Назад напред

Внимание! Предварителният преглед на слайда е само за информационни цели и може да не представлява пълния обхват на презентацията. Ако се интересувате от тази работа, моля, изтеглете пълната версия.

цели:

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

Средства за обучение:презентация, различни устройства или техните схеми.

Етапи на урока

I. Проверка на знания и умения.

Фронтален разговор по въпроси.

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

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

3) Защо през Средновековието е било възможно да се говори за биология като наука само условно?

4) Защо съвременната биология се счита за сложна наука?

5) Каква е ролята на биологията в съвременното общество?

II. Изучаване на нов материал.

1. Разказът на учителя с елементи на разговор за науката като една от областите на човешката дейност, нейните цели и методи; за особеностите на научното познание, научни факти.

Науката е една от сферите на човешката дейност, чиято цел е изучаването и познаването на околния свят. За научното познание е необходимо да се изберат определени обекти на изследване, проблеми и методи за тяхното изследване. Всяка наука има свои собствени методи на изследване. Въпреки това, независимо какви методи се използват, принципът „не приемайте нищо за даденост“ остава най-важният за всеки учен. Основната задача на науката е да изгради система от надеждни знания, основани на факти и обобщения, които могат да бъдат потвърдени или опровергани. Научните знания постоянно се поставят под въпрос и се приемат само с достатъчно доказателства. научен факте само един, който може да бъде възпроизведен и проверен.

Научният метод е съвкупност от техники и операции, използвани при изграждането 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 методи на изследване, използвани в биологичните науки са:

• Наблюдение
• Описание
• Систематизация
• Сравнение
• Експериментирайте
• Аналитичен метод
• исторически метод
• Моделиране

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

Фиксиране в тетрадките на характерните особености на изследователските методи в биологията.

Заключителен разговор за етапите на научното изследване. Предварително подготвен ученик може да говори с послание за тези етапи, събирайки факти, излагайки хипотеза, провеждайки експерименти, формулирайки теория с определени правила и закони.

III. Обобщаване на урока в процеса на обобщаване на разговора:

За задачите и целите на науката

За значението на методите за развитието на биологията

За най-голямото разпространение на експерименталния метод

За прилагането 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, все още неизвестни и признати от официалната наука, като реликтния хоминид, който често е наричан Bigfoot. Тези изследвания формират основата на нов клон на биологичната наука - криптозоология.

Биологияе наука. Какво отличава науката от другите области на човешката дейност? Подход към изучаването 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 резултатите- систематизиране, идентифициране на основното и второстепенното.
3. Обобщение – формулиране хипотезии тогава вече - теории.

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

5. Прегледпредсказуеми последици чрез експериментиране.

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.

• Хипотезае твърдение, предположение, което все още е не е доказано.

Когато една хипотеза е доказана, тя става теория, теорема или факт. Опроверганата хипотеза влиза в категорията фалшиви твърдения. Нарича се хипотеза, която все още не е доказана, но не е отхвърлена отворен проблем.

• теория- изградена система от знания Научно доказано ехипотеза.

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

Методи за изучаване на живи обекти

• Наблюдение (емпиричен метод на познание) - описание на конкретен биологичен обект или процес;
• Сравнение — необходими за намиране на закономерности – какво е общото за различните явления;
• Експеримент -създадена условия, точно съответстващи на наблюдаваните, докато се изясняват свойствата на биологичните обекти; качествените и количествените характеристики са фиксирани.
• 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 в комбинация.

биологичен експеримент

1. Качествен експеримент m - най-простият вид биологичен експеримент - неговата цел - да се установи наличието или отсъствието на предполагаемото в теорията явление.
2. Експеримент за измерване -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, дадена в наблюдението.

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

За разлика от експеримента, с емпиричния метод на познание невъзможно е да се намесва в изследвания процес, невъзможно е да се повлияят или променят условията на неговия ход.

За наблюдение се използват и различни технически опосредствани средства.

Процесът на естествено-научното познание по същество зависи от развитието на техническите средства, използвани от науката.

Трудно е да се надцени ролята в биологията. Именно благодарение на него човекът открива микроорганизми за себе си. Към днешна дата има микроскопи, които ви позволяват да изучавате живите организми на вътреклетъчно ниво.

Статистически измервания- измервания на количества, които не се променят във времето.

Динамични измервания- измервания на количества, които променят стойността си с течение на времето (налягане, температура, гъстота на населението и т.н.)

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

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

Биологични науки

ПО СИСТЕМНИ КАТЕГОРИИ:

• вирусология (царството на вирусите);
• микробиология, бактериология (царството на бактериите);
• ботаника (растително царство);
• микология (царство гъби);
• зоология (животинско царство):

ОТНОСНО НИВАТА НА ОРГАНИЗАЦИЯ НА ЖИВАТА МАТЕРИЯ:

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

В ЗАВИСИМОСТ ОТ ИЗУЧВАНИТЕ ПРОЦЕСИ:

• генетика – наука за процесите на наследственост и изменчивост;
• ембриология – наука за ембрионалното развитие;
• теория на еволюцията – науката за еволюционното учение;
• етология- науката за поведението на животните;
• общата биология е наука за законите и процесите, общи за дивата 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 постоянно се поставят под въпрос и се допускат само когато има значими доказателства за тях.

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

1. Сравнителна - позволява ви да изучавате чрез сравняване на приликите и разликите на живите организми, както и техните части. Получените данни дават възможност за комбиниране на растения и животни в групи. Този метод е използван за създаване на таксономия и за потвърждаване на теорията на 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 явления, срещащи се в дивата природа, да ги сравнявате, намирайки определени закономерности, както и да обобщавате, да откривате нови видове, класове и т.н. Тези методи започват 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 моделите на формиране и развитие на живите системи, техните структури и функции, да се съпоставят с известни по-рано факти. Този метод е използван от Чарлз Дарвин за изграждането на своята теория и допринесе 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 еволюция, като ги пресъздавате под формата на модел, използвайки съвременни технологиии оборудване;

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

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

През ХХ век тези изследователски методи стават водещи в тази наука поради появата на съвременно оборудване за провеждане на експерименти, като например томограф, електронен микроскоп и т.н.

В момента в експерименталната биология широко се използват 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 откриха нови пътища за прилагане на знанията в почти всички области на човешката дейност.

Изброените в биологията не изчерпват целия арсенал от начини за придобиване на знания в науката, така че между тях не може да се очертае строга граница. Използвани в комбинация помежду си, те позволяват за кратък период от време да се открият нови явления и свойства в живите системи, както и да се установят закономерностите 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..__.201_). Материали за съвременните изследователски методи в биологията, нейните раздели и сродните дисциплини.

Материали за съвременните изследователски методи в биологията, нейните раздели и сродните дисциплини

картинаВ: Основните 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. И 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, която е на пресечната точка на биологията и географията, сега често се разглежда като независима наука.

Задачи на студентите в учебния курс Съвременни методи на биологични изследвания

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

Решение и докладване:
1) Написване на рецензионно образователно есе върху изследователските 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) по един от съвременните методи по биология: том 5±1 стр.
Очаквани резултати от обучението:
1) Повърхностно запознаване с широк спектър от изследователски методи в биологията.
2) Задълбочено разбиране на един от изследователските методи и предаване на тези знания на студентската група.

2. Провеждане на учебно-образователни и научни изследвания от поставяне на цели до използване на заключения необходими изискванияза изготвяне на научен доклад за изследването.

Решение:
Получаване на първични данни в лабораторни занятия и у дома. Разрешено е провеждането на част от такова изследване в извънучебно време.

3. Запознаване с общи методи на изследване по биология.

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 проектиране на собствено изследване под формата на изследователска работа, срочна писмена работаи/или финална квалификационна работа.

Дефиниция на понятията

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

научен метод е съвкупност от техники и операции, използвани при изграждането на система от научно познание.

научен факт - това е резултат от наблюдения и експерименти, който установява количествените и качествените 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, методическа основа -.

Съвременната биология използва уеднаквяването на методологическите подходи, използва „единството на описателно-класифициращи и обяснително-номотетични подходи; единството на емпиричното изследване с процеса на интензивно теоретизиране на биологичното познание, включително неговото формализиране, математизиране и аксиоматизиране“ [Ярилин А.А. "Пепеляшка" става принцеса или мястото на биологията в йерархията на науките. // „Екология и живот” No 12, 2008. С. 4-11. S.11].

Цели на изследователските методи:

1. „Укрепване натурално когнитивни способностичовешки, както и тяхното разширяване и продължение.

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

Общи изследователски методи в биологията

Наблюдение

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

Наблюдението е отправната точка на всички природонаучни изследвания.

В биологията това е особено забележимо, тъй като обектът на нейното изследване е човек и неговата среда. 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 първият метод на изследване, който се появи в арсенала на биологията, или по-скоро, дори на нейния предшественик, естествената история. И това не е изненадващо, тъй като наблюдението се основава на сетивните способности на човек (усещане, възприятие, представяне). Класическата биология е предимно наблюдателна биология.Но въпреки това този метод не е загубил значението си и до днес.

Наблюденията могат да бъдат преки или косвени, със или без технически помощни средства. И така, орнитологът вижда птица през бинокъл и може да я чуе или може да фиксира звуци с устройството извън обхвата, който се чува за човешкото ухо. Хистолог наблюдава фиксирана и оцветена тъкан с микроскоп. А за молекулярния биолог наблюдението може да бъде фиксиране на промяна в концентрацията на ензим в епруветка.

Важно е да се разбере, че научното наблюдение, за разлика от обикновеното, не е просто, но целенасоченоизучаването на обекти или явления: извършва се за решаване на проблема и вниманието на наблюдателя не трябва да се разпръсква. Например, ако задачата е да се проучат сезонните миграции на птиците, тогава ще забележим времето на появата им в гнездови зони и нищо друго. Така че наблюдението е селективно разпределениеизвън 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, правилният избор на технически средства. Постановката на проблема предполага и наличието на план за наблюдение, т.е. тяхното планиране. [Кабакова Д.В. Наблюдение, описание и експеримент като основни методи на биологията // Проблеми и перспективи за развитие на образованието: материали на междунар. научен конф. (Перм, април 2011 г.). T. I. Перм: Меркурий, 2011. С. 16-19.].

Описателен метод

Описателен метод - това е фиксиране на наблюдаваните външни признаци на изучаваните обекти с разпределяне на същественото и отхвърляне на незначителното. Този метод стои в основата на биологията като наука, но развитието му би било невъзможно без използването на други изследователски методи.

Описателните методи ви позволяват първо да опишете и след това да анализирате явленията, срещащи се в дивата природа, да ги сравните, да откриете определени модели, както и да обобщите, да откриете нови типове, класове и т.н. Описателните методи започват да се използват в древността, но днес те не са загубили своята актуалност и се използват широко в ботаниката, етологията, зоологията и др.

Сравнителен метод

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

Позволява ви да изучавате обектите на изследване, като ги сравнявате един с друг или с друг обект. Позволява ви да идентифицирате приликите и разликите на живите организми, както и техните части. Получените данни позволяват обединяването на изследваните обекти в групи по признаци на сходство по структура и произход. На базата на сравнителния метод например се изгражда таксономията 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 ползотворен при решаването на много от най-големите проблеми. С помощта на този метод и в комбинация с описателния метод се получава информация, която позволява през 18 век. полагат основите на таксономията на растенията и животните (К. Линей), а през 19в. да формулира клетъчната теория (М. Шлайден и Т. Шван) и учението за основните видове развитие (К. Баер). Методът е широко използван през 19 век. в обосноваването на еволюционната теория, както и при преструктурирането на редица биологични науки на основата на тази теория. Използването на този метод обаче не беше придружено от появата на биологията отвъд границите на описателната наука.
Сравнителният метод се използва широко в различни биологични науки в наше време. Сравнението придобива специална стойност, когато е невъзможно да се даде определение на понятието. Например с помощта на електронен микроскоп често се получават изображения, чието истинско съдържание не е известно предварително. Само сравнението им със светлинни микроскопични изображения позволява да се получат желаните данни.

исторически метод

Позволява ви да идентифицирате моделите на формиране и развитие на живите системи, техните структури и функции, да ги сравните с известни по-рано 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 XIX век. благодарение на трудовете на Ч. Дарвин, поставеният исторически метод научни основиизучаване на закономерностите на появата и развитието на организмите, формирането на структурата и функциите на организмите във времето и пространството. С въвеждането на този метод в биологията настъпиха значителни качествени промени. Историческият метод превърна биологията от чисто описателна наука в обяснителна наука, която обяснява как са възникнали разнообразни живи системи и как функционират. Понастоящем историческият метод или „историческият подход“ се е превърнал в общ подход към изучаването на явленията на живота във всички биологични науки.

експериментален метод

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

Експериментът (експериментът) е изкуствено създаване при контролирани условия на ситуация, която помага да се разкрият дълбоко скрити свойства на живите обекти.

Експерименталният метод за изследване на природните явления е свързан с активно въздействие върху тях чрез провеждане на опити (експерименти) при контролирани условия. Този метод позволява да се изследват явленията изолирано и да се постигне повторяемост на резултатите при възпроизвеждане при същите условия. Експериментът осигурява по-задълбочено, от другите методи на изследване, разкриване на същността биологични явления. Благодарение на експериментите естествените науки като цяло и биологията в частност са достигнали до откриването на основните природни закони.
Експерименталните методи в биологията служат не само за провеждане на експерименти и получаване на отговори на интересуващи ни въпроси, но и за определяне на правилността на хипотезата, формулирана в началото на изучаването на материала, както и за коригирането й в хода на работа. През ХХ век тези изследователски методи стават водещи в тази наука поради появата на съвременно оборудване за провеждане на експерименти, като например томограф, електронен микроскоп и т.н. В момента в експерименталната биология широко се използват биохимични методи, рентгенов дифракционен анализ, хроматография, както и техниката на ултратънки срезове, различни методи на култивиране и много други. Експерименталните методи, съчетани със систематичен подход, разшириха когнитивните възможности на биологичната наука и откриха нови пътища за прилагане на знанието в почти всички области на човешката дейност.

Още през 17 век е поставен въпросът за експеримента като една от основите на познанието за природата. Английският философ Ф. Бейкън (1561-1626). Неговото въведение в биологията е свързано с работата на У. Харви през 17 век. за изследване на кръвообращението. Експерименталният метод обаче става широко приет в биологията едва в началото на XIXвек, и чрез физиологията, в която започват да се използват голям бройинструментални техники, които позволяват да се регистрира и количествено характеризира ограничаването на функциите в 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 е може би първата от биологичните науки, превърнала се в експериментална наука.
Друго направление, в което експерименталният метод навлезе в биологията, е изследването на наследствеността и изменчивостта на организмите. Тук основната заслуга е на Г. Мендел, който за разлика от своите предшественици използва експеримента не само за получаване на данни за изследваните явления, но и за проверка на хипотезата, формулирана на базата 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 първо въвежда експеримент за изследване на ферментацията и опровергаване на теорията за спонтанното генериране на микроорганизми, а след това за разработване на ваксинация срещу инфекциозни заболявания. от голямо значение. През втората половина на XIX век. След Л. Пастьор, Р. Кох (1843-1910), Д. Листър (1827-1912), И.И. Мечников (1845-1916), Д.И. Ивановски (1864-1920), С.Н. Виноградски (1856-1890), М. Бейерник (1851-1931) и др.През 19 век. биологията се обогатява и от създаването на методологическите основи на моделирането, което също е най-високата формаексперимент. Изобретението на Л. Пастьор, Р. Кох и други микробиолози на методи за заразяване на лабораторни животни с патогенни микроорганизми и изследване на патогенезата на инфекциозни заболявания върху тях е класически пример за моделиране, преминал през 20 век. и допълнен 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. 20-ти век Експерименталният метод в биологията претърпя значително подобрение чрез увеличаване на разделителната способност на много биологични техники и разработване на нови експериментални техники. По този начин се повишава разделителната способност на генетичния анализ и редица имунологични методи. В практиката на изследванията бяха въведени култивирането на соматични клетки, изолирането на биохимични мутанти на микроорганизми и соматични клетки и др. Експерименталният метод започна да се обогатява широко 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 бяха изяснени в резултат на комбинираното използване на химични методи за изолиране на ДНК, химически и физически методиопределяне на нейния първичен и вторична структураи биологични методи (трансформация и генетичен анализ на бактериите), доказателство за ролята му като генетичен материал.
Понастоящем експерименталният метод се характеризира с изключителни възможности в изследването на жизнените явления. Тези възможности се определят от използването на различни видове микроскопия, включително електронна микроскопия с техниката на ултратънки срезове, биохимични методи, генетичен анализ с висока разделителна способност, имунологични методи, различни методи на култивиране и in vivo наблюдение в клетъчни, тъканни и органни култури , етикетиране на ембриони, ин витро оплождане, метод на белязани атоми, рентгенов дифракционен анализ, ултрацентрофугиране, спектрофотометрия, хроматография, електрофореза, секвениране, изграждане на биологично активни рекомбинантни ДНК молекули и др. Новото качество, присъщо на експерименталния метод, предизвика качествени промени и в моделирането. Наред с моделирането на ниво органи, в момента се развива моделирането на молекулярно и клетъчно ниво.

Метод на моделиране

Моделирането се основава на такава техника като аналогия - това е извод за сходството на обекти в определено отношение въз основа на тяхното сходство в редица други отношения.

Модел е опростено копие на обект, явление или процес, заместващо ги в определени аспекти.

Моделът е нещо, с което е по-удобно за работа, тоест нещо, което е по-лесно да се види, чува, запомня, записва, обработва, предава, наследява и по-лесно се експериментира в сравнение с моделиращия обект (прототип, оригинал ).
Каркишченко Н.Н. Основи на биомоделирането. - М.: ВПК, 2005. - 608 с. С. 22.

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

Моделиране:

1) създаване на опростени копия на обекти на познанието;

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

Метод на моделиране - това е изследване на свойствата на конкретен обект чрез изследване на свойствата на друг обект (модел), което е по-удобно за решаване на изследователски задачи и е в определено съответствие с първия обект.

Моделиране (в широк смисъл) е основният метод за 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 планирана система може да бъде ефективно изследвана с помощта на математически модели (аналитични и симулационни) с цел оптимизиране на процеса на функциониране на системата. Системният модел се реализира на съвременни компютри, които в случая действат като инструмент на експериментатора със системния модел.

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

Теория на моделирането - теорията за замяна на оригиналния обект с неговия модел и изследване на свойствата на обекта върху неговия модел.
Моделиране - изследователски метод, основан на замяна на изучавания оригинален обект с негов модел и работа с него (вместо обекта).
Модел (оригинален обект) (от лат. modus - "мярка", "обем", "образ") - спомагателен обект, който отразява моделите, същността, свойствата, особеностите на структурата и функционирането на оригиналния обект, които са най-съществени за изследвания.
Когато хората говорят за моделиране, те обикновено имат предвид моделиране на някаква система.
Система - набор от взаимосвързани елементи, комбинирани за изпълнение обща цел, изолиран от околната среда и взаимодействащ с нея като интегрално цяло, като в същото време показва основните свойства на системата. Обособени са 15 основни системни свойства, които включват: поява (поява); цялостност; структурност; интегритет; подчинение на целта; йерархия; безкрайност; ергичност; откритост; необратимост; единство на структурна стабилност и нестабилност; нелинейност; потенциална многовариантност на действителните структури; критично; непредсказуемост в критичния регион.
При моделирането на системите се използват два подхода: класически (индуктивен), исторически първият, и системен, който беше разработен наскоро.

Класически подход. В исторически план класическият подход към изследването на обекта, моделирането на системата, е първият, който се развива. Реалният обект, който ще бъде моделиран, се разделя на подсистеми, избират се изходни данни (D) за моделиране и се задават цели (T), отразяващи определени аспекти от процеса на моделиране. Въз основа на отделен набор от изходни данни целта е да се моделира отделен аспект от функционирането на системата; на базата на тази цел се формира определен компонент (K) на бъдещия модел. Комплектът от компоненти се комбинира в модел.
Че. компонентите се сумират, всеки компонент решава свои собствени задачи и е изолиран от останалите части на модела. Ние прилагаме подхода само за прости системи, където е възможно да се игнорира връзката между компонентите. Могат да се отбележат два отличителни аспекта на класическия подход: 1) при създаването на модел има движение от частното към общото; 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 картинана обекта, който се изследва, като се вземат предвид елементите на обекта, които са важни за решавания проблем, връзките между тях и външните връзки с други обекти, и околен свят. С усложняването на моделирането на обекти се наложи 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 системен подходНе бива да се забравя, че тази система е интегрална част ACS асоциация. Системният подход се основава на разглеждането на системата като интегрирано цяло и това разглеждане по време на разработката започва с основното - формулирането на целта за функциониране. Важно за системния подход е дефинирането на структурата на системата - съвкупността от връзки между елементите на системата, отразяващи тяхното взаимодействие.

Съществуват структурни и функционални подходи за изследване на структурата на една система и нейните свойства.

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

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

Типове моделиране

1. Обектно моделиране , при което моделът възпроизвежда геометричните, физическите, динамичните или функционалните характеристики на обекта. Например модел на мост, модел на язовир, модел на крило
самолети и др.
2. Аналогова симулация , в който моделът и оригиналът се описват с една математическа връзка. Пример са електрическите модели, използвани за изследване на механични, хидродинамични и акустични явления.
3. Емблематично моделиране , в който като модели действат схеми, чертежи, формули. Ролята на моделите на знаци се е увеличила особено с разширяването на използването на компютри при конструирането на знакови модели.
4. Тясно свързан с емблематичното ментално моделиране , при което моделите придобиват мислено визуален характер. Пример в случая е моделът на атома, предложен навремето от Бор.
5. Моделен експеримент. И накрая, особен вид моделиране е включването в експеримента 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 идеализация - умствено изграждане на понятия, теории за обекти, които не съществуват и не са осъществими в действителност, но такива, за които има близък прототип или аналог в реалния свят. Примери за идеални обекти, конструирани по този метод, са геометричните понятия за точка, права, равнина и т.н. Всички науки оперират с този вид идеални обекти - идеален газ, абсолютно черно тяло, социално-икономическа формация, държава и т.н.

Методи за моделиране

1. Пълномащабно моделиране - експеримент върху изследвания обект, 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 променен мащаб.
3. Математическо моделиране - използването на модели от физическо естество, които се различават от симулираните обекти, но имат подобно математическо описание. Пълномащабното и физическото моделиране могат да бъдат комбинирани в един клас модели на физическо подобие, тъй като и в двата случая моделът и оригиналът са еднакви 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 от параметрите на нейното функциониране. По този начин аналитичният модел е система от уравнения, при чието решение се получават параметрите, необходими за изчисляване на изходните характеристики на системата (средно време за обработка на задачата, пропускателна способност и др.). Аналитичните методи дават 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, тяхното пълно 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 предположения, които не винаги отговарят на реалната система. В този случай използването на аналитични методи трябва да бъде изоставено.

2. Числова методи за моделиране. Числените методи включват трансформиране на модела в уравнения, чието решение е възможно чрез методите на изчислителната 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, симулационните методи са широко използвани за анализ на системи, доминирани от стохастични ефекти.
Същността на симулационното моделиране (СИ) е да се симулира процеса на функциониране на системата във времето, като се съблюдават същите съотношения на продължителността на операциите, както в оригиналната система. При това се имитират елементарните явления, които изграждат процеса, запазва се тяхната логическа структура, последователността на протичане във времето. В резултат на прилагането на IM 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 живот във водоем след известно време, когато се променят един, два или повече параметъра (температура, концентрация на сол, наличие на хищници и др.). Такива техники станаха възможни благодарение на проникването в биологията на идеите и принципите на кибернетиката - науката за контрол.

Класификацията на видовете моделиране може да се основава на различни характеристики. В зависимост от естеството на изследваните процеси в системата моделирането може да бъде разделено на детерминирано и стохастично; статично и динамично; дискретно и непрекъснато.
детерминистичен Симулацията се използва за изследване на системи, чието поведение може да бъде предвидено с абсолютна сигурност. Например разстоянието, изминато от автомобил равномерно ускорено движениев идеални условия; устройство за квадратура на число и др. Съответно, в тези системи протича детерминиран процес, който се описва адекватно от детерминиран модел.

Стохастичен (вероятностното) моделиране се използва за изследване на система, чието състояние зависи не само от контролирани, но и от неконтролирани влияния, или само по себе си има източник на случайност. Стохастичните системи включват всички системи, които включват човек, като фабрики, летища, компютърни системи и мрежи, магазини, потребителски услуги и др.
статичен моделирането се използва за описване на системи във всеки момент от време.

динамичен моделирането отразява промяната в системата във времето (изходните характеристики на системата в даден момент от време се определят от естеството на входните действия в миналото и настоящето). Примери за динамични системи са биологични, икономически, социални системи; такива изкуствени системи като завод, предприятие, производствена линия и др.
Отделен симулацията се използва за изследване на системи, в които входните и изходните характеристики се измерват или променят дискретно във времето, в противен случай се използва непрекъсната симулация. Например електронен часовник, електромер са дискретни системи; слънчев часовник, отоплителни уреди - непрекъснати системи.
В зависимост от формата на представяне на обект (система) могат да се разграничат мисловно и реално моделиране.
В истински (естествено) моделиране, изследването на характеристиките на системата се извършва върху реален обект или от негова част. Реалната симулация е най-адекватна, но нейните възможности, като се вземат предвид характеристиките на реалните обекти, са ограничени. Например, извършването на реална симулация с автоматизирана система за управление на предприятието изисква, първо, създаването на автоматизирана система за управление; второ, провеждане на експерименти с предприятието, което е невъзможно. Реалната симулация включва производствен експеримент и сложни тестове, които имат висока степеннадеждност. Друг вид реална симулация е физическата. При физическото моделиране изследването се извършва върху инсталации, които запазват естеството на явлението и имат физическо сходство.
психически симулацията се използва за симулиране на системи, които са практически неосъществими в даден интервал от време. Основата на менталното моделиране е създаването на идеален модел, основан на идеална, мисловна аналогия. Има два вида ментално моделиране: фигуративно (визуално) и символно.
В метафорично моделиране на базата на човешките 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.
В емблематичен моделирането описва симулираната система с помощта на конвенционални знаци, символи, по-специално под формата на математически, физически и химични формули. Най-мощният и развит клас модели на знаци са математическите модели.
Математически модел - това е изкуствено създаден обект под формата на математически, символни формули, който показва и възпроизвежда структурата, свойствата, връзките и връзките между елементите на обекта, който се изследва. Освен това се разглеждат само математически модели и съответно математическо моделиране.
Математическо моделиране - изследователски метод, основан на замяна на изучавания оригинален обект с неговия математически модел и работа с него (вместо обекта). Математическото моделиране може да бъде разделено на аналитичен (AM) , имитация (MI) , комбиниран (КМ) .
В AM се създава аналитичен модел на обекта под формата на алгебрични, диференциални, крайно-различни уравнения. Аналитичният модел се изследва или с аналитични методи, или с числени методи.
В ТЯХ създава се симулационен модел, използва се метод на статистическо моделиране за изпълнение симулационен моделна компютъра.
В КМ процесът на работа на системата се разлага на подпроцеси. За тези от тях, където е възможно, използвайте аналитични методи, в противен случай – симулация.

Библиография

1. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Приложна статистика: Основи на моделирането и обработката на първични данни. - М.: "Финанси и статистика", 1983. - 471 с.
2. Алсова О.К. Моделиране на системи (част 1): Насокида се лабораторна работапо дисциплината "Моделиране" за студенти от III - IV курсове на AVTF. - Новосибирск: Издателство на НГТУ, 2006. - 68с. Системно моделиране (част 2): Насоки за лабораторни упражнения по дисциплината "Моделиране" за студенти от III - IV курсове на AVTF. - Новосибирск: Издателство на NGTU, 2007. - 35 с.
3. Алсова О.К. Моделиращи системи: учеб. надбавка / О.К. Алсова. - Новосибирск: Издателство на NSTU, 2007 - 72 стр.
4. Боровиков В.П. Статистика 5.0. Изкуството на компютърния анализ на данни: За професионалисти. 2-ро изд. – СПб.: Петър, 2003. – 688 с.
5. Wentzel E.S. Оперативно изследване. – М.: висше училище, 2000. - 550 с.
6. Губарев В.В. Вероятностни модели / Новосиб. електроинженерство в-т. - Новосибирск, 1992. - Част 1. - 198 с; Част 2. – 188 стр.
7. Губарев В.В. Системен анализ в експериментални изследвания. - Новосибирск: Издателство на НГТУ, 2000. - 99 с.
8. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория на големите системи за управление: Proc. надбавка за университети. - Л. Енергоиздат, 1982. - 288 с.
9. Draper N., Smith G. Приложен регресионен анализ. – М.: Статистика, 1973.
10. Карпов Ю. Симулациясистеми. Въведение в моделирането с AnyLogic 5. - Санкт Петербург: BHV-Petrburg, 2005. - 400 с.
11. Келтън В., Лоу А. Симулационно моделиране. Класически CS. 3-то изд. - Санкт Петербург: Петър; Киев: 2004. - 847 с.
12. Лемешко Б.Ю., Постовалов С.Н. Компютърни технологии за анализ на данни и изследване на статистически модели: Proc. надбавка. - Новосибирск: Издателство на НГТУ, 2004. - 120 с.
13. Моделиране на системи. Работилница: Proc. надбавка за университети / Б.Я. Съветов, С.А. Яковлев. - 2-ро изд., преработено. и допълнителни - М.: Висше училище, 2003. - 295 с.
14. Рижиков Ю.И. Симулационно моделиране. Теория и технологии. - Санкт Петербург: печат на КОРОНА; М.: Алтекс-А, 2004. - 384 с.
15. Съветов Б.Я., Яковлев С.А. Моделиране на системи (3-то изд.). - М.: Висше училище, 2001. - 420 с.
16. теория произволни процесии неговите инженерни приложения: Proc. надбавка за университети / Е.С. Wentzel, L.A. Овчаров. - 3-то изд. ревизиран и допълнителни - М.: Издателски център "Академия", 2003. - 432 с.
17. Томашевски В., Жданова Е. Симулационно моделиране в GPSS среда. – М.: Бестселър, 2003. – 416 с.
18. Хачатурова С.М. Математически методи за системен анализ: учеб. надбавка. – Новосибирск: Издателство на НГТУ, 2004. – 124 с.
19. Шанън Р. Системна симулация – изкуство и наука. – М.: Мир, 1978.
20. Schreiber T.J. Моделиране на GPSS. - М.: Машиностроение, 1980. - 593 с.
21. Арсениев Б.П., Яковлев С.А. Интегриране на разпределени бази данни. – СПб.: Лан, 2001. – 420 с.

За разлика от клюките, научното познание е проверимо и се отнася до реални 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 по този начин. В този урок ще научите откъде идват научно познаниекакво е научен факт, хипотеза и теория, запознайте се с основните идеи за научния метод, разберете какви методи за получаване на знания използва биологията. Урокът се фокусира върху сравнителни описателни, исторически и експериментални методи.

Тема: Въведение

Урок: Изследователски методи в биологията

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

Научен факт е само този, който може да бъде възпроизведен или потвърден. Наблюденията, 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 препроверени от други учени - това служи като стимул за по-задълбочена проверка и анализ на собствените им експерименти.

Друга форма на разпространение на знания са симпозиумите и конференциите, 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 колегите и установяват творчески връзки.

научен методе съвкупност от техники и операции, които се използват при изграждането на система от научно познание.

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

Основен биологични методиса: описателен, сравнителен, историческии експериментален.

Описателен методе най-древният, тъй като е използван от учени от древността, той се основава на наблюдение. До около 17-ти век той е бил основният в биологията, тъй като учените са се занимавали с описанието на животни и растения и тяхната първична систематизация, но не е загубило своята актуалност в момента, например, се използва за описание нови видове (виж фиг. 1).

Ориз. 1. Нови животински видове, описани от учени

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

Информацията, получена с помощта на този метод, формира основата на систематиката на Карл Линей, позволява на Теодор Шван и Матиас Шлайден да формулират клетъчната теория, формира основата на закона за зародишното сходство, открит от Карл Баер.

Сега е много трудно да се направи граница между описателния и сравнителния метод, тъй като те се използват по сложен начин за решаване на проблеми в биологията.

исторически методви позволява да разберете фактите, получени по-рано и да ги сравните с известни по-рано резултати. Той е широко използван от втората половина на 19 век благодарение на трудовете на Чарлз Дарвин, който с негова помощ обосновава моделите на появата и развитието на организмите, формирането на техните структури и функции във времето и пространството ( виж Фиг. 2). Прилагането на историческия метод направи възможно трансформирането 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 своите експерименти по изследване на кръвообращението (виж фиг. 3). Но този метод е широко използван от 20-ти век, предимно при изследване на физиологичните процеси.

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

експериментален методви позволява да изучавате определено явление с помощта на опит. Голям принос за утвърждаването на експерименталния метод в биологията има Грегор Мендел, който, изучавайки наследствеността и изменчивостта на организмите, за първи път използва експеримента не само за получаване на данни за изследваните явления, но и за тестване на хипотеза.

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

Ориз. четири. Съвременни преживяванияи лабораторно оборудване, което символизира експерименталния метод на изследване

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

Научно изследванесе състои от следните етапи: въз основа на получените факти, наблюдения или експерименти е формулиран проблем, за неговото решение е предложено хипотези. Хипотезинепрекъснато се подобрява и доразвива. Хипотеза, което е в съответствие с голямо разнообразие от наблюдения, става теория. добре теориясе развива и разширява до доп данникато станат известни.

добре теорията може да предскаже нови факти, както и за намиране на нови връзки между явления 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 научните изследвания, които познавате?

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

5. Какво е експеримент?

6. Опишете историческия метод за изследване на биологични обекти.

7. Как стана формирането на методите на биологията? Кои от тях са най-древните? Какво може да се нарече ново?

3. Биологично образование в МФТИ ().

Библиография

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

2. Беляев Д. К. Биология 10-11 клас. Обща биология. Основно 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-то изд., стереотип. - Дропла, 2010. - 388 с.

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