§ 8. Методы научного познания

Определения и обозначения

Научный метод — способ получать и проверять знания о явлениях и предметах. Иными словами, это продуманный порядок действий, который помогает не принимать догадку за доказанный вывод. Метод нужен, чтобы исследование можно было объяснить и, по возможности, повторить.

Наблюдение — целенаправленное изучение объекта без вмешательства в ход явления. Исследователь следит за тем, что происходит само по себе, и записывает замеченные изменения. Наблюдение помогает собрать сведения, когда менять условия нельзя или не требуется.

Эксперимент — изучение явления в специально созданных и контролируемых условиях. Исследователь намеренно меняет одно условие и проверяет, как это отражается на результате. Такой метод нужен, чтобы проверять предположения о связи между условиями и явлением.

Моделирование — изучение объекта с помощью его упрощённого заместителя — модели. Моделью может быть схема, макет или другое представление объекта. Она нужна, если сам объект трудно наблюдать или изучать, но её выводы относятся только к тем свойствам, которые модель передаёт.

Как это устроено

Научное познание начинается не просто с интереса, а с вопроса, на который можно искать ответ. Исследователь выбирает способ проверки, потому что разные вопросы требуют разных действий: за одним явлением нужно наблюдать, а другое можно проверить, изменив условия. Затем он обосновывает выводы, опираясь на собранные сведения. Такой порядок нужен, чтобы отделить проверенное знание от личного мнения или случайной догадки.

Наблюдение помогает собирать сведения о явлении, не меняя его намеренно. Но случайно заметить что-то недостаточно: без заранее поставленной цели можно упустить важные детали или неверно истолковать увиденное. Поэтому исследователь планирует, за чем и когда следить, и фиксирует результаты. Повторение наблюдения позволяет проверить, не было ли замеченное случайностью и появляется ли оно снова.

Эксперимент используют, когда нужно выяснить, влияет ли одно условие на результат. Для этого исследователь создаёт контролируемые условия: меняет проверяемый фактор, а остальные старается оставить одинаковыми. Если изменить сразу несколько условий, будет трудно понять, какое именно повлияло на результат. Поэтому эксперимент помогает проверять предположение только тогда, когда ход проверки продуман, а результаты сопоставимы.

Измерение и сравнение делают описание результатов более точным. При измерении признак выражают числом, например фиксируют длину или время: так результаты можно сопоставлять, а не описывать только словами «больше» или «быстрее». Сравнение показывает, чем объекты или результаты похожи и различаются. Эти методы полезны вместе: измерения дают числовые данные, а сравнение помогает увидеть в них значимые различия.

Модель используют, когда объект нельзя удобно или безопасно изучать непосредственно либо он слишком велик или сложен. Исследователь изучает заместитель объекта и по полученным данным делает выводы о нём. Однако модель создают упрощённой: она передаёт не всё устройство, а лишь нужные для задачи свойства. Поэтому вывод о модели нельзя без проверки переносить на каждую особенность реального объекта.

Методы научного познания

Таблица помогает быстро сопоставить, что делает исследователь и какую задачу решает каждым методом. Пример показывает, как метод может выглядеть на практике. В одном исследовании допустимо сочетать несколько способов работы.

Разбор задач

Задача 1. Исследователь неделю отмечает, в какие часы птицы прилетают к кормушке, не меняя её расположения. Нужно определить основной метод. Обратим внимание не только на то, что он делает, но и на то, меняются ли условия исследования.

1. Он следит за поведением птиц в течение недели и записывает время прилёта.
2. Расположение кормушки не меняют, то есть исследователь не создаёт новые условия для проверки.
3. Сопоставляем это с определениями: изучение без намеренного вмешательства — наблюдение.

Ответ: основной метод — наблюдение. Длительная запись времени делает его целенаправленным, а не случайным замечанием.

Задача 2. Чтобы выяснить, влияет ли освещение на рост растения, два одинаковых растения поливают одинаково, но одно ставят в светлое место, а другое — в тёмное. Нужно назвать метод и определить, что следует учесть. Здесь важно понять, зачем условия организованы именно таким образом.

1. Исследователь хочет проверить влияние конкретного условия — освещения — на рост.
2. Он намеренно размещает растения при разном освещении и сравнивает результат, поэтому это эксперимент.
3. Чтобы вывод относился именно к освещению, растения должны быть похожими, а полив и другие условия — одинаковыми.
4. Результат роста следует измерить, зафиксировать и, если возможно, перепроверить повтором.

Ответ: использован эксперимент. Нужно менять только проверяемое условие, сохранять остальные условия одинаковыми и не делать вывод по случайному или единственному измерению.

Задача 3. Ученики хотят исследовать движение планет, но не могут проводить опыт с ними. Они используют уменьшенную модель Солнечной системы. Требуется объяснить выбор метода и назвать его ограничение. Для решения определим, что именно заменяет модель и какие выводы по ней допустимы.

1. Ученики изучают не сами планеты, а их заместитель — модель Солнечной системы.
2. Так как объект исследуют через модель, применённое действие называется моделированием.
3. Модель уменьшает и упрощает устройство системы, поэтому не передаёт все особенности планет и их движения.
4. Следовательно, по ней можно изучать только те свойства, которые в ней представлены, а выводы о других свойствах требуют проверки.

Ответ: это моделирование, потому что вместо недоступного для прямого опыта объекта используют его модель. Она помогает исследованию, но не является точной копией Солнечной системы.

Типичные ошибки

Наблюдение иногда называют экспериментом, потому что в обоих случаях исследователь изучает явление. Но при наблюдении он не меняет условия намеренно, а в эксперименте управляет ими. Чтобы проверить себя, спросите: специально ли исследователь изменил условие ради проверки? Если нет, это не эксперимент.

Случайное замечание могут принять за научное наблюдение, ведь человек действительно что-то увидел. Ошибка возникает из-за того, что внимание обращают на сам факт замечания, а не на способ сбора сведений. Проверьте, была ли цель, план и запись результатов. Если этого не было, случайное наблюдение ещё не стало научным.

По одному измерению или опыту иногда делают общий вывод, потому что результат кажется очевидным. Однако на него могла повлиять случайная ошибка или неучтённое условие. Проверьте, повторялась ли процедура и совпали ли результаты. Если повторной проверки нет, вывод следует считать предварительным.

Модель могут принять за точную копию объекта, особенно если она выглядит наглядно. Но модель упрощают, чтобы сосредоточиться на выбранных свойствах, и некоторые детали неизбежно остаются за рамками. Проверьте, какие свойства модель действительно показывает. Не переносите выводы о них на то, чего в модели нет.

Связь с другими темами

Для изучения методов полезно сначала разобраться, что такое познание: это получение знаний об окружающем мире. Также важно различать знания, мнения и предположения. Метод помогает проверять предположение, а обоснованный вывод опирается на сведения, собранные в ходе исследования.

Научные методы пригодятся не только при изучении природы, но и при исследовании общества. Например, можно наблюдать за привычками людей, сравнивать результаты опросов или проверять предположение с помощью подходящего способа сбора данных. Эти умения помогают подготовить собственное небольшое исследование и объяснить, как получены его выводы.

Что запомнить

• Научный метод помогает получать и проверять знания.
• Наблюдение изучает явление без вмешательства в его ход.
• Эксперимент проводится в специально созданных условиях.
• Измерение выражает признак числом.
• Сравнение выявляет сходства и различия.
• Модель заменяет объект, но не передаёт всех его свойств.