Развитие естествознания и естественные науки

Отличительные признаки науки

Отличить науку от иной когнитивной деятельности человека очень просто:

1. Наука обладает своим четким понятийным аппаратом.

2. Научные открытия всегда подкрепляются исследованиями, опытами и экспериментами, т. е. не являются голословными.

3. Одной из ее функций является прогнозирование, что дает шанс предотвратить многие неблагоприятные для человечества исходы. Например, уменьшить количество жертв при природных катаклизмах, таких как извержение вулкана, цунами и т. д.

4. Результаты научного познания не несут в себе отпечаток личности, иными словами они не зависят от эмоционального состояния человека и их всегда можно попытаться оспорить. Например, художественное произведение является продуктом личностного восприятия мира автором и его мнение нельзя оспорить, ведь это чисто его точка зрения, читателю остается только согласиться либо не согласиться с представленной позицией. А вот в научных кругах все совсем по-другому. Ученые могут либо подтвердить научный факт, либо опровергнуть его при помощи научных опытов и экспериментов.

Законы и теории

Бытует мнение, что если учёные находят доказательства, поддерживающие гипотезу, последняя становится теорией, а в случае, когда теория верна, на её основании пишется закон. Это не совсем так. На самом деле факты, гипотезы, теории и законы — лишь отдельные инструменты научного метода. Они могут развиваться, но это не означает, что они обязательно переходят в новое качество. Упрощённо разница между терминами выглядит так:

• Закон — это описание наблюдаемого явления. Он не объясняет, почему явление существует или что его вызывает.
• Гипотезой называют ограниченное, предположительное объяснение феномена.
• Теория представляет собой логическую, систематическую внятную трактовку явления и его причин.

Кроме того, если какая-то закономерность становится законом, это не означает, что ситуация не изменится из-за будущих исследований. Использование определения закона у неспециалистов и учёных заметно отличается.

Факты и законы работают на эмпирической, наблюдательной основе. Теории оперируют закономерностями на концептуальном уровне и зиждятся на логике, а не на наблюдениях. По аналогии с плохими и хорошими формальными объяснениями, теории также различаются по качеству. Наиболее важные критерии их оценки сводятся к следующему перечню:

• Логическая непротиворечивость. Теоретические построения, граничные условия и допущения согласуются друг с другом.
• Прогностическая сила. Насколько хорошо она предсказывает реальность.
• Опровергаемость. Гарантия эмпирической проверяемости.
• Экономичность. Объяснение сложного явления не должно быть за счёт неоправданного добавления новых конструкций.

С учётом того факта, что теории и наблюдения являются двумя столпами естествознания, научные исследования, соответственно, ведутся на двух уровнях: теоретическом и эмпирическом. Первый касается разработки абстрактных понятий о явлении и соотношениях между этими понятиями. Эмпирический уровень предполагает проверку концепций на достоверность действительным наблюдениям. Благодаря такому подходу теории совершенствуются в своём соответствии реальности.

Основные типы наук

Все науки, кроме математики и философии, можно разделить на три типа:

1. Естественные науки
2. Общественные (социальные) науки
3. Гуманитарные науки

Математика и философия относятся к мета-наукам.

1. Естественные науки

Естественные науки изучают окружающую природу, которая может существовать без человека, а также и такую природу, которая может существовать и без разумной деятельности человека.

Например, композитные материалы изучают естественные науки, хотя композитные материалы искусственно создают люди. В естественной природе такие материалы могут никогда не встречаться. Но если все люди
исчезнут, то композитные материалы могут остаться существовать без наличия людей. Поэтому композитные материалы изучают естественные науки.

Или, например, такая естественная наука, как анатомия изучает устройство человеческого тела, так как тело человека появилось до того, как человечество стало разумным и тело человека останется таким же,
если человек потеряет разум.

Все естественные науки делятся на два класса:

• Фундаментальные
• Прикладные

Фундаментальные естественные науки

Фундаментальные естественные науки делятся на два вида:

• Общие фундаментальные естественные науки
• Фундаментальные естественные науки о Земле

Кроме этих двух видов фундаментальных естественных наук, иногда выделяют в отдельный вид науки, которые специализируются не на изучении планеты Земля, а на изучении конкретных космических объектов.
Например, селенография специализируется на изучении Луны, а петрография изучает метеориты.

Общие фундаментальные естественные науки

Общие фундаментальные естественные науки, это самые общие науки о природе. К этим наукам относятся такие науки, как физика, химия, астрономия, биология и подобные им.

Разумеется, к общим фундаментальным наукам относятся и все разделы этих наук, и все пересечения и стыковки этих наук. Например, ботаника, зоология, астрофизика, биофизика, космология, космогония,
биохимия, анатомия, квантовая физика, термодинамика, механика и т.п.

Фундаментальные естественные науки о Земле

Фундаментальные естественные науки о Земле это те же самые общие фундаментальные естественные науки, которые специализируются на изучении планеты Земля. Это такие науки, как география, геология,
океанография, океанология, вулканология, климатология, метеорология и т.п.

Прикладные естественные науки

Прикладные естественные науки, это такие естественные науки, которые имеют непосредственное применение человеком на практике. Открытия и выводы фундаментальных естественных наук могут на практике нигде
не применяться. Например, наши знания о черных дырах нигде на практике нами не применяются. Порой проходят десятилетия или даже столетия прежде чем фундаментальные знания найдут какое-то практическое
применение. А прикладные естественные науки заняты решением непосредственных практических задач.

В основном, это разные технические науки. Но не только. К прикладным естественным наукам относятся и такие науки, как медицина и гигиена.

2. Социальные (общественные) науки

Социальные науки, это науки о человеческом обществе.

Человеческое общество не может существовать без разумной деятельности человека. Если человек перестанет быть разумным, то человеческое общество, в отличие от человеческого тела, сразу же деградирует.
Поэтому науки, изучающие общество, не относятся к естественным наукам.

Примерами общественных наук являются такие науки, как экономика, история, социология, правоведение, юриспруденция, политология, политэкономика, экономическая география и т.п.

3. Гуманитарные науки

Гуманитарные науки, это науки о внутреннем мире человека и его духовной культуре.

Примерами гуманитарных наук являются такие науки, как этика, эстетика, культурология, искусствоведение, литературоведение, история искусства и т.п.

Например, такая наука, как экология находится на стыке социальных и естественных наук. А наука психология находится на стыке социальных и гуманитарных наук.

Педагогика

В то время как общественный имидж научного образования может быть просто заучиванием фактов наизусть , естественнонаучное образование в новейшей истории также обычно концентрируется на преподавании научных концепций и устранении заблуждений, которые могут иметь учащиеся в отношении научных концепций или другого содержания. Томас Кун , чья книга 1962 года «Структура научных революций» оказала большое влияние на постпозитивистскую философию науки, утверждал, что традиционный метод преподавания естественных наук имеет тенденцию к формированию жесткого мышления .

С 1980-х годов на научное образование сильно повлияло конструктивистское мышление. Конструктивизм в естественнонаучном образовании основывается на обширной программе исследований мышления и обучения студентов в области естественных наук, в частности изучения того, как учителя могут способствовать концептуальным изменениям в сторону канонического научного мышления

Конструктивизм подчеркивает активную роль учащегося и важность текущих знаний и понимания в опосредовании обучения, а также важность обучения, которое обеспечивает оптимальный уровень руководства для учащихся.

Подход управляемого открытия

Вместе с Джоном Дьюи , Джером Брунер , и многие другие , Артур Кестлер предлагает критический анализ современного научного образования и предлагает его замену с подходом , направляемого открытие:

Доступны конкретные практические иллюстрации этого подхода.

История естествознания

Можно считать, что естествознание зародилось в дописьменных человеческих сообществах. Ещё в те времена люди, наблюдая за природой, создавали знания о поведении животных, полезности растений в качестве продуктов питания и лекарств. Эта информация передавалась из поколения в поколение.

Доаристотелева эпоха

Подобные примитивные познания уступили более систематизированным исследованиям и выводам приблизительно в месопотамских и древнеегипетских культурах. Там появляются первые письменные свидетельства о естественной философии.

Традиция научного исследования характерна также для Древнего Китая, где даосские алхимики и философы экспериментировали с эликсирами для продления жизни.

Древнегреческие мыслители приблизили естественную философию к дисциплине о причинно-следственных связях в природе с элементами мифологии между 600 и 400 г. до н. э.

Некоторые открытия и гипотезы учёных античного мира поражают своей современностью:

• VI век до н. э. — философ Фалес из Милета объясняет землетрясение не божественной деятельностью, а как событие физического мира.
• V век до н. э. — Левкипп высказал идею о том, что мир состоит из неделимых частиц.
• IV век до н. э. — Аристотелем пишется большой труд «История животных», не потерявший влияние на научную мысль даже в XVI веке. Ему принадлежат также труды по физике и метеорологии.

Аристотель по праву считается отцом науки благодаря тому, что первый осознал важность эмпирического знания. Он применял свои методы практически ко всему, от поэзии и политики до астрономии

Школу познания античного философа можно суммировать следующими принципами:

• Изучение чужого опыта.
• Поиски общего согласия по вопросу.
• Систематическое исследование фактов, даже тех, которые частично относятся к предмету.

От философии к естествознанию

Труды Аристотеля и другая греческая натурфилософия достигли Европы приблизительно в середине XII века. Эти работы стали изучаться в новых университетах, несмотря на запреты церкви. В позднем Средневековье публикуются первые классификации наук на основе греческой и арабской философии, среди которых появилось в названиях естествознание.

Изобретение печатного станка в XV веке, микроскопа и телескопа коренным образом повлияло на эволюцию научных знаний об окружающем мире. Аристотелева философия отошла на второй план, уступив новым методам исследования. Природу учёные стали рассматривать как механизм, который для понимания следует разобрать на части. Одним из главных достижений научной революции XVII века стало повсеместное использование научного метода для изучения природы, что и сформировало базу естественных наук в том виде, в котором они существует в настоящее время.

Естественные науки

Естественные, или природные («естество» — природа), науки— это раздел науки, отвечающий за изучение всех внешних по отношению к человечеству, природных явлений. Возникновение всех естественных наук связано с изучением и применением натурализма к научным исследованиям.

Основные принципы натурализма и естественных наук ставят перед собой цель изучать и применять все законы природы, не внося в них законы, которые вносятся человеком, а именно — исключая произвол человеческой воли.

Само понятие о естественных науках и исследованиях введено для их размежевания гуманитарными и социальными науками.

Основой всех естественных наук необходимо считать естествознание — науку о всех существующих природных явлениях. Таким образом, первыми яркими представителями естественных наук нужно считать величайших естествоиспытателей, таких как: Михаил Ломоносов, Блез Паскаль, Исаак Ньютон.

БАЗОВЫЕ ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ:

Биология — это естественная наука о жизни, предметом изучения являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой;

География —  единый комплекс естественных наук, изучающих географическую оболочку Земли и акцентирующий на выявлении пространственно-временных закономерностей;

Физика —  определенная область естествознания и естественных наук. Физика изучает наиболее общие фундаментальные закономерности,которые определяют эволюцию и структуру материального мира. Основные законы физики лежат в фундаменте всего естествознания;

Химия—  одна из  самых важных и обширных областей познания естественных наук. Это отрасль о веществах, строении и превращениях, их свойствах, которые происходят в результате различных химических реакций, а также фундаментальных законах, которым данные реакции подчиняются;

Астрономия —  естественная дисциплина о передвижении, развитии и строения небесных систем и тел, вплоть до Вселенной в общем.

Астрономия, в частности, изучает Солнце, все планеты Солнечной системы и их спутники, метеориты, кометы, астероиды, звезды и внесолнечные системы, межпланетное вещество, туманности, межзвёздное вещество, галактики, скопления, квазары, пульсары, чёрные дыры и так далее.

Все существующие современные естественные науки, применяют математическую модель для описания и понятия рассматриваемых явлений. Естественные дисциплины дают  точное определение закономерностей, которые описывают рассматриваемые явления природы.

Также, рассматривают формульную запись новых теорий и гипотез естественных дисциплин. В результате этого, обеспечиваемые естественными науками. Точные описания содержат численные значения.

Без лишних слов можно сказать, что естественные науки — это фундамент современного общепринятых правил в научном мире, с помощью которого строится и развивается современное общество.

Естественные дисциплины являются обязательными к изучению на начальном, среднем уровнях во всех средних учебных заведениях. Более глубокие знания в естественных науках можно получить в высших учебных заведениях.

Отрасли и дисциплины

Естествознание можно разделить на две большие группы: физические дисциплины и изучающие живые объекты. Их также можно классифицировать в зависимости от назначения. Так называемые чистые науки объясняют самые основные объекты и законы, их регулирующие.

Прикладные применяют фундаментальные теоретические знания для узких практических целей. Например, медицина ставит своей задачей излечение человеческих недугов на основе биологии.

Список естественных наук, которые считают основными, выглядит так:

• Физика. Фокусируется на свойствах и взаимодействии материи, энергии, пространства и времени. В общем рассматривается как фундаментальная система знаний, тесно связанная с математикой и логикой. Формулирование теорий о законах, управляющих Вселенной, характерно для этого комплекса естественных знаний с древних времён.
• Химия. В её интересы входит состав, структура и свойства веществ и изменение их результате реакций. Экспериментальная дисциплина, тесно связанная с остальной частью естествознания. Возникла из алхимии — сочетания эзотерики и физических экспериментов. Систематизация произошла после создания периодической таблицы и внедрения атомной теории вместе с разработкой исследователями фундаментального понимания форм материи.
• Биология. занимается изучением живых существ, их происхождения, эволюции и особенностей. Имеет дело с характеристиками и классификацией организмов, взаимодействием видов друг с другом и окружающей средой. Такие разделы, как ботаника, зоология и медицина, появились с первыми цивилизациями. Микробиология берёт начало с XVII века вместе с открытием микроскопа. Ключевые события в развитии науки связаны также с появлением теорий эволюции, применением методов, характерных для физики и химии на клеточном и молекулярном уровне. Делится на разделы в зависимости от масштаба изучения: жизни от молекулярной до экологии.
• География. Наука, описывающая происхождение, развитие и нынешнее состояние Земли. Объединяет комплекс методов познания о планете от картографии до метеопрогнозов. Включает в себя такие важные разделы, как океанография, геология, почвоведение, палеонтология. Хотя минералы и руды были предметами интереса на протяжении всей человеческой цивилизации, научное развитие знание о строении Земли приобрело лишь в XVIII веке.
• Астрономия. Учение о небесных телах, их движении и явлениях, с ними связанных. Одна из самых древних дисциплин. Использует в качестве инструмента понимания процессов в небе физику и математические методы. Граничит с философскими вопросами о происхождении и будущем Вселенной. Ключевой фактор развития — появление и совершенствование телескопов.

Прогресс естествознания позволил человечеству победить неизлечимые в прошлом болезни, извлечь из недр Земли необходимые ресурсы, обеспечить население продуктами питания и совершить научно-техническую революцию.

Науки о Земле

Науки о Земле охватывают очень большое количество самых разных специальностей, которые изучают историю и будущее Земли, климатические изменения, экологические проблемы, обеспечение населения продуктами, водой и энергией, сохранение природных ресурсов и многое другое.

Самыми динамично развивающимися направлениями здесь являются менеджмент в энергетике и утилизации отходов, а также устойчивое развитие. Перечисление отраслей, в которых могут работать геологи, географы, экологи и другие смежные специалисты, отнимет немало времени. Достаточно лишь сказать, что такой список начинается авиацией и археологией и заканчивается ядерной физикой.  Можно также перечислить наиболее важные задачи, которые сегодня решают специалисты в области наук о Земле:

• развитие использования возобновляемых источников энергии – Солнца, ветра, воды и др.
• прогноз развития планетарных систем;
• поиск новых месторождений природных ресурсов (вода, нефть и металлы);
• сохранение почв и сельскохозяйственной продуктивности;
• сохранение качества водных ресурсов;
• уменьшение последствий природных катастроф (извержения вулканов, землетрясения, наводнения, ураганы, сели и цунами);
• определение баланса между общественными нуждами и сохранением экосистем;
• понимание и предсказание поведения климатических систем.

Геология

Геология – одна из основных наук о Земле. Геологи работают с материалами, из которых состоит наша планета, изучают ее структуру и процессы. Геологи также изучают изменения, происходившие на Земле в разные эпохи. Геологи занимаются поиском природных ресурсов, изучают катастрофические явления.

Метеорология

Метеорологи изучают атмосферу и влияние процессов в ней на изменение погоды и климата. Это сугубо практическая наука, изучающая также влияние деятельности человека на климат.

Океанология

Океанологи изучают строение, состав, развитие и процессы, происходящие в Мировом океане. Океаны покрывают большую часть планеты и являются источником многих ресурсов, в том числе и энергетических. Океаны также оказывают решающее влияние на климат.

Отдельным направлением наук о Земле являются экологические специальности, лежащие на стыке многих дисциплин и переживающие сегодня небывалый подъем. Хороший эколог должен разбираться в химии, физике, биологии и геологии, а часто также и в экономике, социальных и политических науках.

Э

• Эвапорография
• Эволюционное учение
• Эйдология
• Экзобиология
• Экология
• Экология
• Экономгеография
• Эконометрия
• Экономика
• Эктипография
• Электрогастрография
• Электродинамика
• Электрокардиография
• Электрометрия
• Электромиография
• Электронография
• Электроретинография
• Электрофизиология
• Электрохимия
• Электроэнцефалография
• Эллинистика
• Эмбриология
• Эндокинематография
• Эндокринология
• Эндофотография
• Энтомология
• Энтомопатология
• Энцефалография
• Эпидемиология
• Эпизоотология
• Эргономика
• Эстезиология
• Эсхатология
• Этика
• Этимология
• Этиология
• Этноботаника
• Этнография
• Этнология
• Этнопсихология
• Этология

Исследовать

Практика естественнонаучного образования все больше основывается на исследованиях преподавания и обучения естествознания. Исследования в области естественнонаучного образования опираются на широкий спектр методологий, заимствованных из многих областей науки и техники, таких как информатика, когнитивная наука, когнитивная психология и антропология. Исследования в области естественнонаучного образования направлены на определение или характеристику того, что составляет обучение в науке и как оно осуществляется.

Джон Д. Брансфорд и др. Резюмировали масштабное исследование мышления студентов, сделав три основных вывода:

Предубеждения
Предыдущие идеи о том, как все работает, чрезвычайно живучи, и преподаватель должен прямо обратиться к конкретным заблуждениям учащихся, если учащийся хочет изменить свое заблуждение в пользу другого объяснения

Поэтому важно, чтобы преподаватели знали, как узнать о предубеждениях учащихся, и сделали это регулярной частью своего планирования.
Организация знаний
Чтобы стать по-настоящему грамотными в какой-либо области науки, студенты должны: «(а) иметь глубокую основу фактических знаний, (б) понимать факты и идеи в контексте концептуальной основы, и (в) организовывать знания способами которые облегчают поиск и применение «.
Метапознание
Студентам будет полезно подумать о своем мышлении и обучении. Их нужно научить оценивать свои знания и то, чего они не знают, оценивать свои методы мышления и делать выводы

Некоторые преподаватели и другие специалисты практиковали и пропагандировали обсуждение псевдонауки как способа понять, что такое научное мышление, и решить проблемы, связанные с псевдонаукой.

Образовательные технологии совершенствуются с учетом конкретных потребностей учителей естественных наук. Одно исследование, посвященное изучению того, как мобильные телефоны используются в условиях обучения естественным наукам после окончания средней школы, показало, что мобильные технологии могут повысить вовлеченность учащихся и их мотивацию в классе естественных наук.

Согласно библиографии ориентированных на конструктивизм исследований преподавания и изучения естественных наук в 2005 году, около 64 процентов задокументированных исследований проводились в области физики, 21 процент — в области биологии и 15 процентов — в области химии. Основная причина такого доминирования физики в исследованиях преподавания и обучения, по-видимому, заключается в том, что понимание физики связано с трудностями из-за особой природы физики. Исследование представлений студентов показало, что большинство предучебных (повседневных) идей, которые студенты привносят в преподавание физики, резко контрастируют с концепциями и принципами физики, которых необходимо достичь — от детского сада до высшего образования. Довольно часто идеи студентов несовместимы со взглядами физиков. Это также относится к более общим образцам мышления и рассуждения учащихся.

Виды познания

Необходимо отметить, что существуют разные виды познания. И они все отличаются, у них есть свои особенности. Так, есть не только виды научного познания непосредственно, философия рассматривает ещё и бытовое, философское, художественное, мифологическое. Фактически, это основные формы познания, и этот список красноречиво показывает, насколько по-разному можно подходить к изучению окружающей действительности. К примеру, при изучении окружающего мира признаётся только научный метод.

В то же время особенности социального познания показывают, что ограничиваться исключительно ими нельзя. Методы научного познания мира не совсем подходят для изучения общества. Это становится заметно, когда речь заходит о противоречивых моментах, каждое из которых не отрицает другое. Естественные науки точны и конкретны. В социуме же есть место и идеальному, духовному, а единых критериев для его изучения нет. И даже краткие обзоры существующей проблемы изучения социума дают понять, что здесь масса неоднозначного. Во многом по этой причине историей гораздо легче манипулировать. Универсальные методы научного познания такое исключают, иначе речь уже будет идти не об изучении.

Таким образом, чтобы полноценно показать действительность, нужны все типы познания. Разными видами можно лучше исследовать тенденции социума. При этом стоит отметить, что накопление обществоведческого материала продолжается и сейчас. А это значит, что уследить за общественными связями в будущем станет ещё сложнее. С другой стороны, методы научного анализа, к примеру, как и методы познания в целом постоянно развиваются. Форма может остаться прежней (например, социальный эксперимент), но увеличиваются масштабы. Что помогает лучше проследить естественные процессы внутри социума. И, опять же, выявить закономерности, сделать выводы. Возможно, составить прогнозы.

Естественные науки отличаются тем, что здесь многое с накоплением багажа знаний упрощается. В этой отрасли тоже развиваются методы, в познании виды новых исследований появляются. Но не усложняется объект, в отличие от социума. Да и часто его форма не претерпевает никаких изменений. Земля, природа, звёзды меняются гораздо медленнее, чем социум.

И ещё один момент: естественную науку легче изучать усилиями учёных из разных стран. Определение планеты, к примеру, будет одинаковым везде. В то же время с изучением социума или же с подходом, который применяется в гуманитарных науках, всё по-другому. Здесь различается не только форма, но и сам взгляд на вещи. К тому же часто возникает необходимость корректировать далеко не одно определение, а весь словарный запас, которым специалисты описывают проблему или закономерность.