Шта је наука
Занимљивост
Када говоримо о развоју науке и научне мисли уопште, важно је споменути прве грчке филозофе, које још називају и филозофима природе, пошто су се бавили природом и природним процесима. Одбацивши дотадашње митолошке представе стварности, покушавали су, сваки на свој начин, да пронађу одговоре на питања: Од чега све настаје? Одакле све долази? Како објаснити мноштво које постоји у природи?
Многе одговоре до којих су они долазили, каснији филозофи су одбацили, али њихов допринос развоју научне мисли и природних наука је важан, управо због питања које су постављали и због одговора за којима су трагали.
Истражите на интернету и у литератури који су најзначајнији научници у историји развоја биологије и о томе који је њихов кључан допринос. Резултате представите једноставним постером у форми временске ленте.
Биологија, заједно са свим научним дисциплинама које се на њој заснивају, припада много ширем систему знања који обично називамо: природне науке.
Наука је систем сређених и систематизованих знања о свету око нас. Као делатност, она је пре свега пажљив, уређен и доследан подухват изградње и организовања знања у облику проверљивих објашњења и предвиђања о природним појавама и људском друштву.
Још увек је, кад је о природним наукама реч, уобичајена подела на основне (базичне) науке и примењене науке. Данас та подела више није толико оштра али још увек постоји. У основне (базичне, фундаменталне) науке обично сврставамо физику, хемију, биологију, као и низ других наука које се баве проучавањем основних природних појава, а укључују и повезују поменуте три (геологија, педологија, метеорологија са климатологијом, палеонтологија, биохемија, физичка хемија, океанологија...).
Дисциплине као што су медицина, агрономија и различити домени инжењерства, сврставамо у примењене науке. Инжењерство је људска делатност у којој се научна знања примењују да би се осмислила и спровела решења за конкретне проблеме људи и задовољиле њихове потребе. Постоје различите области инжењерства – од рударског и грађевинског, преко машинског и електротехничког, софтверског, па све до хемијског, биохемијског и биолошког. Обично су производи такве делатности (инжењерства) различите технологије. Оне пак могу подразумевати било конкретне принципе, било начине на које се нешто ради, процесе и производе који на крају служе људским потребама.
Осим природних, постоје и друштвене науке (социологија, историја, економија...), а поред њих, морамо поменути и трећу групу – тзв. формалне науке, као што су математика, логика и кибернетика.
Као и све природне и многе друштвене науке, биологија има сличне опште циљеве и придржава се истих принципа у истраживању. Први циљ природних наука је да објасне природне појаве, зашто се дешавају баш тако, који су им узроци. Ваљаност и вредност тих објашњења процењује се на основу предвиђања која она могу да нам дају о појединим природним појавама. Другим речима, што боље успемо да утврдимо узроке природних појава, тј. шта од чега зависи, то ћемо боље моћи да предвидимо како ће се нека појава дешавати, па и у неким другачијим, измењеним условима. Научна знања даље омогућавају инжењерске подухвате и развој технологија.
Природне појаве су изузетно различите и разнородне, те их стога не можемо проучавати истим научним методама. Ипак, неки основни приступи, кораци и поступци заједнички су за већину научних дисциплина и области истраживања:
1. Посматрање – Први корак научног истраживања подразумева посматрање појаве која се проучава. Могу се посматрати различите појаве и процеси о којима желимо да сазнамо нешто више.
Као пример, можемо да узмемо опажање да биљке некад расту брже, а некад спорије. На основу вековима старих искуствених знања, али и пажљивим посматрањем, научници су уочили да спољашњи услови, попут количине падавина, температуре, дужине дана, типа замљишта утичу на брзину раста биљака. На овом примеру ћемо показати све кораке у научном истраживању.
Пажљиво и систематично посматрање, као и прецизно описивање појава је од суштинске важности за свако научно истраживање. Због тога је у науци успостављен обичај да посматрања и мерења обично обавља више људи независно, али и да се описи посматрања, експримената и мерења увек дају довољно прецизно и исцрпно.
Постоји још један важан принцип у природним наукама, а то је принцим методолошког натурализма. Наиме, наука објашњава само природне, материјалне појаве и не може се у објашњењима (теоријама) позивати на натприродне силе и појаве.
2. Формулисање истраживачког питања – Након посматрања, следећи корак у научном истраживању је формулисање питања о појави која се посматра. Почетним посматрањем природних појава, уочавамо неке прaвилности, тј. обрасце у њима. Размишљамо о могућим узрочно-последичним везама међу појавама и величинама и затим постављамо истраживачко питање. У нашем примеру с растом биљака, истраживачко питање би могло да буде: Да ли се брзина раста биљке мења под различитим утицајима зато што се и брзина фотосинтезе мења? Који чиниоци и на који начин мењају интензитет фотосинтезе?
3. Постављање хипотезе – Хипотеза је претпостављени одговор на истраживачко питање, који се предлаже као објашњење природног процеса, појаве или узрочно последичних веза између појава. Хипотезу треба формулисати тако да буде прецизна, научно утемељена и проверљива, односно да се може тестирати кроз експеримент или путем систематског посматрања, прикупљања и анализе података.
Пример добре хипотезе је: Концентрација угљен-диоксида (или количина падавина) утиче на интензитет фотосинтезе, тј. при повишеној концентрацији CO2 (већој количини падавина), расте и интензитет фотосинтезе.
Задатак
Наведите бар пет начина како може да почне добро формулисано истраживачко питање.
4. Провера хипотезе – За проверу хипотезе (или више њих) постоји више могућих приступа, зависно од врсте појава које проучавамо:
а) Експеримент – У неким областима науке, појаве које проучавамо су такве да је могуће осмислити и поставити експеримент, тј. оглед. Експерименти су систематска посматрања или мерења, извршена под контролисаним условима.
Пре почетка огледа, неопходно је развити процедуру која јасно наводи како се планира извођење експеримента. У експерименту постоје експериментална и контролна група. Контролна група је оно са чиме се упоређује експериментална група, а од ње се разликује по томе што није изложена независно променљивој. Већина експеримента је постављена тако да мери само једну или две променљиве у исто време.
Код испитивања чинилаца који утичу на фотосинтезу, можемо поставити оглед. Ако претпоставимо да би концентрација угљен-диоксида у ваздуху могла бити узрок, посматраћемо промене једног зависног параметра, тј. зависно променљиве (у нашем примеру је то интензитет фотосинтезе), за који сматрамо да је последица, тј. мења се у зависности од првог, независно променљиве (у нашем примеру концентрација угљен-диоксида). Притом, на промене интензитета фотосинтезе, поред угљен-диоксида, обично утиче још много различитих чинилаца (као нпр. количина светлости, концентрација кисеоника, температура ваздуха или засићеност земљишта влагом). Због тога експеримент мора бити постављен тако да су сви ти други чиниоци, тј. величине које би могле утицати на зависну променљиву, буду константни. ТУ нашем примеру огледа: Биљке се поделе у више група и свака од група се излаже различитим концентрацијама угљен-диоксида.
б) Систематско посматрање – Можда је у неком случају морално непримерено, штетно или опасно вршити експерименте. Некад је просто немогуће у вештачким условима имитирати баш све чиниоце природног окружења, па онда поставка ни резултати експеримента не би одговарали стварним условима. У таквим случајевима, наука има друге приступе, који се обично заснивају на систематском посматрању, мерењу и прикупљању великог броја података и каснијој анализи свих резултата. У таквим истраживањима, статистика (област математике) и рачунарски програми који је примењују су од немерљивог значаја за уочавање тих правилности и веза.
5. Прикупљање података и презентовање резултата – Резултати су сви подаци који су прикупљени и до којих се дошло током експеримента или систематског посматрања. Постоје два основна типа података: квалитативни и квантитативни подаци. Квалитативни подаци описују квалитет (као што је црвено/зелено, више/мање). Квантитативни подаци су бројчани. Такви подаци се обрађују статистички и могу се приказати табеларно, графиконима, хистограмима, дијаграмима и слично. Уколико се добијени резултати приказују графички тада се на x-осу уноси независна променљива, а на y-осу зависна променљива. У експерименту у коме се испитује утицај концетрације угљен-диоксида на интензитет фотосинтезе, интензитет фотосинтезе би се уносило на y-осу, док би се концетрација угљен-диоксида уносила на x-осу.
6. Закључак – Последњи корак научне методе је доношење закључка. Овде се анализирају и непристрасно тумаче сви резултати експеримента и утврђује да ли је експериментом подржана или одбачена хипотеза.
У нашем примеру би закључак гласио: Концентрација угљен-диоксида утиче на интензитет фотосинтезе, тј повећана концентарција угљен-диоксида повећава интензитет фотосинтезе.
Уочена правилност и образац промене два или више чинилаца, тј. величина, још увек не објашњава каква је природа, тј. механизам везе између чинилаца, нити како промена једне величине (А) доводи до промене друге (Б)? Да бисмо то објаснили, у науци правимо моделе. Модел је представа о томе како су делови, тј. чиниоци неког сложеног система или појаве, међусобно повезани и на који начин утичу једни на друге. На основу модела, ми можемо боље или лошије да предвидимо како ће се неке стварне појаве одвијати у одређеним условима.
При научном истраживању, конструкцији модела, доношењу и објављивању резултата, постоји један важан извор забуне, погрешних закључака, али и злоупотребе. Наиме, чињеница да се две величине заједно мењају, да уочавамо правилан образац у њиховом варирању (нпр. увек кад расте А, расте и Б), не мора нужно да следи да су оне обавезно у узрочно-последичном односу. Небројено пута је до сад ово била суштина погрешних закључака, али и великих манипулација и злоупотреба „научних“ знања!
Истраживање
Хајде да своја знања о научном методу применимо на једном конкретном примеру промене пулса. Пулс је, као што знате, број откуцаја срца у минуту и може се мерити помоћу посебног апарата, а можете га мерити и тако што ћете кажипрст и средњи прст ставити на врат (каротидну артерију) поред душника и мерити број откуцаја у минуту (може и два или три прста на унутрашњу страну зглоба шаке; довољно је и да избројите број откуцаја у 15 или 30 секунди и помножите са 4 односно са 2). Нормалан пулс је од 60 до 100 откуцаја срца у минуту.
1. Посматрање: Већ смо много пута приметили да нам пулс варира у различитим ситуацијама
2. Поставимо истраживачко питање „Шта је то што утиче на брзину пулса?”
3. Поставимо хипотезу „Пулс зависи од физичке активности”
4. За проверу хипотезе спроводите експеримент: мерење пулса пре и након физичке активности. При томе водите рачуна да остале факторе који такође утичу на пулс одржавате константним (прво морате бити потпуно здрави и одморни да би учествовали у експерименту, да не узимате лекове, да сте јели и да нисте под стресом) Поделите се у шест група ( 5 ученика у свакој групи): једна нека мери пулс након 2 чучња, друга група мери пулс након 4 чучња, трећа група након 6, четврта након 8, а пета након 10 чучњева. Шеста група је контролна, ти ученици такође мере свој пулс, али је важно да нису изложени физичкој активности (тј. нису изложени независној варијабли). У овом случају независно променљива је физичка активност (број чучњева), а зависно променљива је пулс.
Овај експеримент се може извести и тако што, уместо чучњева, ученици трче у месту 1,2,3,4 и 5 минута и након тога мере пулс).
5. Обрадите прикупљене податке и прикажите их табеларно
Прво је неопходно за сваку групу израчунати средњу вредност (аритметичку средину) добијених резулата (која се добија кад се саберу вредности пулса за све ученике у оквиру групе и поделе са бројем ученика у тој групи). Затим се средња вредност за сваку групу уноси у табелу.
Резултате овог истраживања можете приказати и графички, где би се на x-осу унео број чучњева (независна променљива), а на y-осу средње вредности пулса за сваку групу (зависна променљива).
6. Продискутујте на крају сви заједно до каквих сте закључака дошли. Да ли је хипотеза потврђена или одбачена овим експериментом?
Сада сами (или у мањим групама) осмислите неко истраживачко питање и спроведите једноставно истраживање. Водите рачуна о томе да прођете кроз све фазе истраживања и да их спроведете по принципима објашњеним у лекцији.
Кроз ове кораке научне методе ћете пролазити у многим истраживачким задацима који следе у наредним лекцијама. У некима су дата само истраживачка питања, у некима је предложен експеримент. Од вас се очекује да уз помоћ својих наставника осмислите остале етапе научне методе и спроведете истраживање, по принципима објашњеним у овој лекцији.
Задаци
1. Наведите пример из свакодневног живота у коме су инжењери осмислили решење за неки проблем користећи знања из фундаменталних наука. Потрудите се да наведете тачно који су проблем инжењери решили и која научна знања су користили за конкретни инжењерски подухват.
2. Наведите и кратко опишите пример једног огледа (из физике, хемије или биологије) који сте радили/посматрали у основној школи и покушајте да одредите шта је у огледу био независан, а шта зависан параметар.
3. Наведите пример две природне појаве које стоје у међусобном узрочно-последичном односу. Објасните каква је зависност у питању, тј. која је величина узрок, а која последица.