дає змогу визначати вимірювальні характеристики);

• моделювання;

• опис;

• порівняння (після спостереження за кількома об’єктами їх порівнюють та роблять висновки про певну систематизацію);

• аналіз;

• синтез;

• аналогія;

• історичний метод;

• математичні, фізичні, хімічні та географічні методи (допомагають виявляти певні закономірності, спільні та відмінні риси в досліджуваних об'єктах, процесах чи явищах).

СПОСТЕРЕЖЕННЯ — перший крок до пізнання природи, коли людина за допомогою органів чуття спостерігає за природними тілами і явищами у звичних для них умовах.

Характеристика методу:

• Вивчення тіл і явищ за допомогою органів чуття: зору (основний інструмент), слуху, нюху, дотику, смаку.

^{Можна проводити неозброєним оком або за допомогою приладів: телескопа, мікроскопа, лупи, недоступні оку речі можна побачити через радар і тепловізор.}

• Нема втручання у природний перебіг подій.

• Найдавніший, найпростіший, найдоступніший.

^{Під час спостереження треба проявляти уважність, терплячість, кмітливість, пильно дивитися за об'єктом чи явищем природи.}

На відміну від звичайного споглядання, наукове спостереження має мету і чіткий план.

Правила проведення наукового спостереження:

1. Визначити мету спостереження.

2. З'ясувати умови і тривалість проведення спостереження.

3. Вибрати ознаки об'єкта для вивчення згідно із завданням.

4. Вибрати обладнання, яке буде потрібне в ході спостереження.

5. Виявити суттєві особливості об'єкта чи явища, записати результати спостереження.

6. Зробити загальний висновок.

Значення спостереження у давнину:

• за Сонцем і Місяцем допомогли давнім людям створити календар,

• за зоряним небом навчилися орієнтуватися за сторонами світу,

• за рослинами і тваринами – передбачати погоду (прикмети).

ЕКСПЕРИМЕНТ — це метод наукового дослідження явища за спеціально обраних або створених умов (вивчення тіл і явищ у спеціально створених умовах).

За умовами проведення експерименти:

• польові (здійснюють у природних умовах, наприклад, на експериментальних ділянках вивчають дію певних добрив на ріст рослин);

• лабораторні (проводять у спеціально обладнаних приміщеннях – лабораторіях).

Експеримент (дослід) влаштовують, коли:

• потрібно пояснити, чому і як відбуваються певні явища;

• які умови впливають на певні об’єкти дослідження;

• треба прискорити або сповільнити досліджувані процеси;

• самих лише спостережень недостатньо.

Характеристика методу експерименту:

• спеціально обрані або створені умови (лабораторії);

• експерименти (досліди) можна повторювати багаторазово;

• безпосередня взаємодія з досліджуваним об'єктом, активний вплив на явище;

• не обходиться без спостереження за його протіканням;

• використовуються вимірювання.

Правила проведення експерименту.

1. Дослідник обирає об'єкт дослідження.

2. Ставить питання, на яке буде намагатися відповісти за допомогою експерименту.

3. Далі планує сам експеримент.

4. Результати експерименту дають змогу підтвердити передбачення дослідника або спростувати його.

ВИМІРЮВАННЯ — метод дослідження природних об'єктів і явищ за допомогою вимірювальних приладів (застосування вимірювальних приладів та обладнання для точнішого результату досліджуваних тіл і явищ).

^{Завдяки вимірюванню було встановлено, що синій кит, маса якого близько 150 т, є найбільшою з відомих тварин на нашій планеті, гора Говерла (висота 2061 м) — найвища вершина Українських Карпат і водночас найвища точка України тощо.}

Переваги вимірювання:

• дослідження природи стає точнішим;

• вимірюванням користується людина в повсякденному житті;

• тісно пов'язаний розвиток науки і техніки.

Вимірювання у повсякденному житті:

• навігатор в автомобілі вкаже відстань до наступного повороту чи кінцевої зупинки;

• водій слідкує за швидкістю;

• продавець пропонує товар відповідної маси;

• офіціант подасть стакан замовленого об’єму соку;

• під час фізичної активності спортсмен рахує кількість ударів пульсу за 1 хвилину;

• на вокзалі шукаємо табло відправки транспорту;

• вимірюємо свій ріст;

• цікавить час початку уроку, нас на перерву.

Прямі вимірювання — безпосереднє вимірювання деяких фізичних величин за допомогою спеціальних приладів (для швидкості автомобіля — спідометр, атмосферного тиску — барометр, тиску крові — тонометр, маси — терези, ваги, температури — термометр)

Непряме вимірювання — визначення фізичних величин опосередковано, шляхом математичних дій: наприклад, визначення площі фігури, периметру — це непряме вимірювання.

^{Виміряти — означає зіставити, порівняти з еталоном.}

^{Еталон — точний зразок для порівняння із чим-небудь.}

^{Міжнародний еталон кілограма, який створений 1880 року і зберігається у Франції, в Міжнародному бюро мір і ваг — циліндр, виготовлений зі сплаву платини й іридію, який дістають зі сховища не частіше ніж раз на 15 років для уточнення і перевірки інших еталонів світу. В Україні є точна копія цього еталона в Національному науковому центрі «Метрологія» в Харкові.}

^{Природні еталони:}

^{Метр – одна двадцятимільйонна частина меридіана Землі, що проходив через Париж.}

^{Кілограм – маса кубічного дециметра (1 дм3) води при температурі 4 °С.}

^{Секунда – 1/86 400 частину доби.}

^{Еталони та одиниці вимірювання певних характеристик:}

^{Характеристика}	^Еталон	^{Одиниця вимірювання, її позначення}
^Розмір	^Метр	^{Міліметр (мм), сантиметр (см), метр (м),} ^{кілометр (км)}
^Маса	^{Кілограм}	^{Міліграм (мг), грам (г), кілограм (кг), центнер (ц), тон на (т)}
^Об'єм	^{Кубічний метр}	^{Мілілітр (мл), сантиметр кубічний (см3), дециметр кубічний (дм5), або літр (л), метр кубічний (м3)}
^Час	^{Секунда}	^{Секунда (с), хвилина (хв), година (г од)}
^{Температура}	^Градус	^{Градус (°)}

МОДЕЛЮВАННЯ — це метод пізнання, в якому вивчення тіл і явищ відбувається з використанням моделі (полягає у створенні моделей та проведенні з ними експерименту).

Властивості частин однієї системи закономірно пов'язані, щоб зрозуміти ці закономірності в системах, які нас цікавлять, ми будуємо моделі — системи із частин, пов'язаних подібним чином. Для моделювання взаємодія між частинами системи важливіша за те, з чого зроблена модель, існує вона в природі або в культурі, у зовнішньому чи у внутрішньому світі.

Моделювання потрібне, коли:

• безпосередньо вивчити об'єкт дослідження з деяких причин неможливо, наприклад, неможливо дістатися;

• процеси миттєві або дуже тривалі в реальному житті — хімічні реакції, фізичні перетворення;

• треба створити об’єкт, якого не існувало в природі.

Модель — штучне тіло, створене з метою дослідження властивостей певного тіла або явища.

Приклади моделей:

• глобус — модель нашої планети;

• небесна сфера — модель зоряного неба;

• акваріум — модель водойми;

• модель кругообігу (колообігу) води у природі;

• модель внутрішньої будови Землі;

• модель вулкана;

• модель органів людини, внутрішньої будови;

• модель будови квітки;

• модель літаків;

• модель космічних (небесних) тіл;

• модель Сонячної системи;

• модель найменших частинок та будови речовини;

• математичні моделі — формули, таблиці, схеми.

Комп’ютерне моделювання — метод моделювання процесів на комп'ютері за допомогою спеціальних програм (3D-моделювання).

^{Учені створюють моделі кулястої блискавки, внутрішньої будови Землі та планет, Всесвіту, що дозволяє передбачити наслідки катастроф або стихійних лих, вплив нових ліків на організм людини чи тварин, траєкторію астероїда, час виверження вулкану, міцність матеріалів при проектуванні.}

Муляж — натурального розміру зліпок із гіпсу, воску, парафіну, пластику тощо, який точно відтворює форму предмета.

Моделювання атомів та молекул

Найпростіше виготовити кулестрижневу модель молекул, з'єднавши кульки-атоми з пластиліну сірничками, трубочками або паличками.

Однак така модель має недолік: складається помилкове враження, що атоми у молекулі далеко одне від одного, а простір між ними не заповнений. Насправді ж атоми в молекулах щільно прилягають одне до одного, що добре відображено у напівсферичній моделі молекул.