Биология 10 класс (Теремов). Конспекты по учебнику. Цитаты использованы в учебных целях.
Биология Глава 1 §3. Изучение биологических систем и процессов. Ключевые слова: научный факт; научный метод; проблема; гипотеза; теория; правило; закон; эмпирические методы исследования: наблюдение, эксперимент; теоретические методы исследования: сравнение, обобщение, классификация, абстрагирование, моделирование.
ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов
Глава 1.
§ 3. Изучение биологических систем и процессов
Вспоминаем методы изучения живой природы.
Методы: наблюдение, эксперимент, сравнение.
Наука — одна из сфер человеческой деятельности, основной целью которой является познание действительности, получение объективных, т. е. рациональных, знаний о мире. От вненаучного (обыденного) знания, искусства и религии науку отличает строгий выбор объектов, методов и средств изучения реальной действительности. Совокупность действий, направленных на получение научных знаний, и составляет основную сущность научного метода познания, лежащего в основе любого научного исследования.
Научное познание.
Любое познание представляет собой процесс использования имеющихся знаний для получения новых. Для научного познания таковыми служат научные факты (от лат. factum — сделанное, совершившееся), т. е. такие знания, достоверность которых подтверждена научными наблюдениями и экспериментами. В этом смысле научный метод (от греч. methodos — путь исследования) представляет собой последовательность действий, которые предпринимают учёные с целью построения системы научных знаний о мире: теорий, правил, законов, следствий из законов.
Только подтверждённый экспериментально и многократно воспроизведённый факт может быть признан научным. В науке ничего не принимается на веру, без доказательств. Например, в средствах массовой информации неоднократно сообщалось о так называемом лох-несском чудовище — плезиозавре, якобы обитающем в водах одного из озёр Шотландии. Приводились рассказы очевидцев о встречах с ним, фотоснимки. В целях подтверждения или опровержения его существования на озере проводились научные исследования с помощью разнообразных технических средств: гидролокаторов, камер для подводной съёмки и др. Однако никаких весомых доказательств нахождения в озере Лох-Несс крупного биологического объекта более чем за 30-летний период наблюдений получено не было. Поэтому, несмотря на свидетельства «очевидцев» и «фото», существование лох-несского чудовища не может быть признано в настоящее время научным фактом.
Использование научного метода в исследованиях связано со строгой последовательностью действий (рис. 11). Обычно учёный начинает исследование с наблюдения за тем или иным объектом или процессом. Наблюдение, в отличие от простого созерцания, предполагает замысел, цель и средства, с помощью которых наблюдатель фиксирует количественные и качественные данные. Например, он измеряет размеры объекта, описывает его форму, не внося изменений в ход самого процесса. Затем на основании полученных данных формулируется проблема — чёткий вопрос относительно того, что надо изучить из ранее неизвестного об объекте. Для поиска путей решения проблемы выдвигается гипотеза, т. е. научное предположение, которое может объяснить наблюдаемые данные.
Для проверки выдвинутой гипотезы на следующем этапе научного исследования разрабатывается и проводится эксперимент. Анализ результатов эксперимента (объяснение) позволяет решить, верна ли выдвинутая ранее гипотеза; в зависимости от этого она принимается, изменяется или отвергается. В случае принятия гипотеза становится рабочей, и если её в дальнейшем не удаётся опровергнуть, то она становится теорией. В теории находят обобщение эмпирические данные об объекте или процессе. Если новые факты не противоречат сформулированной ранее теории и на её основе можно их предсказывать, то теория становится правилом или законом. Правило имеет исключения, а закон всегда универсален — например, закон биогенной миграции химических элементов справедлив для всех круговоротов веществ в биосфере Земли.
По мере накопления новых фактов отдельные положения ранее сформулированной теории могут устаревать, тогда они пересматриваются и дополняются, вплоть до выработки новой теории. Примером может служить клеточная теория. С открытием вирусов и появлением в 30—40-е гг. XX в. электронного микроскопа, позволившего детально изучить неклеточные формы жизни и ультраструктуру клетки, отдельные положения первой клеточной теории, сформулированные в середине XIX в., были дополнены новыми данными и уточнены.
Рассмотрим использование научного метода на примере эксперимента по выяснению условий прорастания семян фасоли. Наблюдения за семенами показывают, что прорастают они только при определённых условиях.
Сформулируем проблему: какие условия необходимы для прорастания семян фасоли? Выдвинем гипотезу, предполагающую, что такими условиями могут служить свет, воздух, вода, плюсовая температура и почва. Поставим биологический эксперимент. Семена поместим в пять горшков, условия в которых будут отличаться только по одному параметру. В шестом горшке будет заложен контрольный опыт. Проанализировав полученные результаты, придём к выводу, что свет и почва не являются необходимыми условиями для прорастания семян фасоли. Таковыми будут воздух, вода и плюсовая температура. Выдвинутая гипотеза в целом подтверждена проведённым экспериментом, т. е. принимается, но нуждается в корректировке.
Для дальнейшего обобщения полученных эмпирических данных необходимо сравнить условия прорастания семян разных видов растений. Экспериментально можно выяснить, что семенам для прорастания необходима разная температура. Например, семена клевера прорастают уже при температуре +1 °С, а семена огурцов — при температуре выше +12 °С. Таким образом, семенам разных видов растений для прорастания нужна разная температура. Ещё одним необходимым условием, кроме вышеперечисленных, является наличие в семенах живого зародыша. Если зародыш семени мёртв, оно не прорастёт. Итак, выясненные в экспериментах условия, необходимые для прорастания семян, можно обобщить в виде «Правил посева семян растений», знать которые необходимо для выращивания культурных и дикорастущих растений.
Методы биологических исследований.
Все методы изучения живой природы, которые учёные-биологи используют в своей научной деятельности, можно объединить в две группы: эмпирические (практические) — наблюдение, эксперимент и теоретические (логические) — сравнение, обобщение, классификация, абстрагирование и моделирование.
Наблюдение, как было выяснено ранее, является важнейшим методом сбора первичных научных фактов. Оно предполагает целенаправленное восприятие объектов или явлений, но без активного вмешательства наблюдателя. Например, могут проводиться биологические наблюдения за ростом и развитием растений, поведением животных в природе (рис. 13). Для наблюдений учёные часто используют специальное оборудование — приборы и инструменты, позволяющие получить точные и надёжные результаты, объективные данные о биологических системах и процессах.
Эксперимент, в отличие от наблюдения, связан с созданием специальных условий, которые учёный-экспериментатор сознательно подбирает и контролирует по его ходу. Рассмотренный выше эксперимент с прорастанием семян фасоли состоял из нескольких опытов, условия в которых отличались лишь одним параметром; сопровождался эксперимент контролем. К эксперименту исследователь прибегает в том случае, если необходимо изучить состояние объекта или процесса, которое в естественных условиях далеко не всегда возможно наблюдать и зафиксировать. Эксперимент позволяет добиться повторяемости тех же условий и, в отличие от других методов исследования, вскрывает самую сущность объекта или процесса. Выдающийся экспериментатор русский физиолог И. П. Павлов (1849—1936) отмечал: «Наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берёт у природы то, что он хочет».
Наблюдение и эксперимент сочетаются в биологических исследованиях с теоретическими методами. Так, если изучаемые биологические системы являются однородными, то для их исследования используют метод сравнения, позволяющий выявить черты сходства и различия, установить родство изучаемых биологических объектов. В дополнение к сравнению используют и другой теоретический метод исследования — обобщение, который позволяет в частном обнаружить общее и сформулировать общебиологические теории, правила и законы. Сравнение и обобщение лежат в основе классификации — метода, используемого в систематике. Благодаря классификации можно определить место того или иного организма в системе органического мира, т. е. ориентироваться в разнообразии живых существ.
Важную роль в биологических исследованиях играет метод абстрагирования. Его использование позволяет не учитывать ряд несущественных для конкретного исследования свойств и признаков биологических систем, однако помогает выделить те свойства и признаки, которые важны. Например, в исследованиях основных направлений эволюционного процесса главное внимание уделяется усложнению строения органов и систем органов, которое обеспечивает приспособление организмов к условиям существования. При этом все остальные признаки и свойства не учитываются, т. е. происходит абстрагирование от них и создаётся единое целое абстрактное знание об эволюции.
Для исследования биологических процессов, которые невозможно непосредственно наблюдать, используют метод моделирования. Созданные с его помощью заместители реальности — модели (математические, компьютерные и др.) позволяют исследователю выяснить, как поведёт себя моделируемый биологический процесс в тех или иных условиях. Этот метод исследования применяют для «проигрывания» возможных сценариев эволюции органического мира, развития экосистем или даже всей биосферы Земли в случае глобальных климатических и техногенных изменений.
Рассмотренные методы изучения биологических систем и процессов являются общими для многих наук. Вместе с тем имеются специфические методы биологических исследований. Например, при изучении клетки применяют методы оптической и электронной микроскопии, а при изучении закономерностей наследственности и изменчивости — гибридологический и цитогенетический методы. Получаемая с помощью разных методов научная информация обрабатывается методами математической статистики. Они дают возможность учёным-биологам сделать выводы о достоверности научных данных, полученных в ходе исследований.
ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов
Биология Глава 1 §3
Вопросы и ответы по теме конспекта
- Гипотеза – научное предположение, которое может объяснить наблюдаемые данные.
- В случае принятия гипотеза становится рабочей, и если её в дальнейшем не удаётся опровергнуть, то она становится теорией.
- Если новые факты не противоречат сформулированной ранее теории и на её основе можно их предсказывать, то теория становится правилом или законом. Правило имеет исключения, а закон всегда универсален.
Наблюдение за поведением шимпанзе, наблюдение за ростом и развитием водного растения.
С помощью экспериментов ученые могут скрещивать животных, узнать, как различные условия окружающей среды влияют на организмы.
Наблюдение предполагает целенаправленное восприятие объектов или явлений, но без активного вмешательства наблюдателя.
Эксперимент позволяет добиться повторяемости тех же условий и, в отличие от других методов исследования, вскрывает самую сущность объекта или процесса.
- Сравнение: позволяет выявить черты сходства и различия, установить родство изучаемых биологических объектов.
- Обобщение: позволяет в частном обнаружить общее и сформулировать общебиологические теории, правила и законы.
- Классификация: благодаря классификации можно определить место того или иного организма в системе органического мира, т. е. ориентироваться в разнообразии живых существ.
- Абстрагирование: его использование позволяет не учитывать ряд несущественных для конкретного исследования свойств и признаков биологических систем, однако помогает выделить те свойства и признаки, которые важны.
- Моделирование: созданные с его помощью заместители реальности – модели (математические, компьютерные и др.) позволяют исследователю выяснить, как поведёт себя моделируемый биологический процесс в тех или иных условиях.
Получаемая с помощью разных методов научная информация обрабатывается методами математической статистики. Они дают возможность учёным — биологам сделать выводы о достоверности научных данных, полученных в ходе исследований.
Вы смотрели: Биология 10 класс (Теремов). Конспекты по учебнику. Цитаты использованы в учебных целях.
Биология Глава 1 §3. Изучение биологических систем и процессов.