Гипотезы и теории, их роль в формировании современной естественнонаучной картины мира.
Для учащихся 10-х классов (биологохимический профиль) содержание урока и рекомендации по выполнению домашнего задания.
Просмотр содержимого документа
«Гипотезы и теории, их роль в формировании современной естественнонаучной картины мира.»
Тема «Гипотезы и теории, их роль в формировании современной естественнонаучной картины мира»
Цель: познакомиться с биологическими гипотезами, теориями, законами, правилами, принципами и закономерностями; научиться их различать и иллюстрировать примерами.
Гипотеза – это предположение или догадка; утверждение, предполагающее доказательство, в отличие от аксиом, постулатов, не требующих доказательств.
Закон – необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями.
Правило – закономерность, устойчивая систематическая взаимосвязь между явлениями, а также высказывание, описывающее эту закономерность.
Принцип – основное исходное положение какой-либо науки, теории и т. п.
Закономерность – существенная, постоянно повторяющаяся взаимосвязь явлений реального мира.
Т. Шванн, М. Шлейден, Р. Вирхов
Все живые существа (растения, животные и одноклеточные организмы) состоят из клеток и их производных. Клетка не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов. Для всех клеток характерно сходство в химическом составе и обмене веществ. Активность организма слагается из активности и взаимодействия составляющих его самостоятельных клеточные единиц. Все живые клетки возникают из живых клеток.
Теория возникновения жизни на Земле
А. И. Опарин, Дж.Холдейн, С. Фокс, С.Миллер, Г. Меллер
Жизнь на Земле возникла абиогенным путем.
1. Органические вещества сформировались из неорганических под действием физических факторов среды.
2. Они взаимодействовали, образуя все более сложные вещества, в результате чего возникли ферменты и самовоспроизводящиеся ферментные системы – свободные гены.
3. Свободные гены приобрели разнообразие и стали соединяться.
4. Вокруг них образовались белково-липидные мембраны.
5. Из гетеротрофных организмов развились автотрофные.
Теория естественного отбора
В борьбе за существование в естественных условиях выживают наиболее приспособленные организмы. Естественным отбором сохраняются любые жизненно важные признаки, действующие на пользу организма и вида в целом, в результате чего образуются новые формы и виды
Все существующие ныне многочисленные формы растений и животных произошли от существовавших ранее более простых организмов путем постепенных изменений, накапливающихся в последующих поколениях
Хромосомная теория наследственности
Хромосомы с локализованными в них генами – основные материальные носители наследственности:
1. Гены находятся в хромосомах и в пределах одной хромосомы образуют одну группу сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом.
2. В хромосоме гены расположены линейно.
3. В мейозе между гомологичными хромосомами может произойти кроссинговер, частота которого пропорциональна расстоянию между генами.
Синтетическая теория эволюции
С. С. Четвериков, Н.В.Тимофеев-Ресовский, Дж. Хаксли
Элементарная единица эволюции – популяция. Элементарное эволюционное событие – изменение генетического состава популяции. Факторы эволюции: мутационная и комбинативная изменчивость, популяционные волны и дрейф генов, изоляция, естественный отбор. Естественный отбор – избирательное воспроизводство генотипов.
Ф. Мюллер, Э.Геккель, А.Н.Северцев
Онтогенез есть краткое повторение зародышевых стадий предков. В онтогенезе закладываются новые пути их исторического развития – филогенеза.
Закон биогенной миграции атомов
Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время составляет биосферу, так и тем, которое существовало на Земле в течение всей геологической истории.
Закон генетического равновесия в популяциях
В неограниченно большой популяции при отсутствии факторов, изменяющих концентрацию генов, при свободном скрещивании особей, отсутствии отбора и мутирования данных генов и отсутствии миграции численные соотношения генотипов АА, аа, Аа из поколения в поколение остаются постоянными.
Закон гомологических рядов наследственной изменчивости
Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости.
При моногибридном скрещивании у гибридов первого поколения проявляются только доминантные признаки – оно фенотипически единообразно.
Закон зародышевого сходства
На ранних стадиях зародыши всех позвоночных сходны между собой, и более развитые формы проходят этапы развития более примитивных форм.
Закон корреляции частей организма, или соотношения органов
Организм представляет собой целостную систему, каждый орган (часть) которой соответствует другим органам по строению (соподчинение органов) и функциям (соподчинение функций).
Выносливость организмов определяется самым звеном в цепи его экологических потребностей, то есть фактором минимума (организм способен заменить дефицитное вещество или другой действующий фактор иным функционально близким веществом или фактором).
Закон независимого наследования признаков
При дигибридном скрещивании у гибридов каждая пара признаков наследуется независимо от других в соотношении 9:3:3:1 по фенотипу.
Закон необратимости эволюции
Организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков.
При самоопылении гибридов первого поколения при моногибридном скрещивании в потомстве происходит расщепление в отношении 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу.
Закон чередования главных направлений эволюции
В истории монофилетической группы организмов за периодом крупных эволюционных перестроек всегда наступает период частных приспособлений; освоение новой среды или крупные морфофизиологические преобразования всегда ведут к вспышке видообразования.
Закон физико-химического единства живого вещества
Живое вещество физико-химически едино; при всей разнокачественности живых организмов они настолько физико-химически сходны, что вредное для одних из них не может быть абсолютно безразлично для других (может быть лишь различная степень выносливости к рассматриваемому агенту).
Закон чистоты гамет
Гамета диплоидного гибрида (Аа) может нести лишь один из двух аллелей данного гена (А или а).
Закон эволюционного развития
Естественный отбор на основе наследственной изменчивости является основной движущей силой эволюции органического мира.
Выступающие части тела теплокровных животных в холодном климате короче, чем в теплом, поэтому они отдают в окружающую среду меньше тепла.
У теплокровных животных, подверженных географической изменчивости, размеры тела особей статистически (в среднем) больше у популяций живущих в более холодных частях ареала вида.
Виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутреннее противоречивое, но единое системное целое.
Правило географического оптимума
В центре видового ареала обычно существуют оптимальные для вида условия существования, ухудшающиеся к периферии области обитания вида.
Географические расы животных в теплых и влажных регионах пигментированы сильнее (то есть особи темнее), чем в холодных и сухих; в сильно загрязненных местах наблюдается так называемый индустриальный меланизм – потемнение животных.
Правило прогрессирующей специализации
Систематическая группа организмов, вступившая на путь специализации, как правило, будет идти по пути все более глубокого развития этого процесса. Например, приспособление к полету ведет к усилению летательных способностей.
Правило происхождения от неспециализированных предков
Новые крупные систематические группы организмов обычно берут начало не от высших глубоко специализированных предковых форм, а от сравнительно мало специализированных.
В любых молекулах ДНК молярная сумма пуриновых оснований (аденин + гуанин) равна сумме пиримидиновых оснований (цитозин + тимин), то есть молярное содержание аденина равно таковому тимина, а гуанина – цитозину.
Агрегация (скопление) особей, как правило, усиливает конкуренцию между ними за пищевые ресурсы и жизненное пространство, но приводит к повышенной способности группы к выживанию, что связано с повышающейся при большой агрегации особей конкурентоспособностью группы по отношению к другим видам.
Два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны, то есть если они занимают одну и ту же экологическую нишу.
Особь-основатель новой изолированной колинии или островной популяции несет в себе лишь незначительную часть генетической информации, заложенной в популяции (виде), откуда происходит особь-основатель.
Симметрия – закономерное, правильное расположение частей тела, относительно центра – радиальная симметрия (некоторые беспозвоночные животные, осевые органы растений, правильные цветки) либо относительно прямой линии (оси) или плоскости – двусторонняя симметрия (часть беспозвоночных и все позвоночные животные, у растений – листья и неправильные цветки).
Полярность – противоположность концов тела: у животных – передний (головной) и задний (хвостовой), у растений – верхний (гелиотропический) и нижний (геотропический).
Метамерность – повторение однотипных участков тела или органа; у животных – членистое тело червей, личинок моллюсков и членистоногих, грудная клетка позвоночных; у растений – узлы и междоузлия стебля.
Цикличность – повторение определенных периодов жизни; сезонная цикличность, суточная цикличность, жизненная цикличность (период от рождения до смерти). Цикличность в чередовании ядерных фаз – диплоидной и гаплоидной.
Детерминированность – предопределенность, обусловленная генотипом; закономерность, в результате которой из каждой клетки образуется определенная ткань, определенны орган, что происходит под влиянием генотипа и факторов внешней среды, в том числе и соседних клеток (индукция при формировании зародыша).
Изменчивость – способность организмов изменять свои признаки и свойства; генотипическая изменчивость наследуется, фенотипическая – не наследуется.
Наследственность – способность организмов передавать следующему поколению свои признаки и свойства, то есть воспроизводить себе подобных.
Приспособленность – относительная целесообразность строения и функций организма, явившаяся результатом естественного отбора, устраняющего неприспособленных к данным условиям существования.
Закономерность экологической пирамиды – соотношение между продуцентами, консументами и редуцентами, выраженное в их массе и изображенное в виде графической модели, где каждый последующий пищевой уровень составляет 10% от предыдущего.
Зональность – закономерное расположение на земном шаре природных зон, отличающихся климатом, растительностью, почвами и животным миром. Зоны бывают широтные (географические) и вертикальные (в горах).
Единство живого вещества – неразрывная молекулярно-биохимическая совокупность живого вещества (биомассы), системное целое с характерными для каждой геологической эпохи чертами. Уничтожение видов нарушает природное равновесие, что приводит к резкому изменению молекулярно-биохимических свойств живого вещества и невозможности существования многих ныне процветающих видов, в том числе и человека.
1. Закончить и выучить конспект в тетради.
2. Сформулировать вывод по уроку, записать в тетрадь.
3. Уметь различать и иллюстрировать примерами биологические гипотезы, теории, законы, правила, принципы.
4. Подготовить примеры биологических гипотез (записать в тетрадь, защита устно).
1. Богданова Т. Л., Солодова Е. А. Биология. Справочник для школьников и поступающих в вузы. Курс подготовки к ГИА, ЕГЭ и дополнительным вступ. испытаниям в вузы / Т. Л. Богданова, Е. А. Солодова. – М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2015. – 816 с.: ил.
2. Колесников С. И. Биология. Большой справочник для подготовки к ЕГЭ: учебно-методическое пособие / С.И.Колесников. – Изд. 3-е, перераб. и дополн. – Ростов н/Д: Легион, 2016. – 592 с. – (ЕГЭ.)
Введение
Мир, в котором мы живем, состоит из разномасштабных открытых систем, развитие которых подчиняется общим закономерностям. При этом он имеет свою долгую историю, в общих чертах известную современной науке. Приведем хронологию наиболее важных событий.
3 минуты спустя- образование вещественной основы Вселенной.
атомов тяжелых элементов.
Представление об открытых системах, введенное неклассической термодинамикой, явилось основой для утверждения в современном естествознании общей концепции эволюции природы. Хотя отдельные эволюционные теории появились в конкретных науках еще в прошлом веке
( теория возникновения Солнечной системы Канта-Лапласа, теория геологической эволюции Ч.Лайеля и эволюционная теория Ч.Дарвина), тем
не менее, никакой глобальной эволюционной теории развития Вселенной до ХХ века не существовало. Благодаря широкому распространению системных идей, а в недавнее время и представлений о самоорганизации открытых систем, сейчас все настойчивее выдвигаются различные гипотезы и модели возникновения и эволюции Вселенной. Они усиленно обсуждаются в рамках современной космологии как науки о Вселенной, то есть едином целом и всей охваченной астрономическими наблюдениями её области, называемой Метагалактикой.
Теории, гипотезы и модели
Нестационарность означает, что Вселенная не может находиться в статическом, неизменном состоянии, а должна либо расширяться, либо сжиматься. «Разбегание» галактик, по-видимому, свидетельствует о ее расширении, хотя существуют модели, в которых наблюдаемое в настоящее
время расширение рассматривается как одна из стадий так называемой пульсирующей Вселенной, когда вслед за расширением происходит её сжатие.
Изотропность указывает на то, что во Вселенной не существует каких-либо выделенных точек и направлений, то есть ее свойства не зависят от направления.
Однородность характеризует распределение в среднем вещества во Вселенной.
Перечисленные утверждения часто называют космологическими постулатами*. К ним также дополняют правдоподобное требование об отсутствии во Вселенной сил, препятствующих силам тяготения. При таких предположениях модели оказываются наиболее простыми. В их основе лежат
уравнения общей теории относительности Эйнштейна, а также представления о кривизне пространства-времени и связи этой кривизны с плотностью массы вещества. С точки зрения общей теории относительности, кривизна пространства-времени, как мы знаем, определяется распределением тяготеющих масс. Но независимо от этого модели можно рассматривать и чисто геометрически.
В зависимости от кривизны пространства различают:
— открытую модель, в которой кривизна отрицательна или равна нулю. Расстояния между скоплениями галактик со временем непрерывно увеличиваются, что соответствует бесконечной Вселенной;
— замкнутую модель с положительной кривизной. В замкнутых моделях Вселенная оказывается конечной, но столь же неограниченной, так как, двигаясь по ней, нельзя достичь какой-либо границы.
Независимо от того, рассматриваются ли открытые или замкнутые модели Вселенной, все ученые сходятся в том, что для объяснения расширения Вселенной необходимо следующее допущение: что первоначально Вселенная находилась в условиях, которые трудно вообразить на Земле. Эти условия характеризуются наличием высокой температуры и давления в сингулярности*, в которой была сосредоточена материя. Это допущение вполне согласуется с установлением расширения Вселенной, которое могло начаться с некоторого положения, где она находилась в очень горячем состоянии и постепенно охлаждалась по мере расширения. Такая модель «горячей» Вселенной впоследствии была названа стандартной.
В современной науке выдвинут так называемый антропный принцип в космологии. Суть его в том, что жизнь во Вселенной возможна только при тех значениях универсальных постоянных, физических констант, которые в действительности имеют место. Если значение физических констант имело бы хоть ничтожное отклонение от существующих, то возникновение жизни было бы в принципе невозможно. Это значит, что уже в начальных физических условиях существования Вселенной заложена возможность возникновения жизни.
Разные схемы строения Вселенной господствовали в науке, сменяя друг друга на протяжении веков. Но почти все эти схемы объединяло одно- это были именно схемы строения- не развития, эволюции, становления, а вечно неизменный механизм часов Вселенной. Идея стационарности всей Вселенной казалась сама собой разумеющейся.
Научный метод: гипотезы, модели, теории и законы
Научный метод – это шаги, которым следуют ученые для разработки точного, проверенного и последовательного видения мира. Он также является способом минимизации влияния культурного и личного багажа исследователя на его работу. Научный метод – это стремление сделать восприятие человеком природы и природны явлений максимально нейтральным и объективным. Он сводит к минимуму предубеждения и пристрастное отношение ученого к результатам эксперимента, гипотезе или теории.
Научный метод может быть разделён на четыре этапа:
Если результаты экспериментов подтверждают верность гипотезы, она может стать теорией и даже законом природы. Однако если гипотеза не подтверждается, её придётся изменить или отвергнуть. Основное преимущество научного метода заключается в его доказательной силе: проверенная теория может применяться к широкому кругу явлений. При этом даже самая проверенная из ни с появлением новы, не подтверждающи теорию результатов наблюдений и экспериментов, может быть признана ошибочной. Теория не может быть полностью доказана, однако она может быть полностью опровергнута.
Тестирование гипотез
Тестирование гипотезы может привести к одному из дву результатов: её подтверждению или опровержению, которое означает неободимость изменить гипотезу или полностью от неё отказаться. Это должно произойти, если результаты четко указывают на то, что гипотеза является неверной. Неважно, насколько изящной или подтверждённой является теория: если однажды она была опровергнута, считать законом природы её нельзя. Экспериментирование — это главное правило научного метода, и, если эксперимент показывает, что гипотеза неверна, он опровергает все эксперименты, которые подтвердили её в прошлом. Иногда эксперименты тестируют теорию напрямую, иногда – посредством логики и математики. Любая научная теория предполагает возможность её проверки. Если проверить теорию невозможно, она не считается научной.
Опровергнутая теория всё ещё может применяться в други областя, однако истинным законом природы она считаться не будет. Например, законы Ньютона были опровергнуты при скорости, превышающей скорость света, однако они и сегодня применимы к меанике, имеющей дело с более низкими скоростями. Другие теории, считавшиеся верными на протяжении многи лет и даже столетий и опровергнутые благодаря результатам более новы наблюдений, включают идею о том, что Земля является центром Солнечной системы или о том, что орбита планет, вращающися вокруг Солнца, представляет собой идеальный круг, а не подтверждённую позднее эллиптическую форму.
Разумеется, для опровержения гипотезы или теории не всегда бывает достаточно результатов единственного эксперимента. Это связано с ошибками, допущенными в оде его проведения. Поэтому для подтверждения или опровержения идеи проводится несколько независимы экспериментов. Причиной ошибок могут быть неисправные приборы, неверное считывание измерений и други данны, а также предвзятость исследователя. Большинство измерений содержат некоторую долю погрешности. Ученые стремятся к максимальному сокращению этой доли, при этом оценивается и вычисляется всё, что может стать причиной ошибок в тесте.
Ошибки, часто допускаемые при использовании научного метода.
К сожалению, научный метод не всегда применяется правильно. Ошибки совершаются, и некоторые из ни совершаются довольно часто. Так как все ученые обладают свойственными человеческой природе предрассудками и предвзятость, быть по-настоящему объективным в некоторы случая бывает непросто. При определении результатов важно соранять максимальную непредвзятость, однако это не всегда возможно.
Другой распространённой ошибкой является восприятие чего-либо как истинного: некое положение кажется логичным и не нуждающимся в проверке. Ученые должны помнить о неободимости проверять всё. Лишь после тщательной проверки положение может быть названа твёрдой теорией.
Исследователи должны быть готовы проверить все данные, включая и те, что опровергают гипотезу. Некоторые ученые настолько твердо верят в правильность выдвинутой ими гипотезы, что пытаются объяснить опровергающие её данные. Вместо того, чтобы пересмотреть гипотезу, они пытаются найти объяснение того, почему эти данные или результаты эксперимента неверны. Все данные должны подвергаться одинаковому анализу, даже если они противоречат гипотезе.
Ещё одна распространённая ошибка – это упущение неободимости оценивать все ошибки, которые могли возникнуть при тестировании. Некоторые противоречащие гипотезе данные объясняются как попадающие в диапазон погрешности, однако на самом деле они являются систематической ошибкой, не учтённой исследователями.
Гипотезы, модели, теории и законы
Многие люди неверно считают слова «теория» и «гипотеза» взаимозаменяемыми. Однако в научном сообществе эти термины обладают строгими определениями.
Гипотеза. Гипотеза – это наблюдение, как правило обладающее причинно-следственной логикой. Это базовая, ещё не проверенная идея, которая что-либо объясняет. Для проверки её правильности неободимо провести различные эксперименты.
Модель. Гипотеза становится моделью после проождения определённой проверки, доказывающей её обоснованность. Некоторые модели считаются действительными только в определенны случая, например, когда значение наодится в определенном диапазоне. Модель также можно назвать законом.
Научная теория. Неоднократно протестированная и подтверждённая модель становится научной теорией. Теорию тестируют различные независимые исследователи в различны частя света, при этом она подтверждается результатами разнообразны экспериментов. Разумеется, теория может быть опровергнута, однако это происодит лишь после тщательной проверки новой, противоречащей теории гипотезы.
Заключение
В течение многи лет научный метод использовался для создания гипотез, и тестирования и трансформации в полноценные научные теории. На первый взгляд метод может показаться простым, однако на самом деле он представляет собой один из самы сложны способов тестирования и оценки наблюдения или идеи. От други типов объяснения научный метод отличается своей попыткой устранить предвзятость и использовать только систематический эксперимент. Однако, как и любой другой способ, он допускает совершение ошибок, включающи предвзятое отношение и меаническую погрешность. Как и проверяемые им теории, научный метод однажды может быть пересмотрен.
Как модели связаны с теориями и гипотезами
Теории и гипотезы являются неотъемлемой частью моделей, которые отражают явления реального мира. Таким образом, эта статья намерена объяснить, 1. Что такое гипотеза 2. Что такое теория 3. Что такое мо
Содержание:
Теории и гипотезы являются неотъемлемой частью моделей, которые отражают явления реального мира. Таким образом, эта статья намерена объяснить,
1. Что такое гипотеза
2. Что такое теория
3. Что такое модель
4. Как модели связаны с теориями и гипотезами
Что такое гипотеза
Что такое теория
Разница между гипотезой и теорией
Что такое модель
Ученые часто используют научные модели, чтобы объяснить феномен реального мира, сравнивая их. Тестируемость является одним из основных требований научной модели; они принимаются только учеными, как только они были проверены в реальном мире.
Некоторые примеры научных моделей:
Разница между моделью и теорией
Давайте теперь посмотрим, как модели связаны с теориями.
Как модели связаны с теориями и гипотезами
Гипотеза и теории являются неотъемлемой частью моделей. Гипотезы служат основой научных моделей. После того, как проверяемая гипотеза была проверена несколько раз и подтверждена как достоверное наблюдение, она принимается в качестве модели. Модель, которая успешно объясняет явление, может стать частью теории. Как только модель неоднократно проверяется и подтверждается, она становится принятой теорией. Это связь между теорией, гипотезой и моделями.
Модели всегда должны основываться на твердых научных принципах. Модель объясняет явление, объясняя, как это явление возникает в результате другого явления. Они также могут быть использованы для надежного предсказания некоторых явлений. Таким образом, модели очень ценны для объяснения феномена.
