Емпіричний науковий метод

Урок 3. Емпіричний науковий метод

---

Мета уроку: cформувати розуміння емпіричного наукового методу як важливого інструменту наукових досліджень, ознайомлення з його основними видами та значенням для науки

Очікувані результати для вчителя: 

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова:

• емпіричний науковий метод
• дослідження
• спостереження
• вимірювання
• експеримент
• порівняння

План уроку:

1. Мотиваційна частина
2. Теоретичний блок
   2.1. Що таке емпіричний метод?
   2.2. Основні типи емпіричних методів
   2.3. Етапи емпіричного дослідження
3. Практичний блок
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

---

Проблемне питання

Дружня порада вчителю

Тривалість до 3 хв

Залучіть учнів до формулювання гіпотез.

Що станеться, якщо ми додамо однакову кількість цукру у двох склянках з різною кількістю води? Де швидше розчиниться цукор? Як це довести?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь: Нехай учні висловлять припущення: «Чи швидше розчинитися цукор у більшій кількості води?». Це питання спонукає учнів до формування ідеї, що відбудеться та питання як це перевірити. Тобто до розуміння того, що теоретичних методів та припущень (гіпотез) не достатньо, – треба використовувати інші методи наукового пізнання, наприклад провести експеримент.

Як рідини з різною густиною розташовуються в одній посудині?

Джерело: https://chatgpt.com/

Відповідь: Нехай учні висловлять припущення: «Я думаю, що найважча рідина опуститься на дно», «Можливо, рідини змішаються, як фарби», «А може, рідини розташуються шарами в залежності від їх кольору?».

Запитайте учнів, як вони можуть перевірити свої гіпотези.

Підкресліть, що для перевірки нам потрібен експеримент.

Посилання на відео джерела:

• https://youtu.be/dLW3ndPU9kg?feature=shared

• https://youtu.be/luJ0idK3Qpo?feature=shared

• https://youtu.be/Vt9xou1QBGs?feature=shared

• https://youtu.be/1KQYIkZ3aLo?feature=shared

---

2.1. Що таке емпіричний науковий метод?

Дружня порада вчителю

Тривалість до 15 хв.

Дайте визначення поняттю емпіричний науковий метод. 

Поясніть, що означають об’єктивність, перевірюваність та систематичність, і чому вони важливі.

Емпіричний науковий метод – це спосіб пізнання, заснований на досвіді, спостереженні та експерименті. Він дозволяє отримувати об’єктивні знання про навколишній світ шляхом звичайного вивчення явищ. Базується на фактичних даних, отриманих у процесі дослідження. Вимагає перевірки та підтвердження результатів через повторні спостереження або експерименти. Емпіричний метод орієнтований на точність і об’єктивність, уникаючи суб’єктивних припущень. 

Характеристиками емпіричного методу є: 

1. Об’єктивність – дослідження базуються на фактах, а не на здогадках, особистих переконаннях чи емоціях.
2. Перевірюваність – гіпотези та твердження повинні бути перевірені за допомогою спостережень або експериментів.
3. Систематичність – дослідження проводяться за чітким планом з використанням певних методів та інструментів.

Дружня порада вчителю

При пояснені таких методів як: спостереження, вимірювання, експеримент, порівняння, описові методи, наводьте багато прикладів з життя, для кращого розуміння. Залучайте учнів до активного обговорення, пропонуючи їм наводити власні приклади. Обов’язково наголосіть на перевагах та недоліках кожного методу. 

Можна зосередитися на основних методах (спостереження, вимірювання, експеримент) та основних етапах дослідження. 

Використовуйте таблицю для швидкого порівняння теоретичних та емпіричних методів.

2.2. Основні типи емпіричних методів

Спостереження – це систематичне та цілеспрямоване сприйняття об’єктів або явищ з метою отримання інформації про них. Спостереження буває прямим коли дослідник безпосередньо фіксує явище (наприклад, рух планет, падіння об’єктів) та непрямим, коли висновки роблять за побічними даними (чорні діри, будова атома, радіоактивний розпад), відкритим (наприклад спостереження за полярним сяйвом), прихованим (коли використовуємо датчики для вимірювання радіаційного фону), польовим, за природних умовах та реального часу, або лабораторним – в штучних та контрольованих умовах.

Спостереження дозволяє отримувати первинні дані, що є його головною перевагою. Однак воно має недоліки, зокрема суб’єктивність спостерігача, складність контролю умов та обмеженість у встановленні причинно-наслідкових зв’язків, що ускладнює точний аналіз явищ.

Вимірювання – це процес визначення кількісних характеристик об’єктів або явищ за допомогою спеціальних приладів та методів, що може бути прямим (наприклад, вимірювання довжини лінійкою, або артеріального тиску) або непрямим (обчислення маси через густину та об’єм), абсолютним (вимірювання температури в Кельвінах) або відносним (вимірювання швидкості літака у Махах, тобто відносно швидкості звуку, або вимірювання вологості повітря у відсотках), статичним (фіксація довжини предмета) чи динамічним (моніторинг зміни тиску в системі). Основними перевагами є точність та об’єктивність отриманих даних, а також можливість їх порівняння. Водночас вимірювання не завжди дозволяють оцінити якісні характеристики, а результати залежать від похибки вимірювань.

Експеримент – це емпіричний метод дослідження, що передбачає активне цілеспрямоване втручання дослідника в хід явища з метою вивчення його властивостей та причинно-наслідкових зв’язків.

Він може проводитися в лабораторних умовах (наприклад, дослідження законів руху тіл у фізиці або випробування нових лікарських препаратів у медицині) або в природному середовищі (вивчення впливу магнітного поля Землі на міграцію птахів у фізиці або дослідження ефективності нових методів лікування в реальних умовах у медицині), бути контрольованим (коли всі змінні регулюються) чи неконтрольованим (коли середовище змінюється самостійно), а також пілотним (випробування гіпотези, наприклад, перевірка працездатності нового фізичного приладу) або основним (детальне дослідження). Його головні переваги – можливість чітко визначати причинно-наслідкові зв’язки, контролювати умови проведення та повторювати експеримент задля перевірки достовірності результатів. Проте штучність створених умов може впливати на природність явища, деякі процеси занадто складні для експериментального відтворення (наприклад, кліматичні зміни), а також можуть існувати певні етичні обмеження.

Порівняння – це метод наукового дослідження, що дозволяє виявляти подібність та відмінність між об’єктами, їхніми властивостями та тенденціями розвитку, сприяючи класифікації та систематизації даних, хоча й вимагає чіткого визначення критеріїв та несе ризик суб’єктивної інтерпретації.

Описові методи – методи призначені для збору та систематизації фактичних даних про досліджувані явища. Описові методи, такі як анкетування, інтерв’ю та тестування, дозволяють збирати та систематизувати велику кількість фактичних даних про досліджувані явища, хоча теж, як і порівняння, мають складність суб’єктивності відповідей та інтерпретації отриманих результатів.

Вибір емпіричного методу залежить від мети дослідження, його об’єкта та можливостей дослідника. Важливо використовувати комплексний підхід, поєднуючи різні методи для отримання найбільш повних та об’єктивних даних.

Дружня порада вчителю

Порівняння методів допомагає учням аналізувати інформацію, оцінювати її достовірність та обґрунтованість.

Учні розуміють, що теоретичні методи необхідні для узагальнення даних, побудови теорій та прогнозування.

Водночас вони усвідомлюють, що емпіричні методи є основою для перевірки теорій та отримання нових даних.

Вони вчяться вибирати відповідні методи для вирішення конкретних завдань.

В таблиці 1 представлено порівняння теоретичних та емпіричних методів наукового пізнання.

Критерій	Теоретичні методи	Емпіричні методи
Визначення	Методи, які базуються на логічному мисленні, аналізі, узагальненні та моделюванні	Методи, що базуються на спостереженнях, експерименті та вимірюваннях
Об’єкт дослідження	Закони, принципи, теорії	Факти, явища, конкретні події
Основний підхід	Абстрактно-логічний, аналізує загальні закономірності	Практичний, базується на безпосередньому досвіді
Методи дослідження	Аналіз, синтез, індукція, дедукція, ідеалізація	Спостереження, вимірювання, експеримент, порівняння, опис
Результат	Теоретичні моделі, концепції, гіпотези, закони, аксіоми	Конкретні факти, статистичні дані, експериментальні результати
Приклад	Формулювання законів Ньютона, створення математичних моделей	Проведення фізичного експерименту, вивчення поведінки тварин у природі

Дружня порада вчителю

Залучайте учнів до обговорення кожного етапу дослідження. 

Запропонуйте учням придумати власні гіпотези, які вони могли б перевірити.

Рекомендації щодо кожного етапу:

• Постановка проблеми: навчить учнів правильно формулювати наукові питання. 
• Формулювання гіпотези: наведіть приклади гіпотез з різних галузей науки.
• Планування дослідження: поясніть, як вибирати дослідницький підхід і методи збору даних.
• Збір емпіричних даних: наголосіть на важливості точності та об’єктивності збору даних. Поясніть, як використовувати різні інструменти для збору даних.
• Аналіз отриманої інформації: поясніть, як обробляти та аналізувати дані.
• Формулювання висновків: поясніть, як підтверджувати або спростовувати гіпотези.
• Перевірка та повторення експерименту: наголосіть на важливості перевірки результатів. Поясніть, як повторити експеримент для підтвердження надійності.
• Оформлення результатів: покажіть приклади оформлення результатів дослідження у вигляді звітів та презентацій.

2.3. Етапи емпіричного дослідження

Емпіричне дослідження являє собою систематичний процес, що складається з чітко визначених етапів, кожен з яких відіграє вирішальну роль у досягненні об’єктивних та достовірних результатів. Від формулювання проблеми до оформлення висновків, емпіричне дослідження вимагає ретельного планування, точного виконання та критичного аналізу. Виділяють основні етапи емпіричного дослідження:

1. Постановка проблеми – визначення об’єкта дослідження та формування наукового питання.
2. Формулювання гіпотези – висунення наукового припущення, яке пояснює певне явище або взаємозв’язок між змінними.
3.  Планування дослідження – вибирається дослідницький підхід і визначаються методи збору даних (спостереження, експеримент, опитування тощо). Важливо, щоб обрані методи відповідали цілям дослідження і забезпечували отримання достовірних даних.
4. Збір емпіричних даних – проводиться дослідження відповідно до обраних методів.
5. Аналіз отриманої інформації – виявлення закономірностей, порівняння результатів, усунення помилок. 
6. Формулювання висновків – обґрунтовані підтвердження, які підтверджують або спростовують початкову гіпотезу. 
7. Перевірка та повторення експерименту – додаткові дії для підтвердження надійності результатів.
8. Оформлення результатів дослідження – звіт або презентація результатів.

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 20 хв.

Оберіть один з двох варіантів завдань практичного блоку, що представляє собою емпіричний метод вирішення проблемних питань, поставлених на початку уроку. 

Дослідження може бути проведено як демонстраційний дослід учителя за активного залучення учнів до обговорення.

Завдання № 1

(Вирішення проблемного питання)

«Розчинення цукру у воді»

Інструкція:

1. Постановка проблеми (сформуйте проблемне питання):

• Визначте об’єкт дослідження: 

______________________________________________________________________________________________________________________________________

• Сформулюйте наукове питання (Як впливає? Що впливає?): 

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь:

• Визначте об’єкт дослідження: розчинення цукру у воді.
• Сформулюйте наукове питання:  «Як кількість води впливає на швидкість розчинення цукру?».

2. Формулювання гіпотези (висуньте наукове припущення):

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь: «Цукор розчиниться швидше в склянці з більшою кількістю води».

3. Планування дослідження:

• Визначте дослідницький підхід (спостереження, експеримент тощо):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Визначте методи збору даних (що будете вимірювати):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь:

• Визначте дослідницький підхід: експеримент.
• Визначте методи збору даних: вимірювання часу розчинення цукру.

4. Розробіть план експерименту (що за чим будете робити і як): 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь:

• 1) Налийте різну кількість води в дві склянки (наприклад, 100 мл і 200 мл).
• 2) Додайте однакову кількість цукру в кожну склянку.
• 3) Одночасно почніть помішувати воду в обох склянках.
• 4) Виміряйте час, необхідний для повного розчинення цукру в кожній склянці.
• 5) Запишіть результати.

5. Збір емпіричних даних (проведіть експеримент, запишіть дані, які вимірювали):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь: Проведіть експеримент відповідно до плану. Зафіксуйте час розчинення цукру в кожній склянці. Запишіть результати.

6. Аналіз отриманої інформації (порівняйте час розчинення цукру в обох склянках. Виявіть закономірності: в якій склянці цукор розчинився швидше?):

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Формулювання висновків (підтвердіть або спростуйте гіпотезу на основі отриманих даних):
   • зробіть висновок про вплив кількості води на швидкість розчинення цукру:

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Перевірка та повторення експерименту (за наявності часу):
   • Повторіть експеримент кілька разів, щоб підтвердити надійність результатів. Змініть кількість води або цукру, щоб дослідити інші аспекти розчинення.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Оформлення результатів дослідження

Дружня порада вчителю

Оформіть результати у вигляді таблиці та представте висновки у вигляді звіту або презентації.

Запитання для обговорення (за наявності часу):

• Чому важливо використовувати однакову кількість цукру в обох склянках?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Які ще фактори можуть впливати на швидкість розчинення цукру?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь:

• Використання однакової кількості цукру дозволяє нам ізолювати вплив кількості води на швидкість розчинення (тобто для вивчення впливу деякого параметру на швидкість процесу ми залишили незмінними всі інші параметри, щоб відмінності у результатах були обумовлені зміною лише досліджуваного параметра), коректно порівняти результати експерименту та забезпечити об’єктивність дослідження.
• Які ще фактори можуть впливати на швидкість розчинення цукру? Окрім кількості води, на швидкість розчинення цукру впливають температура, розмір кристалів цукру, інтенсивність перемішування та ступінь насиченості розчину.

Завдання 2

(Вирішення проблемного питання)

«Розшарування рідин за густиною»

Мета: Застосувати етапи емпіричного дослідження для вивчення впливу густини рідин на їх розташування в одній посудині.

Матеріали:

1. Три прозорі рідини з різною густиною (вода, олія, мед або сироп)
2. Прозора висока склянка або циліндр
3. Піпетка або шприц (для акуратного додавання рідин)

1. Постановка проблеми (сформуйте проблемне питання):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Визначте об’єкт дослідження: __________________________________________________________________
• Сформулюйте наукове питання (Як впливає? Що впливає?): 

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь:

• Визначте об’єкт дослідження: розташування рідин з різною густиною в одній посудині.
• Сформулюйте наукове питання:  «Як густина рідин впливає на їх розташування в одній посудині?».

2. Формулювання гіпотези (висуньте наукове припущення):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь: «Рідини з більшою густиною будуть розташовуватися внизу посудини, а рідини з меншою густиною – зверху».

3. Планування дослідження:

• Визначте дослідницький підхід (спостереження, експеримент тощо):

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Визначте методи збору даних: 

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь:

• Визначте дослідницький підхід: експеримент, спостереження.
• Визначте методи збору даних: візуальне спостереження за розташуванням рідин.

4. Розробіть план експерименту (що за чим будете робити і як): 

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь:

1. Налийте першу рідину в склянку.
2. Акуратно, за допомогою піпетки або шприца, додайте третю рідину.
3. Акуратно, за допомогою піпетки або шприца, додайте другу рідину.
4. Спостерігайте за розташуванням рідин протягом кількох хвилин.
5. Запишіть спостереження.

5. Збір емпіричних даних (проведіть експеримент, запишіть дані):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь: Проведіть експеримент відповідно до плану. Запишіть спостереження.

6. Аналіз отриманої інформації (опишіть розташування рідин у склянці, виявіть закономірность, як розташовуються рідини залежно від їх густини?):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь: Проведіть експеримент і запишіть спостереження 

7. Формулювання висновків (підтвердить або спростуйте гіпотезу на основі отриманих даних): зробіть висновок про вплив густини рідин на їх розташування:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь: Підтвердіть або спростуйте гіпотезу на основі отриманих даних. Зробіть висновок щодо розташування рідин залежно від їх густини.

8. Перевірка та повторення експерименту (за наявності часу): Повторіть експеримент кілька разів, щоб підтвердити надійність результатів. Повторіть експеримент, змінюючи порядок додавання рідин.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь: Повторіть експеримент кілька разів, щоб підтвердити надійність результатів. Повторіть експеримент, змінюючи порядок додавання рідин.

9. Оформлення результатів дослідження

Дружня порада вчителю

Оформіть результати та представте висновки у вигляді звіту або презентації.

Запитання для обговорення (за наявності часу):

• Чому рідини розташовуються саме так?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Які ще фактори можуть впливати на розшарування рідин

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь:

• Чому рідини розташовуються саме так? Температура впливає на щільність рідин. При підвищенні температури щільність рідини зменшується. Це може змінити розташування шарів.
• Які ще фактори можуть впливати на розшарування рідин? Розташування рідин шарами, або розшарування, відбувається через різницю в їхніх густинах та здатності змішуватися. Рідини з більшою щільністю «важчі» і опускаються вниз, тоді як рідини з меншою щільністю «легші» і піднімаються вгору. Рідини не змішуються і утворюють окремі шари.

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 5 хв.

Запропонуйте учням дослід «Розчинна магія за 5 хвилин: де зникне барвник?»

Завдання № 1 «Розчинна магія за 5 хвилин: де зникне барвник?»

Мета: Порівняти швидкість розчинення харчового барвника у воді та олії.

Матеріали:

1. Дві прозорі склянки
2. Вода
3. Рослинна олія
4. Харчовий барвник 
5. Секундомір або годинник

Інструкція:

1. Підготовка (1 хвилина): 

Налийте однакову кількість води в одну склянку та таку ж кількість олії в іншу.

2. Додавання барвника (1 хвилина): 

Одночасно додайте по кілька крапель харчового барвника в кожну склянку.

3. Спостереження (2 хвилини): 

Спостерігайте за тим, як барвник розчиняється або поширюється у воді та олії. Зверніть увагу на швидкість процесу та на те, як барвник взаємодіє з кожною рідиною.

4. Аналіз (1 хвилина): 

Порівняйте результати. Зробіть висновки про те, в якій рідині барвник розчинився або поширився швидше:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Відповідь:

Очікувані результати:

1. Барвник швидше розчиняється у воді, оскільки вода є полярною рідиною, а більшість харчових барвників також є полярними.
2. В олії, яка є неполярною рідиною, барвник або не розчиниться взагалі, або пошириться значно повільніше.

Поради:

3. Використовуйте яскравий харчовий барвник, щоб результати були більш помітними.
4. Також для більшої наглядності, можна використовувати різний колір барвника для води та для олії.
5. Барвник почне швидко розчинятися в воді, поширюючись по всьому об’єму.
6. Вже за перші хвилини вода набуде рівномірного кольору.
7. Барвник не розчиниться в олії, а утворить маленькі крапельки, які будуть плавати або осідати на дно.
8. Поширення барвника буде дуже повільним або взагалі відсутнім.
9. Тобто барвник не змішується з олією.

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 3 хв.

• На уроці я зрозумів …
• На уроці найцікавішим було … 
• На уроці мені було найважче … 
• У мене виникло запитання …

---

Дружня порада вчителю

Відео можна використати як домашнє завданням. Після перегляду відео учням потрібно тезісно дати відповіді на пропоновані питання

Проглянь відео https://youtu.be/1KQYIkZ3aLo?feature=shared

Дай відповіді на питання:

Які методи дослідження природи використовуються у відео?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Чому яйце тоне у звичайній воді, але плаває у солоній?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Урок 3. Емпіричний науковий метод

---

Мета уроку: cформувати розуміння емпіричного наукового методу як важливого інструменту наукових досліджень, ознайомлення з його основними видами та значенням для науки

Очікувані результати для учнівства:

Ключові слова:

• емпіричний науковий метод
• дослідження
• спостереження
• вимірювання
• експеримент
• порівняння

План уроку:

1. Мотиваційна частина
2. Теоретичний блок
   2.1. Що таке емпіричний метод?
   2.2. Основні типи емпіричних методів
   2.3. Етапи емпіричного дослідження
3. Практичний блок
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

---

Проблемне питання

Що станеться, якщо ми додамо однакову кількість цукру у двох склянках з різною кількістю води? Де швидше розчиниться цукор? Як це довести?

Джерело: https://gemini.google.com/

Як рідини з різною густиною розташовуються в одній посудині?

Джерело: https://chatgpt.com/

Посилання на відео джерела:

• https://youtu.be/dLW3ndPU9kg?feature=shared

• https://youtu.be/luJ0idK3Qpo?feature=shared

• https://youtu.be/Vt9xou1QBGs?feature=shared

• https://youtu.be/1KQYIkZ3aLo?feature=shared

---

2.1. Що таке емпіричний науковий метод?

Емпіричний науковий метод – це спосіб пізнання, заснований на досвіді, спостереженні та експерименті. Він дозволяє отримувати об’єктивні знання про навколишній світ шляхом звичайного вивчення явищ. Базується на фактичних даних, отриманих у процесі дослідження. Вимагає перевірки та підтвердження результатів через повторні спостереження або експерименти. Емпіричний метод орієнтований на точність і об’єктивність, уникаючи суб’єктивних припущень. 

Характеристиками емпіричного методу є: 

1. Об’єктивність – дослідження базуються на фактах, а не на здогадках, особистих переконаннях чи емоціях.
2. Перевірюваність – гіпотези та твердження повинні бути перевірені за допомогою спостережень або експериментів.
3. Систематичність – дослідження проводяться за чітким планом з використанням певних методів та інструментів.

2.2. Основні типи емпіричних методів

Спостереження – це систематичне та цілеспрямоване сприйняття об’єктів або явищ з метою отримання інформації про них. Спостереження буває прямим коли дослідник безпосередньо фіксує явище (наприклад, рух планет, падіння об’єктів) та непрямим, коли висновки роблять за побічними даними (чорні діри, будова атома, радіоактивний розпад), відкритим (наприклад спостереження за полярним сяйвом), прихованим (коли використовуємо датчики для вимірювання радіаційного фону), польовим, за природних умовах та реального часу, або лабораторним – в штучних та контрольованих умовах.

Спостереження дозволяє отримувати первинні дані, що є його головною перевагою. Однак воно має недоліки, зокрема суб’єктивність спостерігача, складність контролю умов та обмеженість у встановленні причинно-наслідкових зв’язків, що ускладнює точний аналіз явищ.

Вимірювання – це процес визначення кількісних характеристик об’єктів або явищ за допомогою спеціальних приладів та методів, що може бути прямим (наприклад, вимірювання довжини лінійкою, або артеріального тиску) або непрямим (обчислення маси через густину та об’єм), абсолютним (вимірювання температури в Кельвінах) або відносним (вимірювання швидкості літака у Махах, тобто відносно швидкості звуку, або вимірювання вологості повітря у відсотках), статичним (фіксація довжини предмета) чи динамічним (моніторинг зміни тиску в системі). Основними перевагами є точність та об’єктивність отриманих даних, а також можливість їх порівняння. Водночас вимірювання не завжди дозволяють оцінити якісні характеристики, а результати залежать від похибки вимірювань.

Експеримент – це емпіричний метод дослідження, що передбачає активне цілеспрямоване втручання дослідника в хід явища з метою вивчення його властивостей та причинно-наслідкових зв’язків.

Він може проводитися в лабораторних умовах (наприклад, дослідження законів руху тіл у фізиці або випробування нових лікарських препаратів у медицині) або в природному середовищі (вивчення впливу магнітного поля Землі на міграцію птахів у фізиці або дослідження ефективності нових методів лікування в реальних умовах у медицині), бути контрольованим (коли всі змінні регулюються) чи неконтрольованим (коли середовище змінюється самостійно), а також пілотним (випробування гіпотези, наприклад, перевірка працездатності нового фізичного приладу) або основним (детальне дослідження). Його головні переваги – можливість чітко визначати причинно-наслідкові зв’язки, контролювати умови проведення та повторювати експеримент задля перевірки достовірності результатів. Проте штучність створених умов може впливати на природність явища, деякі процеси занадто складні для експериментального відтворення (наприклад, кліматичні зміни), а також можуть існувати певні етичні обмеження.

Порівняння – це метод наукового дослідження, що дозволяє виявляти подібність та відмінність між об’єктами, їхніми властивостями та тенденціями розвитку, сприяючи класифікації та систематизації даних, хоча й вимагає чіткого визначення критеріїв та несе ризик суб’єктивної інтерпретації.

Описові методи – методи призначені для збору та систематизації фактичних даних про досліджувані явища. Описові методи, такі як анкетування, інтерв’ю та тестування, дозволяють збирати та систематизувати велику кількість фактичних даних про досліджувані явища, хоча теж, як і порівняння, мають складність суб’єктивності відповідей та інтерпретації отриманих результатів.

Вибір емпіричного методу залежить від мети дослідження, його об’єкта та можливостей дослідника. Важливо використовувати комплексний підхід, поєднуючи різні методи для отримання найбільш повних та об’єктивних даних.

В таблиці 1 представлено порівняння теоретичних та емпіричних методів наукового пізнання.

Критерій	Теоретичні методи	Емпіричні методи
Визначення	Методи, які базуються на логічному мисленні, аналізі, узагальненні та моделюванні	Методи, що базуються на спостереженнях, експерименті та вимірюваннях
Об’єкт дослідження	Закони, принципи, теорії	Факти, явища, конкретні події
Основний підхід	Абстрактно-логічний, аналізує загальні закономірності	Практичний, базується на безпосередньому досвіді
Методи дослідження	Аналіз, синтез, індукція, дедукція, ідеалізація	Спостереження, вимірювання, експеримент, порівняння, опис
Результат	Теоретичні моделі, концепції, гіпотези, закони, аксіоми	Конкретні факти, статистичні дані, експериментальні результати
Приклад	Формулювання законів Ньютона, створення математичних моделей	Проведення фізичного експерименту, вивчення поведінки тварин у природі

2.3. Етапи емпіричного дослідження

Емпіричне дослідження являє собою систематичний процес, що складається з чітко визначених етапів, кожен з яких відіграє вирішальну роль у досягненні об’єктивних та достовірних результатів. Від формулювання проблеми до оформлення висновків, емпіричне дослідження вимагає ретельного планування, точного виконання та критичного аналізу. Виділяють основні етапи емпіричного дослідження:

1. Постановка проблеми – визначення об’єкта дослідження та формування наукового питання.
2. Формулювання гіпотези – висунення наукового припущення, яке пояснює певне явище або взаємозв’язок між змінними.
3.  Планування дослідження – вибирається дослідницький підхід і визначаються методи збору даних (спостереження, експеримент, опитування тощо). Важливо, щоб обрані методи відповідали цілям дослідження і забезпечували отримання достовірних даних.
4. Збір емпіричних даних – проводиться дослідження відповідно до обраних методів.
5. Аналіз отриманої інформації – виявлення закономірностей, порівняння результатів, усунення помилок. 
6. Формулювання висновків – обґрунтовані підтвердження, які підтверджують або спростовують початкову гіпотезу. 
7. Перевірка та повторення експерименту – додаткові дії для підтвердження надійності результатів.
8. Оформлення результатів дослідження – звіт або презентація результатів.

---

Завдання № 1

(Вирішення проблемного питання)

«Розчинення цукру у воді»

Мета: Застосувати етапи емпіричного дослідження для вивчення впливу кількості води на швидкість розчинення цукру.

Матеріали:

1. Дві прозорі склянки
2. Вода (різні об’єми)
3. Цукор (однакова кількість)
4. Секундомір або годинник

Інструкція:

1. Постановка проблеми (сформуйте проблемне питання):

• Визначте об’єкт дослідження: 

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Сформулюйте наукове питання (Як впливає? Що впливає?): 

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Формулювання гіпотези (висуньте наукове припущення):

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Планування дослідження:
   • Визначте дослідницький підхід (спостереження, експеримент тощо):

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Визначте методи збору даних (що будете вимірювати):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Розробіть план експерименту (що за чим будете робити і як): 

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Збір емпіричних даних (проведіть експеримент, запишіть дані, які вимірювали):

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Аналіз отриманої інформації (порівняйте час розчинення цукру в обох склянках. Виявіть закономірності: в якій склянці цукор розчинився швидше?):

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Формулювання висновків (підтвердіть або спростуйте гіпотезу на основі отриманих даних):
   • зробіть висновок про вплив кількості води на швидкість розчинення цукру:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Перевірка та повторення експерименту (за наявності часу):
   • Повторіть експеримент кілька разів, щоб підтвердити надійність результатів. Змініть кількість води або цукру, щоб дослідити інші аспекти розчинення.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Оформлення результатів дослідження Запитання для обговорення (за наявності часу):
   • Чому важливо використовувати однакову кількість цукру в обох склянках?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Які ще фактори можуть впливати на швидкість розчинення цукру?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання № 2

(Вирішення проблемного питання)

«Розшарування рідин за густиною»

Мета: Застосувати етапи емпіричного дослідження для вивчення впливу густини рідин на їх розташування в одній посудині.

Матеріали:

1. Три прозорі рідини з різною густиною (вода, олія, мед або сироп)
2. Прозора висока склянка або циліндр
3. Піпетка або шприц (для акуратного додавання рідин)

Інструкція:

1. Постановка проблеми (сформуйте проблемне питання):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Визначте об’єкт дослідження: __________________________________________________________________
• Сформулюйте наукове питання (Як впливає? Що впливає?): 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Формулювання гіпотези (висуньте наукове припущення):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Планування дослідження:

• Визначте дослідницький підхід (спостереження, експеримент тощо):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Визначте методи збору даних: 

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Розробіть план експерименту (що за чим будете робити і як): 

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Збір емпіричних даних (проведіть експеримент, запишіть дані):

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Аналіз отриманої інформації (опишіть розташування рідин у склянці, виявіть закономірность, як розташовуються рідини залежно від їх густини?):

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Формулювання висновків (підтвердить або спростуйте гіпотезу на основі отриманих даних):зробіть висновок про вплив густини рідин на їх розташування:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Перевірка та повторення експерименту (за наявності часу): Повторіть експеримент кілька разів, щоб підтвердити надійність результатів. Повторіть експеримент, змінюючи порядок додавання рідин.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Оформлення результатів дослідження

Запитання для обговорення (за наявності часу):

• Чому рідини розташовуються саме так?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Які ще фактори можуть впливати на розшарування рідин

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Завдання № 1 «Розчинна магія за 5 хвилин: де зникне барвник?»

Мета: Порівняти швидкість розчинення харчового барвника у воді та олії.

Матеріали:

1. Дві прозорі склянки
2. Вода
3. Рослинна олія
4. Харчовий барвник 
5. Секундомір або годинник

Інструкція:

1. Підготовка (1 хвилина): 

Налийте однакову кількість води в одну склянку та таку ж кількість олії в іншу.

2. Додавання барвника (1 хвилина): 

Одночасно додайте по кілька крапель харчового барвника в кожну склянку.

3. Спостереження (2 хвилини): 

Спостерігайте за тим, як барвник розчиняється або поширюється у воді та олії. Зверніть увагу на швидкість процесу та на те, як барвник взаємодіє з кожною рідиною.

4. Аналіз (1 хвилина): 

Порівняйте результати. Зробіть висновки про те, в якій рідині барвник розчинився або поширився швидше:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

• На уроці я зрозумів …
• На уроці найцікавішим було … 
• На уроці мені було найважче … 
• У мене виникло запитання …

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Проглянь відео https://youtu.be/1KQYIkZ3aLo?feature=shared

Дай відповіді на питання:

Які методи дослідження природи використовуються у відео?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Чому яйце тоне у звичайній воді, але плаває у солоній?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________