Биологические методы. Метод наблюдения в биологии. Исследования в биологии Методы изучения биологии описание

Когда мы говорим о биологии, мы говорим о науке, которая занимается исследованием всего живого. Все живые существа, включая ареал их обитания, изучаются. Начиная от строения клеток и заканчивая сложными биологическими процессами, все это является предметом биологии. Рассмотрим методы исследования в биологии , которые на данный момент используются.

Методы биологических исследований включают в себя:

• Эмпирические/экспериментальные методы
• Описательные методы
• Сравнительные методы
• Статистические методы
• Моделирование
• Исторические методы

Эмпирические методы заключаются в том, что объект опыта подвергается изменению условий его существования, а потом, учитываются полученные результаты. Эксперименты бывают двух видов в зависимости от их места проведения: лабораторные эксперименты и полевые эксперименты. Для проведения полевых экспериментов используются естественные условия, а для проведения лабораторных экспериментов, используется специальное лабораторное оборудование.

Описательные методы основываются на наблюдение, с последующим анализом и описанием феномена. Этот метод позволяет выделить особенности биологических явлений и систем. Это один из самых древних методов.

Сравнительные методы подразумевают сравнение полученных фактов и явлений с другими фактами и явлениями. Сведения получаются путем наблюдения. В последнее время стало популярно применять мониторинг. Мониторинг это постоянное наблюдение, которое позволяет собрать данные, на основе которых будет проводиться анализ, а потом прогнозирование.

Статистические методы также известны под названием математические методы, и используются для того, чтобы обработать данные числового характера, которые были получены в ходе эксперимента. Кроме этого, данный метод применяется для того, чтобы убедиться в достоверности определенных данных.

Моделирование это метод, который в последнее время принимает большие обороты и подразумевает работать с объектами путем представления их в моделях. То, что нельзя анализировать и изучать впоследствии эксперимента, то можно узнать путем моделирования. Частично используется не только обычное моделирование, а также математическое моделирование.

Исторические методы основываются на изучение предыдущих фактов, и позволяют определить существующие закономерности. Но так как не всегда один метод оказывается достаточно эффективным, принято эти методы совмещать для получения лучших результатов.

Вот мы и рассмотрели основные методы исследований в биологии. Очень надеемся, что данная статья была для вас интересной и познавательный. Свои вопросы и замечания обязательно пишите в комментариях.

Биология заботится обо всех живых существах и, особенно о человеке, а Урсосан (http://www.ursosan.ru/)заботится о его печени. Урсосан поможет в лечении

Этапы и методы биологического исследования.

Биологические исследования – основной метод анализа, который применяется при исследовании живой материи.

Живая материя имеет несколько уровней организации. Все они описаны в биологии. Каждый уровень можно изучить с помощью проведения биологического исследования, главнейшими из которых являются:

• сравнительно-описательный;
• экспериментальный;
• метод мониторнига;
• метод моделирования.

После проведения биологических исследований по этой схеме проводится обработка результата, используя метод математико-статистического анализа.

Самым первым методом анализа, который начал использоваться, был сравнительно-описательный. Он позволял описывать форму организма или явления. После этого, при проведении биологического исследования, проводится сравнительный анализ объекта или явления с другими формами или процессами. Данный метод можно применять на всех уровнях организации живой материи от атомного, до биоценотического.

Задача любого научного исследования – классифицировать все биологически объекты, выделяя группы на основе степени их сходства или различий.

В основе биологического исследования лежит ряд принципов:

• сравнение проводится только в пределах одного уровня организации живой материи – атомы с атомами, аллели с аллелями и т.д;
• определение принадлежности исследуемого объекта к той или иной группе (в зависимости от уровня организации);
• сравнению подлежать только представители одного вида.

Экспериментальный метод биологического исследования представляет собой искусственное изменение каких-либо параметров, влияющих на условия обитания объектов исследования, анализируя затем результаты эксперимента.

Существует два вида экспериментов: полевые и лабораторные.

1. полевой эксперимент проводится в естественных условиях обитания объектов исследования. Объектами полевых экспериментов являются группы организмов, для которых проблематично организовать лабораторные условия проживания, так как это значительно искажает его результаты;

2. лабораторные эксперименты проводятся в искусственно оборудованных помещениях – лабораториях. Наиболее целесообразно проводить такие эксперименты на атомном, молекулярном, клеточном, тканевом или организменном уровнях. Иногда для проведения данного вида биологического исследования создаются искусственные популяции организмов, отдельные живые клетки или клоны – это лабораторные культуры, созданные специально для проведения научных экспериментов. Это свойство нашло себе применение в промышленности в виде биотехнологий. Данное направление сейчас активно развивается, а его результаты применяются как в пищевой, так и в фармакологической промышленности для выращивания культур, производящих лекарственные вещества.

Следующий тип биологического исследования – мониторинг, в основе которого лежит постоянное наблюдение за процессами, происходящими в отдельных уровнях организации живой материи. Данное исследование позволяет состояние объектов исследования и составлять вероятный прогноз их изменения, анализировать последствия, к которым могут привести изменения каких-либо глобальных параметров (например, климат планеты Земля).

На основе полученных заключений проводится разработка тактики, применяемой в случае возникновения данной ситуации, и методы предупреждения таких ситуаций. Мониторинг может использовать и ретроспективный анализ материалов, накопленных на определенный период. С их помощью, например, можно выявить изменение ареалов и установить возможную причину этого феномена. А также исследовать внутривидовую экологическую и географическую изменчивость в данной ситуации.

Метод моделирования – вмешательство в естественные процессы обитания исследуемых объектов. Оно позволяет изучать процессы, которые невозможно наблюдать в естественной среде или воспроизводить в условиях лаборатории.

Моделирование может более достоверно прогнозировать последствия различных процессов.

Но не следует забывать, что при моделировании создается только значительно упрощенная модель, которая не может отразить всю сложность объектов или явлений, которые с ними происходят. Она имеет только общие черты вероятного развития событий, которые и описываются при биологическом исследовании.

Подвидом моделирования является создание математической модели – это выражение парных связей животного или растительного мира в виде чисел. Созданию математической модели биологического исследования предшествует накопление точных данных об объектах, явлениях и процессах, которые с ними происходят. А результаты берутся на основе проведенных ранее экспериментов. Таким образом, использование каждой из методик биологического исследования логично, каждая методика является продолжением предыдущей. При этом используются результаты предыдущего этапа исследования.

При использовании математического моделирования используется электронно-вычислительная техника, уровень развития которой на данном этапе позволяет создавать сложнейшие математические модели с множеством вариантов развития событий.

Статистический метод биологического исследования используется для установления достоверности полученных данных на каждом этапе биологических исследований. Только после заключительного этапа проведения исследования, а именно статистического, можно говорить о том, что данная теория научно обоснована.

Биологическое исследование – это научный метод проведения исследований. Он состоит из нескольких этапов, и может применяться на каждом из уровней организации живой материи. Результаты, полученные после каждого последующего уровня исследования используются при организации следующего уровня, что в результате создает логичную непрерывную модель исследования. И только после прохождения всех этапов биологического исследования, полученные результаты можно назвать научными.

Метод - это путь исследования, который проходит учёный, решая какую-либо научную задачу, проблему.

Научный метод - это совокупность приёмов и операций, используемых при построении системы научных знаний.

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

• Описательный метод. В основе его лежит наблюдение. Он широко применялся еще учёными древности, занимавшихся сбором фактического материала и его описанием(изучение и описание животных и растений), а также применяется в настоящее время (например, при открытии новых видов).

Наблюдение - метод, с помощью которого исследователь собирает информацию об объекте (восприятие природных объектов с помощью органов чувств).

Пример:

Наблюдать можно визуально, например, за поведением животных. Можно наблюдать с помощью приборов за изменениями, происходящими в живых объектах: например, при снятии кардиограммы в течение суток, при замерах веса телёнка в течение месяца. Наблюдать можно за сезонными изменениями в природе, за линькой животных и т.д. Выводы, сделанные наблюдателем, проверяются либо повторными наблюдениями, либо экспериментально.

• Сравнительный метод стал применяться в XVII в. Он позволяет выявлять сходства и различия между организмами и их частями (систематизация растений и животных, разработка клеточной теории). В наше время сравнительный метод также широко применяется в различных биологических науках.
• Исторический метод - установление взаимосвязей между фактами, процессами, явлениями, происходившими на протяжении исторически длительного времени (несколько миллиардов лет). Этот метод помогает осмыслить полученные факты, сопоставить их с ранее известными результатами. Этот метод стал широко применяться во второй половине XIX века (обоснование теории эволюции Ч. Дарвина ). Применение исторического метода позволило превратить биологию из науки описательной в науку, объясняющую как произошли и как функционируют многообразные живые системы.
• Экспериментальный метод - это получение новых знаний (изучение явления) с помощью поставленного опыта.

Эксперимент - метод исследования в биологии, при котором экспериментатор сознательно изменяет условия и наблюдает, как они влияют на живые организмы. Эксперимент можно проводить как в лаборатории, так и на открытом воздухе.

Экспериментальный метод начал применять в своих исследованиях при изучении кровообращения Уильям Гарвей (1578-1657г.) , а широко использоваться в биологии (при изучении физиологических процессов) он начал с XIX в. Г. Мендель, изучая наследственность и изменчивость организмов, впервые применил эксперимент не только для получения данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы, формулируемой на основании получаемых результатов.
В XX в., благодаря появлению новых приборов для биологических исследований (электронный микроскоп, томограф, и др.), экспериментальный метод стал ведущим в биологии. Моделирование , которое считают высшей формой эксперимента, также применяют в современной биологии (ведутся активные работы по компьютерному моделированию важнейших биологических процессов, основных направлений эволюции, развития экосистем и всей биосферы).

Биология делится на множество частных наук, изучающих различные биологические объекты: биология растений и животных, физиология растений, морфология, генетика, систематика, селекция, микология, гельминтология и множество других наук. Поэтому наряду с общебиологическими методами, выделяют методы, которые используются частными биологическими науками:

• генетика - генеалогический метод изучения родословных,
• селекция - метод гибридизации,
• гистология - метод культуры тканей и т.д.

Научный факт - это форма научного знания, в которой фиксируется некоторое конкретное явление, событие; результат наблюдений и экспериментов, который устанавливает количественные и качественные характеристики объектов.

2.

3.

Во Введении исследовательской работы обосновывается актуальность выбранной темы, определяются объект, предмет исследования и основные проблемы, формулируется цель и содержание поставленных задач, сообщается, в чем состоит новизна исследования(если имеется).

В этой главе определяются методы исследования, обосновывается теоретическая и практическая значимость(если есть практическая часть) работы.

Структура Введения исследовательской работы:

4. Историческая справка по проблеме исследовательской работы

5. Основная часть исследовательской работы
Поиск необходимой информации, знаний для проведения исследования.
Выбор идей и вариантов, их обоснование и анализ.
Выбор материала, методов для проведения исследования.
Подбор оборудования и организация рабочего места для исследования (если это опыт).
Описание этапов проведения исследования.
Техника безопасности при выполнении работ(если это опыт).

6. Заключение
(краткие выводы по результатам исследовательской работы, оценка полноты решения поставленных задач)
В нем последовательно излагаются полученные результаты, определяется их соотношение с общей целью и конкретными задачами, сформулированными во введении, дается самооценка о проделанной работе. В некоторых случаях можно указать пути продолжения исследования темы, а также конкретные задачи, которые предстоит при этом решать.

7.
После заключения принято помещать список литературы, использованной при выполнении исследовательской работы. Каждый включенный в него источник должен иметь отражение в пояснительной записке. Не следует включать в данный список работы, которые фактически не были использованы.

8.
(диаграммы, графики, схемы, фотографии, таблицы, карты).
Вспомогательные или дополнительные материалы, которые загромождают основную часть работы, помещают в приложениях. Каждое приложение должно начинаться с нового листа (страницы) с указанием в правом верхнем углу слова «Приложение» и иметь тематический заголовок. При наличии в работе более одного приложения они нумеруются арабскими цифрами (без знака №) и т. д. нумерация страниц, на которых даются приложения, должна быть сквозной и продолжать общую нумерацию основного текста. Связь его с приложениями осуществляется через ссылки, которые употребляются со словом «смотри» (см.), заключаемым вместе с шифром в круглые скобки.
Если четко придерживаться плана исследовательской работы, работа будет сответствовать всем нормам и требованиям.

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.