Для чего нужны методы изучения биологии

Биология

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ

Для познания живой природы учёному очень важно правильно выбрать путь исследования, или метод (от греч. методов — способ познания), которым он будет пользоваться. Различают практические и теоретические методы. К практическим методам относят наблюдение и эксперимент (опыт). Теоретические методы связаны с объяснением результатов, полученных в ходе наблюдения или опытным путём. Они приводят к установлению различных закономерностей и взаимосвязей, а в конечном итоге — законов природы. Знание этих законов позволяет человеку понимать процессы, происходящие в живой природе, предвидеть их и использовать в практических целях.

Измерение

Измерение. Большинство научных экспериментов и наблюдений включает в себя проведение разнообразных измерений. Измерение — это определение количественных значений тех или иных признаков изучаемого объекта или явления с помощью специальных технических устройств. Самым простым измерительным инструментом является линейка. С её помощью измеряют длину, ширину и высоту предметов. Для измерения массы тел используют весы, для измерения температуры — термометры. Хорошо знаком вам прибор для измерения времени — часы. Для проведения сложных измерений конструируют специальные приборы.

Наблюдение

Наблюдение. Одним из самых первых методов, которыми стал пользоваться ещё первобытный человек, было наблюдение. Знания, полученные при наблюдении за окружающей природой, люди передавали из поколения в поколение в виде преданий, примет, записей. Этот метод и сегодня остаётся важным методом научного познания. Например, можно наблюдать за поведением животных в природе.

Так как наблюдение даёт возможность получить ответ на поставленный вопрос, оно должно быть целенаправленным, то есть меть определённую цель. Для того чтобы достигнуть поставленной ели, необходимо разработать план наблюдения, то есть порядок действий. Получаемые в ходе наблюдения ответы на поставленные тросы необходимо как можно подробнее записывать в специальный дневник наблюдения. При этом ничего от себя добавлять нельзя. Для получения достоверных результатов необходимо провести повторные наблюдения в тех же условиях.

Эксперимен

(от лат. экспериментум — проба, опыт) — более южный, чем наблюдение, практический метод. С его помощью можно подтвердить или опровергнуть какое-либо предположение. От наблюдения эксперимент отличается активным воздействием на изучаемый объект.

Например, можно опытным путём установить, как влияет полив на рост растения. Для этого берут три группы одинаковых растений (одного вида, сорта, возраста, размера) и помещают их в одинаковые условия (освещённость, температура воздуха и т. п.).

Две группы растений используют для исследования (экспериментальные группы), третью — для сравнения (контрольная группа). Растения экспериментальных групп начинают по-разному поливать: одни часто, а другие редко. Контрольная группа растений получает обычный полив.

В течение всего эксперимента наблюдают за ростом и развитием растений всех групп. При этом измеряют высоту, площадь листьев и т. п. Все показатели подробно записывают. Сравнивая полученные данные, делают вывод о том, что недостаток влаги при поливе неблагоприятно сказывается на росте и развитии растений. Чем больше растений в исследуемой группе, тем точнее выводы.

Если при соблюдении одних и тех же условий результаты нескольких опытов совпадают, то говорят о достоверности полученных данных.

Источник

Для чего нужны методы изучения биологии

«Биология отрицает законы математики: при делении происходит умножение» Валерий Красовский

Методы биологии

Метод ис­сле­до­ва­ния — это спо­соб на­уч­но­го по­зна­ния дей­стви­тель­но­сти

Общенаучные методы

Наблюдение

Визуально или с помощью приборов следят за
различными объектами для достижения
поставленной цели

Изучают
сезонные изменения в природе, в жизни
растений и животных, поведение
животных

Описание

Устная или письменная характеристика
объекта по результатам наблюдений, получение и накопление информации об
объектах, процессах

Палеонтолог описывает кости скелета вымершего животного

Измерение

Определение количественных значений тех или иных признаков изучаемого объекта или явления с помощью специальных технических устройств

Измерение температуры тела человека, линейкой замеряют рост растения за определенный период времени

Сравнение

Сопоставление и нахождение
сходств и различий между
объектами (организмами,
процессами и др.)

Если сравнивать шерсть бурого и белого медведя, то можно прийти к выводу, что по своим свойствам они много в чем схожи друг с другом (густота, длина, ощущения при прикосновении к ней и т. д.), однако различаются в окраске.

Используется в систематике для распределения
организмов по группам, для
установления родства и общего
происхождения

Классификация

Распределение объектов по соподчинённым группам в соответствии с определёнными признаками

Кошка на основе строения, физиологии, происхождения относится к классу Млекопитающие

Мониторинг

Проведение регулярных измерений
каких-то величин объектов (процессов
организмов, популяций, экосистем,
биосферы). Позволяет выявлять изменения каких-
либо параметров, показателей во
времени

Благодаря мониторингу
своевременно можно выявить и принять
меры по предупреждению негативных
изменений в природе, в популяциях

Анализ

Изучение объекта (процесса) по отдельным
составляющим компонентам. Мысленное разделение изучаемого объекта, выяснение, из каких частей он состоит, каковы его свойства и признаки

С помощью анализа можно исследовать органеллы внутри клетки, клетку внутри организма, организм внутри биоценоза

Синтез

Процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в целое или набор.

Обобщая знания о строении млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и рыб, можно сделать обобщенный вывод о строении позвоночных. Благодаря синтезу можно изучить целостные характеристики биологических систем (клетки, организма, биоценоза).

Эксперимент

В специальных условиях (управляемых и
контролируемых) проводится опыт.
Обязательно есть опытная группа,
есть контрольная группа. Используется для получения новых научных знаний,
закономерностей, для подтверждения
или опровержения выдвигаемой
гипотезы

Эксперимент, доказывающий образование крахмала при фотосинтезе. Выращивание клеток при разных температурах, выявляя оптимум, при котором рост максимально быстрый

Моделирование

Создаются копии прототипа (объектов, процессов) для их изучения. Изучение объектов на моделях позволяет визуализировать невидимые объекты, изучать и прогнозировать изменения, позволяет отрабатывать умения и навыки, оно менее затратное.

Карта – модель ландшафта

Статистический

Проводится сбор и анализ числовых показателей для дальнейшей обработки. Позволяет получать информацию о динамике изменения показателей, позволяет прогнозировать изменения и своевременно принимать определенные меры.

Выявление частоты встречаемости определенных генов в популяции

Обобщение

Метод, с помощью которого ученые выявляют из частного общее, формулируют теории, законы.

Формулировка правил, законов на основе сравнения результатов экспериментов

Абстрагирование

Позволяет не учитывать ряд существенных для конкретного исследования свойств и признаков биологических объектов, однако помогает выделить те свойства и признаки, которые важны

В исследованиях основных направлений эволюционного процесса главное внимание уделяется усложнению строения органов и систем органов, которое обеспечивает приспособление организмов к условиям существования

Метод микроскопия (микроскопирование)

Источник

Методы исследования в биологии

Человек начал познавать окружающий мир с появлением у него отвлечённого мышления. А с развитием цивилизации люди начали изучать окружающую природу ради собственного интереса. Так зародилось научное познание, науки и биологическая наука в частности. Этот урок о становлении методов изучения биологии.

Человек начал познавать окружающий мир с появлением у него отвлечённого мышления. В процессе трудовой деятельности люди приобрели способность обобщать свойства предметов и явлений, не заостряя внимания на их особенностях. Например, двое учеников свободно могут разговаривать о реке Днепр, которая протекает, может быть, за десятки и сотни километров от беседующих. Они её не видят, не слышат плеска волн. Но каждый из собеседников на основе обобщения знаком с понятием «река». Каждый связывает со словом «Днепр» понятие об одной из крупных рек Европы. Поэтому они понимают друг друга, хотя на Днепре никогда не были. Такое понимание и отличает нас с вами от животных. Последние могут устанавливать простейшие связи между предметами, изготавливать простейшие орудия труда… Но они не имеют понятий, не способны уяснить причин явлений и вытекающих из них последствий.
От умения первобытных людей приспособиться к среде обитания зависела, непосредственно, их жизнь.

С развитием цивилизации человек начал изучать окружающую природу ради собственного интереса. Так и зародилась наука — одна из сфер человеческой деятельности, цель которой — изучение и познание окружающего мира. Цель познания — знания. Они нужны для ориентации человека в окружающем мире, объяснения и предвидения событий, планирования и реализации деятельности. Для удовлетворения собственного интереса, в конце концов. Вместе с тем познание совсем не обязательно может быть научным. Оно может быть обыденным, художественным, мифологическим или религиозным.

Но, возвращаясь к теме нашего урока, — мы с вами ведём разговор о биологии. Биология — это наука. Соответственно, предмет нашего рассмотрения — научное познание. В чём его отличие от ненаучного? Наверное, у каждого есть свой ответ на этот вопрос. Давайте попробуем обобщить и конкретно сформулировать саму суть. Будьте внимательны. Научное познание — это процесс получения объективного… истинного… знания, направленного на отражение закономерностей действительности.

В научном познании выбирают определённые объекты исследования, проблемы и методы их изучения. Конечно, каждая наука имеет свои методы исследования. Однако, независимо от выбранного метода, для каждого учёного важнейшим всегда остаётся принцип «нельзя ничего принимать на веру». Потому как главной задачей науки является построение системы достоверного знания, основанного на фактах и обобщениях, которые, в свою очередь, можно подтвердить или опровергнуть. Научные знания всегда могут быть взяты под сомнение и принимаются только при достаточных или даже избыточных доказательствах. Такие знания переходят в ранг научных фактов (от греческого factum — сделанное) — фактов, которые можно воспроизвести и подтвердить.

Как любой человек в своей жизни не может обходиться без воздуха, так любой учёный в своих исследованиях не может обходиться без научных фактов. Для их получения применяются научные методы (греческое слово methodos — путь исследования) — совокупность тех приёмов и операций, которые используются при построении системы научных знаний.
История любой науки и биологии в частности — это история разработки и применения новых методов исследования. В биологической науке основными методами исследования в разное время являлись и являются описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.

Описательный метод в методологии современного познания занимает первичные позиции. Он широко применялся ещё учёными древности… Которым ничего не оставалось, кроме как собирать фактический материал и описывать его.
В основе описательного метода лежит наблюдение — первоисточник всех научных данных. И немудрено. Наблюдение опирается на чувственные способности человека (ощущение, восприятие, представление). Однако, именно по этой причине многие учёные расценивают этот тип исследования как весьма ненадёжный. Да и результаты описательных исследований невозможно повторить и повторно проанализировать.
Вплоть до XVIII столетия естествоиспытатели занимались описанием растений и животных, а также пытались систематизировать накопленный описательный материал. Однако, этот метод не утратил своей актуальности и сегодня. Например, зоологи открывают новые виды животных, специалисты в области гистологии наблюдают с помощью микроскопа зафиксированные и окрашенные срезы тканей, а молекулярные биологи фиксируют изменение концентрации фермента в пробирке.

Научное наблюдение, в отличие от обыденного — не простое, но целенаправленное изучение природных объектов или явлений. Оно ведётся исключительно для решения поставленной задачи, и при этом внимание наблюдателя не должно рассеиваться. Если мы, например, изучаем сезонные миграции белого аиста, то будем отмечать время его появления в местах гнездования, и ничего более. То есть выделять определённую часть из действительности и включать её в изучаемую систему.
В наблюдении важны точность, аккуратность, активность исследователя. А также его непредвзятость, знания, опыт и правильный выбор технических средств.

Собранный при помощи описательного метода фактический материал может и должен быть подвергнут сравнению. Сравнительный метод, благодаря которому выявляются сходства и различия между организмами и их частями, биологи стали применять с XVII-го века. Так появились данные, необходимые для классификации растений и животных. А в XIX веке применение сравнительного метода привело к разработке клеточной теории Шванна/Шлейдена и обоснования теории Дарвина. Которая, в свою очередь, вызвала перестройку целого ряда биологических наук.
Методы сравнительного подхода приводят к тому, что могут быть пересмотрены уже сложившиеся взгляды на те или иные явления и факты. При сравнении также могут быть открыты особенности, которые специфичны для конкретного объекта или явления, однако ранее не были известны исследователям. Таким образом, сравнение способствует более глубокому изучению и познанию объектов и явлений, а также поиску их отличительных особенностей и различий на разных уровнях исследования.

Сравнительный метод широко применяется в различных биологических дисциплинах и в наше время. Но использование только описательного и сравнительного методов в биологии привело бы к тому, что она так бы и осталась в рамках констатирующей науки. А мы с вами никогда бы не увидели реальных кибернетических организмов — киборгов.

Идём дальше. Сравнительный метод, который мы разобрали, впоследствии перерастает в исторический. Почему? Человек отличается от животных, кроме всего прочего, тем, что может накапливать, сохранять и анализировать информацию, которая досталась ему от предыдущих поколений. То есть передавать свои знания. Сопоставление с ранее полученными знаниями помогает осмыслить новые полученные факты. Исторический метод начал применяться во второй половине XIX века во многом благодаря работам Чарлза Дарвина. Человек, перевернувший в 1859 году всё естествознание того времени, научно обосновал закономерности появления и развития организмов. Раскрыл механизм становления их структур и функций во времени и пространстве. С тех пор исторический метод превратил биологию из науки описательной в науку, которая объясняет то, как появились и функционируют многообразные живые системы.

И напоследок — самое интересное.

Кто из вас в детстве, а может, и прямо сейчас не проводил экспериментов? Какие из них больше всего нравились? Может быть, такой?

Или что-нибудь посложнее?

Говоря научным языком, эксперимент представляет собой воссоздание выделенного аспекта действительности в специально создаваемых и контролируемых условиях, что обеспечивает критерий воспроизводимости, то есть позволяет восстановить ход явления при повторении условий.

Полный цикл эксперимента состоит из нескольких стадий: чётко сформулированной цели исследования и плана (постановка эксперимента), конкретных приёмов и средств технического воплощения и контроля (проведение эксперимента) и обработки результатов.

В биологии применение экспериментального метода связывают с именем Уильяма Гарвея. В 1628 году этот английский основоположник физиологии впервые сформулировал свою теорию кровообращения, которая основывалась на собственных экспериментальных доказательствах. Измерив величину систолического объёма, частоту сокращений сердца и общее количество крови в теле овцы, Гарвей доказал, что за 2 минуты вся кровь должна пройти через сердце, а в течение 30 минут через него проходит количество крови, равное весу животного. Отсюда следовало, что, вопреки бесспорным на то время утверждениям Галена о поступлении к сердцу всё новых и новых порций крови от вырабатывающих её органов, кровь возвращается к сердцу по замкнутому циклу. Замкнутость же цикла обеспечивают мельчайшие трубочки — капилляры, соединяющие артерии и вены.

Однако широко применяться в биологии эксперимент начал лишь в XIX веке. Классическим образцом методологии экспериментальной науки стала работа Грегора Менделя по изучению наследственности и изменчивости организмов. Как Гарвей предсказал наличие в организме животных капилляров, которых никто не видел и не мог увидеть в то время, так и Мендель благодаря свои экспериментам с горохом предсказал наличие генов у всех живых организмов. Эпохальное событие в биологии.

С XX века экспериментальный метод становится ведущим в биологической науке. Это было обусловлено появлением новых приборов для исследований. Например, таких сложных, как электронный микроскоп, созданный в 1932 году, томограф, сконструированный в 1969-м. Кроме того, в биологии начали активно применяться методы физики и химии. Это и различные виды микроскопии, а также биохимические методы, метод меченых атомов, самые разнообразные способы культивирования и прижизненного наблюдения культур клеток, тканей, органов, рентгеноструктурный анализ, хроматография, ультрацентрифугирование и другие. Не спешите пугаться сложных названий, через несколько уроков вы их освоите.
Так вот, ко второй половине XX века в биологии развивается целое направление, которое предусматривает разработку методов исследования и создание новейших приборов.

В последнее время в биологических исследованиях всё больше применяют моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов и явлений. Моделирование является как бы высшей формой биологического эксперимента. Объектом моделирования может стать любая биологическая система. От мельчайшей, например, молекула ДНК — хромосома — ядро клетки — сама клетка… до огромной — вся биосфера. Такая глобальная информация о поведении живой природы на Земле используется, например, в случае глобальных техногенных или климатических изменений.

Экспериментальный метод коренным образом преобразил биологию. Он смог многократно расширить её познавательные возможности и открыл новые пути для использования биологических знаний во всех сферах деятельности человека.

И в заключение несколько слов об этапах проведения научного исследования. Как мы уже сказали, первоисточником всех научных данных является наблюдение. После обобщения фактов выдвигаются гипотезы, которые могут объяснить наблюдение. Далее эти данные перепроверяются в ходе новых наблюдений и экспериментов. За этим этапом обязательно следует контрольный опыт. Условия контрольного опыта, в свою очередь, обязательно должны отличаться одним фактором. После анализа результатов эксперимента научные данные переходят в ранг научных фактов, а проверенная гипотеза становится теорией или законом. Это говорит о её универсальности, неоспоримости и достоверности. Однако даже верная теория по мере накопления новых фактов может пересматриваться и уточняться. Например, теория эволюции.

Источник

Базовые методы исследования

На сегодняшний день биология представляет собой отдельную изучаемую науку, но до ХХ века она подходила под понятие «пакет наук». Ее тесно связывают с биохимией, биофизикой, космической и молекулярной биологией, экологией (в данный момент она представляет отдельную науку).

Существует теоретическое разделение биологии на следующие области:

Соответственно все исследовательские методы подразделяются в зависимости от области изучения.

Универсальные пути исследований

Суть любого научного исследования — это использование методов познавательного характера, методологии и экспериментов в общей совокупности. Такие пути изучения предмета позволяют описать, классифицировать, объяснить и частично предположить дальнейший путь развития любого микроорганизма. Классификация методов биологических исследований в таблице:

Этапы эмпирической стадии

Описываемые в таблице основные методы изучения биологии составляют эмпирическую стадию познания этой естественной науки. Данная стадия состоит из нескольких обязательных шагов. Их соблюдают в определенной последовательности, но перед этим необходимо поставить цель, сформулировать задачу, выдвинуть гипотезу. А далее ученый приступает к сбору доказательств:

Эмпирическое исследование использует все доступные современной науке методы, именно это делает его максимально информативным.

Теоретическая стадия

В сравнении с основными (универсальными) путями проведения исследования, теоретический подход, так же как и кибернетический, является более современным. Все биологические объекты становятся частью системы со своей иерархией. С учетом того, что все конструкции многоступенчатые, каждая ее часть может рассматриваться и как система, и как элемент более высокого порядка. Такой принцип справедлив для всех уровней — от макромолекул до земной биосферы.

В противоположность эмпирической стадии теоретический уровень предполагает использование вторжение в природу объекта, раскрытия его внутренней текстуры, устройства становления, источников возникновения, описание функционирования.

Статистический путь исследования биологии

Метод основан на использовании полученного материала (моделирования, различных экспериментов, наблюдений), его обработке, всестороннем анализе, выявлении закономерности и окончательном изложении в виде статистического заключения. Это общее определение статистического пути исследования.

Необходимость в данном исследовании возникла как естественный переход от описательного метода, предоставляющего первоначальные данные наблюдений, к его окончательному анализу и выводам. Именно математическая статистика позволяет систематизировать данные и извлечь максимально возможную полезную информацию из всех остальных базовых методов. Исследование проходит в 3 этапа:

Статистический анализ — это заключительный, наиболее важный этап исследования. Он выявляет особенности и причины данного явления, сравнивает его с другими, принятыми за основу (в результате исторического метода), формулирует выводы, предположения, гипотезы и прогнозы, проводит статистическую проверку по всем указанным данным. Анализ является завершающей стадией статистического (математического) метода.

Метод моделирования

Создание моделей дает техническую возможность для изучения и измерения процессов, явлений и объектов, которые невозможно познать в естественных условиях. Моделирование частично заменяет эксперимент. Но у него есть и несколько дополнительных положительных преимуществ:

В настоящее время моделирование как метод, применяемый в биологии, выполняет самостоятельные задачи и относится к обособленной ступени в ходе создания теории или учения.

Помимо неоспоримых достоинств, у теоретических методов исследования присутствует один, но неоспоримый недостаток: они не могут оказывать воздействие на наблюдаемые процессы, объекты или явления. Они только помогают их обнаружению и выявлению скрытых закономерностей.

Частные исследовательские методы

Как наука, биология формировалась в результате исследований и экспериментов в других областях: физике, математике, химии, т. е. естественных наук. Поэтому некоторые методы применимые для исследований в биологии пришли из смежных, пограничных отраслей: биофизика, биохимия, вирусология, экология.

Любой метод — это, прежде всего, путь для достижения цели, установления истины. И эмпирические, и теоретические способы в полной мере отвечают этим требованиям. Но в некоторых случаях возникает потребность в получения дополнительных, современных, более достоверных данных. В таком случае средством для достижения целей служит применение специальных конкретных исследований. К частным методам исследования в биологии относятся:

Все перечисленные биологические методы имеют тесную связь друг с другом, между ними невозможно провести четкую границу. Они применимы либо последовательно друг за другом, либо одновременно в сочетании. Только так можно получить четкую картину изучаемого явления или процесса.

Многолетняя история развития науки позволила накопить невероятно большой практический, эмпирический и теоретический опыт, разработано множество методик, например, подготовки препаратов (фиксация объектов химикатами — спирт, формалин, хлороформ и проч.), окрашивание эозином, йодом, гематоксилином и проч.

Созданные для исследований приборы уже сами по себе являются результатом научного прогресса. Они позволяют производить изучение биохимических, молекулярных, электромагнитных и других процессов в живых клетках, тканях, органах и т. д.

Перед учеными всех времен регулярно ставятся все новые и новые задачи, которые требуют решения. Для этого им приходится изучать полученные данные, собирать материалы, выдвигать гипотезы, проводить анализы. Все это в совокупности и носит название «научное исследование». И именно такие исследования позволяют в итоге создавать целостную биологическую картину мира.

Источник