Глава 1: Природа і процес науки Відповіді

Переглянути питання

1. Поясніть, чому наука вважається і процесом, і зведенням знань.
2. Наведіть три конкретних приклади людських починань, які базуються на наукових знаннях.
3. Дженнер використовував молодого хлопчика як предмет дослідження у своїх дослідженнях вакцини проти віспи. Сьогодні вчені повинні дотримуватися суворих вказівок при використанні людських предметів у своїх дослідженнях. Які унікальні проблеми, на вашу думку, можуть виникнути, коли люди використовуються як дослідницькі предмети?
4. Що дало Дженнеру ідею розробити вакцину від віспи?
5. Як ви думаєте, чому пройшло майже століття між розробкою першої вакцини (від віспи) і розробкою наступної вакцини (від холери)?
6. Як наука впливає на ваше повсякденне життя?

Відгук Відповіді

1. Наука - це звід знань, але це також процес, за допомогою якого ці знання отримують. Наукові знання з часом розвиваються з багаторазовими експериментами та тестуваннями.
2. Відповіді будуть відрізнятися. Зразок відповіді: Три конкретні приклади людських починань, які базуються на наукових знаннях, визначають причину такого захворювання, як хвороба Альцгеймера, проектування будівлі, яка може протистояти струсу сильного землетрусу, не руйнуючись, і розробка технології потрібно було відправити астронавтів на Марс.
3. Зразок відповіді: Використання людей як дослідницьких суб'єктів може викликати занепокоєння щодо ризику фізичної шкоди суб'єктам або питань конфіденційності. Ці проблеми не виникнуть у дослідженнях більшості інших організмів.
4. Дженнер зауважив, що люди, які заразилися коров'ячою віспою, не хворіли на віспу.
5. Той факт, що «мікроби» можуть викликати захворювання, не було відомо до тих пір, поки не була розроблена вакцина проти холери. Дженнер зробив щасливе спостереження раніше, що люди, які були заражені коров'ячою віспою, не хворіли на віспу, але порівняно рідко можна зустріти подібні захворювання, де одне природним чином надає імунітет іншому.
6. Відповіді будуть відрізнятися. Зразок відповіді. У своєму повсякденному житті я приймаю ліки для лікування медичного стану, їздю на автобусі та користуюся комп'ютерами та іншими технологіями. Наука була необхідна для розвитку всіх цих речей.

Дізнатися більше запитань

1. Чи знаєте ви, кого вважають «батьком сучасної науки»? Скористайтеся інтернетом, щоб дізнатися, кому взагалі надається ця честь і чому. Як це пов'язано з уявленням про науку як про процес?
2. Вакцини проти віспи давалися практично всім в США до 1972 року. Зараз їх рідко дарують комусь у США або деінде. Зайдіть в Інтернет, щоб дізнатися чому і підсумувати те, що ви дізнаєтеся.

Дізнайтеся більше відповідей

1. Галілео Галілей, італійський вчений, математик і філософ, який жив протягом 16 століття, взагалі вважається «батьком сучасної науки». Йому дана ця честь, тому що він був раннім прихильником і практиком доказового тестування гіпотез в науці. Галілея також називають батьком наукового методу, який є наріжним каменем науки як процесу.
2. Спалахи віспи траплялися час від часу протягом тисяч років, але хвороба була ліквідована після успішної всесвітньої програми вакцинації. Останній випадок віспи в США був у 1949 році, а остання звичайна вакцинація проти віспи в США була зроблена в 1972 році. Останній природний випадок у світі був у Сомалі в 1977 році, тому щеплення від віспи більше не проводяться в будь-якій точці світу.

Переглянути питання

1. Визначте науку.
2. Яка загальна мета науки?
3. Визначте чотири основні припущення, які роблять вчені, вивчаючи світ природи.
4. Поясніть, чому наука не може дати відповіді на всі питання.
5. Чи повинні спостереження в науці робити неозброєним оком? Чи можете ви придумати спосіб, яким вчені могли б зробити спостереження про те, що вони не можуть безпосередньо побачити?
6. Якщо щось не можна спостерігати, чи можна це перевірити науково? Поясніть свої міркування.
7. Як ви думаєте, що було б більш сприйнятливим до спростування: висновки, зроблені з прикордонної науки або консенсусної науки? Поясніть свої міркування.
8. Наукові знання будуються на собі. Наведіть приклад наукової ідеї з читання, де початкова ідея розширилася в міру просування науки.
9. Різка зміна наукового розуміння називається ________ _________.
10. Обговоріть це твердження: «Наукові ідеї завжди змінюються, тому їм не можна довіряти». Як ви вважаєте, це правда?
11. Правда чи брехня. Наука - це і процес, і звід знань.
12. Правда чи брехня. Науковий закон описує те, що відбувається більшу частину часу за певних умов.
13. Що є одним свідченням того, що життя на Землі еволюціонувало з плином часу?
14. Чому ви вважаєте, що з розвитком технологій наукові знання розширюються?

Відгук Відповіді

1. Наука - це своєрідний спосіб отримання знань про світ природи, який намагається відповісти на питання доказами та логікою.
2. Загальна мета науки полягає в тому, щоб збільшити наші знання про природу.
3. Чотири основні припущення, які роблять вчені: природа може бути зрозуміла шляхом систематичного вивчення, наукові ідеї відкриті для перегляду, обґрунтовані наукові ідеї витримують випробування часом, а наука не може дати відповіді на всі питання.
4. Наука не може дати відповіді на всі питання, оскільки на деякі питання не можна відповісти доказами та логікою.
5. Спостереження в науці не потрібно робити неозброєним оком. Вчені можуть використовувати інструменти для здійснення спостережень про природу, які не спостерігаються безпосередньо людськими органами почуттів. Відповіді можуть відрізнятися. Прикладами можуть бути використання мікроскопа, телескопа, безпілотного космічного апарату тощо.
6. Ні. Наука спирається на докази, і якщо щось не можна спостерігати, докази не можуть бути зібрані.
7. Прикордонна наука, швидше за все, буде спростована, ніж консенсусна наука, просто тому, що вона складається з нових висновків, які не мають тривалої історії тиражування та підтримки, на відміну від консенсусної науки.
8. Відповіді можуть відрізнятися. Закони успадкування Менделя та атомна теорія Дальтона є деякими можливими відповідями.
9. Зміна парадигми.
10. Відповіді можуть відрізнятися. Хоча це правда, що наукові ідеї відкриті для змін, наукові висновки, які неодноразово тиражувалися та підтримувалися різними лініями доказів, можна довіряти, щоб бути точними. Нові ідеї, які не були настільки ретельно перевірені, однак, можуть розглядатися з деяким скептицизмом, поки не буде отримано більше доказів.
11. Правда.
12. Помилкові. Науковий закон описує те, що завжди відбувається за певних умов в природі. Однак закон може бути змінений, оскільки більше експериментів робиться.
13. Відповіді можуть відрізнятися. Викопні докази підтримують теорію еволюції.
14. З розвитком технологій вдосконалюються наукові прилади та інструменти, що збільшує нашу здатність робити експерименти та робити спостереження за природним світом.

Дізнатися більше запитань

1. Перегляньте роги лося. Сформулюйте питання про них, на яке, на вашу думку, можна відповісти доказами та логікою.
2. Грунтуючись на ваших довічних спостереженнях за світом природи, напишіть свій власний природний закон.

Дізнайтеся більше відповідей

1. Зразок відповіді: Чи використовуються роги лося для оборони?
2. Зразок відповіді: Сонце завжди сходить на Сході і заходить на Заході.

Переглянути питання

Semmelweis показав, як смертність від післяпологової лихоманки зросла після того, як лікарі почали робити розтин в пологовому будинку у Відні (перша вертикальна лінія) і зменшилася після того, як лікарі почали дезінфікувати руки (друга вертикальна лінія). Для порівняння, він показав нижчі показники смертності в Дублінському пологовому будинку, де розтин не проводилося.

1. Визначте наукову теорію.
2. Контраст, як теорія слів використовується в науці і в повсякденній мові.
3. Що таке мікробна теорія хвороби? Як він розвивався?
4. Поясніть, чому Пастера, а не Фракасторо або Семмельвейса, називають батьком теорії мікробів.
5. Гален і Фракасторо, можливо, придумали різні пояснення того, як поширюється хвороба, але які спостереження, на вашу думку, вони зробили подібні?
6. Скористайтеся поясненням досліджень Semmelweis та графіком вище, щоб відповісти на наступні запитання.
   1. Яке було спостереження Семмельвейса, яке змусило його провести це дослідження? На яке питання він намагався відповісти?
   2. Якою була гіпотеза (тобто запропонована відповідь на наукове запитання), яку Semmelweis перевіряв?
   3. Чому Semmelweis відстежував рівень смертності від післяпологової лихоманки в Дублінському пологовому будинку, де не проводилися розтин?
   4. Які два докази показані на графіку, які підтримували гіпотезу Семмельвейса?
   5. Чому, на вашу думку, було важливо, щоб Semmelweis порівнював Дублінський пологовий будинок та Віденський пологовий будинок протягом тих же років?
7. У чому різниця між мікроорганізмом і збудником?
8. Поясніть, чому розробка мікроскопа надала підтримку теорії зародків хвороби.
9. Чи є лише спостереження за мікроорганізмами остаточно доводить, що теорія мікробів правильна? Чому чи чому ні?
10. Як ви думаєте, хто використовував більше наукових міркувань: Земмельвейс або лікарі, які висміювали його результати? Поясніть свою відповідь.

Відгук Відповіді

1. Наукова теорія - це широке пояснення, яке широко прийняте, оскільки воно рішуче підтримується великою кількістю доказів.
2. У повсякденній мові теорія слів використовується для позначення здогадок або здогадок, які можуть бути правдою або не можуть бути правдою. У науці теорія слів використовується для позначення ідеї, яка широко прийнята, оскільки на її підтримку накопичилася велика кількість доказів.
3. Зародкова теорія хвороб - це думка про те, що заразні захворювання викликаються «мікробами» або мікроорганізмами. Ідея про те, що крихітні «насіннєподібні сутності» (або мікроби) викликають хворобу, вперше була введена Fracastoro в середині 1500-х років, але вона значною мірою була проігнорована. Однак протягом наступних трьох століть накопичилися докази, що підтверджують зароджується теорію. Наприклад, ван Леувенгук використовував мікроскоп для виявлення мікроорганізмів, таких як бактерії в 1600-х роках. У середині 1800-х років Semmelweis використовував лікарняні дані, щоб зробити висновок, що мікроби, що передаються на немиті руки лікарів, поширюють післяпологову лихоманку. На жаль, його докази були висміяні. У 1860-х і 1870-х роках Пастер проводив ретельні експерименти і знайшов переконливі докази того, що мікроорганізми викликають певні захворювання, в тому числі післяпологову лихоманку. Докази Пастера і тверда переконаність в теорії мікробів дозволили йому переконати наукове співтовариство прийняти теорію.
4. Хоча Фракасторо зробив перше чітке твердження теорії мікробів і Semmelweis надав деякі докази для цього, жоден з них не переконав інших лікарів або вчених прийняти теорію. Пастера називають батьком теорії мікробів, оскільки він проводив ретельні експерименти, які надали вагомі докази теорії мікробів, а також переконали більшу частину наукового співтовариства прийняти її.
5. Гален і Фракасторо обидва, ймовірно, спостерігали, що люди захворіли, перебуваючи поруч з хворими людьми або мертвими тілами. Це змусило Галена запропонувати міазму як хвороботворний агент, але Фракасторо приписував причину «насіннєподібним сутностям».
6. а. земмельвейс спостерігав, що материнська смерть від післяпологової лихоманки траплялася набагато частіше, коли жінки народжували в його лікарні, ніж вдома. Він хотів знати, чому це відбувається.

   b. гіпотеза Семмельвейса полягала в тому, що післяпологова лихоманка була заразним захворюванням, викликаним деяким типом речовини, що переноситься вагітним пацієнтам на руках лікарів з аутопсірованних тіл.

   c. Semmelweis використовував дані з Дублінського пологового будинку, де не проводилися розтин, щоб він міг перевірити свою гіпотезу, що це був агент, переведений на руки лікарів з розтопсованих тіл, що змушувало жінок частіше вмирати від післяпологової лихоманки. Дублінський пологовий будинок служив контролем, щоб Семмельвейс міг порівнювати рівень смертності між лікарнею, яка не проводила розтин, з тією, яка зробила, що допомогло вказати на розтин як причинний фактор.

   d Два докази, які підтримували ідею про те, що лікарі передавали заразний матеріал від розтину жінкам, які народжували, були: 1) смертність від післяпологової лихоманки збільшилася після початку розтину, і 2) рівень смертності від післяпологової лихоманки пішов назад після миття рук була реалізована.

   e Важливо, що Semmelweis порівнював Дублінський пологовий будинок та Віденський пологовий будинок протягом тих же років, оскільки рівень післяпологової смертності дещо коливався з кожним роком. Можливо, були й інші фактори, які вплинули на рівень смертності в даний рік, тому для того, щоб виділити змінну, яку він хотів перевірити (тобто розтин), йому потрібно було порівняти дві лікарні в ті ж роки.

7. Мікроорганізми - це будь-який організм занадто малий, щоб його можна було побачити без збільшення. Збудники - це специфічні види мікроорганізмів, що викликають захворювання.
8. Розробка мікроскопа дозволила здійснювати безпосереднє спостереження за мікроорганізмами. Це дало докази того, що дійсно існували «насіннєподібні сутності», які були занадто малі для людського ока, щоб побачити.
9. Просте спостереження за мікроорганізмами не доводить остаточно, що теорія мікробів є правильною. Це був перший крок і показав, що мікроорганізми існують, але вчені також повинні були довести, що мікроорганізми можуть передаватися від людини до людини і викликати захворювання, щоб підтримати обґрунтованість теорії мікробів.
10. Земмельвейс використовував наукові міркування, оскільки ретельно збирав та аналізував дані, відповідним чином перевіряв свою гіпотезу та робив свої висновки з декількох доказів. Медики, які висміювали його результати, проте не зібрали доказів і просто пішли на припущення, що медики завжди чисті. Тому вони не були науковими в своїх міркуваннях.

Дізнатися більше запитань

1. Як ви думаєте, як широке прийняття теорії мікробів вплинуло на медицину?
2. Молоко, сік і деякі інші рідкі продукти пастеризують. Що таке пастеризація, і як вона пов'язана з Луї Пастером і теорією зародків? Зайдіть в Інтернет, щоб дізнатися.

Дізнайтеся більше відповідей

1. Відповіді можуть відрізнятися. Я думаю, що широке прийняття теорії мікробів мало великий вплив на медицину. Сьогодні лікарі, медсестри та інший медичний персонал повинні часто мити руки, носити стерильні рукавички та дотримуватися інших суворих вказівок, щоб уникнути передачі мікробів своїм пацієнтам та від них. Це зменшує передачу захворювання. Також були розроблені препарати для знищення мікроорганізмів, таких як антибіотики, які вбивають бактерії. Крім того, були виявлені вакцини для запобігання багатьох захворювань, викликаних мікроорганізмами.
2. Пастеризація - це процес, який використовує тепло для обробки рідких продуктів, щоб вони мали більш тривалий термін зберігання. Процес названий на честь Луї Пастера, який його придумав. Пастер виявив, що нагрівання напоїв, таких як пиво та вино, вбиває більшість мікробів, які можуть спричинити псування.

Переглянути питання

1. Окреслення етапів типового експериментального наукового дослідження.
2. Що таке наукова гіпотеза? Якими характеристиками повинна володіти гіпотеза, щоб бути корисною в науці?
3. Поясніть, як ви могли б провести наукове дослідження, щоб відповісти на це питання: Яка з наступних поверхонь у моєму будинку має найбільше бактерій: домашній телефон, пульт дистанційного керування телевізором, змішувач для раковини у ванній кімнаті або зовнішня дверна ручка? Сформуйте гіпотезу і вкажіть, які результати підтримали б її і які результати спростували б її.
4. Скористайтеся таблицею вище, яка показує дані про вплив цвілі на ріст бактерій, щоб відповісти на наступні питання.

   а. подивіться на ділянки росту бактерій для пластин всього в одній групі — або з цвіллю (пластини 1-5), або без цвілі (пластини 6-10). Чи є варіації всередині групи? Як ви думаєте, що може бути можливим джерелом варіацій у групі?

   b. порівняйте площу росту бактерій для пластини 1 проти пластини 7. Чи здається це більшою різницею між групою прес-форм проти групи без форми, ніж якщо порівнювати пластину 5 проти пластини 6? Використовуючи ці відмінності між окремими точками даних, поясніть, чому важливо знайти середнє значення кожної групи при аналізі даних.

   c Чому, на вашу думку, було б важливо для інших дослідників спробувати повторити висновки в цьому дослідженні?

5. Вчений проводить дослідження для перевірки впливу протиракового препарату у мишей з пухлинами. Вона заглядає в клітини і зауважує, що миші, які отримували препарат протягом двох тижнів, здаються більш енергійними, ніж ті, які не отримували препарат. В кінці дослідження вона проводить операцію на мишах, щоб визначити, чи зменшилися їх пухлини. Дайте відповідь на наступні питання про експеримент.

   а. енергетичний рівень мишей, оброблених препаратом, є якісним або кількісним спостереженням?

   б. в кінці дослідження вона вимірює розміри пухлин. Це якісні або кількісні дані?

   c Чи буде розмір кожної пухлини вважатися необробленими даними або описовою статистикою?

   d. вчений визначає середнє зменшення розміру пухлини для лікарської групи. Це необроблені дані, описова статистика чи статистика висновків?

   е Середнє зменшення розміру пухлини в групі, що лікується препаратом, більше середнього зменшення нелікованої групи. Чи може вчений припустити, що препарат зменшує пухлини? Якщо ні, то що їй потрібно робити далі?

6. Як ви вважаєте, чи є результати, опубліковані в рецензованому науковому журналі, більш-менш імовірно, будуть науково обґрунтованими, ніж результати в самоопублікованій статті чи книзі? Чому чи чому ні?
7. Поясніть, чому справжня наука зазвичай «нелінійна».

Відгук Відповіді

1. Етапи типового експериментального наукового дослідження включають: проведення спостережень, задавання питання, формування гіпотези, збір та аналіз даних для перевірки гіпотези, складання висновків та повідомлення результатів.
2. Наукова гіпотеза - можлива відповідь на наукове питання. Щоб бути корисною в науці, гіпотеза повинна бути логічною і заснованою на попередніх наукових знаннях. Він також повинен бути відносно простим, і він повинен бути перевіреним і фальсифікованим. Іншими словами, повинна бути можливість генерувати докази за або проти гіпотези, і повинна бути можливість робити спостереження, які б спростували гіпотезу, якщо вона насправді помилкова.
3. Зразок відповіді: Щоб відповісти на це питання, я спочатку сформував гіпотезу, яку я міг би перевірити, збираючи дані. Моя гіпотеза може полягати в тому, що змішувач для раковини у ванній кімнаті має найбільше бактерій. Щоб перевірити свою гіпотезу, я збирав бактерії з кожної поверхні і порівнював результати. Пошук більшої кількості бактерій на крані, ніж на інших поверхнях, підтримав би мою гіпотезу. Пошук більшої кількості бактерій на одній або декількох інших поверхнях, ніж кран, спростувало б мою гіпотезу.
4. а. так, є варіації. Відповіді можуть відрізнятися, але можливі джерела варіації можуть включати незначні відмінності в: кількість або здоров'я бактерій або цвілі, присутніх спочатку, зміна кількості речовини, що вбиває бактерії, що виділяється цвіллю, експериментальні або вимірювальні відмінності, і т.д. варіація властива природі - біологія експерименти рідко призводять до однакових вимірювань кожного разу!

   b. так, як видається, існує більша різниця між пластиною 1 та пластиною 7 порівняно з пластиною 5 та пластиною 6, оскільки пластина 1 та пластина 7 знаходяться в дальньому кінці точок даних для відповідних груп (пластина 1 має найнижчу площу росту бактерій, а пластина 7 має найвищу площу). Важливо визначити середнє значення кожної групи, щоб мінімізувати вплив індивідуальних варіацій всередині кожної групи, щоб можна було оцінити будь-які фактичні ефекти цвілі.

   c Завжди важливо повторювати наукові експерименти та повторювати висновки, щоб посилити ймовірність того, що висновки є правильними. Оскільки в кожній групі є варіації, наявність невеликої кількості пластин або низької кількості реплікацій може призвести до оманливої інтерпретації того, чи є гіпотеза правильною чи ні.

5. а Це якісне спостереження, оскільки воно може бути описано словами, але не може бути описано чисельно.

   б Він кількісний, оскільки його можна описати чисельно.

   c Індивідуальні розміри пухлини є необробленими даними, оскільки вони є фактичними «необробленими» вимірами.

   d Середнє значення в групі, що лікується наркотиками, є описовою статистикою, оскільки вона узагальнює дані для цієї групи.

   е Ні, вона не може зробити це припущення лише з середніх показників. Вона повинна використовувати інференційну статистику, таку як t-тест, щоб визначити, чи є ефект більш імовірним через медикаментозне лікування або просто випадковий шанс.

6. Статті, які публікуються в рецензованих наукових журналах, швидше за все, будуть науково обґрунтованими, ніж інформація в самоопублікованій статті чи книзі, оскільки рецензовані статті надсилаються кільком експертам у цій науковій галузі для розгляду використовуваних методів, результатів та висновків. Якби рецензенти не вважали, що стаття є науково обґрунтованою, вона не була б опублікована, на відміну від самоопублікованих статей та книг, які зазвичай не мають процесу рецензування. Це не означає, що всі рецензовані статті є науково обґрунтованими (наприклад, у випадках, коли автори подавали шахрайські дані), але збільшує ймовірність того, що експерименти були науково суворими і що були зроблені правильні висновки.
7. Наука, як правило, нелінійна, оскільки вчені не завжди виконують кроки дослідження в певному порядку, вони можуть повторювати одні й ті ж кроки багато разів, вони можуть провести побічне дослідження, коли робляться нові спостереження, або навіть можуть переробити свій оригінальний експеримент на основі початкових спостережень.

Дізнатися більше запитань

1. Дослідження Олександра Флемінга цвілі та бактерій врешті-решт призвели до його відкриття антибіотика пеніциліну, який може вилікувати бактеріальні інфекції у людей. Перейдіть в Інтернет, щоб дізнатися, як Флемінг зробив це відкриття, починаючи з випадкового спостереження, описаного в цій статті, і як пеніцилін нарешті був доступний для лікування інфекцій. Підсумуйте те, що ви дізнаєтеся.
2. Процес науки відбувається не у вакуумі. Це як впливає, так і знаходиться під впливом суспільства. Хорошим прикладом взаємовідносин між наукою і суспільством є використання стовбурових клітин людини в наукових дослідженнях. Зайдіть в Інтернет, щоб дізнатися про цю проблему. Підсумуйте взаємозв'язок науки і суспільства в цьому випадку, і поясніть, чому питання настільки спірне.

Дізнайтеся більше відповідей

1. Флемінг вивчав бактерію Staphylococus, коли він зробив шанс спостереження в 1928 році, що одна культура була забруднена цвіллю і що колонії бактерій, які безпосередньо оточують цвіль, були знищені. Наступним кроком Флемінга було вирощування цвілі в чистій культурі і показати, що вона виробляла речовину, яка вбила ряд різних хвороботворних бактерій. Він визначив цвіль як родом Penicillium і назвав речовину, яку він виробляв пеніцилін. Флемінг опублікував своє відкриття в 1929 році в науковому журналі, але йому приділялося мало уваги. Не стримуючись, Флемінг продовжив свої дослідження, але виявив, що культивування цвілі Penicillium було досить важко і що ще важче виділити вироблену речовину, яка вбила бактерії. Протягом 1930-х років Флемінг продовжував перевіряти пеніцилін та його вплив на бактерії, але багато його тестів були безрезультатними, і він не зміг додатково вдосконалити придатний для використання пеніцилін. Флемінг нарешті відмовився від пеніциліну, але невдовзі після того, як він це зробив, двоє інших дослідників знайшли спосіб масового його виробництва за рахунок фінансування урядів США та Великобританії. Вони почали масове виробництво після бомбардування Перл-Харбора. До Дня Д у 1944 році було вироблено достатню кількість пеніциліну для лікування всіх поранених у військах союзників.
2. Стовбурові клітини - це недиференційовані клітини, які мають здатність диференціюватися в будь-який тип клітин. Вони демонструють великі перспективи у розробці медичних методів лікування широкого кола розладів, таких як травми спинного мозку та дегенеративні стани, такі як розсіяний склероз. Додаткові види лікування з використанням стовбурових клітин потенційно можуть бути розроблені через їх здатність відновлювати великі пошкодження тканин. Стовбурові клітини присутні у дорослих, але їх витягти дуже інвазивно. Стовбурові клітини дорослих також виявляються дещо обмеженими у своїх можливостях диференціювати та лікувати розлади. Ембріональні стовбурові клітини більш корисні в цьому плані. У 1998 році вчені виявили, як витягувати стовбурові клітини з ембріонів людини. Перервані ембріони пропонують потенційне джерело ембріональних стовбурових клітин, але суспільна дискусія щодо абортів затьмарює це питання. Статус дослідження ембріона людини та ембріональних стовбурових клітин людини залишається спірним питанням, оскільки створення лінії ембріональних стовбурових клітин людини в цей момент часу вимагає знищення ембріона людини. Люди, які виступають проти аборту, стурбовані правами і статусом ембріона як життя людини. Вони вважають, що дослідження ембріональних стовбурових клітин порушує святість життя і рівносильно вбивству. Фундаментальним твердженням тих, хто виступає проти досліджень ембріональних стовбурових клітин, є переконання, що життя людини є недоторканним, в поєднанні з вірою, що життя людини починається тоді, коли сперматозоїд запліднює яйцеклітину, утворюючи єдину клітину.

Переглянути питання

1. Чим експерименти відрізняються від інших видів наукових досліджень?
2. Визначте незалежні та залежні змінні в загальнонаціональному дослідженні вакцини проти поліомієліту.
3. Порівняйте та контрастуйте випадкову помилку та зміщення при вибірці. Як можна мінімізувати кожен тип помилок?
4. Що таке ефект плацебо? Поясніть, як експериментальна конструкція Салка контролювала це.
5. Заповніть заготовки. Змінна _____________ маніпулюється, щоб побачити ефекти на змінну ___________.
6. Правда чи брехня. У дослідженнях однакових близнюків незалежною змінною є їх генетика.
7. Правда чи брехня. Експерименти не можна проводити на людях.
8. Правда чи брехня. Більші розміри вибірки, як правило, кращі, ніж менші в наукових експериментах.
9. Дайте відповідь на наступні питання про експеримент Лінда з цингою.

   а Чому, на вашу думку, було важливо, щоб дієти моряків зберігалися однаково, крім щоденної добавки?

   б Чи можете ви думати про деякі фактори, крім дієти, які потенційно могли відрізнятися між моряками, які могли вплинути на результат експерименту?

   c. як ви думаєте, чому моряки, які пили сидр, мали деяке поліпшення симптомів цинги?

10. Поясніть, чому подвійні сліпі експерименти вважаються більш суворими, ніж звичайні сліпі експерименти.
11. Чому дослідження з використанням однакових близнюків так корисні?
12. Як ви вважаєте, чи потрібно включати плацебо (наприклад, ін'єкцію з фізіологічним розчином в експерименті з тестування на наркотики) в експерименти, які використовують тварин? Чому чи чому ні?

Відгук Відповіді

1. Експеримент відрізняється від інших видів наукових досліджень маніпулюванням деяким фактором у контрольованій системі, щоб побачити, як він впливає на інший фактор.
2. Незалежною змінною у дослідженні вакцини Салка була вакцина/відсутність вакцини (плацебо). Залежною змінною була інфекція поліомієліту/відсутність інфекції поліомієліту.
3. Випадкова помилка виникає, якщо вибірка занадто мала, щоб, випадково, вона не справедливо представляла всю сукупність. Зсув виникає, якщо вибірка не є випадковою з точки зору однієї зі змінних у дослідженні. Випадкову помилку можна мінімізувати, збільшивши розмір вибірки. Зміщення можна мінімізувати, вибравши випадковий зразок.
4. Ефект плацебо - це психологічно обгрунтована реакція на лікування, яке відбувається тільки тому, що суб'єкт лікується, навіть якщо саме лікування не має реального ефекту. В експерименті Салка всім випробовуваним зробили ін'єкцію, але лише половина ін'єкцій містила вакцину проти поліомієліту. Інша половина містила нешкідливий сольовий розчин. Це був подвійний сліпий експеримент, тому ні випробувані, ні дослідники не знали, які суб'єкти отримали вакцину, а які отримали плацебо.
5. незалежний; залежний
6. Помилковий
7. Помилковий
8. Правда
9. а Важливо було зберегти дієти однаковими, щоб змінна, яку тестував Лінд, тобто різні щоденні добавки, була єдиним дієтичним фактором, який відрізнявся між групами.

   b Відповіді можуть відрізнятися. Фактори можуть включати вік, загальний стан здоров'я та тяжкість початкових симптомів цинги.

   c Сидр, можливо, мав деякий вітамін С, але не так багато, як цитрусові. Крім того, оскільки це був такий невеликий розмір вибірки, це могло бути просто випадковим шансом! Потрібні додаткові дослідження, щоб визначити, чи дійсно сидр допоміг.

10. У сліпих експериментах тільки випробовувані не знають, знаходяться вони в експериментальній групі чи ні. У подвійному сліпому експерименті як суб'єкти, так і дослідники не знають, в якій групі знаходяться суб'єкти. Це зменшує ймовірність того, що дослідники будуть свідомо або несвідомо упереджені до пошуку конкретного результату, і тому вважається більш суворим видом дослідження.
11. Ідентичні близнюки мають однакову генетику, тому дослідники можуть перевірити інші фактори, такі як навколишнє середовище, не турбуючись про наслідки генетичних варіацій.
12. Так, важливо використовувати контроль в експериментах на тварині, наприклад, введення контрольної групи з фізіологічним розчином, хоча це зазвичай не називають плацебо, коли беруть участь нелюдські тварини. Це пов'язано з тим, що може бути ефект поводження або ін'єкції самостійно, незалежно від того, що вводять, і вчені повинні контролювати всі потенційні заплутані фактори.

Дізнатися більше запитань

1. Деякі специфічні розлади та стани здаються особливо сприйнятливими до поліпшення через ефект плацебо. Це може статися навіть тоді, коли суб'єкти знають, що приймають плацебо, а не справжнє лікування. Зайдіть в Інтернет, щоб дізнатися, які деякі з цих розладів і станів.
2. Солк був не єдиним дослідником, який працював над вакциною проти поліомієліту в 1950-х роках. Ще одна вакцина була розроблена і випробувана Альбертом Сабіном. Дізнайтеся більше про вакцину Сабіна та чим вона відрізняється від вакцини Салка. Які плюси кожної вакцини і чому обидві необхідні для повного викорінення поліомієліту в популяції?

Дізнайтеся більше відповідей

1. Зразок відповіді: Умови, які здаються особливо сприйнятливими до поліпшення через ефект плацебо, включають депресію, біль, порушення сну, синдром подразненого кишечника та симптоми менопаузи.
2. Вакцина Сабіна містить живий вірус поліомієліту, тоді як вакцина Салка містить убитий поліовірус. Вакцина Сабіна ефективніша для профілактики поліомієліту. Це також легше вводити, тому що його можна давати перорально, а не шляхом ін'єкції. З іншого боку, вакцина Салка безпечніша, рідше спричиняючи випадки поліомієліту. Вакцина Сабіна все ще використовується у всьому світі в місцях, де медична інфраструктура не може підтримувати надання ін'єкційних вакцин всім дітям. Однак, оскільки вакцина Сабіна містить живі віруси, вона іноді викликає поліомієліт і не може повністю викорінити хворобу. Після того, як поліомієліт в основному контролюється серед населення з вакциною Сабіна, вакцина Салка все ще потрібна, щоб закінчити її.

Переглянути питання

1. Поясніть, чому спостережні дослідження не можуть встановити причинно-наслідковий зв'язок. Опишіть приклад, щоб проілюструвати своє пояснення.
2. Порівняйте і порівняйте три типи спостережних досліджень, описаних вище.
3. Визначте три можливі причини проведення спостережного дослідження.
4. Чому моделі зазвичай використовуються в дослідженнях біології людини?
5. ____________ дослідження передбачає відкликання змінних, що відбулися в минулому, тоді як _____________ дослідження передбачає спостереження змінних з самого початку.

   А. позитивна кореляція; негативна кореляція

   Б. негативна кореляція; позитивна кореляція

   С. ретроспектива; перспективний

   D. перспективний; ретроспектива

   6. Правда чи брехня. Позитивна кореляція означає, що існують переваги для здоров'я досліджуваної змінної.

   7. Правда чи брехня. Когорта - це група суб'єктів різного віку, ваги, статі та стану здоров'я.

   8. Проводиться дослідження, щоб дослідити, чи впливає споживання соди на розвиток діабету. Суб'єкти - це люди, які нещодавно діагностували діабет порівняно з контролями, які не мають діабету. Всіх опитаних запитують, скільки разів на тиждень вони пили газовану воду протягом останніх двох років. Дайте відповідь на наступні питання щодо цього наукового дослідження.

   а Який тип спостережного дослідження це?

   б Суб'єкти з діабетом «узгоджуються» з контролем, а це означає, що дослідники намагалися мінімізувати вплив інших змінних за межами змінної інтересу (тобто споживання соди). Як ви думаєте, що деякі з цих інших змінних можуть бути?

   c. як ви думаєте, дані про споживання соди будуть точними? Чому чи чому ні?

   d Як ви могли змінити дослідження, щоб отримати більш точні дані про те, чи існує взаємозв'язок між споживанням соди та діабетом? Поясніть, чому ваше нове дослідження було б більш точним.

   9. Чи вважаєте ви, що комп'ютерні імітаційні моделі біологічних систем можуть бути точними без спостережень або експериментів над реальними живими організмами або тканинами?

   10. Поясніть, чому в науці корисні як спостережні, так і експериментальні дослідження.

Відгук Відповіді

1. Спостережні дослідження не контролюють змінні, тому будь-які кореляції, які вони показують між змінними, не можуть бути інтерпретовані як одна змінна, що викликає іншу. Завжди можливо, що якась інша змінна впливає на обидві змінні, що цікавлять, і пояснює кореляцію. Приклади можуть відрізнятися. Зразок відповіді: Деякі старі спостережні дослідження виявили кореляцію між питтям кави та негативними наслідками для здоров'я. Однак люди, які п'ють каву, також, як правило, менш свідомі про здоров'я, тому вони можуть частіше практикувати нездорову поведінку, таку як куріння або вживання алкоголю. Ці нездорові поведінки, а не споживання кави, здається, пояснюють більш ранні кореляції між кавою та проблемами зі здоров'ям.
2. Три типи спостережних досліджень, описаних у цьому розділі, - це дослідження поперечного перерізу, кейс-контроль та когортні дослідження. Поперечні дослідження збирають дані з вибірки предметів лише один раз у певний момент часу. Ці дослідження дешеві і прості у виконанні, але результати, які вони дають, слабкі. Дослідження кейс-контролю збирають ретроспективні дані з вибірки випадків (суб'єкти зі змінною інтересу, наприклад, рак легенів) та з вибірки контролю (відповідні суб'єкти, які не мають змінної інтересу). Зібрані дані є ретроспективними, наприклад, інформація про минулі звички куріння, тому респонденти можуть відкликати помилки та нечесні відповіді. Однак їх результати, як правило, сильніші, ніж результати поперечних досліджень. Когортні дослідження збирають перспективні дані з групи (когорти) подібних суб'єктів, за якими стежать через час і неодноразово опитані або тестуються. Цей вид спостережного дослідження є найдорожчим і складним у виконанні, але дає найсильніші результати. Це також може показати, як хвороба або стан розвивається з часом.
3. Зразок відповіді: Три можливі причини для проведення спостережного дослідження полягають у тому, щоб уникнути піддавати людських суб'єктів потенційним ризикам в експерименті, заощадити гроші та час, а також максимізувати кількість суб'єктів та розмір набору даних.
4. Зразок відповіді: Моделі зазвичай використовуються в дослідженнях біології людини, оскільки моделі полегшують вивчення та розуміння біологічних систем, які є дуже складними. Модельні організми, такі як лабораторні щури, можуть використовуватися, щоб уникнути експериментів безпосередньо над людськими предметами, що може бути ризикованим та неетичним.
5. C
6. Помилковий
7. Помилковий
8. а. це кейс-контрольне дослідження.

   b Відповіді будуть відрізнятися. Деякі змінні можуть бути дієта, крім соди, соціально-економічний статус, доступ до охорони здоров'я, вік, індекс ваги/маси тіла, стать, етнічна приналежність, загальний стан здоров'я, рівень фізичних вправ тощо.

   c Відповіді будуть відрізнятися. Зразок відповіді. Оскільки дані про споживання соди повідомляються самостійно, це підлягає неправильному запам'ятовуванню з боку суб'єктів, тим більше, що часовий період (два роки) такий довгий. Також суб'єкти можуть свідомо чи несвідомо недооцінювати споживання соди, оскільки вони можуть знати, що питна сода шкідлива для здоров'я. Тому я думаю, що дані були б дещо точними, але не дуже точними.

   d Відповіді будуть відрізнятися. Зразок відповіді. Щоб отримати більш точні дані, я б зробив когортне дослідження подібних предметів без діабету і змусив їх записати, скільки соди вони пили щодня. Потім через певний проміжок часу я б визначив, у яких суб'єктів розвинувся діабет, а потім побачив би, чи існує кореляція між споживанням соди та діабетом. Це дослідження було б більш точним, оскільки це зменшить ймовірність того, що суб'єкти неправильно повідомлять про кількість соди, яку вони випили.

9. Відповіді будуть відрізнятися. Зразок відповіді. Ні, щоб комп'ютерне моделювання біологічних систем було точним, вони повинні бути обґрунтовані на реальності біологічних систем, які потрібно досліджувати спостережно або експериментально. Моделі можуть призвести до корисної інформації без додаткового прямого спостереження або експериментів, але деякі дослідження біологічної системи необхідні для створення та вдосконалення точної моделі.
10. Хоча експериментальні дослідження зазвичай необхідні, щоб показати причинно-наслідковий зв'язок, спостережні дослідження часто є хорошим першим кроком для виявлення можливих пов'язаних змінних. Спостережні дослідження часто простіші, дешевші та більш здійсненні, ніж експериментальні дослідження, тому вони можуть бути хорошим способом розпочати наукове дослідження. Пізніше експериментальні дослідження можуть спостерігатися для визначення прямої причинно-наслідкової причини.

Дізнатися більше запитань

1. У цьому розділі ви прочитали про відомі спостережні дослідження ляльки та Хілла щодо куріння та раку легенів. Іншим відомим спостережним дослідженням є дослідження серця Фрамінгема. Перейдіть в Інтернет, щоб дізнатися про це дослідження. Поясніть, що досліджує дослідження Фрамінгема та деякі його важливі висновки. Який тип спостережного дослідження це?
2. Ви можете вивчити інтерактивну модель тваринної клітини за наступним посиланням. Дослідивши модель, поясніть, чому клітку легше вивчати з моделлю, ніж реальну клітинку. http://www.cellsalive.com/cells/cell_model.htm
3. Дізнайтеся більше про проект «Блакитний мозок», переглянувши цю доповідь TED. Які три основні причини проекту?

Дізнайтеся більше відповідей

1. Framingham Heart Study - це довгострокове постійне дослідження серцево-судинної системи на жителів міста Фрамінгем, штат Массачусетс. Дослідження розпочалося в 1948 році з трохи більше 5,000 дорослих предметів з Фрамінгема і зараз перебуває на третьому поколінні учасників. До цього дослідження практично нічого не було відомо про причини серцево-судинних захворювань. Значна частина поширених зараз знань про серцеві захворювання, такі як наслідки дієти, фізичних вправ та загальних ліків, таких як аспірин, базується на цьому дослідженні. Дослідження серця Фрамінгема - це когортне дослідження.
2. Зразок відповіді: Клітинку легше вивчати за допомогою моделі, ніж фактична клітина, оскільки фактична клітина настільки складна. Справжня, жива клітина має багато різних частин, які взаємодіють одночасно. Модель дозволяє акцентувати увагу на одній частині за раз і зупинити дію.
3. Три основні причини проекту «Блакитний мозок»: отримати розуміння людського мозку, необхідного для людей, щоб ужитися в суспільстві, забезпечити комп'ютерну модель мозку, щоб замінити експерименти з тваринами, які ми не можемо продовжувати робити вічно, і краще зрозуміти психічні захворювання, щоб допомогти двом мільярдам людей з психічними розладами.

Розділ Резюме Огляд Питання

1. Який із наведених нижче є найкращим прикладом «ведення науки»?

А. запам'ятовування процесів кругообігу води

Б. навчитися ідентифікувати дерева за їхнім листям

C. вивчення назв всіх кісток в організмі людини

D. здійснення спостережень за дикою природою під час походів у лісі

2. Вчений розробляє нову ідею, грунтуючись на своїх спостереженнях за природою. Що їй робити далі?

А. придумайте спосіб перевірити ідею

Б. стверджують, що вона відкрила нову теорію

C. Відкинути будь-які докази, які суперечать ідеї

D. шукайте тільки докази, які підтримують ідею

3. Що з перерахованого нижче є можливою відповіддю на наукове питання?

A. Спостереження

Б. дані

C. гіпотеза

D. статистика

4. Чи зазвичай вчені придумують гіпотезу при відсутності будь-яких спостережень? Поясніть свою відповідь.

5. Чому хороша гіпотеза повинна бути фальсифікованою?

6. Назвіть один науковий закон.

7. Назвіть одну наукову теорію.

8. Наведіть приклад наукової ідеї, яку згодом дискредитували.

9. Чи вважалася б думка про те, що Земля обертається навколо Сонця, наукою консенсусу чи прикордонною наукою?

10. Правда чи брехня. Наукове дослідження завжди дотримується однієї і тієї ж послідовності кроків лінійно.

11. Правда чи брехня. Дані, які не підтримують гіпотезу, не корисні.

12. Правда чи брехня. Експериментування є єдиним дійсним видом наукових досліджень.

13. Правда чи брехня. Кореляція не передбачає причинно-наслідкового зв'язку.

14. Поясніть, чому наука вважається ітераційним процесом.

15. Статистичне вимірювання, яке називається P-значенням, часто використовується в науці, щоб визначити, чи є різниця між двома групами насправді значною або просто обумовлена випадковістю. P-значення 0,03 означає, що існує 3% ймовірність того, що різниця пов'язана лише з випадковістю. Як ви думаєте, P-значення 0,03 вказувало б на те, що різниця, ймовірно, буде значною? Чому чи чому ні?

16. а. Чому важливо, щоб науковці передавали свої висновки іншим?

б Як вони зазвичай це роблять?

17. Що таке «контрольна група» в науці?

18. У науковому експерименті, чому важливо змінювати лише одну змінну за раз?

19. Що таке залежна змінна: змінна, яка маніпулюється, або змінна, на яку впливає зміна?

20. Що, швидше за все, покаже або спростує причинно-наслідковий зв'язок між двома змінними?

А. контрольований експеримент

Б. спостережливе дослідження

C. розвиток гіпотези

D. спостереження

21. Ви бачите оголошення про «чудо-доповнення» під назвою NQP3, яка стверджує, що добавка зменшить жир на животі. Вони кажуть, що це працює за рахунок зниження гормону кортизолу та забезпечення вашого організму відсутніми невизначеними «поживними речовинами», але вони не цитують жодних рецензованих клінічних досліджень. Вони показують фотографії трьох людей, які здаються стрункішими після прийому продукту. Сертифікований пластичний хірург схвалює продукт по телебаченню. Дайте відповідь на наступні питання про цей продукт.

а Чи вважаєте ви, що, оскільки лікар схвалив продукт, він дійсно працює? Поясніть свою відповідь.

б Ви вважаєте, що фотографії є хорошим доказом того, що продукт працює? Чому чи чому ні?

Розділ Резюме Огляд Відповіді

1. D

2. A

3. C

4. Ні, вчені спочатку роблять спостереження про природний світ, перш ніж придумати наукове питання і можливу гіпотезу, яка могла б відповісти на питання.

5. Хороша гіпотеза піддається фальсифікації, оскільки вчені повинні вміти її відкинути, якщо вона не відповідає дійсності.

6. Відповіді будуть відрізнятися. Зразок відповіді. Закони спадкування Менделя.

7. Відповіді будуть відрізнятися. Зразок відповіді. Теорія еволюції або зародкова теорія хвороб.

8. Відповіді будуть різними, але можуть включати твердження Ендрю Вейкфілда про те, що вакцина MMR викликає аутизм або ідею Галена про те, що «міазма» поширює захворювання.

9. Це була б консенсусна наука, оскільки існує довга історія доказів, які її підтримують, і вона широко підтримується науковою спільнотою.

10. Помилковий

11. Помилковий

12. Помилковий

13. Правда

14. Наука вважається ітераційним процесом, оскільки вчені постійно переглядають ідеї та повторюють експерименти, збирають додаткові докази, а потім переглядають гіпотези та висновки відповідно.

15. Це, ймовірно, буде значним, оскільки існує лише 3% ймовірність того, що різниця обумовлена випадковим випадком, а отже, 97% ймовірності, що вона насправді значна.

16. а. важливо, щоб вчені передавали свої висновки іншим, щоб їх можна було повторити. Якщо їх неможливо повторити, їх висновки, швидше за все, не будуть точними. Крім того, наука спирається на попередні наукові знання, тому важливо ділитися результатами, щоб наука могла просунутися.

b. науковці публікують свої результати в рецензованих наукових журналах.

17. Контрольна група - це група порівняння, з якою порівнюється маніпульована (експериментальна) група, щоб спостерігати за ефектом змінної, що цікавить.

18. Важливо змінювати лише одну змінну одночасно, оскільки якщо ви змінюєте кілька змінних, ви не будете знати, яка з них відповідає за спричинення спостережуваних результатів.

19. Змінна, на яку впливає зміна.

20. A

21. а. Не обов'язково. З одного боку, лікар є пластичним хірургом, тому вона або він не обов'язково є експертом у зниженні ваги або харчуванні. По-друге, ви не знаєте, чи лікар отримав компенсацію за їх схвалення, тому вони можуть мати фінансовий інтерес сказати, що продукт працює. По-третє, схвалення лише медичним працівником не гарантує, що продукт працює - продукт повинен бути перевірений за допомогою наукового процесу.

б. ні. Причини будуть відрізнятися. Зразок відповіді. Фотографіями можна маніпулювати за допомогою програмного забезпечення, розмір вибірки дуже малий, і це не було рецензованим науковим дослідженням, тому ви не знаєте, чи була добавка єдиною змінною, що змінюється в сценаріях до і після.