Как объяснить разницу между теорией, законом и фактом

Если вы попросите дать определение "теории", то большинство людей могут дать верный ответ о том, что это положение, предназначенное для объяснения определенного явления. Если вы спросите тех же людей: "Насколько точна теория?", то они могут ответить: "Это всего лишь теория." Или: "Это догадка." Когда о теории говорит ученый, то он имеет в виду совсем другое.

Шаги

1. 1 Попросите учеников назвать некоторые научные теории. Вы получите несколько распространенных ответов вроде:
   • Теория относительности: что законы физики одинаковы для всех наблюдателей
   • Теория эволюции путем естественного отбора: что наблюдаемые изменения видов происходят благодаря выживанию хорошо приспособившихся особей и вымиранию менее приспособившихся.
   • Теория Большого Взрыва: что вселенная начала свое существование как мельчайшая точка, которая подверглась расширению и образовала известную нам сегодня вселенную.
2. 2 Дайте ученикам определение научной теории. Хорошее определение будет звучать примерно так: "Научная теория – это общее положение, предназначенное для объяснения явления природы, которое подтверждено всеми доступными данными, и может быть использовано для предсказания новых, еще не наблюдаемых явлений." Важно то, что если теория не предсказывает все известные данные, то она имеет малую ценность. Очень важно то, что теории изменяются по мере того, как появляются новые данные. Большинство теорий, которые вы будете обсуждать в школе на уроках, хорошо подтверждены и вряд ли будут в каком-либо смысле пересмотрены. Теориями, которые подтверждены в меньшей степени, изобилуют такие отрасли науки, как теоретическая физика и космология, примером такой теории является теория струн.
3. 3 Попросите учеников вспомнить больше теорий в рамках данного определения. Скорее всего вам придется помочь им. Попробуйте предложить:
   • Микробиологическая теория заболеваний: что некоторые заболевания вызываются микроскопическими организмами.
   • Гелиоцентрическая Солнечная система: что планеты в нашей солнечной системе вращаются вокруг солнца.
   • Теория круглой Земли: что Земля имеет круглую, а не плоскую или какую-либо другую форму.
   • Атомная теория вещества: что все вещество состоит из атомов.
4. 4 Спросите у учеников, что они думают об этих теориях. Ученики как правило не рассматривают их в качестве теорий, поскольку думают, что это факты. Это и в самом деле факты, но они все равно подходят под определения теории, потому что предназначены для объяснения чего-то.
5. 5 Дайте определение научному факту. Факт – это объективное, доказуемое наблюдение. Он одинаков где угодно. Он может быть и был проверен много раз. Например, мы знаем, что микробиологическая теория заболеваний – это факт, поскольку мы можем взять бактерию от болеющего человека, посмотреть на нее под микроскопом и ввести эту бактерию другому человеку, который в результате этого заболеет той же болезнью. Мы знаем, что Земля круглая, потому что мы можем путешествовать далеко на запад и в конечном итоге придем туда, откуда начали.
6. 6 Спросите о том, как теория может быть превращена в факт. Большинство теорий никогда нельзя будет превратить в факт. Никакое количество фактов, поддерживающих эти теории не сделают этого. Например, древние люди заметили интересные точки света, которые перемещались по небу. Сегодня мы называем их планетами. Они перемещались потому, что они, подобно Земле, вращались вокруг Солнца, каждая со своей скоростью, на различных расстояниях от Солнца. Николай Коперник, как правило, считается первым, кто предложил эту теорию и подтвердил ее надежными доказательствами, но древние культуры смотрели на это сквозь призму предположений. Сейчас мы считаем это фактом, потому что мы отправили на эти планеты множество аппаратов и можем с высокой точностью предсказывать движения планет. Безусловно, наши предсказания основываются на теории (и лежащих в ее основе законах).
7. 7 Поднимите вопрос теории эволюции. Очевидно, что одна из самых противоречивых теорий современности – это теория эволюции, но называть ее просто "теорией эволиции" неправильно. Теоретическая часть положения – это "путем естественного отбора." То есть эволюция происходит по причине естественного отбора или по какому-нибудь другому методу? Сама по себе эволюция – это факт. Она постоянно наблюдается в природе; она постоянно наблюдается в лабораторных условиях.[1] В действительности, ученые рассматривали эволюцию еще до того, как Дарвин предложил свою теорию. Вспомните теорию эволюции Ламарка, которая появилась раньше теории Дарвина. Эта теория также предполагала, что все теплокровные животные (более конкретное положение, чем у Дарвина) возникли от общего предка, но в ней не предлагался правильный метод. В эволюции Ламарка животное может передать по наследству свои характеристики, полученные в течение жизни (также известные как "использование и неиспользования"). Согласно этой теории, жирафы приобрели длинную шею, вытягивая ее, чтобы добраться до растущих на высоте листьев. Можно с легкостью придумать эксперимент, который поможет проверить это. Если отрезать хвосты мышам при рождении и размножать таких мышей, то в итоге мыши будут рождаться без хвостов. Этого не происходит, поэтому теория Ламарка устарела, так как она не учитывает все известные факты. Теперь мы знам другой факт, согласно которому только ДНК (и компоненты сперматозоидов и яйцеклеток) могут передаваться потомству. Таким образом, изменения соматических клеток не могут влиять на будущие поколения.
8. 8 Дайте определение научному закону. Это более сложная концепция, и она может запутать учеников. Закон можно использовать для предсказания, но фактически закон является менее всеобъемлющим. По своей природе закон – более математический по своей природе и обычно выводится из первых принципов, являющихся простыми положениями о математических (идеальных или не реальных) системах и их поведении. К некоторым научным законам относятся:
   • Закон Ньютона нагревания и охлаждения: изменение температуры двух тел, находящихся в термическом контакте, пропорционально их разнице температур.
   • Законы движения Ньютона: положения о том, как большие объекты, состоящие из атомов, ведут себя при движении на низких скоростях по отношению друг к другу.
   • Законы термодинамики: положения о энтропии, температуре и термическом равновесии.
   • Закон Ома: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.
9. 9 Подчеркните, что законы идеальны. В том же смысле, что природа не обязана согласоваться с нашими теориями, она не обязана подчиняться нашим законам. Но мы все равно не сбрасываем со счетов их полезность. Подчеркните, что теории шире, чем законы, и что "усовершенствование" теории до закона на самом деле будет являться понижением ее значимости. Теория относительности никогда не станет Законом относиельности, а Теория эволюции путем естественного отбора никогда не станен Законом эволюции путем естественного отбора. Мы знаем, что законы движения Ньютона на самом деле не верны. Они рушатся, когда предметы очень малы или двигаются очень быстро (по сравнению с другими объектами). Если ваши ученики будут ходить на занятия по современной физике в высших учебных заведениях, то они смогут доказать несоответствия (и, следовательно, ложность) в законах Ньютона. Почему же мы продолжаем пользоваться ими? Потому что они очень хорошо помогают предсказывать явления. Они настолько хороши, что инженерам, которые строят небоскребы, нужно учитывать только их. Можно даже путешествовать по Солнечной системе, пользуясь лишь ими, но они неверны. Обратите внимание, что многие законы оказались ложными, например уравнение Шредингера, которое предсказывает квантовое поведение частиц, и закон нагрева и охлаждения Ньютона, который является менее конкретным толкованием законов термодинамики, которые, в свою очередь, никогда не опровергались.
10. 10 Обсудите, из чего состоит теория. Теорию образуют в основном факты. Во-вторых, теории содержат законы, но законы немного значат без фактов. Теории также содержат логические выводы. Например, необходимо заключить, что производные законы на самом деле предсказывают факты, а также множество более базовых эпистемологических выводов (означающие философские, но не научные положения). Они говорят нам о том, как мы знаем то, что мы знаем. Сложив все вышесказанное, ученый делает общее заключение, объясняющее все данные. Другие ученые повторно подтверждают факты и используют теорию для получения предсказаний и получения новых фактов.
11. 11 Обсудите предположение. Предположение – это это общее суждение о природе, которое создается без фактов (или без достаточного их количества). То есть, это как ткнуть пальцем в небо. Предположение может быть предварительным шагом в направлении теории и стимулировать открытие фактов, которые могут привести к усовершенствованию теории, даже при том, что результаты могут сильно отличастья от начального предположения. Примите во внимание, что в древних культурах люди верно предполагали, что Солнце – это центр Солнечной системы, но в то время естествоиспытатели (академические предки ученых) не осознавали значимости подтверждающих это фактов. Поэтому, к сожалению, их умозаключения были утрачены на тысячелетия.