1.12: Розв'язування наукових проблем

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19671

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Як ми можемо використовувати рішення проблем у наших повсякденних процедурах?

Одного разу ви прокидаєтеся і розумієте, що ваше радіо годинника не вмикалося, щоб витягнути вас з ліжка. Ви спантеличені, тому вирішуєте з'ясувати, що сталося. Ви перерахуєте три можливі пояснення:

Стався збій живлення, і ваше радіо не може увімкнути.
Ваша маленька сестра вимкнула його як жарт.
Ви не встановили будильник минулої ночі.

Після розслідування ви виявите, що годинник включений, тому немає відключення живлення. Ваша маленька сестра ночувала з другом і не могла вимкнути будильник. Ви помічаєте, що тривога не встановлена - ваша забудькуватість змусила вас запізнитися. Ви використовували науковий метод, щоб відповісти на запитання.

Розв'язання наукових проблем

Люди завжди задавалися питанням про навколишній світ. Одне з питань, що цікавлять було (і до сих пір є): з чого складається цей світ? Хімія була визначена різними способами як вивчення речовини. З чого складається матерія, була джерелом суперечок протягом століть. Однією з ключових напрямків цієї дискусії в західному світі була грецька філософія.

Основним підходом грецьких філософів було обговорення та обговорення питань, які вони мали про світ. Не було збору інформації, про яку можна говорити, просто розмовляючи. В результаті було висунуто кілька ідей про матерію, але так і не вирішено. Першим філософом, який здійснив збір даних, був Аристотель (384-322 рр. До н.е.). Він записав безліч спостережень за погодою, за рослинним і тваринним життям і поведінкою, за фізичними рухами та низкою інших тем. Аристотеля, ймовірно, можна було вважати першим «справжнім» вченим, адже він робив систематичні спостереження за природою і намагався зрозуміти, що він бачить.

Індуктивні та дедуктивні міркування

Два підходи до логічного мислення розвивалися протягом століть. Ці два методи є індуктивними міркуваннями та дедуктивними міркуваннями. Індуктивне міркування передбачає отримання збірки конкретних прикладів і складання з них загального висновку. Дедуктивне міркування приймає загальний принцип, а потім робить конкретний висновок із загальної концепції. Обидва використовуються при розробці наукових ідей.

Індуктивне міркування спочатку передбачає збір даних: «Якщо я додаю в воду метал натрію, я спостерігаю дуже бурхливу реакцію. Кожен раз, коли я повторюю процес, я бачу те саме, що відбувається». З цих спостережень робиться загальний висновок: додавання натрію у воду призводить до бурхливої реакції.

У дедуктивних міркуваннях робиться конкретне передбачення, засноване на загальному принципі. Одним із загальних принципів є те, що кислоти стають синім лакмусовим папером червоного кольору. Використовуючи процес дедуктивного міркування, можна передбачити: «Якщо у мене є пляшка з рідиною з маркуванням «кислота», я очікую, що лакмусовий папір стане червоним, коли я занурю її в рідину».

Ідея експерименту

Індуктивні міркування лежать в основі того, що зараз називається «науковим методом». У європейській культурі такий підхід був розроблений головним чином Френсісом Беконом (1561-1626), британським вченим. Він виступав за використання індуктивних міркувань у кожній сфері життя, а не тільки в науці. Науковий метод, розроблений Беконом і іншими, включає в себе кілька етапів:

Задайте питання - визначте проблему, яку потрібно розглядати.
Зробіть спостереження - збирайте дані, які стосуються питання.
Запропонуйте пояснення (гіпотезу) для спостережень.
Зробіть нові спостереження, щоб перевірити гіпотезу далі.

Зауважимо, що це не слід вважати «кулінарною книгою» для наукових досліджень. Вчені не сідають зі своїм щоденним списком «справ» і записують ці кроки. Кроки можуть не обов'язково виконуватися по порядку. Але це дає загальне уявлення про те, як зазвичай проводяться наукові дослідження.

Коли гіпотеза підтверджується неодноразово, вона з часом стає теорією - загальним принципом, який пропонується пояснити природні явища. Зверніть увагу на ключове слово— пояснити, або пояснення. Теорія пропонує опис того, чому щось відбувається. Закон, з іншого боку, - це твердження, яке завжди вірно, але не дає пояснень, чому. Закон гравітації говорить, що скеля впаде при падінні, але не пояснює чому (гравітаційна теорія в даний час дуже складна і неповна). Кінетична молекулярна теорія газів, з іншого боку, стверджує, що відбувається при нагріванні газу в закритій ємності (тиск збільшується), але також пояснює, чому (руху молекул газу збільшуються через зміну температури). Теорії не отримують «розкрутки» до законів, тому що закони не відповідають на питання «чому».

Резюме

Ранні грецькі філософи проводили свій час, розмовляючи про природу, але практично не робили фактичних досліджень чи досліджень.
Індуктивні міркування - виробити загальний висновок зі збірника спостережень.
Дедуктивні міркування - зробити конкретне твердження, засноване на загальному принципі.
Науковий метод - це процес спостереження, вироблення гіпотези і перевірка цієї гіпотези.

Рецензія

У чому полягав основний недолік підходу грецьких філософів до вивчення матеріального світу?
Як Аристотель покращив підхід?
Визначте «індуктивні міркування» і наведіть приклад.
Визначте «дедуктивні міркування» і наведіть приклад.
У чому різниця між гіпотезою і теорією?
У чому різниця між теорією і законом?