Структура биологического знания кратко

Обновлено: 08.07.2024

Биология – это наука о живых существах, их строении, функциях, происхождении, эволюции, формах активности, природных сообществах живых организмов, их распространении, связях друг с другом и с неживой природой. Биология рассматривает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях и свойствах: обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, развитие и т.д.

По объектам исследования биология подразделяется на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию.

По свойствам, проявлениям живого в биологии выделяются:

- морфология – наука о строении живых организмов;

- физиология – наука о функционировании организмов;

- молекулярная биология, изучающая микроструктуру живых тканей и клеток;

- экология, рассматривающая образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой;

- генетика, исследующая законы наследственности и изменчивости.

По уровню организации исследуемых живых объектов выделяются:

- анатомия, изучающая макроскопическое строение животных и человека;

- гистология, изучающая строение тканей;

- цитология, исследующая строение живых клеток.

Эта многоплановость комплекса биологических наук обусловлена чрезвычайным многообразием живого мира. К настоящему времени биологами обнаружено и описано более 1 млн видов животных, около полумиллиона растений, несколько сот тысяч грибов, более 3 тысяч видов бактерий. Число неописанных видов оценивается по меньшей мере в

В развитии биологии выделяют три основных этапа:

3. Молекулярной биологии и генетики – первые работы в этом направлении выполнены Г. Менделем, установившим законы наследственности и элементарную единицу наследственности – ген.

Каждый из этапов связан с изменением представлений о мире живого, со сменой основ биологического мышления, со сменой биологических парадигм. Благодаря развитию современной биологии микромира, познанию молекулярных структур живого стали отчетливо просматриваться единство природы, органического и неорганического мира, специфика живого.

ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ЖИВОГО

Вопрос о происхождении и сущности жизни, специфике живого вещества является ключевым для многих естественно-научных дисциплин, для формирования научной картины мира. Сторонники механицизма и его более поздней разновидности – редукционизма не признавали качественную специфику живых организмов, считая, что жизненные процессы можно представить как результат действия физических и химических процессов. Этой точки зрения придерживался ряд видных ученых и в ХХ веке.

Н.Бор в 30-е годы ХХ века предсказывал, что исследование жизни на атомном уровне приведет к парадоксу, аналогичному тому, который возник при исследованиях спектров атомов и который был разрешен только с помощью новой квантовой механики. Н.Бор рассматривал проблему связи биологии и физики на основе принципа дополнительности, считая, что собственно биологические законы дополнительны законам, которым подчиняются тела неорганического мира. Нельзя одновременно определять физико-химические свойства организма и явления жизни – анализ свойств одного исключает подробный анализ другого.

1. Термодинамические основы жизни. Организм – открытая высокоорганизованная упорядоченная система, находящаяся в неравновесном состоянии благодаря потоку энтропии во внешнюю среду, способная поддерживать упорядоченность за счет саморегуляции и самовоспроизведения.

2. Молекулярные основы жизни. Ген должен быть молекулой с апериодической структурой. Поставлен вопрос о структуре вещества наследственности и о причинах его устойчивого воспроизводства в ряду поколений.

3. Квантово-механические закономерности. Соответствие биологических процессов законам квантовой механики, что отчетливо проявляется в радиобиологических явлениях.

В настоящее время большинство ученых убеждено, что жизнь представляет собой особую форму существования материального мира. Современная биология в вопросе о сущности жизни часто идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. Только совокупность данных свойств дает представление о специфике живого.

К числу свойств живого относят следующие:

- Метаболизм. Наиболее важным свойством всех живых организмов является обмен веществ, или метаболизм, представляющий собой совокупность биохимических реакций, обеспечивающих жизнь. Живые организмы получают вещество, энергию и информацию из окружающей среды, используя их на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию. Процессы обмена веществ делят на анаболизм, или ассимиляцию, и катаболизм, или диссимиляцию. При анаболизме идет синтез сложных веществ из простых, сопровождающийся накоплением энергии. Катаболизм – это расщепление сложных веществ, сопровождающееся освобождением энергии. Эти две стороны обмена связаны неразрывно и протекают одновременно и непрерывно.

Каждый живой организм и каждая клетка представляют собой открытую термодинамическую систему, которая непрерывно превращает содержащуюся в органических веществах потенциальную (химическую) энергию в энергию всех рабочих процессов организма. В конечном счете, вся энергия уходит из организма в окружающую среду и рассеивается в ней. Баланс энтропии в открытой системе определяется процессами как внутри нее, так и процессами обмена с окружающей средой. Обмен веществ в живых организмах с точки зрения термодинамики необходим для того, чтобы воспрепятствовать увеличению энтропии, обусловленному внутренними необратимыми процессами в организме.

Существуют два вида питания организмов: автотрофное и гетеротрофное. Автотрофное питание означает синтез всех необходимых органических веществ из неорганических. Этим видом питания обладают растения и прокариоты. Зеленые растения синтезируют органические вещества с использованием энергии Солнца путем реакции фотосинтеза. В результате фотосинтеза создается основная масса органического вещества и поддерживается газовый состав атмосферы. Гетеротрофное питание означает получение органических веществ в готовом виде, оно характерно для животных, грибов и многих бактерий.

Обмен веществ может происходить без участия кислорода – анаэробный обмен. У большинства организмов питательные вещества расщепляются и высвобождают энергию в процессе клеточного кислородного дыхания – аэробный обмен. При нем высвобождается гораздо больше энергии.

- Сложная структура. Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах. Живые организмы не только изменяются, но и усложняются. У растения или животного появляются новые ветви или органы, отличающиеся по своему химическому составу от породивших их структур.

- Раздражимость. Живые организмы активно реагируют на физические или химические факторы и их изменения в окружающей среде. Способность реагировать на внешние раздражения – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.

- Размножение и рост. Все живое размножается и растет. Способность к самовоспроизведению – самая поразительная способность живых организмов. Потомство и похоже, и чем-то отличается от своих родителей. В этом проявляется действие механизма наследственности.

- Адаптация. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. Адаптация помогает выжить организмам в постоянно меняющихся условиях внешней среды. Организм отвечает на изменения либо относительно быстро благодаря раздражимости, либо более длительно – путем возникновения мутаций и появления новых признаков, которые будут сохранены естественным отбором.

- Передача информации. Живые организмы способны передавать потомству заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах – единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько видоизменяется, искажается. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них.

- Гомеостаз.Гомеостазом называется относительное динамическое постоянство состава и свойств организма, устойчивость его основных физиологических функций. Живые организмы, обитающие в непрерывно изменяющихся внешних условиях, поддерживают постоянство своего химического состава и интенсивность течения всех физиологических процессов с помощью механизмов саморегуляции. Важную роль в реализации гомеостаза играют петли обратной связи, возникающие в живом веществе и определяющие его реакции на внешние возмущения, нарушающие его стабильность. Гомеостаз – фундаментальный принцип для всего живого.

- Движение. Оно более заметно у животных, чем у растений.

Из совокупности указанных признаков вытекает следующее обобщенное определение сущности живого: жизнь есть форма существования сложных открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты. Один из главных критериев жизни – способность живых организмов сохранять и передавать информацию.

Современная теоретическая биология основные свойства живого формулирует в виде пяти аксиом:

1. Все живые организмы характеризуются единством фенотипа (совокупностью всех признаков и свойств) и программой его построения – генотипа (совокупностью всех генов), передающегося по наследству из поколения в поколение (аксиома А.Вейсмана).

2. Генетическая программа образуется матричным путем, т.е. для строительства гена будущего поколения используется ген предшествующего поколения (аксиома Н.К.Кольцова).

3. При передаче генетические программы изменяются случайно и ненаправленно, также случайно они могут оказаться удачными в данной среде (1-я аксиома Ч.Дарвина).

4. Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н.В.Тимофеева-Ресовского).

5. Многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды (2-я аксиома Ч.Дарвина).

СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ЖИВОГО

Структурный, или системный анализ обнаруживает, что мир живого чрезвычайно многообразен, имеет сложную структуру. На основе разных критериев могут быть выделены различные уровни, или подсистемы живого мира. Наиболее распространенным является выделение на основе критерия масштабности следующих уровней организации живого.

Биогеоценозный уровень.Биогеоценоз (экосистема) – сложная динамическая система, представляющая собой совокупность биотических и абиотических элементов, связанных между собой обменом веществ, энергии и информации. Биогеоценозы – это участки Земли с определенными природно-климатическими условиями (геоценозы) и связанные с ними биоценозы, представляющие единый природный взаимообусловленный комплекс с динамичными обратными связями. Биогеоценоз представляет собой устойчивую систему, которая может существовать на протяжении длительного времени в состоянии динамического равновесия. Нарушение динамического равновесия между элементами биогеоценоза приводит к экологической катастрофе.

В биогеоценозе выделяют следующие подсистемы:

1) продуценты – первичные системы, непосредственно перерабатывающие неживую материю (водоросли, микроорганизмы, растения);

2) консументы первого порядка – вторичный уровень, на котором вещество и энергия получаются за счет использования продуцентов (травоядные животные);

3) консументы второго порядка (хищники и т.д.);

4) сапрофиты и сапрофаги (падальщики), питающиеся мертвыми животными;

5) редуценты – группа бактерий и грибов, разлагающих остатки органической материи.

Через эти уровни в биогеоценозе происходит круговорот веществ. Рациональное использование природы невозможно без знания структуры и законов функционирования биогеоценозов или экосистем.

Биоценозный уровень. Биоценоз – совокупность всех организмов, населяющих участок среды с однородными условиями жизни; совокупность популяций, сообщество микроорганизмов, животных и растений, обитающих на определенной территории. Обычно биоценозы состоят из нескольких популяций.

Популяционно-видовойуровень – это надорганизменный уровень, основной единицей которого является популяция. Популяция – совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию, относительно изолированных от других групп этого же вида, свободно скрещивающихся между собой, воспроизводящая себя на протяжении длительного времени и обладающая общим генетическим фондом. Видом называется совокупность особей, сходных по строению и физиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Вид существует только через популяции. Популяции выступают в качестве элементарных единиц эволюции, изменения их генофонда ведут к образованию новых видов. Изучение популяционно-видового уровня важно для определения факторов, влияющих на численность популяций, для исследования путей исторического развития живого, его эволюции.

Онтогенетический (организменный и органотканевый) уровень отражает признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ. Основной единицей жизни на онтогенетическом уровне выступает отдельная особь, а элементарным явлением – онтогенез (процесс индивидуального развития организма от рождения через последовательные морфологические, физиологические и биохимические изменения до смерти, процесс реализации наследственной информации). Биогенетический закон, сформулированный Э.Геккелем, утверждает, что онтогенез в краткой форме повторяет филогенез, т.е. отдельный организм в своем индивидуальном развитии в сокращенной форме проходит все стадии развития своего вида. Биологическая особь может быть как одноклеточным, так и многоклеточным организмом.

Все многоклеточные организмы состоят из органов и тканей. Ткани – это группа физиологически объединенных клеток и межклеточных веществ для выполнения определенных функций. Ткани могут образовываться как из одинаковых, так и из разных клеток.

Органы – это относительно крупные функциональные единицы, которые объединяют различные ткани в те или иные физиологические комплексы. Органы входят в состав более крупных единиц – систем организма. Выделяют нервную, пищеварительную, сердечно-сосудистую, дыхательную и другие системы.

Клеточный уровень. На клеточном уровне организации основной структурной единицей всех живых организмов является клетка, представляющая собой наименьшую самостоятельную единицу строения, функционирования и развития живого организма, элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Клеточный уровень отражает процессы специализации клеток, а также различные внутриклеточные включения.

Молекулярно-генетический уровеньсоставляет предмет молекулярной биологии, одной из важнейших проблем которой является изучение механизмов передачи генной информации, наследственности, изменчивости, исследование эволюционных процессов, развитие генной инженерии и биотехнологии. Это уровень функционирования биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) и других важных органических соединений, лежащих в основе процессов жизнедеятельности организмов. На этом уровне элементарной структурной единицей является ген.

Разделение живой материи на уровни весьма условно.

Современная биологическая наука прошла длительный путь развития. Интерес к изучению живого возник у человека давно. В первую очередь это связано с естественными жизненно-важными потребностями человека, а именно. Потребностями в пище, жилье, лекарствах и т.д. Однако тщательное изучение живых организмов началось только в первых цивилизованных обществах. Тогда, в процессе изучения живых организмов, люди стали классифицировать животных и растения, существовавших в разных регионах, изучать их свойства и условия жизни, составлять перечни и т.д. Одним из первых биологов древности является Аристотель.

История развитии биологии как науки

Считается, что начало современной биологии было положено в Древнем Египте и Древней Греции. Первые попытки как-то осмыслить, систематизировать явления жизни были осуществлены древнегреческими, а затем древнеримскими врачами и натурфилософами. Особенно следует выделить вклад в развитие биологической науки Гиппократа, Галена и Аристотеля.

В эпоху Средневековья необходимость в накоплении биологических знаний была связана с медициной. Изучение растений было напрямую связано с их лекарственными свойствами. Так как вскрытие человеческих тел было строго запрещено, анатомия в то время была на самом деле анатомией животных, в частности, обезьяны и свиньи.

Несмотря на то, что Аристотель являлся для церкви философским авторитетом, ряд его произведений запрещались или игнорировались.

Эпоха Возрождения примечательна тем, что в этот период большую популярность получили сочинения античных и средневековых натуралистов. Знания о мире растений и животных обогатились в результате географических открытий. Также при университетах в это время создавались ботанические сады и зверинцы, что тоже способствовало накоплению биологических знаний.

Готовые работы на аналогичную тему

Первые труды в области ботаники в основном являлись комментариями к сочинениям античных ученых, а именно Теофраста, Плиния Старшего, Диоскорида. Позже появились травники – перечни лекарственных растений, в которых содержались краткие сведения о них и их изображения.

В эпоху Возрождения было разрешено анатомическое исследование человека, в результате чего были выявлены факты несоответствия реальных наблюдений тем, которые содержались в книгах, основанных на авторитете Галена. Исследования анатомов привели к одному из величайших открытий в науке (речь идет об исследовании кровообращения в учении У. Гарвея).

Создание микроскопа открыло новые возможности для изучения живых существ. Так было открыто клеточное и волокнистое строение растений, обнаружен мир микроскопических существ, открыты эритроциты и сперматозоиды и т.д.

Современная наука характеризуется развитием новых биологический направлений. В ХХ веке бурное развитие получили такие направления, как цитология, генетика, биохимия, эмбриология, микробиология, вирусология, паразитология и т.д.

Началом для развития генетики послужила мутационная теория Х. де Фриза, менделизм стал отправным пунктом для развития этого направления в биологии. Были выявлены понятия гена, генотипа, фенотипа, также обоснована хромосомная теория наследственности.

Таким образом, в развитии биологической науки выделяются три этапа:

этап систематики
эволюционный этап
этап биологии микромира

Структура биологии

Структура биологической науки многопланова. По объектам исследования выделяются:

зоология
ботаника
-анатомия
микробиология
гидробиология и т.д.

В каждом из перечисленных направлений содержатся более узкие области исследования.

По исследуемым свойствам и проявлениям живого выделяются следующие дисциплины:

экология
физиология животных и физиология растений
генетика
этология
эволюционное учение.

Одновременно происходит слияние разных отраслей биологии и образуются новые направления, такие как цитогенетика, эмбриофизиология и т.д.

Классификация биологических дисциплин по методам исследования выглядит следующим образом:

По изучению живого на разных уровнях организации выделяются:

молекулярная биология
цитология и гистология
популяционно-видовая биология

Такая многоплановость структуры биологии определяется многообразием форм живого мира.

Методы исследования биологии

Как любая наука, биология тоже имеет свои методы исследования.

Метод научного исследования – это совокупность приемов и инструментов, используемых при построении системы научного знания. Главным принципом научного метода является принцип скептицизма, который означает отказ от слепого доверия авторитету. То есть любое предположение необходимо проверить. Основными методами биологии являются следующие.

Описательный метод. Этот метод широко применялся в древности, и не потерял актуальность и в современной науке. Данный метод широко используется при открытии новых видов или изучении явлений пи помощи современных инструментов.

Сравнительный метод позволяет определить сходства и различия между организмами и систематизировать растения и животные

Исторический метод – позволяет осмыслить новые факты и сопоставить их с ранее полученными знаниями. Именно применение этого метода позволило из описательной науки превратится в объясняющую.

Экспериментальный метод. Этот метод позволяет изучить многие явления при помощи эксперимента. В современной науке широко используются различные виды микроскопии, хроматография, метод меченых атомов и т.д. также в исследованиях широко применяется моделирование, которое является высшей формой эксперимента.

Кроме основных методов изучения в биологии могут применяться и другие. Применение совокупности этих методов коренным образом изменило биологию, расширив ее познавательные возможности.

Биология – составная часть естествознания; совокупность наук о живой природе, многообразия существовавших живых организмов, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология изучает закономерности живого во всех его проявлениях (обмен веществ, воспроизводство, наследственность, изменчивость, приспособляемость и др.).

В своем развитии биология прошла длительный и трудный путь, включающий в себя три наиболее крупных этапа, принципиально различающихся между собой своей главной идеей: период систематики ,период биологии микромира и эволюционный период. Они не имеют четких временных границ и резких переходов. Более того, поскольку биологя еще не вышла на уровень теоретических обобщений и не имеет собственной научной картины мира, она существует в виде натуралистической, физико-химической и эволюционной биологии.

Период систематики. Натуралистическая биология. Биология развивалась как описательная наука о многообразных формах, видах и взаимосвязях животного мира. Главной ее задачей было изучение природы в естественном состоянии. Для этого явления природы наблюдались, описывались и систематизировались. Началом научного подхода послужила постоянно растущая совокупность практических знаний, получаемых человеком в процессе его взаимодействия с окружающим миром, которую необходимо было структурировать.

Систематизация и классификация биологии были предложена шведским ученым К. Линнеем. Он точно определил соотношение между различными систематическими группами, четко их выделив и показав их иерархическую соподчиненность.

Натуралистическая биология не утратила своего значения до сих пор. По-прежнему продолжается изучение флоры и фауны нашей планеты, открываются и описываются новые виды. Несмотря на то что современная биология смогла осуществить анализ и классификацию огромного числа животных и растительных организмов, она тем не менее не смогла сделать полное описание всего природного мира.

Период микромира. Физико-химическая биология. При всех плюсах натуралистической биологии с ее целостным подходом к изучению природы, биология все же нуждалась в понимании механизмов, явлений и процессов, происходящих на разных уровнях жизни и живых организмов. Поэтому от традиционной описательной биологии ученые были вынуждены перейти к изучению анатомии и физиологии растений и животных, процессов жизнедеятельности организмов в целом, и их отдельных органов, а затем к изучению жизни на клеточном и молекулярно-генетическом уровнях.

Биология в Новое время все шире использовала методы других естественных наук. Так в науку проникла мысль, что все явления жизни подчиняются законам физики и физики и могут быть объяснены с их помощью. Первое время это был лишь методологический подход, но с 19 века можно было говорить о рождении физико-химической биологии, изучавшей жизнь на молекулярном и надмолекулярном уровнях. Большую роль в утверждении нового образа биологии сыграли ученые 19 века, использовавшие методы физики и химии в своих исследованиях. В 20 в. Появилась молекулярная генетика, что вывело биологию на новый уровень анализа жизни и еще теснее сблизило ее с физикой и химией. Удалось понять генетическую роль нуклеиновых кислот, были открыты молекулярные механизмы генетической репродукции и биосинтеза белка, а также молекулярно-генетические механизмы изменчивости, изучен обмен веществ на молекулярном уровне.

С точки зрения химии живые организмы представляют собой открытые системы, постоянно обменивающиеся веществом и энергией с окружающей средой. При этом вместе с пищей они получают огромное количество органических и минеральных веществ, которые участвуют в биохимических реакциях организма, а затем в виде продуктов распада выводятся в окружающую среду. Гормональная регуляция, происходящая в организме, также представляет собой систему химических реакций.

Объединение биологии с химии дало начало новой науке – биохимии, которая анализирует изменения биомолекул внутри живого организма. Биохимикам удалось выяснить, как переносится энергия в клетке, расшифровать механизмы метаболизма, установить роль внутриклеточных структур, выяснить структуру и функции белков и нуклеиновых кислот.

Поскольку современная химия основывается на физике, ученые стремятся объяснить биологические явления и процессы на основе физических закономерностей. В результате в 1950 г на стыке биохимии, биологии и физики родилась новая наука – биофизика. Биофизики, рассматривая какое-то биологическое явление, расчленяют его на несколько более элементарных, доступных для понимания и исследуют их физические свойства. Им удалось объяснить механизмы мышечного сокращения, проведения нервного импульса, тайны фотосинтеза и многое другое.

Эволюционный период. Эволюционная биология. Идея развития живой природы проникла в биологию в 19 веке.
Подлинная революция в биологии связана с появлением в 1859 г теории эволюции Ч.Р.Дарвина, построенной на трех постулатах: изменчивости, наследственности и естественном отборе. Изменчивость – способность организмов приобретать новые свойства и признаки и изменять их по разным причинам. Наследственность – способность живых организмов передавать свои свойства и признаки следующим поколениям. Естественный отбор – результат борьбы за существование, выживание и успешное размножение наиболее приспособленных организмов.

Современная теория эволюции появилась в конце 1920-х гг. Она представляла собой синтез генетики и дарвинизма. С этого времени стало возможным говорить об эволюционной биологии как о платформе, на которой происходит синтез разнородного биологического знания. Сегодня эволюционная биология – результат объединения двух потоков знания: эволюционного учения и знаний, полученных другими биологическими науками о процессах и механизмах эволюции. На протяжении 20 в содержание эволюционной биологии постоянно расширялось. Она дополнялась данными генетики, молекулярной биологии, палентоологии и других наук.

Уровни организации органического мира – дискретные состояния биологических систем, характеризующиеся соподчиненностью, взаимосвязанностью, специфическими закономерностями.

Структурные уровни организации жизни чрезвычайно многообразны, но основными являются молекулярный, клеточный, онтогенетический, популяционно-видовой, бигиоценотический и биосферный.

Молекулярно-генетический уровень жизни. Важнейшими задачами биологии на этом этапе является изучение механизмов передачи генной информации, наследственности и изменчивости.

Существует несколько механизмов изменчивости на молекулярном уровне. Важнейшим из них является механизм мутации генов – непосредственное преобразование самих генов под воздействием внешних факторов. Факторами, вызывающими мутацию, являются: радиация, токсические химические соединения, вирусы.

Еще один механизм изменчивости – рекомбинация генов. Такой процесс имеет место при половом размножении у высших организмов. При этом не происходит изменения общего объема генетической информации.

Еще один механизм изменчивости был открыт лишь в 1950 –е гг. Это – неклассическая рекомбинация генов, при котором происходит общее увеличение объема генетической информации за счет включения в геном клетки новых генетических элементов. Чаще всего эти элементы привносятся в клетку вирусами.

Клеточный уровень. Сегодня наукой достоверно установлено, что наименьшей самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живого организма является клетка, которая представляет собой элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Цитология – наука, изучающая живую клетку, ее строение, функционирование как элементарной живой системы, исследует функции отдельных клеточных компонентов, процесс воспроизводства клеток, приспособление к условиям среды и др. Также цитология исследует особенности специализированных клеток, становление их особых функций и развитие специфических клеточных структур. Таким образом, современная цитология была названа физиологией клетки.

Значительным продвижением в изучении клеток произошло в начале 19 века, было открыто и описано клеточное ядро. На основании этих исследований и была создана клеточная теория, ставшая величайшим событием в биологии 19 в. Именно эта теория послужила фундаментом для развития эмбриологии, физиологии, теории эволюции.

Важнейшая часть всех клеток – ядро, которое хранит и воспроизводит генетическую информацию, регулирует процессы обмена веществ в клетке.

Все клетки делятся на две группы:

Прокариоты – клетки, лишенные ядра
Эукариоты – клетки содержащие ядра

Изучая живую клетку, ученые обратили внимание на существование двух основных типов ее питания, что позволило все организмы разделить на два типа:

Автотрофные – сами производят необходимые им питательные вещества
Гетеротрофные – не могут обходиться без органической пищи.

Позднее были уточнены такие важные факторы, как способность организмов синтезировать необходимые вещества (витамины, гормоны), обеспечивать себя энергией, зависимость от экологической среды и др. Таким образом, сложный и дифференцированный характер связей свидетельствует о необходимости системного подхода к изучению жизни и на онтогенетическом уровне.

Онтогенетический уровень. Многоклеточные организмы. Этот уровень возник в результате формирования живых организмов. Основной единицей жизни выступает отдельная особь, а элементарным явлением – онтогенез. Изучением функционирования и развития многоклеточных живых организмов занимается физиология. Эта наука рассматривает механизмы действия различных функций живого организма, их связь между собой, регуляцию и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития особи. По сути дела это и есть процесс онтогенеза – развитие организма от рождения до смерти. При этом происходит рост, перемещение отдельных структур, дифференциация и усложнение организма.

Все многоклеточные организмы состоят из органов и тканей. Ткани – это группа физически объединенных клеток и межклеточных веществ для выполнения определенных функций. Их изучение является предметом гистологии.

Органы – это относительно крупные функциональные единицы, которые объединяют различные ткани в те или иные физиологические комплексы. В свою очередь органы входят в состав более крупных единиц – систем организма. Среди них выделяют нервную, пищеварительную, сердечнососудистую, дыхательную и другие системы. Внутренние органы есть только у животных.

Популяционно-биоценотический уровень. Это надорганизменный уровень жизни, основной единицей которого является популяция. В отличии от популяции видом называется совокупность особей, сходных по строению и физиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Вид существует только через популяции, представляющие генетически открытые системы. Изучением популяций занимается популяционная биология.

Термин "популяция" был введен одним из основоположником генетики В. Иогансеном, который назвал так генетически неоднородную совокупность организмов. Позднее популяция стала считаться целостной системой, непрерывно взаимодействующей с окружающей средой. Именно популяции являются теми реальными системами, через которые существуют виды живых организмов.

Популяции – генетически открытые системы, так как изоляция популяций не абсолютна и периодически не бывает возможным обмен генетической информацией. Именно популяции выступают в качестве элементарных единиц эволюции, изменения их генофонда ведут к появлению новых видов.

Популяции, способны к самостоятельному существованию и трансформации, объединяются в совокупности следующего надорганизменного уровня – биоценозы. Биоценоз – совокупность популяций, проживающих на определенной территории.

Биоценоз представляет собой закрытую для чужих популяций систему, для составляющих его популяций – это открытая система.

Биогеоцетонический уровень. Биогеоценоз – устойчивая система, которая может существовать на протяжении длительного времени. Равновесие в живой системе динамично, т.е. представляет собой постоянное движение вокруг определенной точки устойчивости. Для ее стабильного функционирования необходимо наличие обратных связей между ее управляющей и исполняющей подсистемами. Такой способ поддержания динамического равновесия между различными элементами биогеоценоза, вызвано массовым размножением одних видов и сокращением или исчезновением других, приводящее к изменению качества окружающей среды, называют экологической катастрофой.

Биогеоценоз – это целостная саморегулирующаяся система, в которой выделяется несколько типов подсистем. Первичные системы – продуценты, непосредственно перерабатывающие неживую материю; консументы – вторичный уровень, на котором вещество и энергия получаются за счет использования продуцентов; затем идут консументы второго порядка. Также существуют падальщики и редуценты.

Через эти уровни в биогеоценозе проходит круговорот веществ: жизнь участвует в использовании, переработки и восстановлении различных структур. В биогеоценозе – однонаправленный энергетический поток. Это делает его незамкнутой системой, непрерывно связанной с соседними биогеоценозами.

Саморегуляция биогеоценлзов протекает тем успешнее, чем разнообразнее количество составляющих его элементов. От многообразия его компонентов зависит и устойчивость биогеоценозов. Выпадение одного или нескольких компонентов может привести к необратимому нарушению равновесия и гибели его как целостной системы.

Биосферный уровень. Это наивысший уровень организации жизни, охватывающий все явления жизни на нашей планете. Биосфера – это живое вещество планеты и преобразованная им окружающая среда. Биологический обмен веществ – это фактор, который объединяет все другие уровни организации жизни в одну биосферу. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. Таким образом, биосфера является единой экологической системой. Изучение функционирования этой системы, ее строения и функций – важнейшая задача биологии на этом уровне жизни. Занимаются изучением этих проблем экология, биоценология и биогеохимия.

Разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем выдающегося российского ученого В.И. Вернадского. Именно ему удалось доказать связь органического мира нашей планеты, выступающего в виде единого нераздельного целого, с геологическими процессами на Земле. Вернадский открыл и изучил биогеохимические функции живого вещества.

Благодаря биогенной миграции атомов живое вещество выполняет свои геохимические функции. Современная наука выделяет пять геохимических функций, которые выполняет живое вещество.

В лекции изложена методика формирования биологических знаний у учащихся с интеллектуальной недостаточностью.

Методика формирования биологических знаний у учащихся с интеллектуальной недостаточностью

Вопросы:

Структура биологических знаний.

Типология биологических понятий.

Методические условия формирования биологических понятий у учащихся с интеллектуальной недостаточностью.

Способы формирования биологических понятий у учащихся с интеллектуальной недостаточностью понятий.

Последовательность, методы и приемы формирования биологических понятий у учащихся с интеллектуальной недостаточностью.

Познавательные возможности учащихся с интеллектуальной недостаточностью в усвоении биологических понятий.

Проведение работы по развитию биологических понятий у учащихся с интеллектуальной недостаточностью

1. Структура биологических знаний

Знания считаются ведущим компонентом содержания школьной биологии. Они подразделяются на эмпирические и теоретические. Отражение первыми из них внешних особенностей природных объектов и явлений. Эмпирические знания: факты, представления. Формирование на их основе теоретических знаний. Отображение последними сущности природных объектов и явлений, внутренних связей и отношений. Теоретические знания: понятия, причинно-следственные связи, законы и закономерности, теории. Понятия – важнейшая составляющая часть теоретических знания.

2. Типология биологических понятий

Понятия – основная дидактическая единица знаний школьной биологии. Их классификация по различным признаком: содержанию, составу, в скольких курсах биологии формируются. Важнейший признак, являющийся основанием деления биологических понятий на группы – их содержание, то есть основы наук, входящее в учебную программу. Среди них выделяются: морфологические – понятия о внешнем строении органов или их систем (лист растения состоит из листовой пластинки с жилками и черешка); цитологические – понятия о клеточном строении живых организмов; гистологические – понятия о растительных и животных тканях; анатомические – понятия о внутреннем строении органов или их систем: (сердце млекопитающих имеет две половины: правую и левую, разделенные перегородкой); физиологические – понятия о функциях, выполняемых органами или их системами: образование крахмала в листьях на свету, дыхание и питание растений; систематические – понятия о подразделении живых объектов на группы: беспозвоночные (моллюски, паукообразные), позвоночные (рыбы, птицы); экологические – понятия об изменении в строении органов объектов в зависимости от мест произрастания (обитания): способы опыления растений, распространение плодов и семян.

В эту группу входят и прикладные понятия: агротехнические – способы внесения удобрений, посев семян, посадка и выращивания культурных растений; зоотехнические – содержание домашних животных и уход за ними, выращивание поросят; медицинские – оказание первой доврачебной помощи пострадавшим при переломе костей, повреждении суставов и мышц; санитарно-гигиенические – соблюдение санитарно-гигиенических норм и правил, личной гигиены.

Методические условия формирования биологических понятий у учащихся с интеллектуальной недостаточностью

1. Правильная организация мыслительной деятельности учащихся, которая может протекать как индуктивным способом, так и дедуктивным. Выбор определяется степенью сложности понятия, наличием у школьников запаса опорных представлений, их познавательными возможностями, оснащённостью наглядными средствами и др. Более того, индуктивный и дедуктивный способы переплетаются между собой, поэтому формирование понятий протекает сложнее, сочетая оба способа, но при доминирующем положении одного из них. Так, в процессе формирования понятий по всем группам позвоночных животных доминирующим является дедуктивный способ.

Нам представляется, что не стоит исключать и индуктивный способ формирования понятий по тем группам животных, по которым учащиеся не располагают нужным запасом представлений. Поэтому сперва, опираясь на наглядность, прежде всего образную, школьники целенаправленно рассматривают отдельных представителей изучаемой группы животных (к примеру, моллюсков). Затем ученики, анализируя и сравнивая разные виды моллюсков, с помощью учителя выделяют существенные признаки, которые являются общими для них.

2. Активизация познавательной деятельности учащихся на всех этапах формирования понятий. Содействовать этому будут проблемные ситуации, совместный анализ которых позволит подвести школьников к тому, что имеющегося у них запаса знаний недостаточно для объяснения выявленных фактов или решения поставленной познавательной задачи.

3. Точное определение содержания формируемого понятия. Это условие направлено на выяснение учителем тех существенных признаков понятия, которые могут быть усвоены учащимися соответствующего возраста, опираясь на их предшествующую подготовку и познавательные возможности. При определении содержания понятия существенные признаки подбираются с таким расчетом, чтобы каждый из них был необходим, а вместе взятые признаки позволили бы ученикам отличить один природный объект от другого.

4. Обоснованный отбор объектов, с опорой на которые формируется то или иное понятие. Эти объекты выбираются учителем так, чтобы на их основе можно было с наибольшей наглядностью отразить существенные признаки понятия и полнее показать многообразие его проявления в различных объектах, определяющих содержание понятия.

5. Разнообразие наглядных средств, подобранных согласно степени сложности и раскрытия формируемого понятия, уровнем подготовленности школьников, их познавательными и возрастными особенностями. Так, для правильного обобщения надо, чтобы у учащихся имелась возможность сравнить не менее 2–3 натуральных объектов, а в худшем случае, их иллюстративных заменителей, выясняя при этом под непосредственным руководством учителя сходство и различие между ними. К тому же приём сравнения закладывает определённые предпосылки для выделения не только общих признаков родственной группы объектов (их обобщения), но и того, как варьируются объекты, входящие в состав данного понятия.

6. Продуманная система заданий разной сложности, сориентированная на формирование у учащихся умений оперировать усвоенными понятийными знаниями при решении поставленных познавательных задач.

Способы формирования биологических понятий у учащихся с интеллектуальной недостаточностью понятий

Применение индуктивного и дедуктивного способов. Последовательность формирования понятия индуктивным способом: а) наблюдение объектов, б) их сравнение, выделение существенных признаков, в) обобщение признаков, г) определение понятия, д) применение понятий.

Очередность формирования общих понятия дедуктивным способом: а) определение понятия, б) организация работы по усвоению его признаков, в) закрепление признаков, г) установление связи с другими понятиями, д) упражнения в различении понятий. Сочетание обоих способов формирования понятий в школьной практике, однако при ведущем положении одного из них.

Последовательность, методы и приемы формирования биологических понятий у учащихся с интеллектуальной недостаточностью

Процесс формирования понятий включает ряд тесно взаимосвязанных между собой этапов, при выделении которых следует учитывать содержание и степень раскрытия понятия, способы его формирования, доминирование тех или иных приемов учебной работы и умственной деятельности школьников. Методически грамотно построенный процесс формирования понятий предполагает совместную и целенаправленную деятельность учителя и учащихся, состоящий из нескольких этапов.

Второй этап – организация наблюдений учеников, направленных на выяснение внешнего строения изучаемого объекта в определенной последовательности. Во-первых, рассматривание учащимися, применительно к данному случаю сухих семян различных цветковых растений. Проведение совместной работы по определению их формы, величины, окраски. Подведение школьников к обобщающему выводу: семена разных растений имеют разную форму, величину и окраску.

Третий этап – объяснение учителем внутреннего строения изучаемого объекта (семени фасоли) с опорой на соответствующую печатную таблицу, а еще лучше – на мультимедийную анимацию. При этом следует придерживаться определенной последовательности в выделении частей зародыша: две семядоли, зародышевые корешок и стебелек, почечка с листочками. Проводится работа и по выяснению их взаимного расположения: внизу – зародышевый корешок, над ним – зародышевый стебелёк, вверху – почечка с листочками.

Четвёртый этап – организация лабораторной работы анализирующего содержания (сочетается практический и мысленный анализ), содействующей конкретизации знаний учащихся о внутреннем строении изучаемого объекта. Раздаточным материалом служат набухшие семена фасоли, имеющие крупные зародыши и хорошо видимые их отдельные части. Целесообразным является фронтальное выполнение школьники лабораторной работы по алгоритмическому предписанию учителя, которые сопровождаются показом в определенной последовательности частей зародыша на вскрытом семени фасоли: две семядоли, зародышевые корешок и стебелек, почечка с листочками.

Учащимся предлагается снять кожуру с набухшего семени фасоли. Устанавливается, как она снимается, и почему легко (в отличие от сухого семени). Выясняется, какая часть семени фасоли находится под кожурой. Школьники разделяют зародыш на части. Здесь же уточняется, сколько таких частей у зародыша семени фасоли и как они называются. Поясняется, что растения, зародыш семени которых состоит из двух семядолей, называются двудольными. Поэтому фасоль относится к двудольным растениям. Внимание учащихся обращается на размеры семядолей: крупные и толстые. Объясняется, что в них находится запас питательных веществ, который расходуются зародышем при прорастании растения.

Школьники рассматривают зародыш семени фасоли в лупу. Они находят (показывают) зародышевый корешок (стебелёк и почечку с листочками). В случае необходимости ученикам оказывается помощь в выделении и перечислении частей зародыша в таком же порядке. Завершается лабораторная работа обобщающей беседой, вопросы которой направлены на выяснении частей как семени фасоли (кожура и зародыш), так и его зародыша (две семядоли, зародышевые корешок, стебелек и почечка с листочками).

Шестой этап – выполнение учащимися под руководством учителя различных практических действий по уточнению и усвоению существенных признаков, определяющих содержание формируемых понятий, наиболее продуктивным из которых являются:

зарисовки природных объектов, прежде всего по памяти (в нашем случае вскрытого семени фасоли и зародыша), сопровождающиеся обязательным надписыванием названий их частей;

упражнения с натуральным и иллюстративным материалом: распознавание, различение, показ и называние природных объектов, их группировка и классификация;

задания тетради на печатной основе, прежде всего иллюстративного содержания, направленные на установление соответствия изображений природных объектов или их частей с названиями.

Познавательные возможности учащихся с интеллектуальной недостаточностью в усвоении биологических понятий

Проводя работу по формированию у учащихся с интеллектуальной недостаточностью тех или иных понятий, учителю надо предусмотреть их оптимальный научный уровень. Он зависит не только от сложности понятий, но и от познавательных возможностей школьников данной категории. Многолетние наблюдения показывают, что ученики в состоянии овладевать понятиями на первом уровне глубины их усвоения, которым предполагается: во-первых, выделение учащимися с опорой на наглядность, в первую очередь образную, существенных признаков, которые являются общими для группы однородных объектов; в частности, для семян такими признаками считаются кожура и зародыш; во-вторых, разграничение школьниками существенных и несущественных признаков природных объектов, относящихся к одной и той же группе; к примеру, для семян второстепенными (варьируюшимися) признакам являются различная величина, форма и окраска; в-третьих, распознавание учениками объектов по внешним признакам; в частности, семян разных растений в природном окружении, в коллекциях, на иллюстрациях, слайдах, таблицах, рисунках и др.

Проведение работы по развитию биологических понятий у учащихся с интеллектуальной недостаточностью

Читайте также: