Урок 4. Учимся наблюдать
Предмет: Естествознание, 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 4. Учимся наблюдать

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

- Каковы условия проведение научного эксперимента?

- Как правильно провести наблюдение и эксперимент?

- Чем отличаются количественный и качественный эксперимент?

Глоссарий по теме:

Наблюдение - это преднамеренное, целенаправленное восприятие объектов и процессов с целью осознания их существенных свойств.

Эксперимент - исследование каких-либо явлений путем создания новых условий, соответствующих целям исследования.

Гипотеза - предположение, выдвигаемое перед началом наблюдения или эксперимента, которое должно быть проверено в результате их проведения.

Метод (от греч. methodos — путь к цели) – способ познания, форма практического и теоретического освоения действительности; система правил и предписаний, позволяющих исследовать какой-либо объект

Эмпирический метод (греч. empeiria – опыт) – это научное познание окружающей действительности опытным путем, предполагающим взаимодействие с изучаемым предметом при помощи экспериментов, наблюдений Основой являются чувственное познание (ощущение, восприятие, представление) и данные приборов.

Теоретический метод - способ всестороннего исследования действительности в ее существенных законах и связях. Опираются на рациональное познание (понятие, суждение, гипотезы, умозаключение) и логические процедуры вывода.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. – Лабиринт – с.16– 17.
К а п и ц а П. Л. Эксперимент, Теория, Практика. – М.: 1991.
Перельман М.Е. Наблюдения и озарения, или Как физики выявляют законы природы. Издательство: Книжный дом "ЛИБРОКОМ", 2012.

Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

Рубрика «Эксперименты» // Учебно-методическая газета «Физика» (электронной версии) URL: http://fiz.1september.ru/topic.php?TopicID=14&Page=5
Класс!ная физика URL: http://class-fizika.ru/opit.html
Занимательная химия: интересные химические опыты и факты URL: http://www.alto-lab.ru/himicheskie-opyty/

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Вы уже знакомы с экспериментальными методами познания в естественных науках: наблюдение, измерения, эксперимент. На их основе наука получает эмпирические факты. Использование теоретических методов (формулирование гипотез, рассуждения и умозаключения с использованием анализа, синтеза, сравнение, классификации, систематизации и т.д.) ведут к выявлению закономерностей и далее к созданию теорий и учений.

Процесс научного познания носит циклический характер. На первом этапе используются основные эмпирические (практические, экспериментальные) методы как источник новых знаний. На втором – теоретические методы, на третьем – снова эксперимент как критерий истинности теоретических построений.

Иными словами, от исходных фактов к гипотезе, от неё – к теоретическим выводам и далее – к их экспериментальной проверке и практическому применению.

Научный метод должен обеспечить точные и достоверные знания. Поэтому и наблюдение, и эксперимент проводят при определенных условиях.

Известны случаи, когда неправильно проведенный эксперимент или наблюдение приводили к серьезным заблуждениям. Например, известно, что змеи глухи. Но если мы хотим это проверить и включим музыку очень громко, змея может отреагировать. Можно было бы предположить, что змея не слышит только тихие звуки, а громкие воспринимает. Но, оказывается, громкая музыка вызывает вибрацию окружающих предметов. Змея очень хорошо улавливает именно вибрацию и волны низкой частоты, а не звук. Таким образом, мы, исследуя слух змеи, допустили ошибку в определении условий эксперимента, так как не оградили змею от других воздействий звука.

Эксперимент - более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемый влияние исследователя на исследуемый объект с целью выявления и изучения тех или иных его сторон, свойств, связей. При этом экспериментатор может изменять исследуемый объект, создавать искусственные условия для его изучения, вмешиваться в естественный ход процессов.

Составными частями эксперимента есть и другие методы эмпирического исследования (наблюдения, измерения). В то же время он имеет важные, присущие только ему особенности.

Подготовка и проведение научного эксперимента требуют соблюдения ряда условий:

наличие четко сформулированной цели и плана проведения исследования;
всегда базируется на исходных теоретических положениях,
требует определенного уровня технических средств, необходимых для его реализации;
проводится специалистами, компетентными в данной области.

Только совокупность всех этих условий определяет достоверность полученных данных экспериментальных исследований. Академик П. Л. Капица говорил: "Высокое качество эксперимента является необходимым условием здорового развития науки".

Обратим внимание на третье условие. Появление новых методов во многом связано с совершенствованием приборов. Интересно, что когда был найден метод исследования, позволяющий распознать различные виды атомов по их оптическим свойствам, то сразу, независимо друг от друга, двое ученых открыли новый вид атомов. Его обнаружили на Солнце в составе солнечного вещества и назвали «гелий» по имени бога Солнца. О своем открытии каждый из них письменно сообщил в Научное общество Англии. Письма пришли в один день и были зачитаны перед учеными с интервалом в несколько минут.

Принимая во внимание методику проведения и полученные результаты, эксперименты можно разделить на качественные и количественные.

Качественные эксперименты имеют поисковый характер и не дают возможности получить какие-то количественные соотношения. Они позволяют лишь выявить действие тех или иных факторов на изучаемое явление.

Например: при наблюдении за жизнью растений, насекомых, различных животных фиксируются качественные признаки изменчивости: окрас, территориальная принадлежность, стадия развития (из семени появился росток, гусеница превратилась в бабочку, головастик в лягушку и т.д.). При качественном описании физических процессов фиксируем изменения внешнего вида (например, коррозия металла), изменение агрегатного состояния вещества (например, из жидкого в газообразное) и т.д.

Количественные эксперименты, направленные на установление точных количественных зависимостей в исследуемом явлении.

Например, при оценивании массы, длины, площади, объема, скорости протекания процесса, температуры, отдельные значения (количество: потомства, растений данного вида на обследуемых участках; особей в популяции; дней высиживания яиц и т.д.)

В реальной практике экспериментального исследования оба указанных типа экспериментов реализуются, как правило, в виде последовательных этапов развития познания.

Как известно, связь между электрическими и магнитными явлениями впервые установил датский физик Эрстед в результате исключительно качественного эксперимента. Поместив магнитную стрелку компаса рядом с проводником, через который проходил электрический ток, он обнаружил, что стрелка отклоняется от первоначального положения. После того как Эрстед опубликовал свое открытие, количественные эксперименты провели французские ученые Био и Савар, а также Ампер. их эксперименты стали основанием для вывода соответствующей математической формулы. Все эти качественные и количественные эмпирические исследования были положены в основу учения о электромагнетизм.

Этапы проведения научного учебного эксперимента сопоставимы. Рассмотрим их на примере проведения опыта по разложению бихромата аммония.

1.	Постановка проблемного вопроса:	можем ли мы смоделировать отдельные этапы природных процессов в лабораторных условиях? Например, процессы, происходящие при извержении вулкана

2.	Постановка цели:	формирование общих представлений о физико-химических основах природных процессов

3.	Выдвижение гипотезы: при извержении вулкана выделяется тепловая и световая энергия, газы, пары воды и многое другое

4. Составление плана проведение экспериммента, подготовка оборудования, конструирование приборов.

Оборудование: Асбестированная сетка, лучинка, спиртовка, спички, зеркало.

Вещество – бихромат аммония.

Выполнение опыта:

На асбестированную сетку насыпаем горку вещества бихромата аммония (NH4)2Cr2O7.

На вершине "вулкана" делаем углубление "кратер" и наливаем туда 1-2 мл. спирта. Зажженную от спиртовки лучинку подносим к центру горки и ждем, пока не начнется реакция. Начинается активное разложение бихромата аммония.

Наблюдаем выделение света и тепла, разбрасывание частиц твердого вещества, которое происходит в результате образования газа.

Мы наблюдаем конденсацию выделившихся паров воды на холодном зеркале.

6.	Запись наблюдений и обработка экспериментальных данных:	Уравнение реакции: (NH4)2Cr2O7 = Сr2O3 + N2↑ + 4H2O + Q

7.	Выводы и обобщения:	Опыт, который мы провели, внешне до некоторой степени имитирует природный процесс извержения вулкана. Впервые за разложением бихромата аммония наблюдал первооткрыватель этого вещества - Рудольф Беттгер (1843 г.). Однако, и на этой, в высшей степени условной, модели можно видеть, как и при извержении настоящего вулкана, выделение тепловой и световой энергии, газов, разбрызгивающих вещества, пары воды и многого другого. Не случайно изучение природных вулканов показало, что недра нашей планеты при извержении вулкана приносят множество ценных веществ и также участвуют в жизнеобеспечении на Земле.

Выводы:

Объективность и достоверность естественнонаучных знаний обусловлена логикой научного познания и правильной организацией эксперимента.

В реальной исследовательской деятельности эмпирические и теоретические методы всегда взаимосвязаны.

Если при соблюдении одних и тех же условий результаты нескольких опытов совпадают, то можно делать выводы о достоверности полученных результатов.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Как называется метод, связанный с целенаправленным созданием ситуации, которая помогает изучать свойства и явления живой природы:

Эмпирический

Теоретический

Экспериментальный

Сравнительный

Правильный ответ: эмпирический или экспериментальный

Пояснения: Именно экспериментальный метод предполагает целенаправленное исследование объекта с целью выявления и изучения тех или иных его сторон, свойств, связей.

Задание 2. Вставьте пропущенные слова в текст «Правила подготовки и проведения эксперимента»

1. Эксперимент предполагает наличие четко сформулированной ____________ и предварительно составленного ______ проведения исследования;

2.	Всегда базируется на каких-то исходных ____________ положениях;

3.	Требует определенного уровня ____________ средств, необходимых для его реализации;

4.	Проводится специалистами, компетентными в данной области.

Правильный вариант: цели; плана; теоретических; технических.