КАК ЧЕЛОВЕК ПОЗНАЁТ МИР

Определения и обозначения

Наблюдение — целенаправленное изучение предмета или явления без вмешательства в его ход. Просто рассматривать дерево можно без особой цели, а наблюдать за ним — значит, например, проследить, когда распускаются листья, и записать изменения. Цель и фиксация результатов помогают получить сведения, которые можно сравнивать и проверять.

Опыт, или эксперимент, — изучение явления в специально созданных или изменённых условиях. Исследователь заранее решает, что изменить, и следит за результатом. Условия делают контролируемыми, то есть стараются сохранять одинаковыми все обстоятельства, кроме проверяемого: так легче выяснить, что именно повлияло на явление.

Измерение — определение численного значения величины с помощью выбранной единицы и измерительного прибора. Например, длину можно измерить линейкой и записать в сантиметрах. Измерение нужно, чтобы описывать свойства точнее и сравнивать результаты; одного числа без единицы для этого недостаточно.

Модель — упрощённое представление объекта или явления, которое помогает изучать его свойства и связи. Например, глобус изображает Землю, но намного меньше её. Модель позволяет исследовать то, что трудно изучить напрямую, если при этом выделены нужные для задачи особенности.

Как это устроено

Первые сведения об окружающем мире человек получает через органы чувств: видит форму предмета, слышит звук, ощущает тепло. Но возможности органов чувств ограничены: слишком мелкие объекты глаз не различает, а очень тихие звуки ухо не улавливает. Поэтому используют приборы — например, лупу, термометр или микрофон: они помогают заметить или измерить то, что недоступно непосредственному восприятию. При этом показания прибора тоже нужно правильно прочитать и записать.

Чтобы наблюдение принесло пользу, сначала определяют его цель: иначе можно замечать много деталей, но не получить ответа на нужный вопрос. Затем решают, за чем именно следить, в какие моменты проводить наблюдение и как фиксировать результаты. Например, для изучения роста растения можно регулярно измерять его высоту и записывать дату. Точные записи помогают увидеть изменения, а не полагаться на память и случайное впечатление.

Эксперимент используют, когда нужно проверить предположение о причине явления. Исследователь целенаправленно изменяет одно условие, а затем наблюдает, меняется ли результат. Остальные условия стараются оставить одинаковыми: иначе нельзя понять, связано ли изменение результата с проверяемой причиной или с чем-то ещё. Например, сравнивая влияние света на растения, нужно учитывать не только освещение, но и другие условия их выращивания.

Измерения делают описание явлений точнее, потому что вместо слов «длинный» или «тяжёлый» появляется численный результат. Однако число имеет смысл только вместе с единицей измерения: например, 8 см и 8 м — разные длины. Прибор выбирают по величине, которую нужно определить: длину измеряют линейкой, массу — весами, температуру — термометром. Подходящий прибор и аккуратное считывание показаний помогают получить результат, который можно сравнить с другими.

Модели применяют, если объект слишком велик или мал, сложен либо недоступен для прямого изучения. Можно изучать глобус вместо всей Земли или схему, показывающую связи между частями сложного объекта. Модель не обязана воспроизводить всё: она упрощает действительность и сохраняет только свойства, важные для конкретной задачи. Поэтому одна и та же вещь может быть полезной моделью для одного исследования и неподходящей для другого.

Способы изучения окружающего мира

Таблица помогает сравнить, что делает исследователь при разных способах и какие результаты получает. Пример результата показывает, как может выглядеть итог работы, а не единственный возможный ответ. Выбирай способ по вопросу: чтобы проследить изменения, наблюдай; чтобы проверить влияние условия, ставь эксперимент; чтобы получить точное значение, измеряй; чтобы изучать недоступный объект, используй модель.

Разбор задач

Задача 1. Нужно выяснить, в какое время дня тень от дерева на школьном дворе самая длинная. Здесь требуется наблюдение: нужно проследить за тенью в разные часы, не меняя положение дерева и условия измерения. Чтобы сравнение было честным, следует каждый раз измерять тень одинаковым способом и записывать время. План исследования:

1. Выбрать одно дерево и определить, от какой точки его основания измерять тень.
2. Выбрать одинаковые промежутки времени, например проводить измерения каждый час в течение дня.
3. Каждый раз измерять длину тени одной и той же рулеткой или линейкой и записывать время и результат.
4. Сравнить записи и найти время, которому соответствует наибольшая длина.

Ответ: самая длинная тень будет в то из выбранных времён, когда измеренная длина окажется наибольшей. Если наблюдать только один день или только несколько случайных часов, вывод будет относиться лишь к этим измерениям.

Задача 2. Нужно проверить, быстрее ли тает снег в тёплом месте, чем в прохладном. Это эксперимент, потому что исследователь сравнивает результат при намеренно разных условиях. Если положить в одно место больше снега или использовать разные ёмкости, станет непонятно, чем вызвана разница. Поэтому нужно менять температуру места, сохраняя остальные условия одинаковыми.

1. Взять две одинаковые ёмкости и положить в каждую одинаковую порцию снега.
2. Одну ёмкость поставить в тёплое место, другую — в прохладное.
3. Поставить ёмкости одновременно и использовать одинаковые правила наблюдения: например, отмечать время до полного таяния.
4. Записать результаты и сравнить время таяния. Проверить, что ёмкости не стояли на солнце или сквозняке, если это не было частью замысла.

Ответ: если одинаковые порции снега в тёплом месте тают за меньшее время, опыт подтверждает предположение для этих условий. Для более надёжного вывода опыт можно повторить, сохраняя тот же способ сравнения.

Задача 3. Нужно определить, у какой из двух неизвестных жидкостей плотность больше, используя образцы, весы и мерный цилиндр. Плотность показывает, какая масса приходится на одинаковый объём вещества. Если измерить разные объёмы, сравнение масс само по себе не даст ответа: более тяжёлый образец может просто содержать больше жидкости.

1. Налить в мерный цилиндр одинаковый объём первой жидкости и определить её массу на весах.
2. Повторить измерение для второй жидкости, взяв точно такой же объём. При необходимости вычесть массу пустой ёмкости, если взвешивается жидкость вместе с ней.
3. Сравнить полученные массы. При равных объёмах большая масса означает большую плотность.
4. Записать измеренные объёмы и массы с единицами, чтобы было ясно, какие результаты сравнивались.

Ответ: большую плотность имеет та жидкость, масса одинакового объёма которой больше. Объёмы необходимо сделать одинаковыми, иначе нельзя отделить влияние плотности от влияния количества жидкости.

Типичные ошибки

Считать наблюдение экспериментом. Ошибка возникает, когда любое внимательное изучение называют опытом. При наблюдении условия специально не меняют, а в эксперименте исследователь целенаправленно задаёт или изменяет их. Проверь себя: менял ли ты условия, чтобы увидеть результат? Если нет, это наблюдение.

Менять в эксперименте сразу несколько условий. Тогда результат может зависеть от любого из них, поэтому причина останется неясной. Так поступают, когда хотят поскорее провести проверку или не замечают различий между сравниваемыми объектами. Проверь себя: одинаковы ли все условия, кроме одного, влияние которого ты исследуешь?

Записывать измерение только числом. Число без единицы не сообщает, что именно и в каком масштабе измерили, поэтому его можно истолковать неправильно. Это часто происходит, когда записывают показания слишком быстро. Проверь каждую запись: рядом с числом должна стоять подходящая единица, например см, г или °C.

Считать модель точной копией объекта. Модель упрощает действительность и может не показывать свойства, которые не важны для выбранной задачи. Ошибка появляется, если ожидать от схемы или макета полного сходства с настоящим объектом. Проверь себя: какие свойства модель передаёт, а какие не нужны для этого исследования?

Связь с другими темами

Для изучения темы полезно знать, как органы чувств дают человеку сведения о мире и почему восприятие может быть неточным: приборы позволяют дополнить его. Навыки наблюдения и измерения пригодятся при изучении природы, выполнении практических работ и безопасном использовании приборов. В естественных науках экспериментами проверяют предположения, а моделями объясняют устройство объектов и связи между их частями.

Что запомнить

• Мир познают с помощью наблюдений, опытов, измерений и моделей.
• Наблюдение не предполагает намеренного изменения изучаемых условий.
• Эксперимент проводят, чтобы проверить предположение.
• В корректном опыте стараются изменять только одно условие.
• Результат измерения записывают числом и единицей.
• Модель упрощает объект и отражает выбранные для исследования свойства.