Науки о природе... 6

Определения и обозначения

Естествознание — совокупность наук, изучающих природу, её объекты, явления и закономерности. Простыми словами, это всё научное знание о природе, собранное из разных областей. Понятие нужно, чтобы видеть связь между отдельными науками и понимать их общую задачу.

Естественные науки — отдельные области знаний о природе, каждая из которых исследует свой круг объектов и явлений. Например, физика изучает движение тел, а биология — живые организмы. Такое разделение помогает учёным глубже изучать сложный природный мир.

Наблюдение — целенаправленное изучение объекта или явления без активного вмешательства в его ход. Наблюдатель заранее решает, что именно заметить, как часто проверять и что записывать. Это нужно, чтобы случайные впечатления превратились в надёжные данные.

Эксперимент — исследование, при котором учёный специально создаёт или изменяет условия, чтобы проверить предположение. Например, одним растениям можно дать больше света, а другим — меньше. Эксперимент помогает выяснить не только то, что происходит, но и почему это происходит.

Как это устроено

Природу изучают не одной наукой, потому что она очень разнообразна. Движение автомобиля, состав воды, рост дерева и движение планет требуют разных приборов и способов исследования. Разделение на науки позволяет сосредоточиться на определённых свойствах, а затем соединить полученные знания.

Физика исследует движение, звук, свет, тепло, электричество и свойства тел. Химия изучает вещества, их состав, свойства и превращения, например появление нового вещества при реакции. Биология рассматривает живые организмы и их жизненные процессы, астрономия — звёзды, планеты и другие небесные тела, география — Землю, её природные объекты и изменения.

Наблюдение начинается не с простого рассматривания, а с вопроса и цели. Нужно определить объект, место и время наблюдения, порядок действий и способ записи результатов. Если регулярно измерять длину тени и заносить значения в таблицу, можно увидеть её изменение в течение дня и сравнить данные.

При наблюдении исследователь старается не менять ход явления, а при эксперименте специально изменяет одно или несколько условий. Например, чтобы проверить влияние света на растение, можно поставить его на свет и в тень. Если остальные условия одинаковы, различие в росте поможет связать результат именно с освещённостью.

Естественные науки не изолированы друг от друга, потому что природные объекты имеют разные стороны. Рост растения изучает биология, химический состав почвы — химия, движение воды в растении — физика, а отношения растения с насекомыми — экология. Совместная работа наук даёт более полное объяснение сложных процессов.

Основные естественные науки и предмет их изучения

Сначала определите, какой объект или процесс назван в задаче, а затем найдите в таблице подходящую область науки. Если явление имеет несколько сторон, выбирайте не одну-единственную науку, а все подходящие направления. Последний столбец напоминает, каким способом можно получить знания об объекте.

Разбор задач

Задача 1

Нужно определить, какая наука изучает движение автомобиля, превращение воды в лёд, строение растения и движение планет. В условии названы четыре разных явления. Для решения надо сравнить каждое из них с предметом изучения естественных наук.

1. Движение автомобиля связано с движением тела и действием сил, значит, это физика.
2. Превращение воды в лёд связано с изменением состояния вещества и изучается физикой.
3. Строение растения относится к живому организму, поэтому его изучает биология.
4. Движение планет происходит в космосе и рассматривается астрономией.

Ответ: движение автомобиля и превращение воды в лёд изучает физика, строение растения — биология, движение планет — астрономия. При более подробном исследовании могут подключаться и другие науки. Например, химия изучит состав воды, а география — движение воды в природе.

Задача 2

Нужно составить план наблюдения за длиной тени в течение дня и указать данные для записи. Цель наблюдения — выяснить, как меняется длина тени при разной высоте Солнца. Чтобы сравнение было честным, место, предмет и способ измерения должны оставаться одинаковыми.

1. Выбрать вертикально стоящий предмет и измерительную ленту, а также отметить место наблюдения.
2. Измерять тень, например, каждый час с утра до вечера примерно в одно и то же время.
3. В таблицу записывать дату, точное время, длину тени и при желании направление её конца.
4. Сравнить измерения и сделать вывод, когда тень самая длинная и когда самая короткая.

Ответ: план должен включать цель, одинаковый предмет, периодичность измерений и таблицу результатов. Записывать нужно время и длину тени, а условия наблюдения следует сохранять одинаковыми. Такой порядок превращает обычное рассматривание в научное наблюдение.

Задача 3

Нужно проверить, влияет ли освещённость на рост проростков фасоли. Изменяемым условием будет количество света, а измеряемым результатом — рост растений. Все остальные условия необходимо сделать одинаковыми, иначе причина различий останется неизвестной.

1. Подготовить два одинаковых горшка с одинаковым числом проростков и одинаковой почвой.
2. Один горшок поставить на свет, а другой — в затенённое место.
3. Поливать растения одинаковым количеством воды и измерять их высоту через равные промежутки времени.
4. Сравнить записи и решить, отличается ли рост растений при разной освещённости.

Ответ: эксперимент должен иметь опытный вариант со светом и вариант для сравнения с меньшей освещённостью. Вода, почва, температура, число проростков и время наблюдения должны быть одинаковыми. Если остальные условия соблюдены, различие в росте позволит оценить влияние света.

Типичные ошибки

Ошибка: считать наблюдением любое случайное рассматривание объекта. Так думают, потому что в обычной жизни слово «наблюдать» означает просто смотреть. Проверьте себя: есть ли цель, порядок действий и запись результатов; если их нет, это лишь случайное впечатление.

Ошибка: путать наблюдение с экспериментом. Ошибка возникает, когда не замечают разницы между изучением явления и специальным изменением условий. Спросите себя, вмешивались ли вы в процесс: при вмешательстве это эксперимент, без него — наблюдение.

Ошибка: относить изучение любого живого организма только к биологии. Живой организм можно исследовать с разных сторон: физика изучит движение, химия — состав, а экология — связи со средой. Для проверки назовите конкретный вопрос, который задаёт исследователь.

Ошибка: называть естествознание одной конкретной наукой. Такое мнение появляется из-за сходства названий «естествознание» и «естественная наука». Вспомните, что естествознание объединяет физику, химию, биологию и другие науки о природе.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно уметь отличать природные объекты и явления от созданных человеком. Также пригодятся навыки сравнения и классификации. Они помогают определить, к какой области науки относится объект.

Дальше эти знания понадобятся при изучении методов исследования природы, проведении наблюдений и опытов. Вы научитесь оформлять результаты и объяснять природные явления. Понимание разницы между наблюдением и экспериментом поможет составлять правильный план работы.

Тема связана с математикой и информатикой. Из математики нужны измерение, сравнение величин и построение таблиц, а из информатики — работа с данными. Эти умения помогают находить закономерности в результатах исследования.

Что запомнить

• Естествознание изучает природу и закономерности её развития.
• Естественные науки разделяют природу на области исследования, но связаны между собой.
• Физика изучает физические явления и свойства тел.
• Химия изучает вещества и их превращения.
• Биология изучает живые организмы.
• Наблюдение проводят без активного вмешательства, а эксперимент предполагает изменение условий.
• Результаты исследования нужно записывать и сравнивать.