Реферат на тему методы изучения биологии

Обновлено: 05.07.2024

Научный метод — это совокупность способов и действий, используемых для получения новых знаний и их обобщения.

Методы, универсальные для всех биологических наук: описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.

1. Описательный метод. В его основе лежит наблюдение. Этот метод использовали учёные древности, которые занимались сбором и изучением разных живых организмов; он применяется и в настоящее время (например, когда находят новый вид).

Можно просто наблюдать, например, за развитием растений. Можно для наблюдения за живыми организмами использовать специальные приборы (как при ежемесячном взвешивании и измерении роста грудного ребёнка). Наблюдать можно за сезонными изменениями в природе, за линькой животных и т. д. Выводы, сделанные наблюдателем, проверяются либо повторными наблюдениями, либо экспериментально.

2. Сравнительный метод стали применять в \(XVII\) в. Этот метод дал возможность систематизировать живые организмы на основе сравнения их внешнего и внутреннего строения. В современной науке сравнительный метод также находит широкое применение.

3. Исторический метод — это установление закономерностей возникновения и развития биологических процессов и явлений. В биологии этот метод начали использовать во второй половине \(XIX\) века. Исторический метод дал учёным-биологам возможность не только заниматься описанием биологических явлений, но и позволил объяснять происхождение и развитие живых систем.

4. Экспериментальный метод — это получение новых знаний (изучение явления) с помощью поставленного опыта (эксперимента).

Эксперимент — метод, при осуществлении которого исследователь создаёт определённые условия и определяет, какое влияние они оказывают на живые организмы.

Первым эксперимент применил Уильям Гарвей (\(1578\)–\(1657\) гг.) в работах по изучению кровообращения, а широко использовать этот метод биологи начали при изучении процессов жизнедеятельности в \(XIX\) веке. Грегор Мендель первым применил эксперимент для подтверждения гипотезы, построенной на основании полученных данных о наследовании некоторых признаков у растений.

В \(XX\) в. появились приборы для исследования биологических объектов (электронный микроскоп, компьютерный томограф и др.), и экспериментальный метод стал ведущим при изучении живых объектов.

Моделирование, т. е. метод исследования, основанный на создании и изучении моделей, также находит применение в современной биологии. С помощью компьютерного моделирования изучаются механизмы и направление эволюции, закономерности развития экосистем и биосферы.

Биология состоит из большого числа частных наук, занимающихся изучением разных объектов: морфология, физиология, цитология, экология и т. д. Поэтому наряду с общебиологическими методами выделяют методы, которые используются частными биологическими науками: генетика — близнецовый метод, селекция — метод индуцированного мутагенеза, молекулярная биология — рентгеноструктурный анализ и т. д.

Научный факт — это форма научного знания, в которой фиксируется конкретное явление или событие; результат наблюдений и экспериментов, устанавливающий характеристики объектов.

Методы биологии. Биология использует самые различные методы исследования. К традици-онным, но сохранившим свое значение относится описательный метод. Основные методы биологии:
· Наблюдение и описание фактов и явлений (описательный метод) . Метод наблюдения дает

возможность анализировать и описывать биологические явления. На методе наблюдения основыва-ется описательный метод. Для того, чтобы выяснить сущность явления, необходимо прежде всего собрать и описать фактический материал. Например, с помощью метода наблюдения можно изучить сезонные изменения в живой природе. Наблюдение - изучение объектов живой природы в естест-венных условиях существования. Это непосредственное наблюдение за поведением, расселением, размножением растение и животных в природе. Для этих целей используются как традиционные средства полевых исследований (бинокль, видеокамеры) , так и сложное лабораторное оборудование (микроскопы, биохимические анализаторы, разнообразная измерительная техника) .

· Сравнение , дающее возможность установить сходство и различие между разными биологиче-скими структурами и явлениями (сравнительный метод) . 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 останков в палеонтологической летописи.

· Эксперимент (лат. experimentum – испытание) , в ходе которого биологические объекты и про-цессы изучаются в искусственно созданных, точно контролируемых условиях (экспериментальный метод) . Экспериментальный метод связан с целенаправленным созданием системы, помогает ис-следовать свойства и явления живой природы. Экспериментальный метод (опыт) - исследования жи-вых объектов в условиях экстремального действия факторов среды – измененной температуры, ос-вещенности или влажности, повышенной нагрузки, токсичности или радиоактивности, измененного режима или места развития (удаление или пересадка генов, клеток, органов и т. п.) . Эксперименталь-ный метод позволяет выявить скрытые свойства, пределы адаптивных (приспособительных) воз-можностей живых систем, степень их гибкости, надежности, изменчивости.
·Широко используются инструментальные методы : электрография, радиолокация и др.

· Моделирование – построение и изучение моделей (схем, графиков, описаний) процессов и явлений, которое стало все шире применяться с развитием компьютерных технологий. С помощью метода моделирования изучается какое-либо явление через его модель.
·Универсальное значение для всех отраслей биологии имеет исторический метод – изучение всех явлений и процессов, как этапов эволюционного развития природы. Исторический метод выяв-ляет эволюционные преобразования биологических видов и их сообществ. Это один из важнейших методов, служащий основой осмысления получаемых фактов. Исторический метод выясняет зако-номерности появления и развития организмов, становления их структуры и функций.
· Палеонтологический метод – изучение вымерших организмов.
· Системный метод относится к категории новых междисциплинарных методов исследования. Живые объекты рассматриваются как системы, то есть совокупности элементов с определенными отношениями.

· Биохимический метод позволяет выделять и изучать вещества, входящие в состав организ-мов, их превращения, позволяет выявлять наследственные нарушения обмена веществ.
Частные (специальные) методы цитологии используют для изучения строения и функций клеток и тканей:

· Световая микроскопия - позволяет обнаружить ядро и некоторые органоиды клетки – мито-хондрии, хлоропласты, аппарат Гольджи, реснички и жгутики.
· Электронная микроскопия – позволяет изучать тонкое строение органоидов (например,

хлоропластов) , их ультраструктуру,
· Центрифугирование - позволяет избирательно выделять и изучать органоиды клетки;
· Метод культуры клеток и тканей используют для изучения строения и функций клеток.

Биология — наука, изучающая живые формы и их взаимодействие друг с другом и окружающей средой, закономерности развития, модификации и возможные варианты жизненных форм. Существующие методы биологических исследований в полном объеме используются современными учеными. Это совокупность огромного количества приемов, исследований в смежных областях знаний, операций и опытов, которые помогают синтезировать и объединить все полученные результаты в одну общую систему.

Базовые методы исследования

Существует теоретическое разделение биологии на следующие области:

общую — молекулярная, клеточная, тканевая, раздел органов и систем, раздел популяция и природные сообщества;
наука организмов — ботаника, зоология, микология, микробиология.

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:

Метод	Суть метода
Описательный	Применялся учеными в глубокой древности. Состоит в сборе фактического материала, наблюдении, описании различных объектов, явлений и их свойств в определенной среде.
Сравнительный	Сравнение и систематизация полученных при использовании других методов данных. Основное применение — анатомия, эмбриология, клеточная теория, палеонтология и проч. В современных исследованиях сравнительный метод часто заменяют на мониторинг, как более эффективный путь изучения предмета. Мониторинг позволяет проводить постоянное наблюдение, создавая отдельную биосферу или экосистему для конкретного объекта. Тщательное мониторинговое исследование включает в себя аналитику и дальнейший прогноз в отношении изучаемого предмета или явления.
Исторический	Выяснение закономерностей в возникновении живых организмов и их развитии, в становлении как структуры, в функциональности на фоне геологической истории земного шара. Метод позволил создать учение об эволюционном развитии органического мира.
Экспериментальный	Исследование основано на практическом опыте изменения базовых (природных) данных и на результатах наблюдений. Эксперимент может быть полевым или лабораторным. Именно он показывает самую полную и достоверную картину.

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:

Наблюдение явления, процесса, объекта или смоделированного эксперимента.
Фиксация полученных данных, их максимально строгая оценка.
Первичная обработка данных на предмет выявления закономерностей и связей. Классификация информации, описание с помощью специализированной научной терминологии.
Сравнительный анализ с ранее полученными данными.

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:

Наблюдение и сбор первичных данных для составления статистики.
Обработка и анализ результатов, группировка полученных результатов. Сведение данных в статистические таблицы. На данном этапе происходит переход от характеристики единичного объекта к сводным характеристикам совокупности в целом или ее группы.
Анализирующая статистика. Заключительный этап, на котором методом обобщения всех показателей проводят анализ и осуществляют оценочный прогноз.

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:

Имея единичный комплекс данных, возможна разработка некоторого числа моделей, для которых будет применена различная интерпретация исследуемого процесса. В итоге выбирается наиболее перспективная и плодотворная версия для теоретических истолкований.
При моделировании можно производить различные изменения, вводить дополнения, использовать упрощение.
Возможно совмещение экспериментального метода и теоретического (модельные эксперименты). Пример: синтез аминокислот по Миллеру.
В сложных многоструктурных моделях большинство задач выполняют с помощью компьютерных технологий, что существенно упрощает процесс исследования.

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:

Генеалогический. В сути исследования — изучение и систематический анализ родословной, и выявление наследственной природы некоторых явлений и возможности развития патологий.
Палеонтологический. Выясняет родство между объектами, организмами и явлениями с помощью исследований земной коры в разных геологических слоях. Данный метод бывает филогенетический и биогенетический (сравнительно-эмбриологический или сравнительно-анатомический). Первый исследует историческое развитие целой формы, второй — отдельного организма.
Центрифугирование. Технический способ выявить отдельные элементы в общей смеси под воздействие скоростной центробежной силы. Объектовой формой выступает центрифуга, в ней с помощью сепарации материал разделяется на отдельные фракции согласно коэффициенту плотности.
Цитологический (микроскопирование или цитогенетический метод). Микробиологическое исследование клетки с помощью микроскопа. Назначение — выявление хромосомных, генных, митохондриальных мутаций, онкопатологий и т. д. Клетка с аномалией становится предшественницей развития целой колонии клеток, которые со временем сформируются в опухоль или стигму дисэмбриогенеза. Своевременное исследование способствует установлению диагноза на раннем сроке и принятию тактического решения о схеме лечения.
Биохимический. Задача — изучение химико-биологических процессов в организме, с помощью исследования различных жидкостей, выявление нарушений обмена веществ, происходящих в результате наследственных причин. Это наиболее точный метод диагностики, на конечную картину которого не может повлиять даже прием различных препаратов или имеющееся заболевание. При этом не требуется забора большого количества материала, метод применим многократно, все анализы проводятся в самые кратчайшие сроки. Самым простым примером биохимического исследования является известный всем общий анализ крови.

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.

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.

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.

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.

Читайте также: