Назад напред

внимание! Визуализациите на слайдове са само за информационни цели и може да не представят всички характеристики на презентацията. Ако се интересувате от тази работа, моля, изтеглете пълната версия.

Цели:

• Създайте идеи за науката като най-важна сфера човешка дейност.
• Да запознае учениците с особеностите и разнообразието от методи за познаване на живите същества.
• Основни понятия: научен факт, научен метод, методи на биологичните науки (описателни, сравнителни, исторически, експериментални).

Средства за обучение:презентация, различни устройства или техни диаграми.

Стъпки на урока

I. Проверка на знания и умения.

Фронтален разговор по въпроси.

1) Какви посоки в развитието на биологията можете да подчертаете?

2) Кои велики учени от древността имат значителен принос за развитието на биологичното познание?

3) Защо през Средновековието може да се говори само условно за биология като наука?

4) Защо съвременната биология се смята за сложна наука?

5) Каква е ролята на биологията в съвременното общество?

II. Учене на нов материал.

1. Разказ на учителя с елементи на разговор за науката като една от сферите на човешката дейност, нейните цели и методи; за характеристиките на научното познание, научните факти.

Науката е една от сферите на човешката дейност, чиято цел е изучаването и познаването на околния свят. Научното познание изисква избор на определени обекти на изследване, проблеми и методи за тяхното изучаване. Всяка наука има свои собствени методи на изследване. Въпреки това, без значение какви методи се използват, най-важният принцип за всеки учен остава „Не приемайте нищо за даденост“. Основната задача на науката е да изгради система от надеждни знания, базирани на факти и обобщения, които могат да бъдат потвърдени или опровергани. Научните знания постоянно се поставят под въпрос и се приемат само когато има достатъчно доказателства. Научен факте само един, който може да бъде възпроизведен и потвърден.

Научният метод е набор от техники и операции, използвани за изграждане на система от научно познание.

Цялата история на развитието на биологията ясно показва, че тя се определя от развитието и прилагането на нови методи на изследване.

2. Основните изследователски методи, използвани в биологичните науки, са:

• Наблюдение
• Описание
• Систематизиране
• Сравнение
• Експериментирайте
• Аналитичен метод
• Исторически метод
• Моделиране

Разговор за тези методи с елементи на самостоятелна работа на учениците при изучаване на текста на учебника (раздел 2, стр. 10-11) и използване на презентация.

Записване в тетрадки на характеристиките на изследователските методи в биологията.

Заключителен разговор за етапите на научното изследване. Предварително подготвен ученик може да говори за тези етапи, събиране на факти, излагане на хипотеза, провеждане на експерименти, формулиране на теория с определени правила и закони.

III. Обобщаване на урока по време на общ разговор:

За задачите и целите на науката

За значението на методите за развитието на науката биология

За най-голямото разпространение на експерименталния метод

За приложението на метода на моделиране и др.

IV. Домашна работа:

Проучете параграф 2. Отговорете на въпросите на страница 11. Изпълнете една от задачите на страница 12.

Допълнителна информация.

Някои учени извършват сериозни изследвания в търсене на живи организми, които все още са непознати и непризнати от официалната наука, като реликтния хоминид, който често се нарича Bigfoot. Тези изследвания са в основата на нов клон на биологичната наука - криптозоологията.

Биологияе наука. Какво отличава науката от другите области на човешката дейност? Подход към изследване на явленията. Този подход е научен метод.

Научен метод— набор от основни начини за получаване на нови знания и методи за решаване на проблеми в рамките на всяка наука.

Научният метод включва определен систематичен подход:

1. Наблюдаване на факти и тяхното измерване, т.е. описание на наблюдението - количествено и/или качествено.
   
2. Анализ на получените резултати- систематизиране, идентифициране на основното и второстепенното.
3. Обобщение – формулировка хипотезии тогава вече - теории.

4. Прогноза:формулиране на следствия от предложена хипотеза или приета теория с помощта на дедукция, индукция или други логически методи.

5. Прегледпрогнозирани последствия с помощта на експеримент.

Обърнете внимание на 5-та точка. Без него подходът не може да се счита за научен!

Важно е да се разбере разликата между понятията хипотезаИ теория.

• Хипотеза- това е твърдение, предположение, че не е доказано.

Когато една хипотеза е доказана, тя става теория, теорема или факт. Става опровергана хипотеза неверни твърдения. Хипотеза, която все още не е доказана, но не е опровергана, се нарича открит проблем.

• Теория- изградена система от знания Научно доказано ехипотеза.

Защо говорим за цитологияКакво ще кажеш клетъчна теория- защото беше предшествано от огромен научен процеснаблюдения, събиране на статистически данни - качествени и количествени; систематизиране на получените резултати, формулирани са хипотези и прогнози, които след това са експериментално тествани и потвърдени.Освен това, въз основа на тази теория бяха направени следните предположения, които също бяха експериментално потвърдени.

Методи за изследване на живи обекти

• Наблюдение (емпиричен метод на познание) - описание на определен биологичен обект или процес;
• Сравнение — необходимо, за да се намерят закономерности - това, което е общо за различните явления;
• Експеримент -се създават условия, точно съответстващи на наблюдаваните, докато се изясняват свойствата на биологичните обекти; записват се качествени и количествени характеристики.
• Исторически метод -информация, информация, данни, вече получени и доказани в миналото, разкриват и обясняват законите на развитие на живата природа в настоящето.

Счита се за идеално, когато всички тези методи се използват заедно.

Биологичен експеримент

1. Качествен експеримент t – най-простият вид биологичен експеримент – целта му е установи наличието или отсъствието на явлението, прието в теорията.
2. Измервателен експеримент -идентифициране на някои количественхарактеристика на обект или процес.

Наблюдение, описание и измерване на биологични обекти

Наблюдение- това е пряко, целенасочено изследване на обекти, основано главно на такива сетивни способности на човек като усещане, възприятие, представяне.

Емпирично описание- това е фиксиране с помощта на естествен или изкуствен език на информация за обекти, дадени в наблюдението.

Всъщност това е „превод“ на видяното или чутото на научен език - понятия и определения, знаци, диаграми, рисунки, графики и числа (статистически данни).

За разлика от експеримента, с емпиричния метод на познание невъзможно е да се намеси в изследвания процес, невъзможно е да се повлияят или променят условията на неговото протичане.

За наблюдение се използват и различни технически опосредствани средства.

Процесът на естественонаучно познание зависи основно от развитието на техническите средства, използвани от науката.

Трудно е да се надценява ролята в биологията. Именно благодарение на него човекът откри микроорганизмите. Към днешна дата има микроскопи, които ви позволяват да изучавате живи организми на вътреклетъчно ниво.

Статистически измервания— измервания на величини, които не се променят във времето.

Динамични измервания- измервания на величини, които променят стойността си във времето (налягане, температура, гъстота на населението и др.)

Те са доста разнообразни, но всички те се основават на научни методи на познание, които се различават по определен подход.

Познаването на тази информация помага да се отделят действителните научни изследвания от различните псевдо-научни експерименти, които са широко практикувани.

Биологични науки

ПО СИСТЕМАТИЧНИ КАТЕГОРИИ:

• вирусология (царство вируси);
• микробиология, бактериология (царството на бактериите);
• ботаника (растително царство);
• микология (царството на гъбите);
• зоология (животински свят):

ПО НИВА НА ОРГАНИЗАЦИЯ НА ЖИВАТА МАТЕРИЯ:

• молекулярна биология – на молекулярно ниво;
• цитология, цитогенетика - на клетъчно ниво;
• морфология и физиология - на организмово ниво;
• екология, популационна екология - на популационно-видово, биогеоценотично и биосферно ниво.

В ЗАВИСИМОСТ ОТ ИЗСЛЕДВАНИТЕ ПРОЦЕСИ:

• генетика - наука за процесите на наследственост и изменчивост;
• ембриология - наука за ембрионалното развитие;
• теория на еволюцията - наука за еволюционното учение;
• етология- науката за поведението на животните;
• общата биология е наука за моделите и процесите, общи за живата природа.

Създаването на система от точни, проверени знания, основани на факти, които могат да бъдат потвърдени или, обратно, опровергани, е основната задача на всяка наука. В биологията също: получените данни непрекъснато се поставят под въпрос и се допускат само когато има значими доказателства за тях.

Днес тази наука разглежда всички живи системи. За да се проучи подробно тяхната организация и дейност, произход, разпространение, както и развитието и връзката помежду им, за да се разберат и откроят определени закономерности, се използват следните методи на изследване в биологията:

1. Сравнителен - позволява ви да изучавате чрез сравняване на приликите и разликите на живите организми, както и техните части. Получените данни позволяват да се комбинират растения и животни в групи. Този метод е използван за създаване на таксономия и за потвърждаване на теорията за еволюцията. В момента се използва в почти всички области на тази наука.

2. Описателни методи на изследване в биологията (наблюдение, статистика) - ви позволяват да анализирате и описвате явленията, случващи се в дивата природа, да ги сравнявате, намирайки определени модели, както и да обобщавате, откривате нови типове, класове и т.н. Тези методи са започнали да се използват в древността, но днес те не са загубили своята актуалност и се използват широко в ботаниката, етологията, зоологията и др.

3. Исторически - дава възможност да се идентифицират закономерностите на формиране и развитие на живите системи, техните структури и функции, да се сравнят с предварително известни факти. Този метод е използван от Чарлз Дарвин за изграждане на неговата теория и е допринесъл за превръщането на биологията от описателна в обяснителна наука.

4. Експериментално по биология:

а) моделиране - ви позволява да изучавате всеки процес или явление, както и посоката на еволюцията, като ги пресъздавате под формата на модел, използвайки модерни технологиии оборудване;

б) експеримент (експеримент) - изкуствено създаване при контролирани условия на ситуация, която помага да се разкрият дълбоко скрити свойства на живи обекти. Този метод допринася за изследването на явления в изолация, поради което е възможно да се постигне повторение на резултатите при възпроизвеждане на същите тези явления при едни и същи условия.

Експерименталните методи в биологията служат не само за провеждане на експерименти и получаване на отговори на въпроси, които представляват интерес, но и за определяне на правилността на хипотезата, формулирана в началото на изследването на материала, както и за коригирането й в хода на работа.

През двадесети век тези методи на изследване стават водещи в тази наука поради появата на модерно оборудване за провеждане на експерименти, като например томограф, електронен микроскоп и др.

В момента експерименталната биология широко използва биохимични техники, хроматография, както и техниката на ултратънки срезове, различни методи на култивиране и много други.

Експерименталните методи, съчетани със систематичен подход, разшириха когнитивните възможности и отвориха нови пътища за прилагане на знанията в почти всички области на човешката дейност.

Изброените в биологията не изчерпват целия арсенал от начини за получаване на знания в науката, така че между тях не може да се постави строга граница. Използвани в комбинация помежду си, те позволяват да се откриват нови явления и свойства в живите системи за кратък период от време, както и да се установяват модели на тяхното възникване, развитие и функциониране.

Кратко описание:

Сазонов В.Ф. Съвременни изследователски методи в биологията [Електронен ресурс] // Кинезиолог, 2009-2018: [уебсайт]. Дата на актуализация: 22.02.2018 г..__.201_). Материали за съвременните методи на изследване в биологията, нейните клонове и сродни дисциплини.

Материали за съвременните методи на изследване в биологията, нейните клонове и сродни дисциплини

рисуване: Основни клонове на биологията.

В момента биологията е условно разделена на две големи групи науки.

Биология на организмите: науки за растенията (ботаника), животни (зоология), гъби (микология), микроорганизми (микробиология). Тези науки изучават отделни групи живи организми, техните вътрешни и външна структура, начин на живот, размножаване и развитие.

Обща биология: молекулярно ниво (молекулярна биология, биохимия и молекулярна генетика), клетъчно (цитология), тъкан (хистология), органи и техните системи (физиология, морфология и анатомия), популации и природни общности (екология). С други думи, общата биология изучава живота на различни нива.

Биологията е тясно свързана с други природни науки. Така на кръстопътя между биологията и химията се появиха биохимията и молекулярната биология, между биологията и физиката - биофизиката, между биологията и астрономията - космическата биология. Екологията, разположена на пресечната точка на биологията и географията, сега често се разглежда като независима наука.

Задачи на студентите към учебния курс Съвременни методи на биологични изследвания

1. Запознаване с разнообразни изследователски методи в различни области на биологията.

Решение и докладване:
1) Писане на обзорно образователно есе за изследователски методи в различни области на биологията. Минимални изискваниякъм съдържанието на резюмето: описание на 5 метода на изследване, 1-2 страници (шрифт 14, разстояние 1,5, полета 3-2-2-2 см) за всеки метод.
2) Представяне на доклад (за предпочитане под формата на презентация) за един от съвременните методи на биологията: обем 5±1 страница.
Очаквани резултати от обучението:
1) Повърхностно познаване на широк спектър от изследователски методи в биологията.
2) Задълбочено разбиране на един от методите на изследване и предаване на тези знания на студентската група.

2. Провеждане на образователни и научни изследвания от поставяне на цели до използване на заключения необходими изискванияда изготви научен доклад за изследването.

Решение:
Получаване на първични данни в лабораторни упражнения и у дома. Разрешено е провеждането на част от тези изследвания извън класната стая.

3. Въведение в общите методи на изследване в биологията.

Решение:
Лекционен курс и самостоятелна работас източници на информация. Доклад на примера на факти от историята на биологията: том 2±1 стр.

4. Прилагане на придобитите знания, умения и способности за провеждане и формализиране на вашите собствени изследвания под формата на изследователска работа, курсова работаи/или последна квалификационна работа.

Дефиниция на понятията

Изследователски методи - това са начини за постигане на целта на изследователската работа.

Научен метод е набор от техники и операции, използвани при изграждането на система от научни знания.

Научен факт е резултат от наблюдения и експерименти, които установяват количествените и качествени характеристики на обектите.

Методическа основа научното изследване е набор от методи на научно познание, използвани за постигане на целта на това изследване.

Общонаучни, експериментални методи, методологична основа -.

Съвременната биология използва комбинация от методологически подходи, тя използва „единството на описателно-класифициращи и обяснително-номотетични подходи; единството на емпиричните изследвания с процеса на интензивна теоретизация на биологичното познание, включително неговата формализация, математизация и аксиоматизация” [Ярилин А.А. „Пепеляшка” се превръща в принцеса или мястото на биологията в йерархията на науките. // “Екология и живот” № 12, 2008. С. 4-11. стр.11].

Цели на методите на изследване:

1. „Укрепване на естествените когнитивни способностичовек, както и тяхното разширяване и продължение."

2. “Комуникативна функция”, т.е. посредничество между субект и обект на изследване [Аршинов В.И. Синергетиката като феномен на постнекласическата наука. М.: Институт по философия на РАН, 1999. 203 с. стр.18].

Общи изследователски методи в биологията

Наблюдение

Наблюдение - това е проучване външни признации видими промени в обекта за определен период от време. Например, наблюдение на растежа и развитието на разсад.

Наблюдението е отправната точка на всички природни научни изследвания.

В биологията това е особено забележимо, тъй като обектът на нейното изследване е човекът и околната среда около него. Жива природа. Още в училище, в уроците по зоология, ботаника и анатомия, децата се учат да провеждат най-простите биологични изследвания, като наблюдават растежа и развитието на растенията и животните и състоянието на собственото си тяло.

Наблюдението като метод за събиране на информация е хронологично първата изследователска техника, която се появява в арсенала на биологията или по-скоро нейния предшественик, естествената история. И това не е изненадващо, тъй като наблюдението се основава на човешките сетивни способности (усещане, възприятие, представяне). Класическата биология е предимно наблюдателна биология.Но въпреки това този метод не е загубил своето значение и до днес.

Наблюденията могат да бъдат преки и непреки, могат да се извършват с или без технически средства. И така, орнитологът вижда птица през бинокъл и може да я чуе или може да записва звуци с устройството извън обхвата на човешкото ухо. Хистологът наблюдава фиксираната и оцветена тъканна секция с помощта на микроскоп. А за молекулярния биолог едно наблюдение може да бъде записване на промени в концентрацията на ензим в епруветка.

Важно е да се разбере, че научното наблюдение, за разлика от обикновеното наблюдение, не е просто, а целенасоченоизследване на обекти или явления: извършва се за решаване на даден проблем и вниманието на наблюдателя не трябва да се разсейва. Например, ако задачата е да се изследват сезонните миграции на птиците, тогава ще забележим времето на появата им в местата за гнездене, а не нещо друго. Така че наблюдението е селективно разпределениеот реалността определена част, с други думи, аспектът и включването на тази част в изследваната система.

При наблюдението е важна не само точността, точността и активността на наблюдателя, но и неговата безпристрастност, неговите знания и опит, както и правилният избор на технически средства. Постановката на проблема предполага и наличието на план за наблюдение, т.е. тяхното планиране. [Кабакова Д.В. Наблюдението, описанието и експериментът като основни методи на биологията // Проблеми и перспективи за развитие на образованието: материали на междунар. научен конф. (Перм, април 2011 г.).Т. I. Перм: Меркурий, 2011. С. 16-19].

Описателен метод

Описателен метод - това е записването на наблюдаваните външни признаци на обектите на изследване, подчертавайки същественото и отхвърляйки маловажното. Този метод е в основата на биологията като наука, но неговото развитие би било невъзможно без използването на други методи на изследване.

Описателните методи ви позволяват първо да опишете и след това да анализирате явления, срещащи се в живата природа, да ги сравнявате, намирайки определени модели, а също и да обобщавате, да откривате нови видове, класове и др. Описателните методи започват да се използват в древни времена, но днес те не са загубили своята актуалност и се използват широко в ботаниката, етологията, зоологията и др.

Сравнителен метод

Сравнителен метод е изследване на приликите и разликите в структурата, хода на жизнените процеси и поведението на различни обекти. Например сравнение на индивиди от различен пол, принадлежащи към един и същи биологичен вид.

Позволява ви да изучавате обекти на изследване, като ги сравнявате един с друг или с друг обект. Позволява ви да идентифицирате приликите и разликите между живите организми, както и техните части. Получените данни позволяват обединяването на изследваните обекти в групи въз основа на прилики в структурата и произхода. Въз основа на сравнителния метод например се изгражда таксономия на растенията и животните. Този метод е използван и за създаване на клетъчната теория и за потвърждаване на теорията за еволюцията. В момента се използва в почти всички области на биологията.

Този метод е установен в биологията през 18 век. и се оказа много плодотворен при решаването на много големи проблеми. С помощта на този метод и в съчетание с описателния метод е получена информация, която прави възможно през 18в. полагат основите на таксономията на растенията и животните (К. Линей), а през 19в. формулират клетъчната теория (М. Шлейден и Т. Шван) и учението за основните видове развитие (К. Баер). Методът е широко използван през 19 век. в обосноваването на теорията за еволюцията, както и в преустройството на редица биологични науки на базата на тази теория. Използването на този метод обаче не е придружено от излизане на биологията отвъд границите на описателната наука.
Сравнителният метод се използва широко в различни биологични науки в наше време. Сравнението придобива особена стойност, когато е невъзможно да се дефинира едно понятие. Например, електронният микроскоп често създава изображения, чието истинско съдържание е неизвестно предварително. Само сравняването им със светлинни микроскопични изображения позволява да се получат желаните данни.

Исторически метод

Позволява ви да идентифицирате моделите на формиране и развитие на живи системи, техните структури и функции и да ги сравнявате с известни преди това факти. Този метод, по-специално, беше успешно използван от Чарлз Дарвин за изграждане на неговата еволюционна теория и допринесе за трансформирането на биологията от описателна наука в обяснителна наука.

През втората половина на 19в. благодарение на работата на Чарлз Дарвин, историческият метод постави на научна основаизучаване на закономерностите на появата и развитието на организмите, формирането на структурата и функциите на организмите във времето и пространството. С въвеждането на този метод настъпиха значителни качествени промени в биологията. Историческият метод трансформира биологията от чисто описателна наука в обяснителна наука, която обяснява как са възникнали различни живи системи и как те функционират. Понастоящем историческият метод или "историческият подход" се е превърнал в универсален подход към изучаването на жизнените явления във всички биологични науки.

експериментален метод

Експериментирайте - това е проверка на правилността на изложената хипотеза с помощта на целенасочено въздействие върху обекта.

Експеримент (опит) е изкуствено създаване при контролирани условия на ситуация, което помага да се разкрият дълбоко скритите свойства на живите обекти.

Експерименталният метод за изследване на природните явления е свързан с активно въздействие върху тях чрез провеждане на експерименти (експерименти) при контролирани условия. Този метод ви позволява да изучавате явления в изолация и да постигнете повторяемост на резултатите при възпроизвеждане на същите условия. Експериментът дава по-дълбоко разкриване на същността, отколкото други методи на изследване биологични явления. Благодарение на експериментите естествената наука като цяло и биологията в частност достигнаха до откриването на основните закони на природата.
Експерименталните методи в биологията служат не само за провеждане на експерименти и получаване на отговори на въпроси, които представляват интерес, но и за определяне на правилността на хипотезата, формулирана в началото на изследването на материала, както и за коригирането й в хода на работа. През двадесети век тези методи на изследване стават водещи в тази наука поради появата на модерно оборудване за провеждане на експерименти, като например томограф, електронен микроскоп и др. Понастоящем в експерименталната биология широко се използват биохимични техники, рентгенов дифракционен анализ, хроматография, както и техниката на ултратънки срезове, различни методи на култивиране и много други. Експерименталните методи, съчетани със системния подход, разшириха когнитивните възможности на биологичната наука и отвориха нови пътища за прилагане на знанията в почти всички области на човешката дейност.

Въпросът за експеримента като една от основите на познанието за природата е поставен още през 17 век. Английски философ Ф. Бейкън (1561-1626). Въведението му в биологията се свързва с работата на У. Харви през 17 век. за изследване на кръвообращението. въпреки това експериментален методнавлиза широко в биологията едва през началото на XIXвек, и чрез физиологията, в която те започват да използват голям бройинструментални техники, които позволяват да се регистрира и количествено характеризира връзката на функциите със структурата. Благодарение на трудовете на F. Magendie (1783-1855), G. Helmholtz (1821-1894), I.M. Сеченов (1829-1905), както и класиците на експеримента C. Bernard (1813-1878) и I.P. Павлова (1849-1936) физиологията вероятно е първата от биологичните науки, превърнала се в експериментална наука.
Друга посока, в която експерименталният метод навлиза в биологията, е изучаването на наследствеността и изменчивостта на организмите. Тук основната заслуга принадлежи на Г. Мендел, който, за разлика от своите предшественици, използва експеримента не само за получаване на данни за изучаваните явления, но и за проверка на хипотезата, формулирана въз основа на получените данни. Работата на Г. Мендел е класически пример за методологията на експерименталната наука.

При обосноваването на експерименталния метод, работата, извършена в микробиологията от Л. Пастьор (1822-1895), който първи въведе експеримента за изследване на ферментацията и опровергае теорията за спонтанното генериране на микроорганизми, а след това за разработване на ваксинация срещу инфекциозни заболявания, беше важно. През втората половина на 19в. След Л. Пастьор, значителен принос за развитието и обосноваването на експерименталния метод в микробиологията са направени от Р. Кох (1843-1910), Д. Листер (1827-1912), I.I. Мечников (1845-1916), D.I. Ивановски (1864-1920), С.Н. Виноградски (1856-1890), М. Бейерник (1851-1931) и др. През 19 век. биологията се обогати и със създаването на методологични основи за моделиране, което също е най-висока формаексперимент. Изобретяването от Л. Пастьор, Р. Кох и други микробиолози на методи за заразяване на лабораторни животни с патогенни микроорганизми и изучаване на патогенезата на инфекциозни заболявания върху тях е класически пример за моделиране, пренесено в 20 век. и допълнена в наше време чрез моделиране не само на различни заболявания, но и на различни жизнени процеси, включително произхода на живота.
Започвайки например от 40-те години. ХХ век Експерименталният метод в биологията е претърпял значително подобрение поради увеличаване на разделителната способност на много биологични техники и разработването на нови експериментални техники. По този начин беше увеличена разделителната способност на генетичния анализ и редица имунологични техники. В изследователската практика бяха въведени култивиране на соматични клетки, изолиране на биохимични мутанти на микроорганизми и соматични клетки и др.. Експерименталният метод започна широко да се обогатява с методи на физиката и химията, които се оказаха изключително ценни не само като самостоятелни методи , но и в комбинация с биологични методи. Например структурата и генетичната роля на ДНК са изяснени чрез комбинираното използване на химични методиИзолиране на ДНК, химични и физични методи за определяне на нейната първична и вторична структураи биологични методи (трансформация и генетичен анализ на бактерии), доказателства за ролята му като генетичен материал.
Понастоящем експерименталният метод се характеризира с изключителни възможности в изследването на жизнените явления. Тези способности се определят от използването на микроскопия различни видове, включително електронни с техниката на ултратънки срезове, биохимични методи, генетичен анализ с висока разделителна способност, имунологични методи, различни методи на култивиране и прижизнено наблюдение в култури от клетки, тъкани и органи, маркиране на ембриони, ин витро оплождане, метод на белязан атом , рентгенов дифракционен анализ, ултрацентрофугиране, спектрофотометрия, хроматография, електрофореза, секвениране, проектиране на биологично активни рекомбинантни ДНК молекули и др. Новото качество, присъщо на експерименталния метод, предизвика качествени промени в моделирането. Наред с моделирането на органно ниво, в момента се развива моделиране на молекулярно и клетъчно ниво.

Метод на симулация

Моделирането се основава на такава техника като аналогия - това е заключение за сходството на обекти в определено отношение въз основа на сходството им в редица други аспекти.

Модел - това е опростено копие на обект, явление или процес, което ги замества в определени аспекти.

Моделът е нещо, с което е по-удобно да се работи, тоест нещо, което е по-лесно да се види, чуе, запомни, запише, обработи, прехвърли, наследи и с което е по-лесно да се експериментира, в сравнение с моделиращия обект (прототип, оригинал).
Каркишченко Н.Н. Основи на биомоделирането. - М.: ВПК, 2005. - 608 с. стр. 22.

Моделиране - това е съответно създаването на опростено копие на обект, явление или процес.

Моделиране:

1) създаване на опростени копия на обекти на познание;

2) изучаване на обекти на познание върху техните опростени копия.

Метод на симулация - това е изследването на свойствата на определен обект чрез изучаване на свойствата на друг обект (модел), който е по-удобен за решаване на изследователски задачи и е в определено съответствие с първия обект.

Симулация (в в широк смисъл) е основният метод на изследване във всички области на знанието. Методите за моделиране се използват за оценка на характеристиките на сложни системи и вземане на научно обосновани решения в различни области на човешката дейност. Съществуваща или проектирана система може да бъде ефективно изследвана с помощта на математически модели (аналитични и симулационни), за да се оптимизира процесът на функциониране на системата. Системният модел се реализира на съвременни компютри, които в този случай действат като инструмент за експериментиране със системния модел.

Моделирането ви позволява да изучавате всеки процес или явление, както и посоки на еволюция, като ги пресъздавате под формата на по-прост обект с помощта на съвременни технологии и оборудване.

Теория на моделирането – теорията за замяна на оригиналния обект с неговия модел и изучаване на свойствата на обекта върху неговия модел.
Моделиране – изследователски метод, основан на замяна на оригиналния изследван обект с неговия модел и работа с него (вместо с обекта).
Модел (оригинален обект) (от латински modus - „мярка“, „обем“, „изображение“) - спомагателен обект, който отразява най-значимите модели за изследване, същността, свойствата, характеристиките на структурата и функционирането на оригиналния обект .
Когато хората говорят за моделиране, те обикновено имат предвид моделиране на система.
Система - набор от взаимосвързани елементи, комбинирани за изпълнение обща цел, изолирани от околната среда и взаимодействащи с нея като едно цяло и същевременно проявяващи основни системни свойства. Документът идентифицира 15 основни свойства на системата, които включват: възникване (възникване); интегритет; структура; интегритет; подчинение на целта; йерархия; безкрайност; ергичност; откритост; необратимост; единство на структурна стабилност и нестабилност; нелинейност; потенциална многовариантност на действителните структури; критично; непредвидимост в критичния регион.
При моделиране на системи се използват два подхода: класически (индуктивен), който се е развил исторически първо, и системен, който е разработен наскоро.

Класически подход. Исторически класическият подход за изучаване на обект и моделиране на система е първият, който се появява. Моделираният реален обект се разделя на подсистеми, избират се изходни данни (D) за моделиране и се задават цели (T), отразяващи отделните аспекти на процеса на моделиране. Въз основа на отделен набор от първоначални данни се поставя целта за моделиране на отделен аспект от функционирането на системата; въз основа на тази цел се формира определен компонент (K) на бъдещия модел. Наборът от компоненти се комбинира в модел.
Че. компонентите се сумират, всеки компонент решава свои собствени проблеми и е изолиран от другите части на модела. Ние прилагаме подхода само към прости системи, където връзките между компонентите могат да бъдат игнорирани. Могат да се отбележат два отличителни аспекта на класическия подход: 1) има движение от частното към общото при създаването на модел; 2) създаденият модел (система) се формира чрез сумиране на отделните му компоненти и не отчита появата на нов системен ефект.

Системен подход е методическа концепция, основана на желанието за изграждане пълна картинаизучавания обект, като се вземат предвид елементите на обекта, които са важни за решавания проблем, връзките между тях и външните връзки с други обекти и заобикаляща среда. С нарастващата сложност на моделирането на обекти, възникна необходимостта те да се наблюдават с повече високо ниво. В този случай разработчикът разглежда тази система като някаква подсистема от по-висок ранг. Например, ако задачата е да се проектира автоматизирана система за управление за предприятие, тогава от позицията Систематичен подходНе трябва да се забравя, че тази система е интегрална частАсоциация ACS. Основата на системния подход е разглеждането на системата като интегрирано цяло и това разглеждане по време на разработката започва с основното - формулирането на целта на експлоатация. За системния подход е важно да се определи структурата на системата – съвкупността от връзки между елементите на системата, отразяващи тяхното взаимодействие.

Има структурни и функционални подходи за изучаване на структурата на системата и нейните свойства.

При структурен подход разкрива се съставът на избраните елементи на системата и връзките между тях.

При функционален подход разглеждат се алгоритмите на поведение на системата (функции – свойства, които водят до постигане на целта).

Видове моделиране

1. Предметно моделиране , при които моделът възпроизвежда геометричните, физическите, динамичните или функционалните характеристики на обекта. Например модел на мост, модел на язовир, модел на крило
самолет и др.
2. Аналогово моделиране , в който моделът и оригиналът се описват с една математическа зависимост. Пример са електрическите модели, използвани за изследване на механични, хидродинамични и акустични явления.
3. Емблематично моделиране , в които схеми, чертежи, формули действат като модели. Ролята на емблематичните модели се увеличи особено с разширяването на използването на компютри при конструирането на емблематични модели.
4. Тясно свързан с икон умствена симулация , при което моделите придобиват мисловно визуален характер. Пример в този случай е моделът на атома, предложен навремето от Бор.
5. Моделен експеримент. И накрая, особен вид моделиране е включването в експеримент не на самия обект, а на неговия модел, поради което последният придобива характер на моделен експеримент. Този тип моделиране показва, че няма твърда граница между методите на емпиричното и теоретичното познание.
Органично е свързан с моделирането идеализиране - мислено изграждане на концепции, теории за обекти, които не съществуват и не са осъществими в реалността, но такива, за които има близък прототип или аналог в реалния свят. Примери за идеални обекти, конструирани по този метод, са геометричните концепции за точка, права, равнина и т.н. Всички науки оперират с идеални обекти от този вид - идеален газ, абсолютно черно тяло, обществено-икономическа формация, държава и т.н.

Методи за моделиране

1. Пълномащабно моделиране - експеримент върху самия обект на изследване, който при специално подбрани експериментални условия служи като модел на самия себе си.
2. Физическо моделиране – експеримент върху специални инсталации, които запазват природата на явленията, но възпроизвеждат явленията в количествено модифицирана, мащабирана форма.
3. Математическо моделиране – използването на модели от физическо естество, които се различават от симулираните обекти, но имат сходно математическо описание. Пълномащабното и физическото моделиране могат да бъдат комбинирани в един клас модели на физическо сходство, тъй като и в двата случая моделът и оригиналът са идентични по физическа природа.

Методите за моделиране могат да бъдат класифицирани в три основни групи: аналитични, числени и симулационни.

1. Аналитичен методи за моделиране. Аналитичните методи позволяват да се получат характеристиките на системата като някои функции на нейните работни параметри. По този начин аналитичният модел е система от уравнения, чието решение произвежда параметрите, необходими за изчисляване на изходните характеристики на системата (средно време за обработка на задачата, производителност и т.н.). Аналитичните методи осигуряват точни стойности на характеристиките на системата, но се използват за решаване само на тесен клас проблеми. Причините за това са следните. Първо, поради сложността на повечето реални системи, пълното им математическо описание (модел) или не съществува, или все още не са разработени аналитични методи за решаване на създадения математически модел. Второ, при извеждането на формулите, на които се основават аналитичните методи, се правят определени допускания, които не винаги отговарят на реалната система. В този случай трябва да се изостави използването на аналитични методи.

2. Числен методи за моделиране. Числените методи включват трансформиране на модела в уравнения, които могат да бъдат решени с помощта на изчислителна математика. Класът на проблемите, решавани с тези методи, е много по-широк. В резултат на прилагането на числени методи се получават приблизителни стойности (оценки) на изходните характеристики на системата с определена точност.

3. симулация методи за моделиране. С развитието на компютърните технологии, използването на симулационни методимоделиране за анализ на системи, в които стохастичните влияния са преобладаващи.
Същността на симулационното моделиране (IM) е да се симулира процесът на функциониране на системата във времето, като се спазват същите съотношения на продължителността на работа, както в оригиналната система. В същото време се симулират елементарните явления, изграждащи процеса, запазва се логическата им структура и последователността на възникването им във времето. В резултат на използването на MI се получават оценки на изходните характеристики на системата, които са необходими при решаване на задачи за анализ, управление и проектиране.

В биологията, например, е възможно да се изгради модел на състоянието на живота в резервоар след известно време, когато се променят един, два или повече параметъра (температура, концентрация на сол, присъствие на хищници и др.). Такива техники станаха възможни благодарение на проникването в биологията на идеите и принципите на кибернетиката - науката за контрола.

Класификацията на видовете моделиране може да се основава на различни характеристики. В зависимост от характера на изследваните процеси в системата моделирането може да се раздели на детерминистично и стохастично; статични и динамични; дискретни и непрекъснати.
Детерминистичен Симулацията се използва за изследване на системи, чието поведение може да бъде предвидено с абсолютна сигурност. Например разстоянието, изминато от кола равномерно ускорено движениев идеални условия; устройство за повдигане на число в квадрат и др. Съответно в тези системи протича детерминистичен процес, който е адекватно описан от детерминистичен модел.

Стохастичен (теоретично-вероятностното) моделиране се използва за изследване на система, чието състояние зависи не само от контролирани, но и от неконтролирани влияния или в която има източник на случайност. Стохастичните системи включват всички системи, които включват хора, например фабрики, летища, компютърни системи и мрежи, магазини, потребителски услуги и др.
Статично моделирането се използва за описание на системи във всеки един момент.

Динамичен моделирането отразява промените в системата във времето (изходните характеристики на системата в даден момент се определят от характера на входните влияния в миналото и настоящето). Примери за динамични системи са биологични, икономически, социални системи; такива изкуствени системи като завод, предприятие, производствена линия и др.
Отделен моделирането се използва за изследване на системи, в които входните и изходните характеристики се измерват или променят дискретно във времето, в противен случай се използва непрекъснато моделиране. Например електронен часовник, електромер са дискретни системи; слънчев часовник, отоплителни уреди - непрекъснати системи.
В зависимост от формата на представяне на обекта (системата) могат да се разграничат умствено и реално моделиране.
При истински (пълномащабно) моделиране, изследването на характеристиките на системата се извършва върху реален обект или върху част от него. Реалното моделиране е най-адекватно, но неговите възможности, отчитайки характеристиките на реалните обекти, са ограничени. Например, извършването на реално моделиране с автоматизирана система за управление на предприятието изисква, първо, създаването на автоматизирана система за управление; второ, провеждане на експерименти с предприятието, което е невъзможно. Реалното моделиране включва производствен експеримент и комплексни тестове, които имат висока степеннадеждност. Друг вид истинска симулация е физическата. При физическото моделиране се провеждат изследвания върху инсталации, които запазват природата на явлението и имат физическо сходство.
психически моделирането се използва за симулиране на системи, които е практически невъзможно да се приложат за даден интервал от време. Основата на менталното моделиране е създаването на идеален модел въз основа на идеална ментална аналогия. Съществуват два вида мислено моделиране: образно (визуално) и символно.
При метафорично При моделирането, въз основа на човешки представи за реални обекти, се създават различни визуални модели, които показват явленията и процесите, протичащи в обекта. Например, модели на газови частици в кинетичната теория на газовете под формата на еластични топки, действащи една върху друга по време на сблъсък.
При емблематичен моделирането описва моделираната система с помощта на конвенционални знаци, символи, по-специално под формата на математически, физически и химични формули. Най-мощният и развит клас емблематични модели са представени от математическите модели.
Математически модел е изкуствено създаден обект под формата на математически, символни формули, който показва и възпроизвежда структурата, свойствата, взаимовръзките и отношенията между елементите на изследвания обект. Освен това се разглеждат само математически модели и съответно математическо моделиране.
Математическо моделиране – метод на изследване, основан на замяна на оригиналния обект на изследване с неговия математически модел и работа с него (вместо с обекта). Математическото моделиране може да се раздели на аналитичен (AM) , имитация (IM) , комбиниран (CM) .
При сутринта създава се аналитичен модел на обекта под формата на алгебрични, диференциални, крайно-разностни уравнения. Аналитичният модел се изследва или чрез аналитични методи, или чрез числени методи.
При ТЯХ създава се симулационен модел, за което се използва метод за статистическо моделиране симулационен моделна компютъра.
При КМ процесът на работа на системата се разлага на подпроцеси. За тези от тях, където е възможно, се използват аналитични методи, в противен случай се използват симулационни методи.

Библиография

1. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Приложна статистика: Основи на моделирането и първичната обработка на данни. - М.: "Финанси и статистика", 1983. - 471 с.
2. Алсова О.К. Моделиране на системи (част 1): НасокиДа се лабораторна работапо дисциплина „Моделиране” за студенти от трети и четвърти курс на АВТФ. – Новосибирск: Издателство NSTU, 2006. – 68 с. Моделиране на системи (част 2): Ръководство за лабораторна работа по дисциплината "Моделиране" за студенти от трети и четвърти курс на АВТФ. – Новосибирск: Издателство NSTU, 2007. – 35 с.
3. Алсова О.К. Моделиране на системи: учебник. надбавка/O.K. Алсова. - Новосибирск: Издателство NSTU, 2007 - 72 с.
4. Боровиков В.П. Статистика 5.0. Изкуството на анализ на данни на компютър: За професионалисти. 2-ро изд. – Санкт Петербург: Питър, 2003. – 688 с.
5. Вентцел Е.С. Оперативни изследвания. – М.: висше училище, 2000. – 550 с.
6. Губарев В.В. Вероятностни модели / Новосибирск. електроинженерство вътр. – Новосибирск, 1992. – Част 1. – 198 s; Част 2. – 188 стр.
7. Губарев В.В. Системен анализ в експерименталните изследвания. – Новосибирск: Издателство на NSTU, 2000. – 99 с.
8. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория на големите системи за управление: Учебник. наръчник за университети. – Л. Енергоиздат, 1982. – 288 с.
9. Draper N., Smith G. Приложен регресионен анализ. – М.: Статистика, 1973.
10. Карпов Ю. Симулационно моделиране на системи. Въведение в моделирането с AnyLogic 5. – Санкт Петербург: BHV-Петербург, 2005. – 400 с.
11. Kelton V., Low A. Симулационно моделиране. Класически CS. 3-то изд. – Санкт Петербург: Питър; Киев: 2004. – 847 с.
12. Лемешко Б.Ю., Постовалов С.Н. Компютърни технологии за анализ на данни и изследване на статистически закономерности: Учебник. надбавка. – Новосибирск: Издателство NSTU, 2004. – 120 с.
13. Системно моделиране. Семинар: Proc. ръководство за ВУЗ/Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. – 2-ро изд., преработено. и допълнителни – М.: Висше училище, 2003. – 295 с.
14. Рижиков Ю.И. Симулационно моделиране. Теория и технология. – SPb.: CORONA print; М.: Алтекс-А, 2004. – 384 с.
15. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Системно моделиране (3-то издание). – М.: Висше училище, 2001. – 420 с.
16. Теория случайни процесии неговите инженерни приложения: Proc. ръководство за университети/E.S. Венцел, Л.А. Овчаров. – 3-то изд. преработен и допълнителни - М.: Издателски център "Академия", 2003. - 432 с.
17. Томашевски В., Жданова Е. Симулационно моделиране в среда на GPSS. – М.: Бестселър, 2003. – 416 с.
18. Хачатурова С.М. Математически методи за системен анализ: учеб. помощ.–Новосибирск: Издателство на NSTU, 2004. – 124 с.
19. Шанън Р. Системна симулация – изкуство и наука. – М.: Мир, 1978.
20. Шрайбер Т. Дж. Симулация на GPSS. - М.: Машиностроение, 1980. - 593 с.
21. Арсеньев B.P., Яковлев S.A. Интегриране на разпределени бази данни. – Санкт Петербург: Lan, 2001. - 420 с.

За разлика от клюките, научното знание може да се провери и се отнася до действително съществуващи неща и повтарящи се събития. Всеки човек, ако желае, може да повтори всеки научен експеримент, тоест да се увери, че природата „отговаря“ на определен въпрос точно по този начин. В този урок ще научите откъде идват научно познаниекакво е научен факт, хипотеза и теория, запознайте се с основните понятия на научния метод, разберете какви методи за получаване на знания използва биологията. Урокът се фокусира върху сравнително-описателни, исторически и експериментални методи.

Тема: Въведение

Урок: Методи на изследване в биологията

Науката- това е една от сферите на човешката дейност, чиято цел е да изучава и разбира околния свят. Всяка наука си има своя изследователски методи, но задачата на всяка наука е изграждане на система от надеждни знаниябазиран на фактиИ обобщение, което може да бъде потвърдено или опровергано.

Научен факт е само този, който може да бъде възпроизведен или потвърден. Наблюдения, които не могат да бъдат възпроизведени, се отхвърлят като ненаучни. Когато учен направи откритие, той публикува информация за него в специални списания; благодарение на публикацията резултатите могат да бъдат проверени и проверени отново от други учени - това служи като стимул за по-задълбочена проверка и анализ на техните собствени експерименти.

Друга форма на разпространение на знания са симпозиуми и конференции, които се организират от учени от различни специалности (ботаници, зоолози, генетици, лекари и др.). По време на такива събития учените общуват помежду си, обсъждат работата на колеги и установяват творчески връзки.

Научен метод- това е набор от техники и операции, които се използват при изграждането на система от научни знания.

Един от основните принципи на научния метод е скептицизмът – отхвърлянето на сляпото доверие в авторитета. Един учен винаги поддържа известна доза скептицизъм и проверява всяко ново откритие.

Основен методи на биологиятаса: описателен, сравнителен, историческиИ експериментален.

Описателен методе най-древният, защото е бил използван от древните учени; основава се на наблюдение. До около 17-ти век той е бил централен за биологията, тъй като учените са се занимавали с описанието на животни и растения и тяхната първична систематизация, но не е загубил значението си днес, например, използва се за описание на нови видове (виж фиг. 1).

Ориз. 1. Нови видове животни, описани от учени

Сравнителен метод- позволява ви да идентифицирате приликите между организмите и техните части. Започва да се използва от 17 век.

Информацията, получена с помощта на този метод, формира основата на таксономията на Карл Линей, позволи на Теодор Шван и Матиас Шлейден да формулират клетъчната теория и формира основата на закона за зародишното сходство, отворен от КарлБаер.

Днес е много трудно да се направи граница между описателния и сравнителния метод, тъй като те се използват комплексно за решаване на биологични проблеми.

Исторически методви позволява да разберете предварително получени факти и да ги сравните с предварително известни резултати. Той става широко използван през втората половина на 19 век благодарение на работата на Чарлз Дарвин, който с негова помощ обосновава закономерностите на появата и развитието на организмите, формирането на техните структури и функции във времето и пространството (виж фиг. 2). Използването на историческия метод направи възможно превръщането на биологията от описателна наука в обяснителна.

Ориз. 2. История на човешката еволюция

експериментален метод- използването на този метод се свързва с името на Уилям Харви, който го използва в експериментите си за изследване на кръвообращението (виж фиг. 3). Но този метод започва да се използва широко през 20 век, предимно в изследването на физиологичните процеси.

Ориз. 3 Опитът на W. Harvey в изучаването на кръвообращението

експериментален методви позволява да изучавате определено явление чрез опит. Голям принос за утвърждаването на експерименталния метод в биологията има Грегор Мендел, който, изучавайки наследствеността и изменчивостта на организмите, пръв използва експеримента не само за получаване на данни за изучаваните явления, но и за тестване хипотезата.

През 20 век експерименталният метод става водещ в биологията. Това стана възможно благодарение на появата на нови инструменти, например електронен микроскоп, и използването на методи на химия, физика и биология (виж фиг. 4).

Ориз. 4. Съвременни експериментиИ лабораторно оборудване, които символизират експерименталния метод на изследване

В биологичните изследвания често се използва моделиране на определени процеси, тоест се използват както математически методи, така и компютърно моделиране.

Научно изследванесе състои от следните етапи: въз основа на получените факти, наблюдения или експерименти проблем, за да го решат те предлагат хипотези. Хипотезинепрекъснато се подобряват и доразвиват. Хипотеза, което е в съответствие с много различни наблюдения става теория. добре теориясе развива и разширява до доп данникато станат известни.

добре теорията може да предвиди нови факти, както и намиране на нови връзки между явленията и тогава теорията се превръща в правило или закон.

Домашна работа

1. Какво е наука?

2. Дефинирайте понятията: факт, хипотеза, теория.

3. Кои са основните етапи на научното изследване, които познавате?

4. Каква е същността на сравнително-описателните методи на изследване?

5. Какво е експеримент?

6. Опишете историческия метод за изучаване на биологични обекти.

7. Как се развиха методите на биологията? Кои са най-древните? Кои могат да се нарекат нови?

3. Биологично образование в MIPT ().

Библиография

1. Каменски А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Обща биология 10-11 клас Дропла, 2005 г.

2. Беляев Д. К. Биология 10-11 клас. Обща биология. Базово ниво на. - 11-то изд., стереотип. - М.: Образование, 2012. - 304 с.

3. Биология 11 клас. Обща биология. Ниво на профил/ В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5 изд., Стереотип. - Дропла, 2010. - 388 с.

4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 клас. Обща биология. Базово ниво на. - 6-то изд., доп. - Дропла, 2010. - 384 с.