Этапы научного исследования
Научное исследование — это последовательный поиск ответа на вопрос о живой природе. Обычно оно начинается с научной проблемы, продолжается выдвижением гипотезы, планированием и проведением исследования, а заканчивается анализом результатов и обоснованным выводом.
Общая последовательность исследования
Исследователь не просто наблюдает явление и сразу сообщает результат. Он проходит несколько связанных этапов. Каждый следующий этап должен соответствовать предыдущему: вопрос определяет гипотезу, гипотеза — план проверки, результаты — вывод.
- 1 — Что неизвестно и требует объяснения?
- 2 — Какое проверяемое предположение можно выдвинуть?
- 3 — Какие объекты, условия и способы измерения нужны?
- 4 — Получение фактов при изменении выбранного условия.
- 5 — Сравнение результатов и оценка их надёжности.
- 6 — Ответ на проблему с указанием, подтверждена ли гипотеза.
Научное исследование — это организованное получение новых знаний с помощью наблюдений, измерений, экспериментов и логического анализа результатов.
- Сформулировать проблему или вопрос.
- Изучить известные сведения и уточнить, что уже установлено.
- Выдвинуть гипотезу, то есть проверяемое предположение.
- Определить объект, условия, переменные и способ измерения результата.
- Провести наблюдение или эксперимент, записывая данные.
- Обработать результаты и сравнить их с прогнозом.
- Сформулировать вывод и указать границы его применимости.
Проблема и гипотеза
Научная проблема возникает, когда есть противоречие, неизвестная причина явления или вопрос, на который пока нет достаточного объяснения. Хорошая проблема конкретна: «Как влияет освещённость на скорость прорастания семян фасоли?» — лучше, чем общий вопрос «От чего зависит рост растений?».
Проблема превращается в исследовательский вопрос. Затем формулируют гипотезу. Гипотеза должна быть проверяемой: её можно подтвердить или опровергнуть наблюдаемыми данными. Например: «Если увеличить освещённость в определённых пределах, то семена фасоли будут прорастать быстрее».
Гипотеза — научно обоснованное предположение о причине, связи или закономерности, которое можно проверить наблюдением или экспериментом.
Из гипотезы получают прогноз. Прогноз описывает ожидаемый результат в конкретной ситуации. Если гипотеза связывает освещённость со скоростью прорастания, прогноз должен указывать, какая группа семян прорастёт быстрее и по какому показателю это определят.
Нельзя считать гипотезой утверждение, которое невозможно проверить: «растения растут так, потому что им так нужно». Также гипотеза не является уже доказанным фактом. Даже подтверждённая опытом гипотеза сохраняет статус предположения, пока не накоплены достаточные данные.
Планирование и проведение проверки
Проверка гипотезы требует заранее составленного плана. На этой стадии полезно обратиться к странице планирование эксперимента. Нужно определить объект исследования, опытную и контрольную группы, независимую и зависимую переменные, постоянные условия, число повторов и способ обработки данных.
| Элемент | Что означает | Пример для семян |
|---|---|---|
| Объект | То, что изучают | Семена фасоли |
| Независимая переменная | Условие, которое изменяют | Освещённость |
| Зависимая переменная | Результат, который измеряют | Доля проросших семян или длина ростков |
| Контрольная группа | Группа для сравнения в обычных условиях | Семена при стандартном освещении |
| Постоянные условия | Факторы, которые стараются не менять | Температура, вода, почва, число семян |
| Повторность | Повторение опыта для повышения надёжности | Несколько одинаковых сосудов в каждой группе |
В биологии применяют методы биологии: наблюдение, описание, сравнение, измерение, эксперимент и моделирование. Наблюдение не предполагает намеренного изменения условий. Эксперимент, напротив, позволяет управляемо изменить один фактор и проверить его влияние. Если меняют сразу несколько условий, нельзя уверенно установить причину результата.
Чтобы установить влияние одного фактора, в сравниваемых группах изменяют только независимую переменную, а остальные существенные условия оставляют одинаковыми.
Ученики проверяют влияние температуры на скорость прорастания семян. В одной группе семена держат при 20 °C, в другой — при 30 °C; вода, освещение и число семян одинаковы. Что является зависимой переменной?
Данные, анализ и вывод
Во время исследования записывают не впечатления, а наблюдаемые данные: число проросших семян, массу, длину, время, частоту или иной измеряемый показатель. Результаты представляют таблицей, графиком или диаграммой. Важно указывать единицы измерения, число повторов и условия опыта.
После получения данных исследователь сравнивает группы и проверяет, совпал ли результат с прогнозом. Если опытная группа отличается от контрольной, это ещё не доказывает причинную связь: различие могло возникнуть из-за ошибки измерения, слишком малого числа объектов или неучтённого фактора.
Вывод — краткий ответ на поставленную проблему, основанный на полученных данных. В нём указывают, подтверждает ли результат гипотезу, и при необходимости отмечают ограничения исследования.
Вывод должен быть конкретным. Вместо фразы «свет полезен растениям» лучше написать: «В проведённом опыте при увеличении освещённости с условия контрольной группы до условия опытной группы средняя длина ростков через пять суток увеличилась; поэтому гипотеза получила подтверждение в пределах исследованных условий».
Проблема: влияет ли освещённость на длину проростков фасоли? Гипотеза: при достаточном увеличении освещённости проростки будут иметь большую среднюю длину. План: взять две одинаковые группы семян, поддерживать одинаковыми температуру, объём воды и почву, а различать только освещённость. Через пять суток измерить длину каждого проростка и вычислить среднее значение.
Решение и формулировка вывода Показать
В опытной группе средняя длина проростков составила 8 см, а в контрольной — 5 см. Разность равна 3 см. Следовательно, при данных условиях увеличение освещённости сопровождалось увеличением средней длины проростков. Гипотеза получила подтверждение в рамках этого опыта. Нельзя утверждать, что любой уровень освещённости всегда увеличивает рост: исследованы только выбранные условия и срок наблюдения.
Надёжность и научное знание
Один опыт не всегда достаточен. Надёжность повышают повторность, большой и правильно подобранный объём выборки, контроль условий, точные приборы и повторение исследования другими исследователями. Если результат не совпал с гипотезой, это не провал: он показывает, что предположение нужно уточнить или заменить.
Результат исследования становится частью научного знания, если он получен корректно, описан достаточно подробно и может быть проверен. Отдельное наблюдение может привести к научному факту, но факт не заменяет объяснение причин явления.
Не пересказывайте ход опыта вместо вывода. Не пишите «гипотеза доказана навсегда»: корректнее «гипотеза подтверждена в данных условиях» или «гипотеза не получила подтверждения». Не делайте вывод по данным, которые не были измерены. Не путайте отсутствие различий с доказанным отсутствием влияния: возможно, опыт был слишком неточным.
- Проблема сформулирована как конкретный вопрос.
- Гипотеза содержит проверяемое предположение.
- Прогноз можно сравнить с результатом.
- Изменяется один основной фактор.
- Есть контрольная группа или обоснованное сравнение.
- Данные записаны с единицами измерения.
- Вывод отвечает на проблему и ограничен условиями опыта.
Quick-test
Проверь себя
Главное
- Исследование проходит путь от проблемы и гипотезы к плану, эксперименту, анализу и выводу.
- Гипотеза — проверяемое предположение, а прогноз — ожидаемый результат её проверки.
- В корректном эксперименте изменяют основной фактор, остальные существенные условия контролируют.
- Вывод опирается на измеренные данные и формулируется только для исследованных условий.
- Повторность, контрольная группа и точные измерения повышают надёжность научного результата.