Методы исследования в биологии. Видеоурок. Биология 10 Класс
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
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.
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?
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
1. Биологический словарь (Источник).
2. Проект «Вся биология» (Источник).
3. Биологическое образование в МФТИ (Источник).
4. Интернет-портал Bioenc (Источник).
5. Уроки по биологии (Источник).
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.
interneturok.ru
Практ зан 1 Методы биологии
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.
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
1. Изучить по презентации, методичке и рекомендованным источникам методы, применяющиеся в биологии, описать их в тетради в виде таблицы, заполнив первые три колонки.
№ | Название метода | Сущность метода | Пример использования метода |
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.
Рекомендуемая литература
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.
Рекомендуемые информационные ресурсы:
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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
studfiles.net
Методы исследования в биологии
Человек начал познавать окружающий мир с появлением у него отвлечённого мышления. А с развитием цивилизации люди начали изучать окружающую природу ради собственного интереса. Так зародилось научное познание, науки и биологическая наука в частности. Этот урок о становлении методов изучения биологии.
Человек начал познавать окружающий мир с появлением у него отвлечённого мышления. В процессе трудовой деятельности люди приобрели способность обобщать свойства предметов и явлений, не заостряя внимания на их особенностях. Например, двое учеников свободно могут разговаривать о реке Днепр, которая протекает, может быть, за десятки и сотни километров от беседующих. Они её не видят, не слышат плеска волн. Но каждый из собеседников на основе обобщения знаком с понятием «река». Каждый связывает со словом «Днепр» понятие об одной из крупных рек Европы. Поэтому они понимают друг друга, хотя на Днепре никогда не были. Такое понимание и отличает нас с вами от животных. Последние могут устанавливать простейшие связи между предметами, изготавливать простейшие орудия труда… Но они не имеют понятий, не способны уяснить причин явлений и вытекающих из них последствий.
От умения первобытных людей приспособиться к среде обитания зависела, непосредственно, их жизнь.
С развитием цивилизации человек начал изучать окружающую природу ради собственного интереса. Так и зародилась наука — одна из сфер человеческой деятельности, цель которой — изучение и познание окружающего мира. Цель познания — знания. Они нужны для ориентации человека в окружающем мире, объяснения и предвидения событий, планирования и реализации деятельности. Для удовлетворения собственного интереса, в конце концов. Вместе с тем познание совсем не обязательно может быть научным. Оно может быть обыденным, художественным, мифологическим или религиозным.
Но, возвращаясь к теме нашего урока, — мы с вами ведём разговор о биологии. Биология — это наука. Соответственно, предмет нашего рассмотрения — научное познание. В чём его отличие от ненаучного? Наверное, у каждого есть свой ответ на этот вопрос. Давайте попробуем обобщить и конкретно сформулировать саму суть. Будьте внимательны. Научное познание — это процесс получения объективного… истинного… знания, направленного на отражение закономерностей действительности.
В научном познании выбирают определённые объекты исследования, проблемы и методы их изучения. Конечно, каждая наука имеет свои методы исследования. Однако, независимо от выбранного метода, для каждого учёного важнейшим всегда остаётся принцип «нельзя ничего принимать на веру». Потому как главной задачей науки является построение системы достоверного знания, основанного на фактах и обобщениях, которые, в свою очередь, можно подтвердить или опровергнуть. Научные знания всегда могут быть взяты под сомнение и принимаются только при достаточных или даже избыточных доказательствах. Такие знания переходят в ранг научных фактов (от греческого factum — сделанное) — фактов, которые можно воспроизвести и подтвердить.
Как любой человек в своей жизни не может обходиться без воздуха, так любой учёный в своих исследованиях не может обходиться без научных фактов. Для их получения применяются научные методы (греческое слово methodos — путь исследования) — совокупность тех приёмов и операций, которые используются при построении системы научных знаний.
История любой науки и биологии в частности — это история разработки и применения новых методов исследования. В биологической науке основными методами исследования в разное время являлись и являются описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.
Описательный метод в методологии современного познания занимает первичные позиции. Он широко применялся ещё учёными древности… Которым ничего не оставалось, кроме как собирать фактический материал и описывать его.
В основе описательного метода лежит наблюдение — первоисточник всех научных данных. И немудрено. Наблюдение опирается на чувственные способности человека (ощущение, восприятие, представление). Однако, именно по этой причине многие учёные расценивают этот тип исследования как весьма ненадёжный. Да и результаты описательных исследований невозможно повторить и повторно проанализировать.
Вплоть до XVIII столетия естествоиспытатели занимались описанием растений и животных, а также пытались систематизировать накопленный описательный материал. Однако, этот метод не утратил своей актуальности и сегодня. Например, зоологи открывают новые виды животных, специалисты в области гистологии наблюдают с помощью микроскопа зафиксированные и окрашенные срезы тканей, а молекулярные биологи фиксируют изменение концентрации фермента в пробирке.
Научное наблюдение, в отличие от обыденного — не простое, но целенаправленное изучение природных объектов или явлений. Оно ведётся исключительно для решения поставленной задачи, и при этом внимание наблюдателя не должно рассеиваться. Если мы, например, изучаем сезонные миграции белого аиста, то будем отмечать время его появления в местах гнездования, и ничего более. То есть выделять определённую часть из действительности и включать её в изучаемую систему.
В наблюдении важны точность, аккуратность, активность исследователя. А также его непредвзятость, знания, опыт и правильный выбор технических средств.
Собранный при помощи описательного метода фактический материал может и должен быть подвергнут сравнению. Сравнительный метод, благодаря которому выявляются сходства и различия между организмами и их частями, биологи стали применять с XVII-го века. Так появились данные, необходимые для классификации растений и животных. А в XIX веке применение сравнительного метода привело к разработке клеточной теории Шванна/Шлейдена и обоснования теории Дарвина. Которая, в свою очередь, вызвала перестройку целого ряда биологических наук.
Методы сравнительного подхода приводят к тому, что могут быть пересмотрены уже сложившиеся взгляды на те или иные явления и факты. При сравнении также могут быть открыты особенности, которые специфичны для конкретного объекта или явления, однако ранее не были известны исследователям. Таким образом, сравнение способствует более глубокому изучению и познанию объектов и явлений, а также поиску их отличительных особенностей и различий на разных уровнях исследования.
Сравнительный метод широко применяется в различных биологических дисциплинах и в наше время. Но использование только описательного и сравнительного методов в биологии привело бы к тому, что она так бы и осталась в рамках констатирующей науки. А мы с вами никогда бы не увидели реальных кибернетических организмов — киборгов.
Идём дальше. Сравнительный метод, который мы разобрали, впоследствии перерастает в исторический. Почему? Человек отличается от животных, кроме всего прочего, тем, что может накапливать, сохранять и анализировать информацию, которая досталась ему от предыдущих поколений. То есть передавать свои знания. Сопоставление с ранее полученными знаниями помогает осмыслить новые полученные факты. Исторический метод начал применяться во второй половине XIX века во многом благодаря работам Чарлза Дарвина. Человек, перевернувший в 1859 году всё естествознание того времени, научно обосновал закономерности появления и развития организмов. Раскрыл механизм становления их структур и функций во времени и пространстве. С тех пор исторический метод превратил биологию из науки описательной в науку, которая объясняет то, как появились и функционируют многообразные живые системы.
И напоследок — самое интересное.
Кто из вас в детстве, а может, и прямо сейчас не проводил экспериментов? Какие из них больше всего нравились? Может быть, такой?
Или что-нибудь посложнее?
Говоря научным языком, эксперимент представляет собой воссоздание выделенного аспекта действительности в специально создаваемых и контролируемых условиях, что обеспечивает критерий воспроизводимости, то есть позволяет восстановить ход явления при повторении условий.
Полный цикл эксперимента состоит из нескольких стадий: чётко сформулированной цели исследования и плана (постановка эксперимента), конкретных приёмов и средств технического воплощения и контроля (проведение эксперимента) и обработки результатов.
В биологии применение экспериментального метода связывают с именем Уильяма Гарвея. В 1628 году этот английский основоположник физиологии впервые сформулировал свою теорию кровообращения, которая основывалась на собственных экспериментальных доказательствах. Измерив величину систолического объёма, частоту сокращений сердца и общее количество крови в теле овцы, Гарвей доказал, что за 2 минуты вся кровь должна пройти через сердце, а в течение 30 минут через него проходит количество крови, равное весу животного. Отсюда следовало, что, вопреки бесспорным на то время утверждениям Галена о поступлении к сердцу всё новых и новых порций крови от вырабатывающих её органов, кровь возвращается к сердцу по замкнутому циклу. Замкнутость же цикла обеспечивают мельчайшие трубочки — капилляры, соединяющие артерии и вены.
Однако широко применяться в биологии эксперимент начал лишь в XIX веке. Классическим образцом методологии экспериментальной науки стала работа Грегора Менделя по изучению наследственности и изменчивости организмов. Как Гарвей предсказал наличие в организме животных капилляров, которых никто не видел и не мог увидеть в то время, так и Мендель благодаря свои экспериментам с горохом предсказал наличие генов у всех живых организмов. Эпохальное событие в биологии.
С XX века экспериментальный метод становится ведущим в биологической науке. Это было обусловлено появлением новых приборов для исследований. Например, таких сложных, как электронный микроскоп, созданный в 1932 году, томограф, сконструированный в 1969-м. Кроме того, в биологии начали активно применяться методы физики и химии. Это и различные виды микроскопии, а также биохимические методы, метод меченых атомов, самые разнообразные способы культивирования и прижизненного наблюдения культур клеток, тканей, органов, рентгеноструктурный анализ, хроматография, ультрацентрифугирование и другие. Не спешите пугаться сложных названий, через несколько уроков вы их освоите.
Так вот, ко второй половине XX века в биологии развивается целое направление, которое предусматривает разработку методов исследования и создание новейших приборов.
В последнее время в биологических исследованиях всё больше применяют моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов и явлений. Моделирование является как бы высшей формой биологического эксперимента. Объектом моделирования может стать любая биологическая система. От мельчайшей, например, молекула ДНК — хромосома — ядро клетки — сама клетка… до огромной — вся биосфера. Такая глобальная информация о поведении живой природы на Земле используется, например, в случае глобальных техногенных или климатических изменений.
Экспериментальный метод коренным образом преобразил биологию. Он смог многократно расширить её познавательные возможности и открыл новые пути для использования биологических знаний во всех сферах деятельности человека.
И в заключение несколько слов об этапах проведения научного исследования. Как мы уже сказали, первоисточником всех научных данных является наблюдение. После обобщения фактов выдвигаются гипотезы, которые могут объяснить наблюдение. Далее эти данные перепроверяются в ходе новых наблюдений и экспериментов. За этим этапом обязательно следует контрольный опыт. Условия контрольного опыта, в свою очередь, обязательно должны отличаться одним фактором. После анализа результатов эксперимента научные данные переходят в ранг научных фактов, а проверенная гипотеза становится теорией или законом. Это говорит о её универсальности, неоспоримости и достоверности. Однако даже верная теория по мере накопления новых фактов может пересматриваться и уточняться. Например, теория эволюции.
videouroki.net
Методы исследования в биологии
На прошлом уроке вы познакомились с наукой биологией. И узнали, что, изучая её, можно ответить на многие вопросы. А сегодня вы узнаете, какими методами необходимо воспользоваться, чтобы на них ответить.
В переводе с греческого языка «методос» — означает «способ познания», «путь».
Основными методами исследования в биологии являются: наблюдение, эксперимент,
измерение.
А с другими методами биологических исследований вы познакомитесь в старших классах.
Первый метод, который мы с вами рассмотрим, ― наблюдение.
Наблюдение ― это восприятие природных объектов или явлений с помощью органов чувств. Оно является одним из самых доступных методов изучения природы, но для его проведения необходимо желание, терпение и умение.
Французский энтомолог Жан Анри Фабр пользовался этим методом при изучении окружающих организмов, в частности насекомых.
Фабра часто замечали на природе, когда он неподвижно сидел и что-то рассматривал.
Многим это занятие казалось странным. Проходящие мимо не могли, понять, чем на самом деле занимался этот человек.
Однако то, чем занимался Фабр, внесло большой вклад в науку. Его работы были не только оригинальны, но ещё и соответствовали высочайшим стандартам. Наблюдение за окружающими организмами, на первый взгляд, кажется простой работой. Но иногда для того, чтобы понять те или иные явления, необходимы годы.
Например, некоторые исследования Фабра длились десятилетиями. Он изучал поведение жуков скарабеев почти 40 лет.
Жан Фабр писал о жуках, о гусеницах бабочек, о кузнечиках, однако его наибольшие симпатии были на стороне ос. Разгадывание их нравов стало делом жизни Фабра. Благодаря своей наблюдательности он стал одним из лучших в мире знатоков насекомых.
Свои открытия Фабр описал в книгах, которыми и сегодня восхищаются учёные и любители природы разных стран.
С помощью наблюдения человек накапливает информацию об окружающем мире, приводит её в систему и ищет в этой информации какие-то закономерности. При этом учёный лишь фиксирует результаты, не вмешиваясь в сам процесс.
Следующий метод, который мы с вами рассмотрим, — это эксперимент.
Слово «эксперимент» имеет латинское происхождение и на русский язык переводится как «опыт», «проба».
Эксперимент ― это наблюдение в специально созданных и контролируемых условиях, которое позволяет установить, как те или иные условия влияют на объект или явление.
Немецкий биолог Густав Крамер экспериментально установил, что перелётные птицы во время своих путешествий ориентируются по солнцу и звёздам.
Отловленных перелётных птиц Крамер посадил в клетку, стоявшую под открытым небом, и с наступлением прохладных осенних дней установил за ними постоянное наблюдение. Как только наступила пора перелётов, птицы стали вести себя беспокойно. Они безостановочно перепархивали в клетке с места на место, но при этом сохраняли определённое направление. В ненастную погоду такого предпочтительного направления не было, но стоило показаться солнцу, как птицы (а это были дневные мигранты) возобновляли попытки лететь в направлении своих обычных миграций.
Крамеру удалось убедительно доказать роль солнца и биологических часов в ориентации птиц.
Если солнце закрыть от птиц непрозрачным экраном и с помощью зеркала направить на них солнечные лучи с другой стороны, то менялось и направление полёта.
С помощью опытов изучают поведение животных. Все вы видели, как маленькие утята следуют за мамой уткой, куда бы она ни шла.
Эта связь между мамой уткой и утёнком осуществляется в момент насиживания и вылупления птенца. Такая связь называется запечатлением. Самка во время насиживания яиц издаёт характерное кряканье, а утята, находящиеся в яйце, запечатляются на этот звук. Когда утята вылупятся, они бегут на голос, где бы ни находилась крякающая мать.
Утята запечатляются не только на голос, но и на образ (внешность) матери.
Однако, если в момент вылупления утки нет рядом, утята могут запечатлиться с любым движущимся предметом. Это было доказано экспериментально.
Выведенных из яиц утят помещали вблизи модели утки. Искусственную утку перемещали по кругу. Увидев её, утята начинали следовать за ней.
Запечатление может произойти и с человеком. Если утята первым увидят его, они будут реагировать на него, как на свою мать, и всюду за ним следовать.
Немецкий этолог Карл фон Фpиш изучал способность медоносных пчёл различать цвета.
Приманку (сладкий нектар) он помещал на квадрат определённого цвета, и вскоре насекомые садились на него и без приманки, безошибочно находя среди квадратов других цветов, даже если их меняли местами.
Проводя эти опыты учёный обнаружил, что достаточно одной пчелы «разведчицы», которая появится на цветном блюдечке с сиропом, выставленном на открытом воздухе, чтобы вскоре после её возвращения в улей к этому блюдечку прилетело множество пчёл.
Этот опыт привёл к открытию у пчёл своеобразного языка — «языка танцев», с помощью которого пчелы передают друг другу важную информацию.
Наблюдение и эксперимент часто переплетаются. Однако, для того что бы результаты, которые были получены в результате наблюдения и эксперимента, считались научными фактами, необходимо, чтобы они были проверены и подтверждены новыми наблюдениями и экспериментами.
При проведении наблюдений и экспериментов всегда проводятся измерения.
Именно анализ и сравнение измерений, полученных при проведении наблюдений и экспериментов, позволяют выявить закономерности.
При помощи весов, к примеру, можно определить массу тела.
Методом измерения было установлено, что лягушки впитывают воду через кожу. Древесную лягушку взвесили на весах и установили, что её вес равняется 95 граммам. После этого лягушку обернули мокрой тряпкой, и через час она весила уже 152 грамма.
Ни одна лягушка не пьёт воды обыкновенным способом, а всасывает её исключительно через кожу. Вот почему для них необходима близость воды или сырость.
Метод измерения также применяют для того, чтобы узнать, например, численность животных.
Учитывают общее количество и плотность зверей или птиц, рыб, обитающих на конкретной территории.
Объектом учёта могут быть сами животные (учёт по встречам), норы и хатки. А также следы животных, заметные на снегу, а в определённых условиях и следы, которые небыли отпечатаны на снегу (чернотроп).
Численность птиц определяют весной по их голосам и гнездовьям.
Для постановки эксперимента часто необходимо специальное оборудование. В биологии широко используются оптические приборы, которые позволяют во много раз увеличить изображение наблюдаемого объекта: увеличительное стекло, лупа.
Микроскопы, позволяющие увидеть объекты, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности глаза.
С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм.
А вот ещё некоторые приборы и инструменты биологической лаборатории.
Спиртовка ― это горелка для жидкого топлива, которая используется в лабораториях для подогрева и плавления материалов, для нагрева небольших лабораторных сосудов (пробирок, колб для химических работ и пр.)
Также на уроках при проведении наблюдений и экспериментов вы будете использовать и другую лабораторную посуду: стаканы, мензурки, воронки и т.д.
Инструменты: пинцеты, препаровальные иглы, пипетки и скальпели. Однако помните, что при этом нужно соблюдать правила техники безопасности.
А вот Чашка Петри — прозрачный лабораторный сосуд. Чашка Петри широко используется для выращивания колоний микроорганизмов. А также для размножения растений в лабораторных условиях.
videouroki.net
2. Методы и методология современной биологии
Процесс научного познания принято разделять на две стадии: эмпирическую и теоретическую.
На эмпирической стадии используются следующие методы: описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.
Описательный метод является самым старым и основан на наблюдении организмов в естественных условиях. Это — непосредственное наблюдение (в буквальном смысле) за поведением, расселением, размножением животных и растений в природе, визуальное или инструментальное определение характеристик организмов. Метод заключается в сборе фактического материала и его описании. С его помощью были заложены основы биологических знаний. Достаточно вспомнить, насколько успешным оказался этот метод в создании науки о систематике организмов. Описательный метод широко используется и в наше время, особенно в зоологии, ботанике, цитологии, экологии и других науках. Для этих целей применяют как традиционные средства полевых исследований — от бинокля до глубоководных аппаратов, так и сложное лабораторное оборудование — микроскопы, спектрофотометры, ультрацентрифуги и т.д.
Сравнительный метод заключается в сравнении изучаемых организмов, их структур и функций между собой с целью выявления сходства и различий.
С помощью этого метода и в сочетании с описательным методом в XVIII в. были разработаны основы систематики растений и животных (К. Линней), сформулирована клеточная теория (М. Шлейден и Т. Шванн). Однако использование этого метода не сопровождалось выходом биологии за пределы описательной науки.
Сравнительный метод широко используют и в наше время, особенно, когда невозможно дать четкое определение понятия. Например, с помощью электронного микроскопа часто получают изображения, суть которых неясна. Проводят их сравнение со световой микроскопией, и приходит понимание.
Во второй половине XIX в. Ч. Дарвин ввёл в биологию исторический метод, который изучает историю появления живых организмов: как они появились, как развивались, как изменялись во времени их структуры и функции. Исторический метод превратил биологию из науки чисто описательной в науку, объясняющую, как произошли и как функционируют многообразные живые системы. Благодаря этому методу биология как наука поднялась на несколько ступеней выше. В настоящее время исторический метод стал всеобщим подходом к изучению явлений жизни во всех биологических науках.
Экспериментальный метод основан на исследовании живых объектов при экстремальном воздействии факторов среды — измененной температуры, освещенности или влажности, повышенной нагрузки, токсичности или радиоактивности, изменении места развития (удаление или пересадка генов, клеток, органов, космические полеты и т.п.). Экспериментальный метод позволяет выявить скрытые свойства, пределы приспособительных возможностей живых систем, степень их гибкости, надежности, изменчивости.
Впервые, еще в XVII в., предложил использовать эксперимент для познания природы английский философ Ф. Бэкон (1561-1626), а ввёл его в биологию в том же веке У. Гарвей в работах по изучению кровообращения. Однако экспериментальный метод широко вошел в биологию лишь в начале XIX в., причем через физиологию, в которой стали использовать большое количество инструментальных методик, позволявших количественно регистрировать разнообразные функции. Другим направлением, по которому в биологию вошел экспериментальный метод, оказалось изучение наследственности и изменчивости организмов. Здесь главнейшая заслуга принадлежит Г.И.Менделю, который в отличие от своих предшественников использовал эксперимент не только для получения первичных данных, но и для проверки гипотезы, которую он формулировал на основе получаемых данных. Работа Г. Менделя — классический образец методологии экспериментальной науки.
Для утверждения экспериментального метода важное значение имели работы основателя микробиологии Л. Пастера (1822-1895), который впервые ввел эксперимент для изучения брожения и опровержения теории самопроизвольного зарождения микроорганизмов, а затем для разработки вакцинации против инфекционных болезней. Во второй половине XIX в. вслед за Л. Пастером значительный вклад в разработку и обоснование экспериментального метода в микробиологии внесли Р. Кох (1843-1910), Д. Листер (1827-1912), И. И.Мечников (1845-1916), Д. И. Ивановский (1864-1920), С. Н. Виноградский (1856-1953), М. Бейеринк (1851-1931) и другие.
В XIX в. в биологию был внедрен метод моделирования, которое считают высшей формой эксперимента. Созданные Л. Пастером, Р. Кохом и другими микробиологами способы заражения лабораторных животных патогенными микроорганизмами и изучение на них патогенеза инфекционных болезней — это классический пример моделирования, перешедшего в XX в.
В это время экспериментальный метод стал широко обогащаться методами физики и химии, которые оказались исключительно ценными в сочетаниях с биологическими методами (пример: установление структуры ДНК).
Наряду с моделированием на уровне организмов в настоящее время успешно развивается моделирование на молекулярном и клеточном уровнях, а также математическое моделирование различных биологических процессов.
Например, можно построить модель и прогноз состояния жизни в водоеме через энное время при изменении одного, двух или более параметров (температуры, концентрации солей, наличия хищников и др.).
Системный метод (подход) также является относительно новым. Живые объекты рассматриваются как системы, то есть совокупности элементов с определенными взаимосвязями. Каждый объект рассматривается одновременно и как система, и как элемент системы более высокого порядка. В начале ХХ в. русский философ, социал-демократ, врач А.А. Богданов разработал основы теории систем, присвоив ей название всеобщей организационной науки, или тектологии.
Экспериментальный метод в современном оснащении и в сочетании с системным подходом в корне преобразил биологию, углубил ее познавательные возможности, расширил представления о научной картине мира, еще больше связал ее с производством, с медициной.
На теоретической стадии познания используются следующие методы: обобщение накопленных фактов, выдвижение новых гипотез, их повторная эмпирическая проверка (новые наблюдения, эксперименты, сравнение, моделирование). Подтвержденные гипотезы становятся законами, из них складываются теории. Понятно, что и законы, и теории носят относительный характер и рано или поздно могут быть пересмотрены.
Методология научного познания — это учение о принципах построения, формах и способах научно-познавательной деятельности. Методология науки даёт характеристику компонентов научного исследования — его объекта, предмета анализа, задачи исследования (или проблемы), совокупности исследовательских средств, необходимых для решения задачи данного типа, а также алгоритма решения задачи. Наиболее важными точками приложения методологии являются постановка проблемы (именно здесь чаще всего совершаются методологические ошибки, приводящие к выдвижению псевдопроблем или существенно затрудняющие получение результата), выбор предмета исследования и построение научной теории, а также проверка полученного результата с точки зрения его истинности, т. е. соответствия объекту изучения.
studfiles.net
Методы биологии
Методы биологии
Научный метод – это совокупность приемов и операций, используемых при построении системы научных знаний.
Методы биологии:
Эмпирические (практические) – наблюдение, эксперимент, инструментальные.
Теоретические (логические) – сравнение, обобщение, классификация, абстрагирование, моделирование.
Рассмотрим каждый метод подробнее.
1. Наблюдение (описательный)
Сбор фактов и описание биологических объектов, процессов и явлений. Широко использовался на этапе становления биологии как науки, но не потерял своего значения и на современном этапе при открытии новых видов организмов, изучении клеток с помощью современных методов исследования.
2. Сравнение
Установление общих закономерностей в строении и жизнедеятельности различных организмов, выявление сходств и различий между организмами и их частями.
3. Эксперимент (опыт)
Изучение свойств биологических объектов в различных специально созданных условиях и с помощью различных приборов.
4. Моделирование (компьютерное моделирование)
Высшая форма эксперимента, имитация биологических процессов, недоступных для непосредственного наблюдения или экспериментального воспроизведения.
5. Исторический
Познание процессов развития живой природы на основе данных о современном органическом мире и его прошлом, осмысление полученных фактов и сопоставление их с ранее известными результатами.
6. Инструментальный
Использование различных специальных приборов для изучения живых объектов и их составных частей (увеличительные приборы, измерительные приборы и др.), например, микроскопия (световая, электронная, люминесцентная, фазово-контрастная), центрифугирование, хроматография, радиолокация, радиография, рентгеноструктурный анализ, электроэнцефалография, кино- и фотосъемка и др.
7. Абстрагирование
Использование этого метода позволяет не учитывать ряд несущественных для конкретного исследования свойств и признаков, но помогает выделить важные свойства и признаки, например, в исследовании основных направлений эволюционного процесса.
8. Обобщение
Теоретический метод, который позволяет в частном обнаружить общее и сформулировать общебиологические теории, правила и законы.
9. Классификация
Определение места того или иного организма в системе органического мира на основе сравнения и обобщения; используется в систематике.
Кириленко А. А. Биология. ЕГЭ. Раздел «Молекулярная биология». Теория, тренировочные задания. 2017.
cleverpenguin.ru
Методы исследования в биологии — типы, виды, какие бывают, сколько, классификация, примеры, разновидности, вики — WikiWhat
Метод наблюдения
Метод наблюдения позволяет описать и проанализировать явления, происходящие в организмах и в окружающей их среде. Данный метод использовался на начальных этапах развития биологии, однако и сегодня он не утратил своего значения и широко применяется в ботанике, зоологии, экологии и во многих других отраслях биологии.
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 прочих отраслях науки. С его помощью была создана клеточная теория, открыты биогенетический закон, закон гомологических рядов в наследственной изменчивости.
Исторический метод
Закономерности возникновения и развития различных систематических групп, организмов и их органов в историческом процессе выявляются путём применения исторического метода. С его помощью было создано учение об эволюционном развитии органического мира.
Экспериментальный метод
Наблюдения за строением, жизнедеятельностью живых организмов в условиях, созданных с определённой целью, осуществляются с помощью экспериментального метода. Этот метод позволяет гораздо глубже исследовать сущность поведения, строение и особенности организмов. Материал с сайта http://wikiwhat.ru
Метод моделирования
В последнее время развитие электронно-вычислительной техники диктует необходимость использования в биологических исследованиях метода моделирования. Сущность его состоит в изучении какого-либо явления живой природы или его важнейших особенностей путём воспроизведения их модели. Созданную модель преобразуют с помощью математических знаков и на ЭВМ определяют изменения, которые могут происходить с этой моделью через определённые промежутки времени. Преимущество метода моделирования состоит в том, что он позволяет предсказывать явления живой природы.
На этой странице материал по темам:Экспериментальный метод это в биологии
Экспериментальные методы в биологии
Биологическое исследование примеры
Какие бывают методы биологического исследования
Методыы исследования в биологиии
wikiwhat.ru