Синтез
Наряду с проникновением в биологию идей кибернетики (они лежат в основе моделирования), в ней активно начинает использоваться системный подход. Обе эти тенденции оказывают влияние на методы изучения биологии. Схема строения живых структур представляется в виде иерархии систем разного уровня. Каждая более высокая ступень — это взаимосвязанные на основе определенных закономерностей элементы, которые также являются системами, но уровнем ниже.
Такой подход характерен для большого числа дисциплин. Его проникновение в биологию свидетельствует о переходе в науке в целом от анализа к синтезу. Период углубленного изучения внутренних структур отдельных элементов уступает место времени интеграции. Синтез всех полученных в биологии, а часто и в смежных науках, данных приведет к новому пониманию взаимосвязей природных систем. Примером концепций, построенных на основе интеграции, могут быть теория нейро-гуморальной регуляции, синтетическая теория эволюции, современная иммунология и систематика. Появлению каждой из них предшествовало накопление большого количества информации об отдельных структурных единицах, признаках и характеристиках. На следующем этапе собранные данные позволяли выявить закономерности и создать обобщающие концепции.
Без математики никуда
Вся информация, собранная на основе описанных методик, требует дальнейшего преобразования. Биология активно использует для этого математический аппарат. Полученные данные переводятся в цифры, на основе которых строится определенная статистика. В биологии невозможно однозначно предсказать то или иное явление. Именно поэтому после анализа сведений выявляется статистическая закономерность. На основе этих данных строится математическая модель, позволяющая спрогнозировать некоторые изменения внутри изучаемой живой системы.
Подобная обработка позволяет структурировать полученную информацию. На основе созданных моделей возможен прогноз состояния системы практически через любой промежуток времени. Благодаря применению достаточно внушительного математического аппарата биология все больше превращается в точную науку.
Первичный сбор информации
Один из основных эмпирических методов — это наблюдение. Оно представляет собой изучение внешних признаков объекта и его изменений в условиях естественной среды обитания на протяжении некоторого времени.
Любое исследование живой системы начинается с наблюдения за ней. История изучения биологии прекрасно иллюстрирует это утверждение. На первых этапах развития науки исследователи могли пользоваться только этим эмпирическим методом. Сегодня наблюдение не потеряло своей актуальности. Оно, как и другие методы изучения биологии, пользуются многочисленными технологиями. Для наблюдения применяются бинокли, различные камеры (ночного видения, глубоководные и так далее), разнообразное лабораторное оборудование, например микроскоп, биохимический анализатор и прочие.
По тому, используется ли в процессе оборудование, наблюдение можно разделить на два типа:
- Непосредственное. Оно направлено на изучение поведения и характеристик различных организмов. Инструментальное. При помощи различного оборудования проводится исследование особенностей тканей, органов, клеток, анализ химического состава и обмена веществ.
Эксперимент
Как известно, не все явления и процессы, связанные с живыми системами, можно наблюдать непосредственно в их естественной среде. Кроме того, понимание некоторых закономерностей требует определенных условий, которые удобнее создавать искусственно, чем дожидаться их появления в природе. Подобный подход в биологии называется экспериментальным методом. Он предполагает изучение объекта в экстремальных условиях. Исследование организма во время влияния на него высоких или низких температур, большого давления или чрезмерной нагрузки, при помещении его в непривычную среду помогает выявить пределы его выносливости, обнаружить скрытые свойства и возможности. С совершенствованием технологий увеличивается потенциал экспериментальных методов. Данные, получаемые таким путем, становятся все более точными. Создаваемые в процессе опыта условия можно практически до бесконечности варьировать.
Одно из основных применений эксперимента — проверка выдвинутых ранее гипотез. Полученные на основе опыта данные позволяют скорректировать рассматриваемую теорию, подтвердить ее или заложить базу для новой. Экспериментальные методы изучения биологии, примеры которых можно в большом количестве встретить на страницах учебников, способствуют более глубокому проникновению ученых в тайны живой материи. Именно благодаря им современная наука достигла такого прогресса.
Биология
§ 2. Методы исследования в биологии
- Какие методы исследования вы знаете?
- Какие приборы, используемые в биологии, вам известны?
Методы исследования в биологии. Люди с древнейших времён изучали окружающую их природу, используя различные методы (от греческого «методос» — способ познания, путь). К основным методам относятся наблюдение, эксперимент (опыт) и измерения.
Наблюдение — восприятие природных объектов или явлений с помощью органов чувств. В ходе наблюдения объекта или явления человек лишь фиксирует результаты, не вмешиваясь в сам процесс. Например, наблюдения за сезонными периодическими явлениями в жизни растений и животных, которые изучает фенология (от греческих слов «файно» — являю и «логос»).
Эксперимент — наблюдение в специально создаваемых и контролируемых условиях, которые позволяют установить, как те или иные условия влияют на объект или явление. Например, мы можем поставить эксперимент, который позволит выяснить, какие условия необходимы для прорастания семян разных растений.
Результаты, полученные в ходе наблюдений и экспериментов, должны быть проверены и подтверждены новыми наблюдениями и экспериментами. Только после этого они могут считаться научными фактами.
При проведении наблюдений и экспериментов всегда проводятся измерения. Каждый из вас неоднократно измерял длину и ширину тел, время, температуру, расстояние, скорость движения и т. д. Именно анализ и сравнение измерений, полученных при проведении наблюдений и экспериментов, позволяют выявить определённые закономерности .
С другими методами биологических исследований вы познакомитесь в старших классах.
Приборы и инструменты. В современных биологических лабораториях используются самые различные, иногда очень сложные и дорогие, приборы и инструменты (рис. 4). В школе при проведении наблюдений и экспериментов вы также будете использовать различные приборы, инструменты и оборудование. Многие из них вам хорошо знакомы, с другими вы встретитесь впервые (рис. 5)
При проведении лабораторных работ в школьном кабинете биологии важно правильно использовать имеющееся оборудование и строго соблюдать правила техники безопасности при работе с ним
Рис. 4. Современная биологическая лаборатория
Рис. 5. Приборы и инструменты биологической лаборатории
Техника безопасности в биологическом кабинете
Точно следовать всем указаниям учителя при проведении лабораторной или практической работы, без его разрешения не выполнять самостоятельно никаких работ.
Внимательно изучить содержание и порядок проведения лабораторной или практической работы, а также безопасные приёмы её выполнения.
Подготовить к работе рабочее место, убрать посторонние предметы
Приборы и оборудование разместить таким образом, чтобы исключить их падение и опрокидывание.
Проверить исправность оборудования, приборов, целостность лабораторной посуды и приборов из стекла.
При нагревании жидкости в пробирке или колбе использовать специальные держатели (штативы), отверстие пробирки или горлышко колбы не направлять на себя и на своих товарищей.
Во избежание ожогов запрещается брать незащищёнными руками нагретую посуду с жидкостями.
Соблюдать осторожность при обращении с колюще-режущими инструментами, приборами из стекла и лабораторной посудой, не бросать, не ронять и не ударять их.
В случае если разбилась лабораторная посуда или приборы из стекла, не собирать их осколки незащищёнными руками, а использовать для этой цели щётку и совок, предварительно поставив в известность учителя.
При разливе легковоспламеняющейся жидкости и её загорании немедленно сообщить об этом учителю и по его указанию покинуть помещение.
При получении травмы сообщить об этом учителю, немедленно оказать первую помощь пострадавшему, при необходимости отправить пострадавшего в ближайшее лечебное учреждение.
По окончании работы привести в порядок рабочее место, сдать учителю приборы, оборудование, материалы и при необходимости тщательно вымыть руки с мылом.
Вопросы
- Какие методы исследования в биологии вам известны?
- Чем наблюдение отличается от эксперимента?
- Что изучает фенология?
Задания для любознательных
Биологические знания и умения пригодятся в вашей повседневной жизни. Они помогут понять и полюбить окружающую природу, умело использовать и приумножать её богатства
Очень важно знать природные условия и растения местности, в которой вы живёте. Эти знания вы приобретёте не только на уроках, но и на экскурсиях, при проведении опытов и наблюдений
Фенологические наблюдения следует вести круглый год. Они помогут вам лучше понять особенности развития природы и определить сроки проведения работ в саду, огороде, в поле.
Что вижу, то записываю
С наблюдением тесно связан описательный метод. Он заключается в фиксации замеченных свойств, признаков и особенностей объектов с последующим их анализом. Метод описания считается самым древним в биологии: первоначально, на заре становления науки, именно с его помощью обнаруживались различные закономерности в природе. Зафиксированные данные внимательно анализируются, разделяются на важные и несущественные в рамках конкретной теории. Описанные признаки можно сравнивать, объединять, классифицировать. Только на основе этого метода в биологии были открыты новые классы и виды.
Подразделения
Биология представляет собой совокупность нескольких наук, в центре внимания которых стоят разные объекты:
- зоология; ботаника; микробиология; вирусология.
Каждая из них, в свою очередь, может быть разделена на несколько более мелких. Например, в зоологии сосуществуют ихтиология (изучает рыб), орнитология (изучает птиц), альгология (изучает водоросли) и так далее.
Технологии 3D печати уже шагнули настолько далеко, что ученые даже пытаются с их помощью выращивать живые органы. И вот недавно израильским ученым удалось при помощи подобного устройства напечатать реальное человеческое сердце в миниатюре. Сердце имеет такие же кровеносные сосуды и клетки, которые выполнены из специальной смеси стволовых клеток человека и соединительной ткани. Сердце может сокращаться, и следующим этапом является совершенствование данной технологии, чтобы заставить его еще и перегонять кровь. Ученые полагают, что в ближайшие 10-15 лет мы сможет наблюдать, как подобные принтеры будут появляться в разных странах по всему миру, и с их помощью люди будут выращивать реальные органы.
Опыт и теория
Плавая по крови, такие роботы способны очищать её от токсинов, вредных бактерий и других опасных веществ.
24.06.2020 12:34:55
2017-12-12 22:06:23
Любые данныеЛюбые данныеЛюбые данныеЛюбые данные Любые данные
