Наука, которая изучает живые организмы, называется биологией: этот термин ввёл в 1802 году французский учёный Жан Батист Ламарк. Каждая наука имеет свои методы исследования – тандем приёмов и операций, направленных на построение системы научных знаний. В данной статье мы подробно изучим методы исследования в биологии.

Наука - сфера человеческой деятельности

Одной из сфер человеческой деятельности является наука. Её цель - это познание и изучение окружающей среды. Чтобы научно познать явление или объект, необходимо определить проблему и выбрать метод её исследования.

Рис. 1. Этапы научного исследования.

Метод (от греческого methodos) - это путь исследования.

Почему человечество захотело изучить биологические явления?

В давние времена основными видами деятельности человека были охота и собирательство. Для шитья одежды использовали шкуры животных. Растительность применяли для построения строительных объектов. Среди растений возникла необходимость находить лекарственные средства для лечения недугов, определять ядовитые виды. Позднее занятие сельским хозяйством натолкнуло на мысль выводить новые сорта растительных культур и животных пород.

ТОП-1 статья которые читают вместе с этой

Методы исследования

За всю историю биологических наук использовалось и применялось множество способов исследований.

• Наблюдение и описание ;

Наблюдение – метод исследования биологии, популярный ещё с древности. Он основывается на наблюдении и описании, а также – на анализе явлений и процессов. Пользуются им в ботанике, зоологии, генетике. В современном мире для его применения используют оптическую аппаратуру (световые и электронные микроскопы, эндоскопы).

Рис. 2. Современная лаборатория.

• экспериментальный ;

Эксперимент изолировано изучает явления и свойства всего живого, а также, при необходимости, может производиться многократно.

• сравнительный метод ;

Используется в основном в анатомии, палеонтологии и эмбриологии. На данном методе основываются всевозможные классификации, устанавливаются эволюционное родство видов, а также закономерности их развития.

• исторический ;

Устанавливает закономерности истории развития живых организмов, становление их структур и функций.

• моделирование .

С помощью специально организованных в лаборатории условиях позволяет воспроизводить процессы, которые не встретишь в природе.

В современности широко используется компьютерное моделирование. Такой способ даёт возможность спрогнозировать последствия всевозможных природных и техногенных катастроф, смены расположения экосистем, воздействие новых медицинских препаратов на организм человека.

Выше перечисленными методами пользуются в современном мире, изучая изменения и развитие живых организмов на планете.

Рис. 3. Приборы и оборудование для исследований.

Таблица “Область применения методов исследования”

Что мы узнали?

Из темы «Методы исследования в биологии» (5 класс) мы узнали, что биология, как и все науки, имеет свои методы исследования. К ним относятся: наблюдение, исторический метод, сравнение, эксперимент и моделирование. Являясь универсальными для всех биологических наук, у каждого из них есть особая область применения и назначения.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 483.

Вопрос 1. Какие методы исследования вы знаете?

Вопрос 2. Какие приборы, используемые в биологии, вам известны?

Бинокль, линейка, складной метр, секундомер, весы, пробирки, термометр, рулетка, часы, весы, термометр, мензурка, телескопы, микроскопы, лупы, колбы и др.

Вопрос 1. Какие методы исследования в биологии вам известны?

К основным методам исследования относятся наблюдение, эксперимент (опыт) и измерения.

Вопрос 2. Чем наблюдение отличается от эксперимента?

Наблюдение - восприятие природных объектов или явлений с помощью органов чувств. В ходе наблюдения объекта или явления человек лишь фиксирует результаты, не вмешиваясь в сам процесс. Эксперимент - наблюдение в специально создаваемых и контролируемых условиях, которые позволяют установить, как те или иные условия влияют на объект или явление. Другими словами: при наблюдении человек пассивно наблюдает за определенными процессами, а при эксперименте сам (активно) изменяет (влияет на) те или иные условия протекания поставленного эксперимента для измерения конкретных показателей, с целью проверки научных гипотез и построения научной теории изучаемого процесса.

Вопрос 3. Что изучает фенология?

Фенология (от греческих слов «файно» - являю и «логос») изучает сезонные периодические явления в жизни растений и животных.

Задания для любознательных. Проведение фенологических наблюдений за изменениями, происходящими в жизни растений осенью.

1. Понаблюдайте, у каких растений происходит изменение окраски листьев, какова она у разных растений.

Осенняя раскраска листьев наблюдается далеко не у всех деревьев. В багрянец убираются кроны кленов и осин; нарядную, розоватую окраску принимает листва бересклета; темно-пурпуровыми становятся гирлянды дикого винограда. Наряду с этим липы, дубы и березы лишены красных оттенков, они отливают лишь различными желтыми и золотистыми тонами. А вечнозеленые породы деревьев (пихта, ель и сосна) остаются зелеными.

2. Отметьте, у каких растений листья остаются зелёными до заморозков.

У ольхи листья во время листопада сохраняют свой зеленый цвет и чернеют лишь после заморозков. Точно так же совершенно не изменяют свой цвет листья сирени: они остаются зелеными на ветвях до выпадения снега, несмотря на то, что давно уже убиты морозами. У осины листопад начинается, когда листья еще зелены, осенняя же раскраска наступает позднее, когда часть дерева уже обнажилась.

3. Понаблюдайте, как долго длится листопад у разных растений.

Продолжительность листопада у различных деревьев, так же как и период пожелтения листвы, бывает крайне различной. Из наших деревьев листопад, по-видимому, наиболее длителен у березы: он продолжается около двух месяцев, в то время как липа успевает сбросить свою листву в две недели. Установить сроки листопада у какой-нибудь древесной породы бывает не так легко, так как у различных экземпляров одного и того же вида он начинается и заканчивается не одновременно. Интересно при этом отметить, что причина этого явления далеко не всегда лежит во внешних условиях. Нередко два дерева, растущие по соседству, на целую неделю различаются по времени пожелтения и опадения своих листьев. Некоторые экземпляры дуба, которые очень долго не сбрасывают своих листьев и в течение всей зимы стоят в своем осеннем уборе.

4. Регулярно записывайте в тетрадь все изменения в жизни растений. Сравните результаты своих наблюдений с результатами наблюдений других учащихся класса. Обсудите их. Сделайте выводы.

В отличие от сплетни, научное знание проверяемо и касается реально существующих вещей и повторяющихся событий. Любой человек, при желании, может повторить любой научный эксперимент, то есть, убедиться в том, что на определенный вопрос природа «отвечает» именно таким образом. Из этого урока вы узнаете, откуда берутся научные знания, что такое научный факт, гипотеза и теория, познакомитесь с основными представлениями о научном методе, выясните, какими методами получения знаний пользуется биология. В уроке уделено внимание сравнительно-описательному, историческому и экспериментальному методам.

Тема: Введение

Урок: Методы исследования в биологии

Наука - это одна из сфер человеческой деятельности, целью которой является изучение и познание окружающего мира. Каждая наука имеет свои методы исследования , но задача любой науки - построение системы достоверного знания , основанного на фактах и обобщении , которые можно было бы подтвердить или опровергнуть.

Научным фактом является лишь тот, который можно воспроизвести или подтвердить. Наблюдения, которые не могу быть воспроизведены, отбрасываются, как ненаучные. Когда учёный делает открытие, он публикует информацию о нем в специальных журналах, благодаря публикации результаты могут быть проверены и перепроверены другими учёными - это служит стимулом для более тщательной проверки и анализа собственных экспериментов.

Ещё одной формой распространения знаний являются симпозиумы и конференции, которые организуются учеными разных специальностей (ботаниками, зоологами, генетиками, медиками и т. д.). Во время таких мероприятий ученые общаются друг с другом, обсуждают работы коллег, налаживают творческие связи.

Научный метод - это совокупность приёмов и операций, которые используются при построении системы научного знания.

Один из основных принципов научного метода - скептицизм - отказ от слепого доверия к авторитету. Учёный всегда сохраняет определённую долю скепсиса и проверяет любое новое открытие.

Основными методами биологии являются: описательный , сравнительный , исторический и экспериментальный .

Описательный метод является наиболее древним, потому что его использовали ещё учёные древности, в основе его лежит наблюдение. Примерно до 17 века он был основным в биологии, поскольку учёные занимались описанием животных и растений и их первичной систематизацией, но он не потерял актуальности в настоящее время, например, он используется для описания новых видов (см. Рис. 1).

Рис. 1. Новые виды животных, описанные учеными

Сравнительный метод - позволяет выявить сходство между организмами и их частями. Он стал применяться с 17 века.

Полученные с помощью этого метода сведения легли в основу систематики Карла Линнея, позволили Теодору Шванну и Маттиасу Шлейдену сформулировать клеточную теорию, легли в основу закона зародышевого сходства, открытого Карлом Бэром.

Сейчас очень сложно провести границу между описательным и сравнительным методом, потому что они комплексно используются для решения задач биологии.

Исторический метод позволяет осмыслить полученные ранее факты и сопоставить их с ранее известными результатами. Он стал широко применяться со второй половины 19 века благодаря работам Чарльза Дарвина, который с его помощью обосновал закономерности появления и развития организмов, становление их структур и функций во времени и пространстве (см. Рис. 2). Применение исторического метода позволило превратить биологию из описательной науки в объясняющую.

Рис. 2. История эволюции человека

Экспериментальный метод - применение этого метода связывают с именем Уильяма Гарвея, который его использовал в своих экспериментах по изучению кровообращения (см. Рис. 3). Но широко использоваться этот метод стал именно с 20 века, прежде всего, при изучении физиологических процессов.

Рис. 3 Опыт У. Гарвея по изучению кровообращения

Экспериментальный метод позволяет изучать то или иное явление с помощью опыта. Большой вклад в утверждение экспериментального метода в биологии внёс Грегор Мендель, который, изучая наследственность и изменчивость организмов, впервые использовал эксперимент не только для получения данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы.

В 20 веке экспериментальный метод стал ведущим в биологии. Это стало возможным благодаря появлению новых приборов, например, электронного микроскопа, использованию методов химии, физики и биологии (см. Рис. 4).

Рис. 4. Современные опыты и лабораторное оборудование, которые символизируют экспериментальный метод исследования

В биологических исследованиях довольно часто применяют моделирования тех или иных процессов, то есть привлекают и математические методы, и компьютерное моделирование.

Научное исследование состоит из следующих этапов: на основании полученных фактов , наблюдений или экспериментов формулируется проблема , для её решения выдвигаются гипотезы . Гипотезы непрерывно совершенствуются и подвергаются дальнейшей разработке. Гипотеза , которая согласуется со множеством разнообразных наблюдений становится теорией . Хорошая теория развивается и распространяется на дополнительные факты по мере того, как они становятся известными.

Хорошая теория может предсказывать новые факты , а также находить новые связи между явлениями, и тогда теория становится правилом или законом.

Домашнее задание

1. Что такое наука?

2. Дайте определения понятиям: факт, гипотеза, теория.

3. Какие основные этапы научного исследования вы знаете?

4. В чем сущность сравнительно-описательных методов исследования?

5. Что такое эксперимент?

6. Опишите исторический метод изучения биологических объектов.

7. Как происходило становление методов биологии? Какие из них самые древние? Какие можно назвать новыми?

3. Биологическое образование в МФТИ ().

Список литературы

1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.

2. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.

3. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5-е изд., стереотип. - Дрофа, 2010. - 388 с.

4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.

Исторический метод - один из основных и общих для естественных наук метод, который позволяет проанализировать весь ход развития и становления изучаемого объекта. Метод наблюдения - дает возможность анализировать и описывать биологические явления. На методе наблюдения основывается описательный метод. Для того чтобы выяснить сущность явления, необходимо предварительно собрать фактический материал и описать его. Собирание и описание фактов было основным приемом исследователей в ранний период развития биологии, но в настоящее время не утратил своего значения. Этот метод широко распространен в ботанике, зоологии, экологии, этологии. Сравнительный метод - распространился с XVIII века и позволяет через сопоставление изучать сходство и различие организмов и их частей. На его принципах была основана систематика, создана клеточная теория и т. д. Применение сравнительного метода в анатомии, палеонтологии, эмбриологии и других науках способствовало утверждению эволюционных представлений в биологии. Экспериментальный метод - связан с целенаправленным созданием ситуации, которая помогает исследователю изучать свойства и явления живой природы. Этот метод позволяет исследовать явления изолированно и добиваться их повторяемости при воспроизведении тех же условий. Эксперимент обеспечивает более глубокое проникновение в сущность явления и овладение этим процессом. Блестящий экспериментатор И. П. Павлов говорил: «Наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что он хочет» . Выделяют эксперимент полевой (естественный) , который проводится в естественной среде и лабораторный (искусственный) , проводимый в лабораторных условиях. Метод моделирования - исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения моделей их функционирования. Образная модель может переходить в знаковую, т. е. математическую. В этом случае соотношения в модели выражены в математической форме и в дальнейшее экспериментирование сводится к определенным математическим расчетам. Преимущества эксперимента на модели заключаются в том, что при моделировании могут быть воспроизведены такие крайние положения, которые часто не могут быть созданы на самом объекте. На идее моделирования базируется любой метод, но следствием этого является упрощение рассматриваемого явления, объекта или процесса. и другие, которые являются более специфичными для различных биологических наук и будут рассмотрены при изучении основ этих дисциплин. Для чего необходимо изучать биологию? Каково значение биологии? В одной из своих лекций Томас Гексли писал: «Для человека, не знакомого с естественной историей, пребывание среди природы подобно посещению художественной галереи, где 90% всех увиденных произведений искусства повернуты лицом к стене. Познакомьте его с основами естественной истории - и вы снабдите его путеводителем к этим шедеврам, достойным быть обращенными к жаждущему знания и красоты человеческому взгляду» . Но, помимо познавательной и эстетической стороны, биологические знания имеют и практическое применение во многих сферах деятельности человека. Исследования и достижения биологической науки широко используются в пищевой промышленности, фармакологии, производстве товаров народного потребления. Важнейшей проблемой в сельском хозяйстве является получение высокоурожайных сортов растений и высокопродуктивных пород животных и штаммов микроорганизмов, а также разработка на основе биологических исследований оптимальных условий культивирования растений и содержания животных. Биология является теоретической основой таких наук как медицина, психология, социология, гигиена и других. Это особенно необходимо человеку как части природы.

Биология — это наука. Что отличает науку от других сфер человеческой деятельности? Подход к изучению явлений. Этот подход — научный метод.

Научный метод — совокупность основных способов получения новых знаний и методов решения задач в рамках любой науки.

Научный метод предполагает определенный системный подход:

1. Наблюдение фактов и их измерение , т.е. описание наблюдения — количественное и\ или качественное .
   
2. Анализ полученных результатов — систематизация, выявление главного и второстепенного.
3. Обобщение — формулирование гипотез и потом уже — теорий .

4. Прогноз: формулирование следствий из предложенной гипотезы или принятой теории с помощью дедукции, индукции или других логических методов.

5. Проверка прогнозируемых следствий с помощью эксперимента.

Обратите внимание на 5-ый пункт. Без него нельзя считать подход научным !

Важно понимать отличие между понятиями гипотеза и теория .

• Гипотеза -это утверждение, предположение, которое еще не доказано .

Когда гипотезу доказывают, она становится теорией , теоремой или фактом. Опровергнутая гипотеза переходит в разряд ложных утверждений . Гипотеза, которая еще не доказана, но и не опровергнута, называется открытой проблемой .

• Теория - система знаний, выстроенная на доказанной научным методом гипотезе.

Почему мы говорим о цитологии как о клеточной теории — потому что этому предшествовал огромный научный процесс наблюдения, сбор статистики — качественные и количественные данные; систематизация полученных результатов, были сформулированы гипотезы и прогнозы, которые затем были экспериментально проверены и подтверждены. Более того, на основе этой теории были сделаны следующие предположения, и они тоже были экспериментально подтверждены.

Методы изучения живых объектов

• Наблюдение (эмпирический метод познания) — описание того или иного биологического объекта или процесса;
• Сравнение — необходимо для того, чтобы найти закономерности — то, что является общим для разных явлений;
• Эксперимент — создаются условия, в точности соответствующие наблюдаемым , при этом выясняются свойства биологических объектов; фиксируются качественные и количественные характеристики.
• Исторический метод — информация, сведения,данные, уже полученные и доказанные в прошлом, раскрывают и объясняют законы развития живой природы в настоящем.

Считается идеальным, когда используются все эти методы в совокупности.

Биологический эксперимент

1. Качественный эксперимент т — самый простой вид биологического эксперимента — его цель —установить наличие или отсутствие предполагаемого в теории явления.
2. Измерительный эксперимент — выявление какой-то количественной характеристика объекта или процесса.

Наблюдение, описание и измерение биологических объектов

Наблюдение - это непосредственное, целенаправленное изучение предметов, опирающееся в основном на такие чувственные способности человека, как ощущение, восприятие, представление.

Эмпирическое описание - это фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах, данных в наблюдении.

По сути это «перевод» того, что было увидено или услышано на научный язык — понятия и определения, знаки, схемы, рисунки, графики и цифры (статистические данные).

В отличие от эксперимента, при эмпирическом методе познания нельзя вмешиваться в изучаемый процесс, нельзя влиять или изменять условия его протекания.

Для наблюдения используют так же различные технические — опосредованные средства.

Процесс естественно — научного познания существенно зависит от развития используемых наукой технических средств.

Трудно переоценить роль в биологии. Именно благодаря ему человек открыл для себя микроорганизмы. На сегодняшний момент существуют микроскопы, позволяющие исследовать живые организмы на внутриклеточном уровне.

Статистические измерения — измерения величин, не изменяющихся во времени.

Динамические измерения — измерения величин, меняющих свое значение во времени (давление, температура, плотность популяции и т.д.)

Довольно разнообразны, но все они базируются на научных методах познания, которые отличаются определенным подходом.

Знание этой информации помогает отделить действительные научные исследования от различных широкораспространенных околонаучных экспериментов.

Биологические науки

ПО СИСТЕМАТИЧЕСКИМ КАТЕГОРИЯМ:

• вирусология (царство вирусы);
• микробиология, бактериология (царство бактерии);
• ботаника (царство растения);
• микология (царство грибы);
• зоология (царство животные):

ПО УРОВНЯМ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ:

• молекулярная биология - на молекулярном уровне;
• цитология, цитогенетика - на клеточном уровне;
• морфология и физиология - на организменном уровне;
• экология, популяционная экология - на популяционно-видовом, биогеоценотическом и биосферном уровне.

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИЗУЧАЕМЫХ ПРОЦЕССОВ:

• генетика - наука о процессах наследственности и изменчивости;
• эмбриология - наука об эмбриональном развитии;
• теория эволюции - наука об эволюционном учении;
• этология - наука о поведении животных;
• общая биология - наука о закономерностях и процессах, общих для живой природы.

Агробиология	Прикладная наука, обобщающая знания из области биологии, имеющие отношение к выращиванию культурных растений (растениеводству) и разведению домашних животных (животноводству)
Альгология	Раздел ботаники, изучающей водоросли
Анатомия человека	Наука о строении, форме человеческого организма, его органов и образующих их тканей
Биогеоценология	Биологическая дисциплина, изучающая растительные и животные сообщества в их совокупности, т.е. биоценозы, их состав, развитие, распределение в пространстве и во времени, происхождение
Биометрия	Раздел статистики, с помощью методов которого производят обработку экспериментальных данных и наблюдений, а также планирование количественных экспериментов в биологических исследованиях
Биотехнология	Интеграция естественных и инженерных наук, позволяющая наиболее полно реализовать возможности живых организмов или их производные для создания и модификации продуктов или процессов различного назначения
Биофизика	Раздел физики и современной биологии, изучающий физические аспекты живого на всех уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом
Биохимия	Наука о химическом составе живых клеток. организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности
Ботаника	Система наук, изучающая растительный мир, его многообразие, строение, жизнедеятельность, распространение растений, связь со средой обитания, закономерности индивидуального и исторического развития
Бриология	Раздел биологии, изучающей мхи
Вирусология	Раздел биологии, изучающей вирусы
Генетика	Наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости организма
Гидробиология	Наука о жизни и биологических процессах в воде
Гистология	Раздел биологии, изучающей строение тканей живых организмов
Дендрология	Раздел ботаники, изучающей древесные растения (деревья, кустарники и кустарнички)
Зоология	Система наук, изучающих животный мир, его многообразие, строение, жизнедеятельность, распространение животных, связь со средой обитания, закономерности индивидуального и исторического развития
Ихтиология	Раздел зоологии, изучающий рыб
Микология	Наука о грибах
Микробиология	Наука, изучающая микроорганизмы (невидимые невооруженным глазом): бактерии, микроскопические грибы и водоросли
Молекулярная биология	комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции нерегулярных биополимеров (белков и НК)
Морфология	Наука, изучающая внешнее (форму, структуру, цвет) и внутреннее строение живого организма и составных частей
Орнитология	Раздел зоологии, изучающий птиц
Психофизиология	Междисциплинарная область на стыке психологии, физиологии и математики, изучающая объективно регистрируемые сдвиги физиологических функций, сопровождающих психические процессы восприятия, запоминания, мышления, эмоций
Социобиология	Междисциплинарная наука, сформировавшаяся на стыке нескольких научных дисциплин, объясняющая поведение живых существ набором определенных преимуществ, выработавшихся в ходе эволюции
Физиология человека	Наука о процессах жизнедеятельности (функциях) и механизмах их регулирования в клетках, тканях, органах, системах органов и целостном организме
Цитология	Наука о клетке, изучающая строение и функции клеток, их химический состав, развитие и взаимосвязи в многоклеточных организмах
Энтомология	Раздел биологии, изучающий насекомых
Этология	Полевая дисциплина зоологии, изучающая поведение животных в естественных условиях.