Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 10 клас. Задорожній - Нова програма

§ 4. Наука та науковий метод пізнання

Поміркуйте

В яких випадках учені можуть застосовувати тільки теоретичні методи дослідження?

Згадайте

Галузі біології

Наукові теорії в галузі біології та екології

Внесок учених, які створили ці теорії

Наука. Наукові гіпотези та теорії

Наука — це сфера діяльності людини, яка присвячена здобуттю нового знання про навколишній світ. Основою наукового пізнання є побудова системи достовірного знання, що ґрунтується на фактах. Фактом є спостереження або експеримент, який може бути відтворений та підтверджений. Проте тлумачити одне й те саме спостереження різні вчені можуть по-різному.

На основі аналізу фактів сформовано гіпотези — обґрунтовані припущення, які ці факти пояснюють. Якщо нові факти не підтверджують гіпотезу, то висувають нову гіпотезу. Якщо ж гіпотеза добре узгоджується з наявними фактами й дозволяє робити прогнози, що згодом підтверджені, то вона стає основою наукової теорії. Наукова теорія — це система узагальнених знань, яка пояснює наявні факти, формулює загальні закони, яким ці факти підпорядковуються, і дозволяє передбачати невідомі раніше явища (мал. 4.1). Але виникнення наукової теорії не означає, що вона є вічною. Нові дані, отримані в майбутньому, можуть потребувати її корекції.

Мал. 4.1. Основні компоненти наукової теорії

Емпіричні дослідження

Для отримання нових фактів та формування гіпотез і теорій сучасна біологія використовує різноманітні наукові методи. Їх можна розділити на дві великі групи — емпіричні та теоретичні. У разі застосування емпіричних методів працюють із природними об’єктами, визначаючи їхні властивості. До таких методів належать спостереження та експеримент.

У ході спостереження лише реєструють хід природних процесів, не втручаючись у нього, що є суттєвою перевагою цього методу. Якщо спостереження здійснюють за окремим біологічним об’єктом, то такий тип спостереження називають описовим. Якщо ж під час спостереження працюють одразу з кількома об’єктами, а потім порівнюють результати, то такий тип спостереження називають порівняльним. Перевага описових досліджень полягає в тому, що на об’єкт спостережень ніяк не впливають. Але в цьому випадку важко визначити роль різних факторів у перебігу певних природних процесів.

Одним із варіантів спостереження є моніторингові дослідження, які здійснюють з певною періодичністю. Періодичність досліджень може бути різною і залежить від поставленої мети. Багаторічний моніторинг дозволяє відстежувати зміни в екосистемах, встановлювати вплив різних факторів на живі організми, оцінювати антропогенний вплив.

У ході експерименту відбувається активне втручання у природні процеси, під час якого штучно формують умови, у яких відбувається експеримент. Це дозволяє створити ситуацію, коли можна дослідити дію на біологічні процеси лише одного фактора, залишаючи інші фактори незмінними. Недоліком такого підходу є те, що штучно створені умови експерименту можуть позначатися на нормальному функціонуванні біологічних об’єктів.

В експериментальному методі досліджень зазвичай застосовують контроль (контрольний дослід). Його здійснюють у тих самих умовах, що й експеримент, але виключають дію фактора, який досліджують. Таким чином, порівнюючи результати контролю й експерименту, можна виокремити дію фактора, який вивчають.

Теоретичні дослідження

У разі застосування теоретичних методів з об’єктом дослідження безпосередньо не працюють, а вивчають його фізичні чи математичні моделі. У теоретичних методах виділяють моделювання, математичну обробку даних (статистичний метод) тощо.

Математичну обробку даних здійснюють після закінчення спостереження або експерименту. Вона дозволяє на основі отриманих даних з’ясувати зв’язки між окремими параметрами біологічних систем, вивчити вплив окремих факторів на біологічні системи та особливості їхньої взаємодії.

Основою моделювання є створення певної теорії щодо певної біологічної системи, що містить правила, за якими відбуваються зміни в біологічних аналізованих системах. Після створення такої теорії задають початкові параметри (тобто визначають початковий стан системи). Потім, зазвичай з використанням потужних комп’ютерів, роблять аналіз — як буде змінюватися система у випадку дії правил висунутої теорії. Результати зіставляють з реальними фактами для наявних біологічних систем. Якщо відхилення від природних процесів незначні, то в теорію і модель вносять невеликі правки та продовжують дослідження. Якщо ж відхилення є суттєвими, то створену теорію відкидають і пропонують нову.

Моделювання широко використовують у тих ситуаціях, коли проведення реального експерименту неможливе. Так, наприклад, досліджують еволюційні процеси, зміни екосистем у планетарному масштабі тощо.

Проблема ненаукового пізнання

Основою наукового пізнання є об’єктивність. Тобто всі отримані дані приймають як факти тільки після ретельної перевірки і незалежного підтвердження. Якщо ж підхід до проведення досліджень стає суб’єктивним і отримані дані сприймають однобічно з ігноруванням фактів, які не підтверджують висунуту гіпотезу, то таке пізнання є ненауковим.

На жаль, зараз у ЗМІ часто поширюються псевдонаукові теорії. Причиною цього є й елементарна неосвіченість, і бажання отримати матеріальні вигоди шляхом уведення частини людей в оману. Запобігти цьому можна, використовуючи наукові методи під час аналізу таких теорій та тверджень та розвиваючи власне логічне мислення.

Ключова ідея

Наука — це сфера діяльності людини, пріоритетом у якій є об'єктивне, а не суб'єктивне сприйняття дійсності, а будь-які сформовані теорії й гіпотези приймаються тільки після багаторазової перевірки.

Практична робота

Запропонувати/спростувати гіпотезу за заданим твердженням

1. Виберіть два твердження з наведених: а) рослини є автотрофними організмами; б) тварини та рослини складаються з клітин; в) деякі мухи схожі на бджіл і дзижчать, як бджоли; г) бджоли вказують за допомогою танцю іншим бджолам зі свого вулика напрямок польоту до джерела їжі.

2. Для кожного твердження сформулюйте гіпотезу, яка його пояснює.

3. Запропонуйте способи перевірки вашої гіпотези.

4. Сформулюйте висновок, у якому вкажіть, що слід ураховувати під час висування гіпотези.

Запитання та завдання

1. Складіть список можливих досліджень, для яких застосування теоретичних методів буде більш доцільним, ніж емпіричних. 2. На конкретних прикладах поясніть відмінності між науковим і ненауковим пізнанням. 3. Поясніть, чим наукова гіпотеза відрізняється від наукової теорії. 4. Використовуючи додаткові джерела (зокрема, Інтернет), знайдіть конкретні приклади, коли відсутність об'єктивного підходу до досліджень стала причиною негативних наслідків для суспільства.