Предметы естественно-научного цикла: как вести и как готовить учителей?

Биология, физика, химия, математика. В школе эти предметы  естественно-научного цикла для кого-то любимые, а у кого-то, напротив, даже в расписании уже вызывают оторопь. Какова здесь причина? В методах преподавания, наклонностях конкретного ребенка, программах подготовки будущих педагогов?

Среди педагогов, которых в школах не хватает, есть и учителя предметов естественно-научного цикла. По данным опроса Общероссийского народного фронта, родители чаще всего говорят об отсутствии в их школе учителя математики (34%), иностранного (32%) и русского (25%) языков, начальных классов (24%), физики (18%). В дефиците также химики и биологи.

Как привести в школу новых педагогов? В каких случаях предметы стоит объединять в единый предмет естествознание? Как формировать у школьников научную картину мира? Чем в решении комплекса проблем помогут предметные ассоциации? Среди них есть уже давно и эффективно работающие, как, например, Ассоциация учителей и преподавателей химии.

И совсем новые, как, например, появившаяся недавно Национальная ассоциация учителей естественных наук.

Эти и другие вопросы в прямом эфире обсудят эксперты дискуссионной онлайн-программы «Образовательная среда», которая выйдет 31 марта в 15:00 по московскому времени.

Эксперты программы:

– Людмила Семеновна Левина, председатель Ассоциации учителей и преподавателей химии, главный редактор журнала «Химия в школе», кандидат педагогических наук;
– Алла Николаевна Головенькина, директор Центра выявления и поддержки одаренных детей в Ямало-Ненецком автономном округе, абсолютный победитель конкурса «Учитель года России – 2014», заслуженный учитель Республики Татарстан;
– Артем Александрович Барат, учитель физики школы № 1520 имени Капцовых, г. Москва;
– Наталия Валентиновна Перелович, заместитель директора Института биологии и химии Московского педагогического государственного университета, доцент кафедры естественно-научного образования и коммуникативных технологий, кандидат педагогических наук;

– Михаил Александрович Червонный, доцент кафедры развития физического образования, директор центра дополнительного физико-математического и естественно-научного  образования Томского государственного педагогического университета.

Модератор дискуссии – Александр Милкус, заведующий Лабораторией медиакоммуникаций в образовании НИУ «Высшая школа экономики», обозреватель ИД «Комсомольская правда».

Трансляция онлайн-программы будет доступна на площадке федерального портала «Российское образование» и в официальной группе Минпросвещения России в социальной сети «ВКонтакте».

«Образовательная среда» – еженедельная дискуссионная онлайн-программа о развитии российского образования. Она выходит в эфир каждую среду. Это онлайн-площадка для обсуждения наиболее актуальных вопросов в сфере образования, воспитания и науки, которая объединяет широкий круг экспертов: директоров школ и педагогов, руководителей и преподавателей педвузов, колледжей и техникумов, учреждений дополнительного образования, представителей региональных органов управления образованием.

Проект инициирован федеральным порталом «Российское образование».

Следите за тематикой программ в наших анонсах.

какие предметы и профессии доступны на естественно-научном маршруте

Что такое естественно-научный профиль

Федеральный государственный образовательный стандарт среднего общего образования предполагает профильное обучение в старших классах. Одним из профилей является естественно-научное направление, ориентированное на такие сферы деятельности, как медицина и биотехнологии.

Естественно-научный профиль способствует развитию исследовательского интереса и формированию основ математического мышления. Даёт комплексное представление о современном состоянии естествознания и позволяет удовлетворить образовательные потребности обучающихся, связанные с изучением наук о жизни.  

В домашней онлайн-школе «Фоксфорда» естественно-научный профиль доступен уже с пятого класса. 

Какие предметы входят в естественно-научный профиль

Профильные естественно-научные классы, как правило, подразумевают углублённое изучение: 

• химии, 
• биологии, 
• математики, 
• иногда физики или информатики.

В текущих ФГОС на этот счёт нет строгих указаний, даны лишь рекомендации. Школы самостоятельно формируют учебные планы и перечни дисциплин. Например, поскольку физика необходима для поступления на химические факультеты, в некоторых образовательных организациях она включается в естественно-научный профиль.  

В домашней онлайн-школе «Фоксфорда» существует шесть образовательных маршрутов. Они позволяют изучать не только базовые школьные предметы, но и профильные, а также готовиться к олимпиадам и экзаменам.

В нашем естественно-научном маршруте упор делается на биологию, химию, физику и математику. Если в пятом классе в программу входит только биология, математика и физика, то уже с седьмого класса добавляется химия. А в старших классах — ещё и подготовка к Всероссу, вузовским олимпиадам, «Физтеху», «Росатому», «Ломоносову», «Покори Воробьёвы горы!» и другим топовым конкурсам. 

<<Перелинковка>>

Кому подходит естественно-научный профиль

Если школьник с детства интересуется природой и медициной, лечит кошек и собак, то естественно-научный профиль для него.  

<<Форма демодоступа>>

Естественно-научный профиль подойдёт школьнику, который:

• Обладает исследовательским интересом. Если ребёнок любит докапываться до сути, узнавать новое и находить взаимосвязи — это поможет в учёбе. 
• Любит читать и способен запоминать большое количество информации. Это нужно на любой специальности. Но в химии, биологии, физике и математике — особое количество формул и терминов. Без умения обрабатывать массивы информации будет сложнее.
• Обладает аналитическим складом ума. Часто больным местом становятся задачи и подсчёты. Если у ребёнка математическое мышление — это плюс.  
• Любит учиться на практике, а не только за партой. На университетском уровне студента ждут полевые практики, многочасовая работа с оптикой и химическими веществами на практикумах.

Источник: freepik.com / @teksomolika
‍

Куда можно поступить 

Естественно-научный профиль в школе позволяет пробовать силы на химико-биологических и медицинских специальностях.  

Школьник сможет участвовать во Всероссийской олимпиаде школьников, Менделеевском конкурсе, различных биологических и химических турнирах — призёрство или победа на олимпиадах дают бонусы для поступления.

Варианты, куда поступить, варьируются в зависимости от окончательного набора предметов ЕГЭ. Список вузов и специальностей можно посмотреть на информационном портале mos.ru. Вот некоторые варианты, которые считаются топовыми:

• МГУ: для поступления на биологический факультет понадобится комбинация из химии, биологии и профильной математики. Ученица 11 класса домашней онлайн-школы «Фоксфорда» Маша Журавлёва недавно делилась опытом подготовки. 
• МГМУ им. И.М. Сеченова: пользуются популярностью фармацевтический, педиатрический, лечебный, стоматологический и другие естественно-научные факультеты. 
• МФТИ: физика требуется на большинство специальностей. 
• РНИМУ им. Пирогова: один из ведущих «медов» России, «конкурент» Сеченовки.  
• НИУ ВШЭ: хотя университет известен экономической подготовкой, здесь есть факультет физики, факультет химии и факультет биологии и биотехнологии. Студенты ведут исследования на базе институтов РАН. 
• МГТУ им. Баумана: ведущий вуз для технарей, особенно физиков. 

Кем можно работать 

В первую очередь, естественно-научный профиль открывает двери в профессию медика. Здесь много направлений и возможностей. Согласно исследованию «Работа.ру» и «СберИндекс», медработник (в частности, фармацевт) станет одной из самых востребованных профессий в 2021 году.

Но естественно-научный профиль — не только про медицину. Можно стать специалистом в сфере геодезии и землеустройства, экологии и природоустройства, геологии и разработки полезных ископаемых, биоинженерии, реконструкции и реставрации объектов культурного наследия, ландшафтной архитектуры и других направлений.

Вот несколько профессий, куда можно попасть после естественно-научного профиля: 

• биолог/биохимик в качестве специалиста по технической поддержке и биоаналитике — ездит в командировки, отвечает за установку и обучение пользованию оборудованием, которое продаёт его компания;
• биомедицинский инженер — конструирует медицинское оборудование и протезы;
• биоинформатик — исследует крупномасштабные биологические проблемы с учётом больших объёмов данных, разбирается в молекулярной биологии, генетике, компьютерных науках, математике и статистике; 
• иммунолог — оценивает состояние защитных сил человека, создаёт вакцины и лекарства, лечит патологии и реабилитирует;
• урбанист-эколог — проектирует новые города на основе экологических биотехнологий. Уже сейчас высокотехнологичные зелёные города строят в Китае, Арабских Эмиратах и странах Европы;
• биохимический инженер — занимается созданием нового оборудования, роботизированных систем и программного обеспечения для биотехнологических и медицинских лабораторий; 
• молекулярный диетолог — разрабатывает индивидуальные схемы питания, основанные на данных о молекулярном составе пищи с учётом результатов генетического анализа человека и особенностей его физиологических процессов;
• биофармаколог — создаёт новые биопрепараты с заданными свойствами. Уже сегодня ряд важных лекарств — например, пенициллин и инсулин — производится при помощи генномодифицированных бактерий. 

Источник: freepik.com
 

Появляются и смежные профессии будущего. Вот лишь некоторые из «Атласа новых профессий». Многие существуют на рынке уже сейчас: 

• ИТ-генетик — занимается программированием генома под заданные параметры, в частности, предотвращение развития наследственных заболеваний;
• эколог-логист — отвечает за снижение экологического следа, вызванного транспортировкой товаров (выбросы CO₂), разрабатывает логистические решения, оптимизирует маршруты и цепочки поставок, чтобы снизить выбросы; 
• архитектор живых систем — проектирует технологии замкнутого цикла с участием генетически модифицированных организмов и микроорганизмов, например, рассчитает необходимую мощность биореакторов или тщательно продумает систему переработки мусора;
• ветеринар-реабилитолог — реабилитирует диких животных, пострадавших из-за разливов нефти, и занимается программами «отпугивания» от зон загрязнения, чтобы предотвращать гибель животных;
• специалист по преодолению системных экологических катастроф — работает с катастрофами, которые растянуты во времени и осознаются людьми постепенно. Например, тихоокеанская пластиковая свалка или тающая вечная мерзлота. 

Что в итоге

Естественно-научные специальности продолжат быть востребованными — познание окружающего мира не прекратится никогда. Уверенное знание химии и биологии открывает многие двери — от ветеринарного дела до ландшафтной архитектуры. 

Профильные предметы:

• химия, 
• биология, 
• математика, 
• физика. 
  

В домашней онлайн-школе «Фоксфорда» делать упор на эти дисциплины можно уже с пятого класса. Ребёнок, погружённый в специальность со средней школы, будет конкурентоспособнее и уверенней сверстников.

Естественные науки

Естественные науки – это академические дисциплины, которые в совокупности используют эмпирические данные понимать и объяснять физический мир. В государственном университете Ферриса эти дисциплины включают биологию, химию, науки о Земле, геологию и физику.

Клеймо бульдога

Выпускники Ферриса используют эмпирические данные для принятия обоснованных решений в отношении научных вопросы.

Актуальность

Научное исследование — это то, как мы приходим к более глубокому пониманию мира природы, делать открытия, влияющие на человечество, и разрабатывать решения многих проблем. Хорошо информированные граждане должны как осмысливать научный процесс, так и критически оценивать информацию, представленную в популярных СМИ.

Ferris Learning Outcomes

Наблюдаемые действия или способности, которые будут оцениваться как свидетельство успеваемости учащегося обучения для этой Ключевой компетенции описаны ниже. Значки слева от каждого результаты связаны с целостными рубриками подсчета очков. Полная матрица всех 40 баллов рубрики доступны на этой странице .

	SCI1:   Использовать концепции  – Учащиеся правильно применяют, анализируют или оценивают информацию, используя факты и понятия.
	SCI2: эксперименты по проектированию действительный эксперимент, чтобы проверить это.
	SCI3:   Анализ проблем  – Учащиеся используют научные концепции и принципы для критического анализа исторических или современные проблемы или политики.
	SCI4:   Передача данных  – Учащиеся ясно сообщают о научных графики, таблицы, статистические выводы, формулы и т. д.) по мере необходимости.

1.2 The Process of Science – Concepts of Biology – 1st Canadian Edition

Перейти к содержанию

Глава 1: Введение в биологию

К концу этого раздела вы сможете:

• Определять общие характеристики естественных наук
• Понять процесс научного исследования
• Сравните индуктивное рассуждение с дедуктивным рассуждением
• Опишите цели фундаментальной и прикладной науки

Посмотрите видео о научном методе. Рис. 1.14. Ранее называемые сине-зелеными водорослями, (а) цианобактерии, наблюдаемые в световой микроскоп, являются одними из древнейших форм жизни на Земле. Эти (б) строматолиты вдоль берегов озера Фетида в Западной Австралии представляют собой древние структуры, образованные наслоением цианобактерий на мелководье.

Как и геология, физика и химия, биология — это наука, собирающая знания о мире природы. В частности, биология изучает жизнь. Открытия в биологии делаются сообществом исследователей, которые работают индивидуально и вместе, используя согласованные методы. В этом смысле биология, как и все науки, является общественным предприятием, как политика или искусство. Методы науки включают тщательное наблюдение, ведение записей, логические и математические рассуждения, экспериментирование и представление выводов на рассмотрение другим. Наука также требует значительного воображения и творчества; хорошо спланированный эксперимент обычно называют элегантным или красивым. Как и политика, наука имеет большое практическое значение, и некоторые науки посвящены практическим приложениям, таким как профилактика болезней. Другая наука развивается в основном из любопытства. Какова бы ни была ее цель, несомненно, что наука, включая биологию, изменила человеческое существование и будет продолжать это делать.

Рис. 1.15. Биологи могут выбрать для изучения Escherichia coli (E. coli), бактерию, которая в норме обитает в нашем пищеварительном тракте, но иногда также является причиной вспышек заболеваний. На этой микрофотографии бактерия визуализируется с помощью сканирующего электронного микроскопа и цифровой окраски.

Посмотрите видео о редукционном подходе западной науки.

 

Биология — это наука, но что такое наука? Что объединяет изучение биологии с другими научными дисциплинами? Наука (от латинского scientia, — «знание») можно определить как знание о мире природы.

Наука — это очень специфический способ изучения или познания мира. История последних 500 лет показывает, что наука — очень мощный способ познания мира; он в значительной степени ответственен за технологические революции, которые произошли за это время.

Однако есть области знаний и человеческого опыта, к которым нельзя применить научные методы. К ним относятся такие вещи, как ответы на чисто моральные вопросы, эстетические вопросы или вопросы, которые в целом можно отнести к категории духовных вопросов. Наука не может исследовать эти области, потому что они находятся вне сферы материальных явлений, явлений материи и энергии, не могут быть наблюдаемы и измерены.

Научный метод — это метод исследования с определенными этапами, который включает эксперименты и тщательное наблюдение. Шаги научного метода будут подробно рассмотрены позже, но одним из наиболее важных аспектов этого метода является проверка гипотез. Гипотеза – это предполагаемое объяснение события, которое можно проверить.

Гипотезы или предварительные объяснения обычно вырабатываются в контексте научной теории. научная теория — это общепринятое, тщательно проверенное и подтвержденное объяснение совокупности наблюдений или явлений. Научная теория является основой научного знания. Кроме того, во многих научных дисциплинах (в меньшей степени в биологии) существуют научные законы, часто выраженные в математических формулах, которые описывают, как элементы природы будут вести себя в определенных конкретных условиях. Нет эволюции гипотез через теории к законам, как если бы они представляли некоторый рост уверенности в отношении мира. Гипотезы — это повседневный материал, с которым работают ученые, и они разрабатываются в контексте теорий. Законы — это краткие описания частей мира, поддающиеся формульному или математическому описанию.

Естественные науки

Что вы ожидаете увидеть в музее естествознания? Лягушки? Растения? Скелеты динозавров? Экспонаты о том, как работает мозг? Планетарий? Драгоценные камни и минералы? А может все перечисленное? Наука включает в себя такие разнообразные области, как астрономия, биология, информатика, геология, логика, физика, химия и математика. Однако те области науки, которые связаны с физическим миром и его явлениями и процессами, считаются естественными науками. Таким образом, музей естественных наук может содержать любой из перечисленных выше предметов.

Рисунок 1.16 Некоторые области науки включают астрономию, биологию, информатику, геологию, логику, физику, химию и математику.

Нет полного согласия, когда речь заходит об определении того, что включают в себя естественные науки. Для некоторых специалистов естественными науками являются астрономия, биология, химия, науки о Земле и физика. Другие ученые предпочитают делить естественные науки на науки о жизни, которые изучают живые существа и включают биологию, и физические науки, которые изучают неживую материю и включают астрономию, физику и химию. Некоторые дисциплины, такие как биофизика и биохимия, основаны на двух науках и являются междисциплинарными.

Научное исследование

Одна вещь является общей для всех форм науки: конечная цель «познать». Любознательность и исследование — движущие силы развития науки. Ученые стремятся понять мир и то, как он устроен. Используются два метода логического мышления: индуктивное рассуждение и дедуктивное рассуждение.

Индуктивное рассуждение — это форма логического мышления, которая использует связанные наблюдения, чтобы прийти к общему заключению. Этот тип рассуждений распространен в описательной науке. Специалист по жизни, такой как биолог, делает наблюдения и записывает их. Эти данные могут быть качественными (описательными) или количественными (состоящими из чисел), а исходные данные могут быть дополнены рисунками, картинками, фотографиями или видео. Из многих наблюдений ученый может сделать выводы (индукции), основанные на доказательствах. Индуктивное рассуждение включает в себя формулирование обобщений, сделанных на основе тщательного наблюдения и анализа большого количества данных. Исследования мозга часто работают таким образом. Многие мозги наблюдают, пока люди выполняют задачу. Часть мозга, которая загорается, указывая на активность, затем демонстрируется как часть, контролирующая реакцию на эту задачу.

Дедуктивное рассуждение или дедукция — это тип логики, используемый в науке, основанной на гипотезах. В дедуктивных рассуждениях модель мышления движется в противоположном направлении по сравнению с индуктивными рассуждениями. Дедуктивное рассуждение — это форма логического мышления, использующая общий принцип или закон для прогнозирования конкретных результатов. Исходя из этих общих принципов, ученый может экстраполировать и предсказать конкретные результаты, которые будут верны до тех пор, пока верны общие принципы. Например, прогноз может заключаться в том, что если климат в регионе становится теплее, распределение растений и животных должно измениться. Были проведены сравнения между распределениями в прошлом и настоящем, и многие обнаруженные изменения согласуются с потеплением климата. Обнаружение изменения в распределении свидетельствует о том, что вывод об изменении климата является верным.

Оба типа логического мышления связаны с двумя основными направлениями научного исследования: описательной наукой и наукой, основанной на гипотезах. Описательная (или исследовательская) наука направлена ​​на наблюдение, исследование и открытие, в то время как наука, основанная на гипотезах, начинается с конкретного вопроса или проблемы и потенциального ответа или решения, которое можно проверить. Граница между этими двумя формами исследования часто размыта, потому что большинство научных усилий сочетают оба подхода. Наблюдения приводят к вопросам, вопросы приводят к формированию гипотезы как возможного ответа на эти вопросы, а затем гипотеза проверяется. Таким образом, описательная наука и наука, основанная на гипотезах, находятся в постоянном диалоге.

Биологи изучают живой мир, задавая вопросы о нем и ища научно обоснованные ответы. Этот подход характерен и для других наук, и его часто называют научным методом. Научный метод применялся еще в древние времена, но впервые он был задокументирован английским сэром Фрэнсисом Бэконом (1561–1626), который разработал индуктивные методы для научных исследований. Научный метод используется не только биологами, но может применяться практически ко всему как метод логического решения проблем.

Рис. 1.17 Сэр Фрэнсис Бэкон считается первым, кто задокументировал научный метод.

Научный процесс обычно начинается с наблюдения (часто проблемы, которую нужно решить), которая приводит к вопросу. Давайте подумаем о простой задаче, которая начинается с наблюдения, и применим научный метод для ее решения. Однажды утром в понедельник ученик приходит в класс и быстро обнаруживает, что в классе слишком жарко. Это наблюдение также описывает проблему: в классе слишком тепло. Затем ученик задает вопрос: «Почему в классе так тепло?»

Напомним, что гипотеза — это предполагаемое объяснение, которое можно проверить. Для решения проблемы можно предложить несколько гипотез. Например, одной из гипотез может быть: «В классе тепло, потому что никто не включал кондиционер». Но могут быть и другие ответы на вопрос, и поэтому могут быть предложены другие гипотезы. Второй гипотезой может быть: «В классе тепло, потому что отключилось электричество, и поэтому кондиционер не работает».

После выбора гипотезы можно сделать прогноз. Прогноз похож на гипотезу, но обычно имеет формат «Если . . . тогда . . . ». Например, предсказание для первой гипотезы может быть таким: « Если ученик включит кондиционер, , то в классе не будет слишком жарко.

Гипотеза должна быть поддающейся проверке, чтобы убедиться, что она верна. Например, гипотеза, основанная на том, что думает медведь, не поддается проверке, потому что никогда нельзя узнать, что думает медведь. Он также должен быть фальсифицируемым, то есть его можно опровергнуть экспериментальными результатами. Примером неопровержимой гипотезы является «Боттичелли Рождение Венеры прекрасно». Нет никакого эксперимента, который мог бы показать, что это утверждение ложно. Чтобы проверить гипотезу, исследователь проведет один или несколько экспериментов, направленных на устранение одной или нескольких гипотез. Это важно. Гипотеза может быть опровергнута или исключена, но никогда не может быть доказана. Наука не занимается доказательствами, как математика. Если в ходе эксперимента не удается опровергнуть гипотезу, то мы находим подтверждение этому объяснению, но это не означает, что в будущем не будет найдено лучшего объяснения или будет найден более тщательно спланированный эксперимент, опровергающий гипотезу.

В каждом эксперименте будет одна или несколько переменных и один или несколько элементов управления. Переменная — это любая часть эксперимента, которая может варьироваться или изменяться в ходе эксперимента. Контроль – это часть эксперимента, которая не изменяется. Найдите переменные и элементы управления в следующем примере. В качестве простого примера можно провести эксперимент для проверки гипотезы о том, что фосфат ограничивает рост водорослей в пресноводных прудах. Ряд искусственных прудов наполняется водой, и половина из них обрабатывается путем добавления фосфата каждую неделю, а другая половина обрабатывается путем добавления соли, которая, как известно, не используется водорослями. Переменной здесь является фосфат (или отсутствие фосфата), экспериментальные или лечебные случаи — это пруды с добавлением фосфата, а контрольные пруды — это пруды с добавлением чего-то инертного, например, соли. Простое добавление чего-то также является контролем против возможности того, что добавление дополнительного вещества в пруд может иметь эффект. Если в обработанных прудах наблюдается меньший рост водорослей, то мы нашли подтверждение нашей гипотезы. Если нет, то мы отвергаем нашу гипотезу. Имейте в виду, что отказ от одной гипотезы не определяет, могут ли быть приняты другие гипотезы; он просто исключает одну неверную гипотезу. С помощью научного метода отвергаются гипотезы, противоречащие экспериментальным данным.

Рис. 1.18 Научный метод представляет собой серию определенных шагов, включающих эксперименты и тщательное наблюдение. Если гипотеза не подтверждается данными, может быть предложена новая гипотеза.

В приведенном ниже примере научный метод используется для решения повседневной проблемы. Какая часть в приведенном ниже примере является гипотезой? Какой прогноз? По результатам эксперимента подтверждается ли гипотеза? Если это не подтверждается, предложите несколько альтернативных гипотез.

1. Мой тостер не поджаривает мой хлеб.
2. Почему мой тостер не работает?
3. Что-то не так с электрической розеткой.
4. Если что-то не так с розеткой, моя кофеварка тоже не будет работать при подключении к ней.
5. Я включаю кофеварку в розетку.
6. Моя кофеварка работает.

На практике научный метод не такой жесткий и структурированный, как может показаться на первый взгляд. Иногда эксперимент приводит к выводам, благоприятствующим изменению подхода; часто эксперимент ставит перед головоломкой совершенно новые научные вопросы. Во многих случаях наука не работает линейно; вместо этого ученые постоянно делают выводы и делают обобщения, находя закономерности в ходе своих исследований. Научное рассуждение сложнее, чем предполагает сам по себе научный метод.

 

Посмотрите видео о прогрессе науки.

Последние несколько десятилетий в научном сообществе ведутся споры о ценности различных видов науки. Стоит ли заниматься наукой просто ради получения знаний, или научные знания имеют ценность только в том случае, если мы можем применить их для решения конкретной проблемы или улучшения нашей жизни? Этот вопрос фокусируется на различиях между двумя типами науки: фундаментальной наукой и прикладной наукой.

Фундаментальная наука или «чистая» наука стремится расширить знания независимо от краткосрочного применения этих знаний. Он не ориентирован на разработку продукта или услуги, представляющих немедленную общественную или коммерческую ценность. Непосредственной целью фундаментальной науки является знание ради знания, хотя это не означает, что в конечном итоге оно не может привести к применению.

Напротив, прикладная наука или «технология» направлена ​​на использование науки для решения реальных проблем, что позволяет, например, повысить урожайность, найти лекарство от конкретной болезни или спасти животных, которым угрожает естественная опасность. стихийное бедствие. В прикладной науке проблема обычно определяется для исследователя.

Некоторые люди могут воспринимать прикладную науку как «полезную», а фундаментальную науку как «бесполезную». Вопрос, который эти люди могут задать ученому, выступающему за приобретение знаний, будет звучать так: «Зачем?» Однако внимательное изучение истории науки показывает, что базовые знания привели к множеству замечательных применений, имеющих большое значение. Многие ученые считают, что перед разработкой приложения необходимо иметь базовое понимание науки; поэтому прикладная наука опирается на результаты, полученные с помощью фундаментальной науки. Другие ученые считают, что пора отходить от фундаментальной науки и вместо этого искать решения актуальных проблем. Оба подхода действительны. Это правда, что есть проблемы, которые требуют немедленного внимания; однако немногие решения были бы найдены без помощи знаний, полученных благодаря фундаментальной науке.

Один из примеров того, как фундаментальная и прикладная наука могут работать вместе для решения практических задач, произошел после того, как открытие структуры ДНК привело к пониманию молекулярных механизмов, управляющих репликацией ДНК. Нити ДНК, уникальные для каждого человека, находятся в наших клетках, где они дают инструкции, необходимые для жизни. Во время репликации ДНК создаются новые копии ДНК незадолго до деления клетки с образованием новых клеток. Понимание механизмов репликации ДНК позволило ученым разработать лабораторные методики, которые сейчас используются для выявления генетических заболеваний, выявления лиц, находившихся на месте преступления, и установления отцовства. Без фундаментальной науки маловероятно существование прикладной науки.

Еще одним примером связи между фундаментальными и прикладными исследованиями является проект «Геном человека», исследование, в ходе которого каждая хромосома человека была проанализирована и нанесена на карту для определения точной последовательности субъединиц ДНК и точного местоположения каждого гена. (Ген — это основная единица наследственности; полная коллекция генов человека — это его или ее геном.) Другие организмы также изучались в рамках этого проекта, чтобы лучше понять хромосомы человека. Проект «Геном человека» основывался на фундаментальных исследованиях, проведенных с нечеловеческими организмами, а затем и с геномом человека. В конечном итоге важной конечной целью стало использование данных для прикладных исследований в поисках лекарств от генетически связанных заболеваний.

Рис. 1.19 Проект «Геном человека» — это 13-летняя совместная работа исследователей, работающих в нескольких различных областях науки. Проект был завершен в 2003 году.

Несмотря на то, что исследования как в фундаментальной, так и в прикладной науке обычно тщательно планируются, важно отметить, что некоторые открытия делаются по счастливой случайности, то есть благодаря счастливой случайности или счастливому сюрпризу. Пенициллин был открыт, когда биолог Александр Флеминг случайно оставил чашку Петри с Бактерии Staphylococcus открыты. Нежелательная плесень выросла, убивая бактерии. Плесень оказалась Penicillium , и был открыт новый антибиотик. Даже в высокоорганизованном мире науки удача — в сочетании с наблюдательным и любопытным умом — может привести к неожиданным прорывам.

Независимо от того, является ли научное исследование фундаментальной наукой или прикладной наукой, ученые должны делиться своими открытиями с другими исследователями, чтобы расширять и развивать свои открытия. Коммуникация и сотрудничество внутри и между поддисциплинами науки являются ключом к продвижению научных знаний. По этой причине важным аспектом работы ученого является распространение результатов и общение с коллегами. Ученые могут обмениваться результатами, представляя их на научном собрании или конференции, но такой подход может охватить лишь ограниченное число присутствующих. Вместо этого большинство ученых представляют свои результаты в рецензируемых статьях, которые публикуются в научных журналах. Рецензируемые статьи — это научные статьи, которые рецензируются, как правило, анонимно коллегами ученого или коллегами. Эти коллеги являются квалифицированными специалистами, часто экспертами в той же области исследований, которые судят о том, подходит ли работа ученого для публикации. Процесс рецензирования помогает гарантировать, что исследование, описанное в научной статье или заявке на получение гранта, является оригинальным, значимым, логичным и тщательным. Предложения о грантах, которые представляют собой запросы на финансирование исследований, также подлежат экспертной оценке. Ученые публикуют свои работы, чтобы другие ученые могли воспроизвести свои эксперименты в аналогичных или других условиях, чтобы расширить результаты. Экспериментальные результаты должны согласовываться с выводами других ученых.

Многие журналы и популярные издания не используют систему рецензирования. В настоящее время доступно большое количество онлайн-журналов с открытым доступом, журналы со статьями, доступными бесплатно, многие из которых используют строгие системы рецензирования, но некоторые из них этого не делают. Результаты любых исследований, опубликованных на этих форумах без рецензирования, ненадежны и не должны служить основой для другой научной работы. В одном из исключений журналы могут разрешить исследователю цитировать личное сообщение другого исследователя о неопубликованных результатах с разрешения цитируемого автора.

Биология — это наука, изучающая живые организмы и их взаимодействие друг с другом и с окружающей их средой. Наука пытается описать и понять природу Вселенной полностью или частично. Наука имеет много областей; те области, которые связаны с физическим миром и его явлениями, считаются естественными науками.

Гипотеза – это предварительное объяснение наблюдения. Научная теория — это хорошо проверенное и последовательно проверенное объяснение ряда наблюдений или явлений. Научный закон — это описание, часто в форме математической формулы, поведения аспекта природы при определенных обстоятельствах. В науке используются два типа логических рассуждений. Индуктивное рассуждение использует результаты для получения общих научных принципов. Дедуктивное рассуждение — это форма логического мышления, которая предсказывает результаты, применяя общие принципы. Общей чертой всех научных исследований является использование научного метода. Ученые представляют свои результаты в рецензируемых научных статьях, публикуемых в научных журналах.

Наука может быть фундаментальной или прикладной. Основная цель фундаментальной науки — расширить знания, не ожидая краткосрочного практического применения этих знаний. Однако основной целью прикладных исследований является решение практических задач.

прикладная наука: форма науки, которая решает проблемы реального мира

фундаментальная наука: наука, которая стремится расширить знания независимо от краткосрочного применения этих знаний

контроль: часть эксперимента, которая не меняется в ходе эксперимента стремится наблюдать, исследовать и находить вещи

фальсифицируемые: могут быть опровергнуты экспериментальными результатами

гипотеза : предполагаемое объяснение события, которое можно проверить

наука, основанная на гипотезах: форма науки, которая начинается с конкретного объяснения, которое затем проверяется : область науки, например биология, изучающая живые существа

естествознание: область науки, изучающая физический мир, его явления и процессы

рецензируемая статья: научный отчет, который рецензируется коллегами ученого перед публикацией : знание, которое охватывает общие истины или действие общих законов, особенно когда они получены и проверены научным методом

научный закон: описание, часто в форме математической формулы, поведения некоторых аспектов природы при определенных условиях

научный метод: метод исследования с определенными этапами, который включает эксперименты и тщательное наблюдение

научная теория: тщательно проверенное и подтвержденное объяснение наблюдений или явлений изменить или изменить

Атрибуция СМИ

• Рисунок 1.