Пособие Проектная деятельность в школе. Учебное пособие для учащихся 7 11 классов Сургут 2014 ббк 74. 202. 661я721 удк 373 016(07) л 17 Рецензенты
 Скачать 2.08 Mb.
|
|
Раздел 7. От проблемы к гипотезе Цели изучения После изучения этого раздела нужно: уметь дать определение гипотезы; уметь объяснить, зачем нужно разрабатывать гипотезу исследо- вания; уметь объяснить, чем отличаются описательные и объяснитель- ные гипотезы; знать каким требованиям должна удовлетворять гипотеза; уметь оценить качество разработки гипотезы; уметь объяснить, как разрабатываются гипотезы для разных ти- пов исследовательских проблем. § 7.1. Понятие гипотезы Решение всякой исследовательской проблемы предполагает фор- мулирование гипотезы. Автору приходилось видеть в Интернете мно- жество ученических “проектов”, в которых не было ни проблемы, ни ги- потезы – это все псевдопроекты, в лучшем случае – рефераты на тему. Без проблемы и гипотезы не может быть никакого исследовательского проекта. Гипотеза – это допущение, предположение, истинность которого подлежит проверке. Иначе, гипотеза – это предполагаемое решение познавательной проблемы. Зачем нужна гипотеза? Ответ прост – она задает направление дальнейшего поиска решения проблемы. Чтобы объяснить, почему горит огонь, почему дует ветер, почему возникает молния, нам нужно высказать предположительный ответ на вопрос, а затем разработать и реализовать способ проверки своего предположения. Наше пред- положение может подтвердиться или нет, но и в случае отрицатель- ного ответа будет получено новое знание. Поэтому говорят, что в ис- следовании отсутствие положительного результата – тоже результат. Пример 14. В 18 – начале 19 вв. объяснять наблюдаемые тепловые явления (нагрев тел, теплообмен, тепловое расши- рение, тепловое равновесие и т. п.) пытались присутствием в телах теплорода – гипотетической тепловой материей (не- – 99 – весомой жидкостью). Для этого теплороду приписывались необычные свойства: невесомость, наибольшую по сравне- нию с др. веществами упругость, способность проникать в мельчайшие поры тел и расширять их. В 18 в. для объяснения физических и химических свойств веществ наряду с теплоро- дом рассматривали и др. невесомые жидкости. Но в начале 19 в. было доказано, что тепловые явления обусловлены хао- тическим движением атомов и молекул. Пример 15. В 18 в. химики объясняли горючесть веществ наличием в них особой материальной субстанцией, назван- ной флогистоном. Горение представлялось как разложение тела с выделением флогистона, который необратимо рассе- ивается в воздухе. Считалось, что вихреобразные движения флогистона, выделяющегося из горящего тела, и представ- ляют собой видимый огонь. Гипотеза флогистона была опро- вергнута в конце 18 в. трудами А. Лавуазье. Но, несмотря на ошибочность, учение о флогистоне сыграло большую роль в становлении химии как науки. Гипотезы о существовании “теплорода”, “флогистона” и многие другие, не нашедшие подтверждения, перешли в разряд заблужде- ний, но они сыграли важную роль в развитии человеческого знания и познания. Гипотезы бывают двух видов – описательные и объяснительные. Описательная гипотеза – это предположение о присущих исследу- емому объекту свойствах. Оно обычно отвечает на вопрос: «Что пред- ставляет собою данный объект?» или «Какими свойствами обладает данный объект?». Особое место среди описательных гипотез занимают гипотезы о существовании какого-либо объекта, которые называют. Примером такой гипотезы может служить предположение о некогда совместном существовании материка западного (Америка) и восточного (Европа и Африка) полушарий. Такой же будет и гипотеза о существовании Ат- лантиды или существовании Трои. Объяснительные гипотезы – это предположения о причинах возникновения исследуемого объекта или причинно следственных связях между процессами. Такие гипотезы обычно выясняют: «Поче- му произошло данное событие?» или «Каковы причины появления данного предмета?». Примеры таких предположений: гипотеза о Тун- гусском метеорите; гипотеза о появлении ледниковых периодов на Земле; гипотезы о причинах вымирания животных в различные гео- – 100 – логические эпохи; предположения о причинах поведения людей, или загрязнения воздуха. Основные требования к гипотезе – она должна быть обоснован- ной и проверяемой. Всякий, кто выдвигает какую-либо гипотезу, должен быть готовым к тому, чтобы ответить на вопрос, почему он это предполагает. Из какого уже существующего знания он выводит свое предположение. Руководствуясь только здравым смыслом и интуицией, продуктив- ной гипотезы не разработать. Предположение о том, что молния – это стрелы Перуна не есть обоснованное и проверяемое утверждение. Утверждения типа: “Я верю, что, если сделать так-то, мы получим то, что хотим”, – означает лишь, что надежных оснований под данным предположением нет, и остается либо верить в продуктивность инту- иции его автора, либо искать возможности обосновать выдвигаемое предположение. Степень обоснованности гипотезы можно оценить по следующей шкале: очень низкая – в основе гипотезы лежит индивидуальный опыт или интуиция ее создателя (человек заявляет “я так думаю”); низкая – гипотеза опирается на групповой опыт (группа заявляет “мы так считаем”, “мы так думаем”); средняя – гипотеза основывает ее на высказываниях (мнении) ква- лифицированного эксперта или нескольких экспертов; выше средней – гипотеза создается на основе результатов специ- ально организованного обсуждения проблемы группой экспертов; высокая – в основе гипотезы лежит признанная научная теория. Гипотеза должна быть проверяемой. Гипотезы, которые мы не зна- ем, как проверить, или по каким-то причинам не можем проверить, остаются в статусе гипотезы и на этом исследование останавливает- ся. Если мы сформулировали гипотезу о Тунгуском метеорите, но у нас нет денег, чтобы организовать экспедицию для ее проверки, то исследование останавливается до тех пор, пока мы не найдем нуж- ные средства, или кто-то другой не подтвердит свою гипотезу. Другой пример. Существует не один десяток гипотез о том, зачем была по- строена Великая пирамида – комплекс древних памятников, которые во время египетских фараонов были частью древнего города Мемфис (сегодня часть Большого Каира). В отношении Великой пирамиды ве- дутся постоянные дискуссии. Самой известной из выдвинутых версий является гипотеза, о том, что три главные пирамиды комплекса пред- ставляют собой карту звездного неба и соответствуют трем звездам – 101 – пояса Ориона. Другие авторы видели в Великой пирамиде астроно- мическую обсерваторию, Храм просвещения, наследие сверхрасы, прибывшей с исчезнувшего континента Атлантида, всего лишь при- способление для очистки мутной нильской воды, которая с этой це- лью прогонялась по шахтам пирамиды. Согласно еще одной гипоте- зе, предназначение и практическая польза пирамид Египта состоит в защите от пустынных песков. Эти и другие гипотезы пока проверены быть не могут и остаются лишь предположениями. § 7.2. Как разработать гипотезу? Содержание гипотезы определяется тем, какое новое знание тре- буется получить. В зависимости от того, “что требуется”, т.е. какое зна- ние хотят получить, разработка гипотезы потребует реализации раз- ных схем действий. Если нужно выяснить, существует ли такой-то объект, процесс, явление, то гипотеза будет содержать ответ “да” или “нет”. Примеров такого рода вопросов много и в истории и в современности: суще- ствовала ли Атлантида, существовала ли Троя, существует ли снежный человек, существует ли бозон Хиггса, существует ли жизнь на Марсе, существуют ли регулярные перепады напряжения в городской элек- тросети. Выбрать вариант гипотезы “да, существует” или “нет, не существу- ет” далеко не просто. Такой выбор нужно тщательно обосновать, по- скольку проверка гипотезы может требовать значительных затрат и быть сопряженной с различными рисками. Пример 16. В 1520 г. началось первое кругосветное путе- шествие под руководством Ф. Магеллана. Задача экспедиции состояла в том, чтобы проверить гипотезу о существовании пути из Европы в Азию, если плыть не на восток, а на запад. Эта идея западного пути к берегам Азии была высказана Х. Колумбом. И он же первым проверил ее. Но к тому времени стало ясно, что Америка открытая Колумбом, – это не Азия. План достигнуть богатых островов пряностей, следуя че- рез западный Атлантический океан, обогнув Южную Амери- ку, родился у Магеллана в результате изучения географии. Магеллан предложил свой план португальскому королю, однако тот отверг его. Тогда Магеллан покинул Португалию и переселился в Испанию. Он подал ходатайство испанско- му правительству об оказании помощи в осуществлении – 102 – задуманного плана. Была учреждена особая комиссия для разбора проекта Магеллана. Но комиссия также отклонила предложение Магеллана и признала его неосуществимым. Члены комиссии предполагали, что американский материк, подобно барьеру простирается от одного полюса к другому и поэтому не существует никакого прохода из Атлантического океана в Южное море. Среди членов комиссии был некто Хуан де Аранда, кото- рый один оценил все значение проекта Магеллана и заинте- ресовался им. Хуан де Аранда познакомился ближе с Магел- ланом и добился для него аудиенции у короля. Король отнесся серьезно к предложению Магеллана. На совете министров было вновь обсуждено предложение Ма- геллана, и король согласился помочь ему, но потребовал, чтобы Магеллан более точно обозначил свой путь. Это было сделано, и гипотеза получила возможность быть проверен- ной. Путешествие Магеллана столкнулось с многочисленными трудностями, которые из-за отсутствия в то время нужных знаний были неизбежны. Когда мореплаватели обогнули Юж- ную Америку и оказались в Тихом океане, они почти четыре месяца плыли, не видя земли и испытывая острый недостаток пресной воды и пищи. Из пяти судов, начавших плавание в составе экспедиции Магеллана, только одно вернулось в Ис- панию, имея 18 человек на борту. Ещё 18 человек, попавших в плен к португальцам, вернулись в Европу позднее. Сам Ма- геллан погиб в стычке с аборигенами, на одном из островов в Тихом океане. Но экспедиция оказалась весьма успешной в коммерческом отношении, принеся организаторам большую прибыль. Как видно из приведенного примера, тщательное обоснование гипотезы, позволило Магеллану добиться ее принятия теми, кто мог выделить средства для ее проверки. Это обоснование стало одним из важных факторов успеха экспедиции Магеллана. Другой тип познавательных проблем и соответствующих им гипо- тез, связан с ответом на вопрос, обладает ли объект таким-то свой- ством. В этом случае может казаться, что сформулировать гипотезу несложно. Можно предположить, “да, обладает”. Другой вариант – “нет, не обладает”. Простота эта видимая. Представь себе, что вопрос звучит так, “может ли скорость света быть большей, чем 300 000 км/сек”. Не – 103 – много на земле людей, которые смогут в этом случае сформулировать обоснованную гипотезу. Если проблема проще и требуется ответить на вопрос: “Содержится ли в городском воздухе такое-то вредное ве- щество в концентрациях превышающих предельно допустимые нор- мы”, – то предположение “да, содержится” включает в себя, по сути два предположения, во-первых, о том, что такое вещество содержится в воздухе, а во-вторых, что его концентрация превышает допустимую норму, и что это не эпизодически, а постоянно. Последнее очень важ- но для проверки гипотезы. Ведь можно провести замер и обнаружить избыточное содержание вредного вещества, но это может оказаться следствием случайного выброса краткосрочного действия. Еще более сложный случай, когда объекты могут обладать иссле- дуемым свойством в разной степени. Например, если мы изучаем, знают ли учащиеся, как правильно пользоваться мобильным теле- фоном, то можем предположить, что существуют различия в этом, т.е. можем предположить, что есть группа ребят плохо знающих эти пра- вила, группа частично знающих правила и группа хорошо знающих правила. Но важно объяснить, почему мы это предполагаем, и чем одна группа отличается от другой. Когда хотят установить, есть ли существенные различия между какими-то группами однородных объектов по какому-то призна- ку, то в таком случае разработка гипотезы потребует обоснования предположения о существовании различий путем указания на воз- можные причины. Например, если выдвигается гипотеза, что между мальчиками и девочками существуют различия в их отношении к чте- нию художественной литературы, либо в отношении к той или иной профессии, то нужно указывать, в чем выражаются предполагаемые различия и почему, по мнению исследователей, они существуют. Если просто предполагать, что достаточно спросить, нравится ли тебе чи- тать книги или нет, чтобы выявить различия в отношении к чтению литературы, то это будет плохая гипотеза. Рассмотрим другой пример исследовательских задач этого типа и соответствующих им гипотез. Предположим, что мы хотим выяснить, существуют ли значимые раз- личия в содержании кислорода в воздухе нашего города в разные времена года. Положительная гипотеза состоит в том, что мы говорим “да существует”. Но, только этого недостаточно, нужно обосновать, почему мы делаем такое утверждение? Чтобы обосновать его, нам нужно проанализировать факторы, которые в принципе могут влиять на содержание кислорода в воздухе и показать, что все они или кака- я-то их часть действуют на территории нашего проживания. – 104 – Еще один тип познавательных проблем требует ответить на во- прос: “Есть ли причинно-следственные связи между явлениями, дей- ствиями, характеристиками каких-то процессов?”. Связи могут быть закономерными (жестко детерминированными) или вероятностными. Камень, брошенный вверх, будет через како- е-то время закономерно падать вниз, поскольку на него действует сила тяготения. Здесь движение камня вверх, а затем вниз подчиня- ется физическим законам и через них должно быть объяснено. Связь между напряжением в электросети и силой тока тоже жесткая. Связь между ростом и массой тела людей существует, но она вероятностная, т.е. у людей одного и того же роста могут быть разные веса с той или иной степенью вероятности. Существуют вероятностные связи между интенсивностью движения транспорта на дорогах и числом дорож- но-транспортных происшествий, между числом автомобилей на од- ного жителя города и загрязненностью воздуха в нем. Когда говорят, что А является причиной Б, то это может означать, что всегда, когда есть А оно порождает Б (жесткая связь) или, что всегда, когда есть А с той или иной степенью вероятности возникает и Б (вероятностная связь). Когда делается предположение, что между А и Б существует причинно-следственная, нужно также предположить, какая это связь (жесткая или вероятностная) и дать обоснование, почему утвержда- ется, что связь существует и почему она такая. Наиболее сложные познавательные проблемы связаны с вопро- сом, как что-то возникает или возникло. В этом случае гипотеза будет содержать предположение об условиях и механизме возникнове- ния процесса, явления, события. Как возникает молния или торнадо (смерчи), почему текут реки, как возникают горы, как возникла жизнь на земле, откуда произошло название “Россия”, как возникли поэзия, проза, живопись. Но есть и более простые вопросы, на которые мо- гут отвечать учащиеся школ. Почему вода, текущая из крана, не соот- ветствует существующим нормам, почему загрязнен воздух, почему у этой улицы такое название, как возник наш город, почему учащиеся, зная правила пользования мобильными телефонами, не соблюдают их и т.п. Разработка гипотезы для решения такого рода познаватель- ных проблем требует выделения не одной, а совокупности причин, каждая из которых действует при наличии определенных условий. Поэтому гипотеза должна раскрывать: ● что входит в состав причин, порождающих исследуемые явле- ние, процесс, событие, отношение; ● благодаря существованию каких условий действуют эти причины; – 105 – ● каков механизм возникновения исследуемого явления, процес- са, события, отношения. Пример 17. Группа учащихся, живущих в небольшом го- роде N, исследовала степень загрязненности воздуха в своем городе и установила, что она зимой значительно больше, чем летом. Исследователи задались вопросом, почему, в чем при- чина? Разработку гипотезы начали с изучения литературы. Из нее узнали следующее. Существует несколько основных причин загрязнения воздуха. Одна из них – сгорание природного топлива: неф- ти, угля, природного газа. Эти горючие вещества использу- ются для получения электроэнергии, заправки автомобиль- ных двигателей, производства химикатов и пластмасс, для отопления домов, офисов, заводов. При сгорании топлива в воздух выбрасываются: угарный газ, диоксид серы и твердые частицы (крошечные частицы несгоревшего топлива (сажа)). Еще одна причина – выхлопные газы автомобилей. Часть выхлопных газов от автомобилей образует соединения угольной кислоты. Эти не полностью сгоревшие частицы то- плива вступают в реакцию с окисью азота, и под действием солнечного света окисляются озоном. Загрязнение воздуха активно происходит в местах посто- янного использования газотурбинных двигательных устано- вок и ракетных двигателей (аэродромы, испытательные стан- ции, стартовые площадки). Загрязнения от этих источников, сопоставимы с загрязнениями от двигателей внутреннего сгорания и тепловых электрических станции обслуживаю- щих эти объекты. Во многих больших и малых городах воздух загрязняется твердыми частицами и газами, выбрасываемыми угольными печами, используемыми для домашнего отопления, а также на малых и средних предприятиях, сжигающих уголь для отопления помещения и получения технологического тепла. Особенно сильно загрязняется воздух при использовании низкокачественного угля. Установив, каковы основные причины загрязнения возду- ха, учащиеся стали обсуждать, какие из этих причин реаль- но действуют в их городе. В результате они предположили, что наибольший вклад в загрязнение воздуха вносят город- ские котельные, которые возможно используют низкосорт- – 106 – ный уголь и не эффективные технологии его сжигания. Хотя автомобильное движение в городе есть, но оно примерно одинаковое и зимой и летом. Поэтому этот источник загряз- нения действует, но его вклад в загрязнение воздуха остает- ся примерно одинаковым и зимой и летом. Также значимым источником загрязнения является отопление частных домов (а они составляют значительную часть домов в городе), где используется для этого уголь. Два промышленных предприя- тия, ранее загрязнявшие городскую атмосферу, из-за эконо- мических трудностей практически остановлены, поэтому их влияние, скорее всего, невелико. В приведенном примере гипотеза разрабатывалась с опорой на существующее научное знание, полученное в результате многих ис- следований в разных регионах мира. Это обобщенное знание накла- дывалось на конкретную ситуацию в городе и выяснялось, какие из потенциально возможных причин загрязнений действуют здесь и теперь. Аналогично и во всех других частных исследованиях следу- ет искать основания для выдвижения гипотезы в уже существующем обобщенном знании. Но не всегда достоверное научное знание существует и тогда ос- нованием для выдвижения гипотезы могут стать обобщенный опыт, исторические факты и др. Например, если мы встречаем тысячу лебе- дей и все они белые, то можем высказать предположение, “все лебеди белые и других не бывает”. Однако к основаниям для выдвижения гипотез нужно относиться критически. Если этого не делать, можно выдвинуть фактически без- основательные предположения. Пример 18. Величайший древнегреческий философ Ари- стотель полагал, что скорость падения тела на землю зависит от его массы (веса). В основе этого предположения лежал прак- тический опыт: люди видели, что тяжелые предметы падают быстрее, чем перья птиц, а яблоки быстрее, чем листья яблони. Авторитет Аристотеля был так велик, что более полутора тысяч лет никто не сомневался в справедливости его утверждения. Но в 16 веке Галилео Галилей обобщил имеющиеся сведения и представления о движении и критически их проанализировал. Он понял, что последователей Аристотеля сбивало с толку со- противление воздуха, и выдвинул предположение, что плотные предметы, для которых сопротивление воздуха несущественно, будут падать почти с одинаковой скоростью. – 107 – Галилей проверил свое предположение, бросая с Пизанской башни одновременно полуфунтовый шар и стофунтовую бомбу. Вопреки мнению Аристотеля, они достигли поверхности Земли почти одновременно. Эту разницу Галилей объяснил наличием сопротивления воз- духа. Ученый писал: «...различие в скорости движения в воздухе шаров из золота, свинца, меди, порфира и дру- гих тяжелых материалов настолько незначительно, что шар из золота при свободном падении на расстоянии в одну сотню локтей наверняка опередил бы шар из меди не более чем на четыре пальца. Сделав это наблюдение, я пришел к заключению, что в среде, полностью лишенной всякого сопротивления, все тела падали бы с одинаковой скоростью”. Стремление к критическому анализу существующего знания и обоснованию своих суждений, привели Галилея к открытию фунда- ментального закона физики. Хотя характер гипотезы зависит от вида познавательной пробле- мы, во всех случаях при разработке гипотезы нужно проделать сле- дующее. 1. Исходя из вопроса, на который мы хотим ответить, определить, о чем мы должны будем сделать предположение. 2. Изучить литературу по этому вопросу и выяснить, высказыва- лись ли уже кем-то уже гипотезы, проверялись ли они и что показали проверки. 3. Если гипотезы высказывались, то отнестись к ним критически, т.е. проанализировать, на основании чего они выдвигались. 4. Если обнаружится правдоподобная и обоснованная гипотеза, с которой ты согласен, но она не проверена, можно ставить задачу про- ведения проверки. Здесь нужно взвешивать свои возможности. 5. Если правдоподобных гипотез не обнаружено, следует задаться вопросом: “Что может служить основаниями для выдвижения гипоте- зы и где их можно найти?” 6. Проводится поиск оснований и после их нахождения, формули- руется гипотеза. 7. Проверяем, сформулирована ли гипотеза так, что мы знаем спо- соб ее проверки? Только при положительном ответе на этот вопрос, можно будет продолжить исследование. Способам проверки гипотез посвящен следующий раздел этого пособия. |