Как называется метод в биологии подтверждающий. Методы исследования в биологии. К частным биологическим методам исследования относятся методы

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.

Методы биологических исследований в биологии разделяют на эмпирические (от греч. эмпириа - опыт) - описательный, сравнительный, экспериментальный, исторический, и теоретические - статистический и моделирования. Описательный и сравнительный методы основаны на наблюдении.

Описательный метод биологических исследований

Описательный метод - древнейший, связанный с наблюдением и описанием объектов или явлений, определением их свойств.

Сравнительный метод биологических исследований

Сравнительный метод биологических исследований. Сравнение строения животной и растительной клеток

Сравнительный метод основан, чтобы сравнить полученные наблюдения, описания с другими.

В последнее время часто применяют мониторинг (от лат. mоnitor -предупреждающий, напоминающий). Это постоянное наблюдение за ходом определенных процессов в отдельных экосистемах, биосфере в целом или за состоянием конкретных биологических объектов. Осуществляют его на высших уровнях организации живой материи. Мониторинг позволяет прогнозировать и анализировать возможные изменения, их следствия. Например, изменения растительности в связи с кислотными дождями и т. п.

Экспериментальный метод биологических исследований

Экспериментальный метод биологических исследований

Экспериментальный (от лат. ехреrimentum - опыт, практика) метод состоит в изменении исследователем условий существования объекта опыта, его строения и наблюдение по результатам изменений. Эксперименты бывают полевые и лабораторные.

В естественных условиях проводят полевые эксперименты. Лабораторные эксперименты проводят в специально оборудованных лабораториях. В лабораторных условиях используют микроскопы, ядерно-магнитный резонанс, рентгенологический метод и т. п.

Исторический метод биологических исследований

Исторический метод биологических исследований

Исторический метод позволяет обнаружить закономерности возникновения и развития живых существ.

Моделирование и статистический метод невозможны без применения электронно-вычислительной техники.

Моделирование биологических исследований

Моделирование биологических исследований

Моделирование (от лат. modulus - устройство, образец) - метод, который позволяет работать не с самими объектами, а изучает представления о них или их модели. Моделирование позволяет изучать объекты и процессы, которые невозможно непосредственно наблюдать или воссоздать экспериментально. Разновидностью этого метода является математическое моделирование. Это численное выражение в виде уравнений четных связей. При изменениях числовых значений можно увидеть, как работает система при определенных условиях. Примером математической модели могут быть соотношения численности в системе «хищник-жертва».

Статистический метод биологических исследований

Статистический метод биологических исследований

Статистический (математический) метод применяется для обработки числовых данных, полученных с помощью других методов (эмпирических). Используют также для проверки степени достоверности полученных результатов.

Говоря о методах науки в широком смысле, имеют в виду не кон­кретные технологические приемы (методики), а методологические принципы , подходы к изучению объектов, явлений, их связей. В общем, мето­ды биологии те же, что и в других естественных науках.

Процесс научного познания принято разделять на две стадии: эмпирическую , связанную с получением конкретных научных фактов, и теоретическую , на которой эти факты объясняются. Однако это разделение не абсолютно, так как эмпирическая стадия, как правило, развивается на основе уже существующих теорий или гипотез, а на теоретической стадии обычно возникает необходимость в повторной эмпирической проверке выдвигаемых новых гипотез.

На эмпирической стадии познания используются следующие методы.

Описательный метод, или наблюдение, – изучение объектов живой природы в естественных условиях существования . Это – непосредственное наблюдение и описание поведения, расселения, размножения животных и растений в природе, визуальное или инструментальное определение характеристик организмов, их органов, клеток, химический анализ соста­ва и обмена веществ. Для этих целей в современной биологии применяют как традиционные средства полевых исследований, так и сложное лабораторное оборудование.

Экспериментальный метод, или опыт, предполагает исследование жи­вых объектов в строго контролируемых условиях среды – от нормальных до экстремальных. Например, изучается состояние организмов при изменениях температуры, освещенности, влажности, при повышенной нагрузке, действии токсинов (ядов) или радиации, в условиях измененного режима или места развития (пересадка генов, клеток, органов, интродукция животных и растений, космические полеты). В биомедицинских работах экспериментальный метод позволяет выявлять эффекты (действие, влияние) новых лекарственных средств, пищевых добавок, физических факторов и иных способов лечения на организм человека или лабораторных животных. Для биолога с помощью экспериментального метода выявляются скрытые свой­ства, потенции, пределы адаптивных (приспособительных) возмож­ностей живых систем, степень их гибкости, надежности, измен­чивости.

Сравнительный метод позволяет сопоставлять строение, ход развития, химический состав, структуру генов и другие при­знаки у организмов разного уровня сложности. Опираясь на сравнительный метод, можно выявлять эволюционные преобразования биологических видов и их сообществ . При этом исследуются не только ныне живущие организмы, но и давно вымершие, сохранившиеся в виде останков в палеонтологической летописи. Такой подход обозначают как исторический метод .

Любой из названных методов требует количественного учета и математического описания структур и явлений. Биология становится все более точной наукой, хотя выявляемые в ней закономерности но­сят обычно вероятностный характер и описываются методами ва­риа­цион­ной статистики . Это означает, что то или иное событие не строго детерминировано (предопределено), а ожидается с той или иной степенью вероятности. На основе выявляемых статистических закономер­ностей можно осуществлять математическое моделирование биологических структур и процессов, а также прогноз их развития . Например, можно построить модель состояния жизни в водоеме через определенное время при изменении одного, двух или более параметров (температуры, концентрации солей, наличия хищников, интенсивности промысла и др.). При этом в расчет надо взять и случайные изменения в развитии системы, так что прогноз, как и сами биологические процессы, будет иметь не абсолютный, а вероятностный характер.

Такие приемы стали возможны благодаря проникновению в биологию идей и принципов новых “синтетических” наук XX века: тектологии – науки о системной организации, кибернетики – науки об управлении и информации, синергетики – науки о самоорганизации открытых систем. Синтетический характер этих наук определяется тем, что их законы применимы к самым разным областям знания – от квантовой физики и космологии до биологии и социологии. Дополняя и развивая друг друга, эти науки породили системный метод , т.е. целостный, междисциплинарный подход к исследованию сложных, в том числе биологических, объектов . Принципы системной организации справедливы для всех биологических уровней – от макромолекул до биосферы Земли. Эти принципы мы обсудим более предметно в соответствующих главах нашего пособия.

Широкое развитие системно-синергетических идей в современной науке, в том числе и в биологии, означает постепенный переходот преимущественно эмпирических исследований к теоретическим обобщениям,от анализа к синтезу . Анализ (греч. analysis – разложение, расчленение) – это разложение целого на части, углубление в структуру и функции отдельных элементов системы: внутри клетки, внутри организма, внутри экологического сообщества. Синтез (греч. synthesis – соединение, сочетание) означает интегративный, объединительный подход, изучение целостных характеристик системы – клетки, организ­ма, биоценоза. Исследование обычно совершается сначала от общего к частному (анализ), а потом от частного к общему, но на новом уровне пони­мания этого общего (синтез). По определению французского просветителя и философа Д. Дидро (XVIII век), анализ – это метод познания истины (через наблюдение, опыт, сравнение), а синтез – метод усвоения истины. Какая лаконичность и точность определения!

С аналитическим подходом в биологии связаны открытия химической и микроструктурной организации живой клетки, выяснение видового разнообразия среди животных, растений, грибов и микроорганизмов, выявление генетической неоднородности организмов внутри видов и популяций, другие внутренние характеристики систем. Постепенно объем накопленных аналитических данных становился достаточным для перехода к их синтезу. Так возникли современная молекуляр­но-клеточная биология, общая (не медицинская) иммунология, нейрогуморальная физиология, синтетическая теория эволюции.

Таким образом, по мере накопления новых научных фактов и развития системного мышления, в той или иной области познания периодически создаются условия для перехода от эмпирической стадии познания к теоретической . Теории складываются не сразу, а в процессе длительных научных поисков. От полу­чения фактов , через их обобщение начинается выдвижение новых гипотез . Далее обычно следует их повторная эмпирическая проверка (новые наблюдения, эксперименты, сравнения, моделирования). Эмпи­рическая проверка ведет либо к опровержению гипотезы, либо к ее подтверждению с той или иной степенью вероятности. “Наука – это кладбище гипотез”, – резонно замечал Анри Пуанкаре (французский математик конца XIX – начала XX веков), имея в виду, что лишь высоко достоверные гипотезы становятся законами , из них слагаются теории . Но и эти законы, теории носят относительный характер, так как рано или поздно могут быть пересмотрены.

В настоящее время в естествознании решается сложная задача – создание целостной научной картины мира . На этом пути полезной будет тернарная (тройственная) методология познания сложных объектов и явлений, возрождающаяся в современной синергетике и философии. Это методология синтетического мышления, противопоставляемая мышлению бинарными (двойственными) оппозициями (см.: Баранцев, 2003).

Нам привычно мыслить и оценивать вещи двухмерно, по крайним или противоположным качествам (тезис – антитезис): белое – черное, хорошее – плохое, объективное – субъективное, вещество – поле, наследственность – изменчивость, экономика – политика и т.д. При этом обычно ссылаются на принцип “борьбы и единства противоположностей”, только единство из сути этих понятий, как правило, ускользает. Метод познания, основанный на дихотомии (раздвоении), на поиске парных понятий (диад) или бинарных оппозиций (противопоставлений), более пригоден для анализа , когда последовательное разделение сложного объекта на части шаг за шагом раскрывает его внутреннюю структуру. В то же время на этапе научного синтеза необходимо искать такую целостную характеристику изучаемого объекта или явления, которая была бы лишена противоречий бинарного подхода. Для устойчивости мышления и надежности определений, даваемых природным вещам и явлениям, нужна как минимум триада, или тернарная структура, - совокупность из трех элементов. Уже выдающийся немецкий философ Георг Гегель (1770–1831) называл три ступени диалектического развития и познания: тезис, антитезис и синтез . Первые две ступени – инструмент анализа. Третий элемент – синтез – необходим для преодоления бинарных противоречий “как мера их компромисса, как третейский судья, как условие существования” (Баранцев, 2003). В борьбе противоположностей нужно видеть их единство.

Это непростая задача – искать трехмерные определения, когда сплошь и рядом мы рассуждаем категориями двухмерности. Тем не менее далее мы покажем, как известные нам факторы развития организма – наследственность и внешняя среда – органично дополняются механизмами самоорганизации; как механизм гомеостаза, построенный на сочетании прямых положительных и обратных отрицательных связей, сочетается с гомеокинезом, что создает условия для устойчивого развития биологических систем.

Приведем еще один пример системной триады, характеризующей сам механизм целостного восприятия мира в психике человека. Привычно считать, что наше отражение внешнего мира осуществляется работой органов чувств и головного мозга, что есть люди вспыльчивые и уравновешенные, у первых преобладают эмоции, у вторых – разум. Однако психологическая практика, да и физиологическая теория показывают, что целостное (синтетическое) восприятие окружающего мира достигается при сочетании рационального (умственного), эмоционального (чувственного) и интуитивного способов отражения действительности. Или, в другой трактовке, высшая нервная деятельность человека основана на сознательном , подсознательном и надсознательном восприятии мира. Интуиция, или надсознание, не просто дополняет разумное и чувственное восприятие мира, но гармонизирует их и позволяет прийти к правильному решению в тех трудных случаях, когда ни размышления, ни эмоции не в состоянии постичь реальность. Природа интуиции, или надсознания, не имеет пока четкого научного определения, но вряд ли кто-то возразит, что хотя бы единожды он не воспользовался подсказкой “свыше”. Также в классической триаде человеческого существа “тело – душа – дух” мы все еще затрудняемся найти биологические эквиваленты душе и тем более духу, но (опять же интуитивно) сознаем, что они должны быть. Наша задача – искать эти эквиваленты. В этом и высший долг, и прелесть, и огорчения науки – всегда быть в движении на пути к истине, понимая, что полная истина не познаваема.

Процесс научного познания принято разделять на две стадии: эмпирическую и теоретическую.

На эмпирической стадии используются следующие методы.

Описательный и сравнительный методы , в их основе лежит наблюдение. Наблюдение - изучение объектов живой природы в естественных условиях. Это - непосредственное наблюдение (в буквальном смысле) за поведением, расселением, размножением животных и растений в природе, визуальное или инструментальное определение характеристик организмов, их клеток, органов и тканей. Для этих целей в современной биологии применяют как традиционные средства полевых исследований - от бинокля до глубоководных аппаратов, так и сложное лабораторное оборудование - микроскопы, спектрофотометры, ультрацентрифуги и т.д.

Экспериментальный метод основан на исследовании живых объектов при экстремальном воздействии факторов среды - измененной температуры, освещенности или влажности, повышенной нагрузки, токсичности или радиоактивности, изменении места развития (удаление или пересадка генов, клеток, органов, космические полеты и т.п.). Экспериментальный метод позволяет выявить скрытые свойства, пределы приспособительных возможностей живых систем, степень их гибкости, надежности, изменчивости.

Исторический метод выявляет историю развития биологических объектов, их происхождение. Сопоставляют анатомическое строение, химический состав, структуру генов и другие признаки у организмов разного уровня сложности. При этом исследуются не только ныне живущие организмы, но и давно вымершие, сохранившиеся в виде окаменелых остатков.

Относительно новый метод - моделирование биологических процессов, как на уровне организмов, клеток или биомолекул, так и математическое моделирование. Например, можно построить модель и прогноз состояния жизни в водоеме через энное время при изменении одного, двух или более параметров (температуры, концентрации солей, наличия хищников и др.).

Системный метод (подход) также является новым. Живые объекты рассматриваются как системы , то есть совокупности элементов с определенными взаимосвязями. Каждый объект рассматривается одновременно и как система, и как элемент системы более высокого порядка.

На теоретической стадии познания используются следующие методы: обобщение накопленных фактов , выдвижение новых гипотез , их повторная эмпирическая проверка (новые наблюдения, эксперименты, сравнение, моделирование). Подтвержденные гипотезы становятся законами , из них складываются теории . Понятно, что и законы, и теории носят относительный характер и рано или поздно могут быть пересмотрены.

3. Основные концепции биологии

Концепция - это взаимосвязанная группа понятий, гипотез, теорий, объясняющих какое-нибудь фундаментальное явление или свойство природы. Основные биологические концепции объясняют феномен и свойства жизни .

1. Концепция системной многоуровневой организации жизни : все живые объекты являются системами разного уровня сложности, они образуют непрерывную иерархию уровней структурно-функциональной организации.

2. Концепция материальной сущности жизни : жизнь материальна, ее физико-химическую основу составляет обмен веществ и энергии. В философском смысле это означает первичность материи и вторичность сознания (материализм).

Материя – совокупность вещества и поля. Вещество обладает массой покоя, а поле – нет. Живая материя представляет особо сложное вещество и сложное многофакторное поле. Именно уровень сложности делает материю живой, хотя внутри нее действуют простые физические и химические законы .

3. Концепция биологической информации и самовоспроизведения жизни : живые организмы воспроизводятся на основе собственной (генетической) информации при взаимодействии с внешней (эпигенетической) информацией. Результатом этого взаимодействия является индивидуальное развитие организмов (онтогенез).

4. Концепция саморегуляции живых систем : живые системы поддерживают относительное постоянство своих внутренних связей и условий функционирования (гомеостаз) на основе сочетания прямых положительных и обратных отрицательных связей.

5. Концепция самоорганизации и биологической эволюции : живой мир возник в результате самоорганизации из неживых химических систем и претерпевает необратимое историческое развитие (филогенез) на основе наследственной изменчивости и естественного отбора организмов, наиболее приспособленных к меняющимся условиям среды.

>> Методы исследования в биологии

1. Чем наука отличается от религии и искусства?
2. Какова основная цель науки?
3. Какие методы исследования, применяемые в биологии , вы знаете?

Наука как сфера человеческой деятельности.

Наука - одна из сфер человеческой деятельности, цель которой - изучение и познание окружающего мира. Для научного познания необходим выбор определенных объектов исследования, проблем и методов их изучения.