В отличие от сплетни, научное знание проверяемо и касается реально существующих вещей и повторяющихся событий. Любой человек, при желании, может повторить любой научный эксперимент, то есть, убедиться в том, что на определенный вопрос природа «отвечает» именно таким образом. Из этого урока вы узнаете, откуда берутся научные знания, что такое научный факт, гипотеза и теория, познакомитесь с основными представлениями о научном методе, выясните, какими методами получения знаний пользуется биология. В уроке уделено внимание сравнительно-описательному, историческому и экспериментальному методам.
Тема: Введение
Урок: Методы исследования в биологии
Наука - это одна из сфер человеческой деятельности, целью которой является изучение и познание окружающего мира. Каждая наука имеет свои методы исследования , но задача любой науки - построение системы достоверного знания , основанного на фактах и обобщении , которые можно было бы подтвердить или опровергнуть.
Научным фактом является лишь тот, который можно воспроизвести или подтвердить. Наблюдения, которые не могу быть воспроизведены, отбрасываются, как ненаучные. Когда учёный делает открытие, он публикует информацию о нем в специальных журналах, благодаря публикации результаты могут быть проверены и перепроверены другими учёными - это служит стимулом для более тщательной проверки и анализа собственных экспериментов.
Ещё одной формой распространения знаний являются симпозиумы и конференции, которые организуются учеными разных специальностей (ботаниками, зоологами, генетиками, медиками и т. д.). Во время таких мероприятий ученые общаются друг с другом, обсуждают работы коллег, налаживают творческие связи.
Научный метод - это совокупность приёмов и операций, которые используются при построении системы научного знания.
Один из основных принципов научного метода - скептицизм - отказ от слепого доверия к авторитету. Учёный всегда сохраняет определённую долю скепсиса и проверяет любое новое открытие.
Основными методами биологии являются: описательный , сравнительный , исторический и экспериментальный .
Описательный метод является наиболее древним, потому что его использовали ещё учёные древности, в основе его лежит наблюдение. Примерно до 17 века он был основным в биологии, поскольку учёные занимались описанием животных и растений и их первичной систематизацией, но он не потерял актуальности в настоящее время, например, он используется для описания новых видов (см. Рис. 1).
Рис. 1. Новые виды животных, описанные учеными
Сравнительный метод - позволяет выявить сходство между организмами и их частями. Он стал применяться с 17 века.
Полученные с помощью этого метода сведения легли в основу систематики Карла Линнея, позволили Теодору Шванну и Маттиасу Шлейдену сформулировать клеточную теорию, легли в основу закона зародышевого сходства, открытого Карлом Бэром.
Сейчас очень сложно провести границу между описательным и сравнительным методом, потому что они комплексно используются для решения задач биологии.
Исторический метод позволяет осмыслить полученные ранее факты и сопоставить их с ранее известными результатами. Он стал широко применяться со второй половины 19 века благодаря работам Чарльза Дарвина, который с его помощью обосновал закономерности появления и развития организмов, становление их структур и функций во времени и пространстве (см. Рис. 2). Применение исторического метода позволило превратить биологию из описательной науки в объясняющую.
Рис. 2. История эволюции человека
Экспериментальный метод - применение этого метода связывают с именем Уильяма Гарвея, который его использовал в своих экспериментах по изучению кровообращения (см. Рис. 3). Но широко использоваться этот метод стал именно с 20 века, прежде всего, при изучении физиологических процессов.
Рис. 3 Опыт У. Гарвея по изучению кровообращения
Экспериментальный метод позволяет изучать то или иное явление с помощью опыта. Большой вклад в утверждение экспериментального метода в биологии внёс Грегор Мендель, который, изучая наследственность и изменчивость организмов, впервые использовал эксперимент не только для получения данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы.
В 20 веке экспериментальный метод стал ведущим в биологии. Это стало возможным благодаря появлению новых приборов, например, электронного микроскопа, использованию методов химии, физики и биологии (см. Рис. 4).
Рис. 4. Современные опыты и лабораторное оборудование, которые символизируют экспериментальный метод исследования
В биологических исследованиях довольно часто применяют моделирования тех или иных процессов, то есть привлекают и математические методы, и компьютерное моделирование.
Научное исследование состоит из следующих этапов: на основании полученных фактов , наблюдений или экспериментов формулируется проблема , для её решения выдвигаются гипотезы . Гипотезы непрерывно совершенствуются и подвергаются дальнейшей разработке. Гипотеза , которая согласуется со множеством разнообразных наблюдений становится теорией . Хорошая теория развивается и распространяется на дополнительные факты по мере того, как они становятся известными.
Хорошая теория может предсказывать новые факты , а также находить новые связи между явлениями, и тогда теория становится правилом или законом.
Домашнее задание
1. Что такое наука?
2. Дайте определения понятиям: факт, гипотеза, теория.
3. Какие основные этапы научного исследования вы знаете?
4. В чем сущность сравнительно-описательных методов исследования?
5. Что такое эксперимент?
6. Опишите исторический метод изучения биологических объектов.
7. Как происходило становление методов биологии? Какие из них самые древние? Какие можно назвать новыми?
3. Биологическое образование в МФТИ ().
Список литературы
1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.
3. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5-е изд., стереотип. - Дрофа, 2010. - 388 с.
4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.
Практическое занятие № 1
Тема: «Методы исследований в биологии»
Цель: изучить основные методы исследований, применяющиеся в биологии; научиться использовать полученные знания для решения конкретных задач
Теоретические положения
Биология изучает живые системы с помощью различных методов. Основными являются наблюдение и эксперимент, к важным относится описательный, сравнительный и исторический методы; в настоящее время в биологии все большую роль играют статистические методы и метод моделирования.
Наблюдение – отправной пункт всякого естественнонаучного исследования. В биологии это особенно хорошо заметно, так как объект ее изучения – человек и окружающая его живая природа. Наблюдение как метод собирания информации – хронологически самый первый прием исследования, появившийся в арсенале биологии, а точнее, еще ее предшественницы – естественной истории. И это неудивительно, так как наблюдение опирается на чувственные способности человека (ощущение, восприятие, представление).
Наблюдения могут быть прямыми или косвенными, они могут вестись с помощью технических приспособлений или без таковых. Так, орнитолог видит птицу в бинокль и может слышать ее, а может фиксировать прибором звуки вне слышимого человеческим ухом диапазона; гистолог наблюдает с помощью микроскопа зафиксированный и окрашенный срез ткани, а, скажем, для молекулярного биолога наблюдением может быть фиксация изменения концентрации фермента в пробирке.
В наблюдении важна не только точность, аккуратность и активность наблюдателя, но и его непредвзятость, его знания и опыт, правильный выбор технических средств. Постановка задачи предполагает также наличие плана наблюдений, т.е. их планомерность.
Экспериментальный метод исследования явлений природы связан с активным воздействием на них путем проведения опытов (экспериментов) в контролируемых условиях. Этот метод позволяет изучать явления изолированно и достигать повторяемости результатов при воспроизведении тех же условиях. Эксперимент обеспечивает более глубокое, чем другие методы исследования, раскрытие сущности биологических явлений. Именно благодаря экспериментам естествознание в целом и биология частности дошли до открытия основных законов природы. Экспериментальный метод служит не только для проведения опытов, получения ответов на поставленные вопросы, но и для доведения правильности принятой в начале гипотезы или позволяет скорректировать ее.
Полный цикл экспериментального исследования состоит из нескольких стадий. Как и наблюдение, эксперимент предполагает наличие четко сформулированной цели исследования, плана, базируется на предустановках, т.е. исходных положениях. Поэтому, приступая к эксперименту, нужно определить его цели и задачи, обдумать возможные результаты. Научный эксперимент должен быть хорошо подготовлен и тщательно проведен. Кроме того, эксперимент требует определенной квалификации проводящих его исследователей.
На втором этапе выбираются конкретные приемы и средства технического воплощения и контроля. В последние полвека в биологии широко используются методы математического планирования и проведения экспериментов. Результаты проведенного опыта затем интерпретируются, что дает возможность истолковать их. Таким образом, замысел, план проведения и интерпретация результатов эксперимента в гораздо большей степени зависят от теории, чем поиски и интерпретации данных наблюдения .
Собрав фактический материал, необходимо, прежде всего, описать его. Поэтому биологические наблюдения всегда сопровождаются описанием изучаемого объекта. Под эмпирическим описанием понимается «фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах, данных в наблюдении». Это означает, что описывать результат наблюдения можно и в числовом выражении, формулами, а также наглядным образом – с помощью рисунков, схем, графиков. Факт, полученный в результате наблюдения, может быть многозначным, так как зависит от многих привходящих обстоятельств и несет на себе отпечаток наблюдателя, места и времени события. Поэтому, строго говоря, только из наличия факта еще не следует его истинность. Иными словами, факты нуждаются в интерпретации.
Работа по описанию живой природы, проведенная в XVI–XVII вв. в биологии, имела огромное значение для ее развития. Она открыла пути к систематизации животных и растительных организмов, показав все их разнообразие. Кроме того, эта деятельность значительно расширила сведения о формах и внутреннем устройстве живых организмов.
Позже описательный метод лег в основу сравнительного и исторического методов биологии. Правильно составленные описания, произведенные в разных местах, в разное время, можно сравнивать. Это позволяет путем сопоставления изучать сходство и различие организмов и их частей. Находя закономерности, общие для разных явлений, имея в своем распоряжении соответствующие описания, биолог может сравнить размеры раковин моллюсков одного биологического вида в наши дни и при Ламарке, поведение лося в Сибири и на Аляске, рост культуры клеток при низкой и высокой температуре и так далее. Поэтому сравнительный метод получил распространение еще в XVIII веке. На его принципах была основана систематика и сделано одно из крупнейших обобщений – создана клеточная теория.
Исторический метод исследования явлений природы выясняет закономерности появления и развития биологических систем, становления их структуры и функций; является основой создания теории эволюции. С введением этого метода в биологии произошли качественные изменения: из чисто описательной науки она стала трансформироваться в науку объясняющую.
Статистический метод исследования явлений природы основывается на сборе, измерении и анализе информации.
Метод моделирования представляет собой изучение определенного процесса или явления через воссоздание его (или его свойств) в виде модели.
Указанные методы не исчерпывают всего арсенала методов, используемых биологией. Каждая биологическая наука имеет собственные методы для изучения своего предмета. Например, в микробиологии используются микроскопические методы, культвирование микроорганизмов, методы стерилизации; в генетике – близнецовый, гибридологический, феногенетический, популяционный и другие, которые будут более подробно рассмотрены на следующих занятиях.
К основным этапам научного исследования относятся следующие:
Постановка проблемы.
Формулирование темы, целей и задач исследования.
Выдвижение гипотез (научных предположений).
Планирование эксперимента, выбор методов исследования.
Проведение практической части исследования, регистрация качественных и количественных результатов.
Многократное повторение эксперимента для достоверности.
Обработка полученных результатов.
Анализ полученных результатов.
Формулировка выводов, проверка гипотез.
Определение круга нерешенных вопросов.
Оформление итогов исследования.
На основе анализа данных экспериментов или научных фактов (событий или явлений, точно установленных и многократно подтвержденных исследованиями многих ученых) может быть сформулирована теория (система наиболее общих знаний в определенной области науки) или закон - вербальное и/или математически сформулированное утверждение, которое описывает соотношения, связи между различными научными понятиями, предложенное в качестве объяснения фактов и признанное на данном этапе научным сообществом согласующимся с экспериментальными данными.
Задания
2. Используя таблицу «Важнейшие даты в биологии» (приложение 1), заполните четвертую колонку таблицы, приведя 2-3 примера использования каждого метода.
3. Выберите по три наиболее важных (с вашей точки зрения) события в развитии:
- микробиологии;
- цитологии;
- генетики.
4. В лаборатории исследовали влияние температуры на размножение бактерий. После эксперимента были получены следующие данные: при температуре 5ºС количество бактерий было равно 30, при 48 ºС – 140, при 70 ºС – 280, при 80 ºС - 279, при 100 ºС - 65. Отразите эти данные в таблице и на графике. Опишите полученную закономерность. Определите оптимальную температуру развития для данного вида бактерий.
5. Составьте примерный план эксперимента по изучению причин порчи любого выбранного вами пищевого продукта, включив обязательные пункты:
- краткое описание объекта, постановка проблемы, формулировка гипотезы;
- цель и задачи работы;
- факторы, которые вы хотите изучить;
- выходные параметры и методы их контроля, которые вы хотели бы использовать;
- количество повторностей каждого опыта;
- возможные варианты представления полученных данных;
- возможную научную и практическую ценность полученных вами результатов.
Биология: учебник для студ. мед. спец. вузов: В 2 кн. / [В.Н. Ярыгин, В.И. Васильева, И.Н. Волков, В.В. Синельщикова] ; под ред. В.Н. Ярыгина, кн.1. - 6-е изд., стер. - М. : Высшая школа, 2004. - 429 с.
Биология: учебник для студ. мед. спец. вузов: В 2 кн. / [В.Н. Ярыгин, В.И. Васильева, И.Н. Волков, В.В. Синельщикова] ; под ред. В.Н. Ярыгина, Кн.2. – 6-е изд., стер. – М. : Высшая школа, 2004. – 331 с. 27
Тейлор, Д. Биология: в 3 т. / Д. Тейлор, Н.Грин, У. Стаут; под ред. Р. Сопера; пер. с англ., Т.1. – М. : Мир, 2001. – 454 с.
Тейлор, Д. Биология: в 3 т. / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут; под ред. Р. Сопера; пер. с англ., Т.2 . - М. : Мир, 2002. - 436 с.
Тейлор, Д. Биология: в 3 т. / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут; под ред. Р. Сопера; пер. с англ., Т.3. – М. : Мир, 2002. – 451 с.
Левитина Т. П.Общая биология: Словарь понятий и терминов. СПб.: Паритет, 2002. – 538 с.
Биология [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://bse.sci-lib.com/article118100.html
Биология [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/%C1%E8%EE%EB%EE%E3%E8%FF
Пантелеев, М. Биологическая сложность - главная проблема современной биологии [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gazeta.ru/science/2011/08/14_a_3733061.shtml
Проект «Вся Биология» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://sbio.info/
Приложение 1
|
ВАЖНЕЙШИЕ ДАТЫ В РАЗВИТИИ БИОЛОГИИ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Методы биологии
- Биология - наука о жизни, ее формах и закономерностям развития.
- Метод - это путь исследования, который проходит ученый.
- Научный метод - это совокупность приёмов и операций, используемых при построении системы научных знаний.
Биологические методы делятся на:
- Эмпирические
- позволяет изучать явление с помощью опыта.
- описательный,
- сравнительный,
- экспериментальный,
- исторический.
- Теоретические
- статистический,
- моделирование.
К основным (универсальным) методам в биологии относятся:
- Описательный метод связансвязанный с наблюдением и описанием объектов или явлений, определением их свойств.
- Сравнительный метод. Сходства и различия разных систематических групп, сообществ организмов, их строения, функций и составных частей изучаются с помощью сравнительного метода . Этот метод используется в систематике, морфологии, анатомии, палеонтологии, эмбриологии и других отраслях науки. Принципы сравнения легли в основу систематики, клеточной теории. Открыты биогенетический закон, закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.
- Исторический метод выясняет закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функций в ходе геологической истории Земли. С его помощью было создано учение об эволюционном развитии органического мира.
- Экспериментальный метод (опыт, практика) состоит в изменении исследователем условий существования объекта опыта, его строения и наблюдение по результатам изменений. Эксперименты бывают полевые и лабораторные. Этот метод позволяет гораздо глубже исследовать сущность поведения, строение и особенности организмов.
К частным биологическим методам исследования относятся методы
- Генеалогический метод. Используется при составлении родословных людей, выявлении характера наследования некоторых признаков.
- Исторический метод. Позволяет обнаружить закономерности возникновения и развития живых существ.
- Палеонтологический метод - позволяет выяснить родство между древними организмами, которые находятся в земной коре, в разных геологических слоях.
- Центрифугирование - разделение смесей на основные части под действием центробежной силы.
- Цитологический, цитогенетический, микроскопирование - исследование строения клетки, ее структур с помощью микроскопов.
- Биохимический метод - исследование химических процессов, происходящих в организме.
Теоретические методы:
- Статистический метод основан на статистической обработке количественного материала, собранного в результате других исследований (наблюдений, экспериментов, моделирования), что позволяет всесторонне проанализировать и установить определенные закономерности.
- Моделирование - дает возможность изучать объекты и процессы, которые сложно или невозможно воспроизвести экспериментально, или непосредственно наблюдать.
Наука, которая изучает живые организмы, называется биологией: этот термин ввёл в 1802 году французский учёный Жан Батист Ламарк. Каждая наука имеет свои методы исследования – тандем приёмов и операций, направленных на построение системы научных знаний. В данной статье мы подробно изучим методы исследования в биологии.
Наука - сфера человеческой деятельности
Одной из сфер человеческой деятельности является наука. Её цель - это познание и изучение окружающей среды. Чтобы научно познать явление или объект, необходимо определить проблему и выбрать метод её исследования.
Рис. 1. Этапы научного исследования.
Метод (от греческого methodos) - это путь исследования.
Почему человечество захотело изучить биологические явления?
В давние времена основными видами деятельности человека были охота и собирательство. Для шитья одежды использовали шкуры животных. Растительность применяли для построения строительных объектов. Среди растений возникла необходимость находить лекарственные средства для лечения недугов, определять ядовитые виды. Позднее занятие сельским хозяйством натолкнуло на мысль выводить новые сорта растительных культур и животных пород.
ТОП-1 статья которые читают вместе с этой
Методы исследования
За всю историю биологических наук использовалось и применялось множество способов исследований.
- Наблюдение и описание ;
Наблюдение – метод исследования биологии, популярный ещё с древности. Он основывается на наблюдении и описании, а также – на анализе явлений и процессов. Пользуются им в ботанике, зоологии, генетике. В современном мире для его применения используют оптическую аппаратуру (световые и электронные микроскопы, эндоскопы).
Рис. 2. Современная лаборатория.
- экспериментальный ;
Эксперимент изолировано изучает явления и свойства всего живого, а также, при необходимости, может производиться многократно.
- сравнительный метод ;
Используется в основном в анатомии, палеонтологии и эмбриологии. На данном методе основываются всевозможные классификации, устанавливаются эволюционное родство видов, а также закономерности их развития.
- исторический ;
Устанавливает закономерности истории развития живых организмов, становление их структур и функций.
- моделирование .
С помощью специально организованных в лаборатории условиях позволяет воспроизводить процессы, которые не встретишь в природе.
В современности широко используется компьютерное моделирование. Такой способ даёт возможность спрогнозировать последствия всевозможных природных и техногенных катастроф, смены расположения экосистем, воздействие новых медицинских препаратов на организм человека.
Выше перечисленными методами пользуются в современном мире, изучая изменения и развитие живых организмов на планете.
Рис. 3. Приборы и оборудование для исследований.
Таблица “Область применения методов исследования”
Что мы узнали?
Из темы «Методы исследования в биологии» (5 класс) мы узнали, что биология, как и все науки, имеет свои методы исследования. К ним относятся: наблюдение, исторический метод, сравнение, эксперимент и моделирование. Являясь универсальными для всех биологических наук, у каждого из них есть особая область применения и назначения.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 810.
Методы биологических исследований в биологии разделяют на эмпирические (от греч. эмпириа - опыт) - описательный, сравнительный, экспериментальный, исторический, и теоретические - статистический и моделирования. Описательный и сравнительный методы основаны на наблюдении.
Описательный метод - древнейший, связанный с наблюдением и описанием объектов или явлений, определением их свойств.
Сравнительный
Сравнение строения животной и растительной клеток
Сравнительный метод основан, чтобы сравнить полученные наблюдения, описания с другими.
В последнее время часто применяют мониторинг (от лат. mоnitor -предупреждающий, напоминающий). Это постоянное наблюдение за ходом определенных процессов в отдельных экосистемах, биосфере в целом или за состоянием конкретных биологических объектов. Осуществляют его на высших уровнях организации живой материи. Мониторинг позволяет прогнозировать и анализировать возможные изменения, их следствия. Например, изменения растительности в связи с кислотными дождями и т. п.
Экспериментальный
Экспериментальный (от лат. ехреrimentum - опыт, практика) метод состоит в изменении исследователем условий существования объекта опыта, его строения и наблюдение по результатам изменений. Эксперименты бывают полевые и лабораторные.
В естественных условиях проводят полевые эксперименты. Лабораторные эксперименты проводят в специально оборудованных лабораториях. В лабораторных условиях используют микроскопы, ядерно-магнитный резонанс, рентгенологический метод и т. п.
Исторический
Исторический метод позволяет обнаружить закономерности возникновения и развития живых существ.
Моделирование и статистический метод невозможны без применения электронно-вычислительной техники.
Моделирование
Моделирование (от лат. modulus - устройство, образец) - метод, который позволяет работать не с самими объектами, а изучает представления о них или их модели. Моделирование позволяет изучать объекты и процессы, которые невозможно непосредственно наблюдать или воссоздать экспериментально. Разновидностью этого метода является математическое моделирование. Это численное выражение в виде уравнений четных связей. При изменениях числовых значений можно увидеть, как работает система при определенных условиях. Примером математической модели могут быть соотношения численности в системе «хищник-жертва».
Статистический
Статистический (математический) метод применяется для обработки числовых данных, полученных с помощью других методов (эмпирических). Используют также для проверки степени достоверности полученных результатов.
