"Биология (изд. «Академкнига/Учебник»)", Самкова В.А., Рокотова Д.И.
Чтобы узнать, как живут организмы и от чего зависят их свойства, биологи используют разные научные методы. Наблюдение помогает изучать явление, не меняя условий, эксперимент — проверять предположения при изменении условий, а измерение — выражать признаки числами. Если объект трудно исследовать напрямую, учёные создают модель. Метод выбирают по вопросу, а результаты записывают и сравнивают: так проще заметить закономерность и проверить вывод.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Научный метод — способ получать и проверять знания о природе. Биологи задают вопросы об организмах и выбирают подходящий способ исследования. Разные методы нужны потому, что один и тот же способ не ответит на все вопросы: одни признаки можно заметить, другие — проверить при изменении условий или выразить числом.
Наблюдение — изучение объекта или явления без намеренного изменения условий. Исследователь следит за происходящим и отмечает его особенности: например, когда раскрываются цветки. Этот метод нужен, чтобы узнать, как организм ведёт себя в обычных для него условиях, и заметить изменения, которые можно изучать дальше.
Эксперимент — изучение объекта или явления в специально созданных или изменённых условиях. Исследователь сам меняет выбранное условие и наблюдает, что происходит. Эксперимент нужен, чтобы проверить предположение о влиянии этого условия; этим он отличается от наблюдения, при котором условия намеренно не меняют.
Измерение — определение численного значения признака с помощью выбранной единицы и измерительного прибора. Например, длину проростка можно определить линейкой и записать в сантиметрах. Измерение нужно, чтобы точнее сравнивать результаты: запись числа без единицы не сообщает, что и в каком масштабе измерено.
Живые организмы отличаются друг от друга, а один организм может меняться со временем. Поэтому изучать природу только одним способом недостаточно: наблюдение показывает, что происходит, эксперимент проверяет возможную причину, а измерение помогает сравнить величины. Выбор зависит от вопроса исследователя. Если нужно узнать, когда распускается цветок, достаточно наблюдать; если выяснить, влияет ли свет на рост, потребуется сравнить условия.
Наблюдение помогает заметить особенности организма, потому что исследователь следит за ним в привычных условиях, не вмешиваясь специально. Можно увидеть, как меняется растение в течение дня или как животное добывает пищу. Но случайного взгляда часто недостаточно: событие может происходить не всегда или незаметно изменяться. Поэтому наблюдатель действует внимательно и записывает время, условия и результат, чтобы позже проверить записи и сравнить события.
Эксперимент позволяет проверить предположение, потому что исследователь меняет условие, которое может влиять на явление. Например, можно поставить одну группу проростков на свет, а другую — в темноту, а затем сравнить их рост. Чтобы понять, связано ли различие именно со светом, остальные условия стараются сделать одинаковыми. Сначала отмечают исходное состояние, затем наблюдают за результатом и сопоставляют его с исходным или с другой группой.
Измерения дополняют наблюдения точными числами: вместо слов «растение стало выше» можно записать, насколько изменилась его высота. Для этого выбирают подходящий прибор и единицу измерения, например линейку и сантиметр. Запись «выросло на 3» неполна, потому что непонятно, что означает число. Запись «выросло на 3 см» можно сравнить с другими измерениями, если они сделаны тем же способом и в сопоставимых условиях.
Иногда объект слишком мал, сложен или недоступен для непосредственного изучения. Тогда биологи используют моделирование: создают или рассматривают модель, которая показывает нужные особенности объекта или процесса. Например, схема может помочь представить части организма и связи между ними. Модель удобна для исследования, но передаёт только выбранные свойства, поэтому не может полностью заменить живой объект.
| Метод | Что делает исследователь | Для чего применяют | Пример |
|---|---|---|---|
| Наблюдение | Следит за объектом, не меняя намеренно условий | Чтобы заметить особенности и изменения | Записывает время раскрытия цветков |
| Эксперимент | Создаёт или меняет условие и изучает результат | Чтобы проверить предположение о влиянии условия | Сравнивает рост проростков на свету и в темноте |
| Измерение | Определяет признак прибором и записывает число с единицей | Чтобы точно сравнить величины | Измеряет высоту растения линейкой в сантиметрах |
| Моделирование | Изучает модель, отражающую выбранные свойства объекта | Когда объект или процесс трудно исследовать напрямую | Рассматривает схему строения организма |
Сначала определите, какой вопрос задаёт исследователь, а затем найдите в таблице метод, который ему подходит. В одной работе могут сочетаться несколько методов: эксперимент задаёт условия сравнения, наблюдение показывает происходящее, а измерение выражает результат числами. Модель выбирают, когда непосредственно изучать объект трудно.
Задача 1. Ученик следит за тем, как раскрываются цветки растения, и записывает время раскрытия. Определите основной метод. Чтобы решить задачу, выясним, меняет ли ученик условия для растения или только следит за происходящим. Запись времени помогает сохранить результаты, но сама по себе не превращает изучение в эксперимент.
Ответ: основной метод — наблюдение. Ученик фиксирует время события, но не создаёт для цветка особые условия.
Задача 2. Чтобы выяснить, влияет ли свет на рост проростков, одну группу ставят на свет, а другую — в темноту. Нужно назвать метод и объяснить, что сравнивают. Здесь исследователь намеренно меняет освещение, поэтому речь не только о наблюдении за обычным ходом роста. Для честного сравнения нужно по возможности сохранить одинаковыми остальные условия, например количество воды и срок выращивания.
Ответ: используют эксперимент. Сравнивают рост проростков на свету и в темноте, чтобы проверить возможное влияние освещения.
Задача 3. Исследователь хочет проверить, как меняется рост растения при разном освещении. Предложите, что наблюдать, что измерять и какие условия сравнить. Удобно сначала решить, какое условие будет различаться, а какие нужно сохранить одинаковыми. Затем выбрать признак для наблюдения и измерения, чтобы результат можно было описать и сопоставить.
Ответ: это эксперимент, в котором сочетаются наблюдение и измерение. Наблюдают за изменениями растений, измеряют их высоту в сантиметрах и сравнивают группы с разным освещением при одинаковых остальных условиях.
Ошибка: называть экспериментом любое изучение природы. Её допускают, потому что в обычной речи экспериментом иногда называют любое исследование, но научный метод предполагает специально созданные или изменённые условия. Чтобы проверить себя, спросите: менял ли исследователь условие намеренно? Если он только следил за объектом, это наблюдение.
Ошибка: считать наблюдение бесполезным, если исследователь ничего не меняет. Так думают, потому что наблюдатель не вмешивается в происходящее, но именно это помогает увидеть поведение организма в обычных условиях. Наблюдения позволяют замечать особенности и повторяющиеся события. Проверьте себя вопросом: можно ли обнаружить нужное явление, внимательно следя за ним и записывая результаты?
Ошибка: записывать результат измерения только числом. Так происходит, когда забывают, что число само по себе не сообщает, какая величина и в каком масштабе получена. К записи нужно добавить единицу, например см или г. Проверьте результат: сможет ли другой человек понять по записи «7», что именно измерили? Если нет, укажите величину и единицу.
Ошибка: считать, что модель полностью совпадает с живым объектом. Модель показывает выбранные свойства, а остальные особенности может не передавать; её упрощённый вид иногда принимают за точную копию. Чтобы проверить себя, назовите, что именно модель помогает изучить и чего в ней нет. Тогда станет ясно, почему выводы по модели нельзя без оглядки переносить на весь настоящий организм.
Чтобы изучать живые организмы, нужно знать, что у них есть признаки и свойства, которые можно наблюдать и сравнивать. Например, можно замечать форму листьев или измерять высоту растений. Эти сведения помогают выбрать предмет исследования и понять, какой результат получится зафиксировать.
Научные методы пригодятся при изучении растений, животных и организмов человека, а также в практических и исследовательских работах. Наблюдение помогает следить за изменениями, измерение — сравнивать признаки, эксперимент — проверять предположения. Если объект трудно изучать напрямую, можно обратиться к модели и помнить, какие свойства она отражает.
Чем наблюдение отличается от эксперимента?
При наблюдении исследователь изучает происходящее, не меняя намеренно условия. В эксперименте он специально создаёт или изменяет условия и смотрит, как это повлияет на результат.
Можно ли одновременно использовать несколько методов?
Да, методы часто дополняют друг друга. Например, в эксперименте можно наблюдать за растениями и измерять их рост, чтобы сравнить результаты.
Зачем при наблюдении записывать результаты?
Записи помогают не полагаться только на память и сопоставлять события, происходившие в разное время. По ним можно заметить повторяющиеся изменения и обосновать вывод.
Почему к числу при измерении нужно указывать единицу?
Единица показывает, какую величину и в каком масштабе измерили. Например, число 5 без пояснения не говорит, идёт ли речь о сантиметрах, граммах или днях.
Чем модель отличается от настоящего организма?
Модель воспроизводит только некоторые выбранные свойства или части объекта. Она помогает изучать то, что трудно рассмотреть напрямую, но не показывает всего разнообразия настоящего организма.
§4. Какие научные методы используют биологи?
