Методи за изучаване на биологични обекти и явления. Съвременни изследвания в биологията

Изследователски методи в науката

Биология - Това е науката. Какво прави науката от други сфери на човешката дейност? Подход към проучване на явленията. Този подход е научен метод.

Научен метод - набор от основни начини за получаване на нови знания и методи за решаване на проблеми в рамките на всяка наука.
Научният метод включва определен системен подход:

1. Наблюдение на факти и тяхното измерване. Описание на наблюдението - количествен и Or качество.

2. Анализ на получените резултати - Систематизация, идентификация на основния и вторичен.

3. Обобщение - формулиране хипотези И тогава - теории.

4. Прогноза: Формулиране на последствията от предложената хипотеза или приета теория с помощта на приспадане, индукция или други логически методи.

5. Проверка Прогнозира последиците с помощта на експеримент.

Обърнете внимание на 5-та точка. Без него подходът не се счита за научен!

Важно е да се разбере разликата между концепциите хипотеза и теория.

· Хипотеза - това твърдение, предположението, което все още е не е доказано.

Когато хипотезата е доказана, тя става теориятеорема или факт. Отхвърлената хипотеза влиза в категория лъжливи изявления. Хипотеза, която все още не е доказана, но не е опровергана, наречена отворен проблем.

· Теория - изградена система за знания доказан научен метод хипотеза.

Защо говорим цитология като О. теория на клетката - защото това е предшествано от огромен процес на научно наблюдение, събиране на статистика - висококачествени и количествени данни; Бяха формулирани систематизиране на получените резултати, хипотези и прогнози, които след това бяха Експериментално проверени и потвърдени. Освен това, въз основа на тази теория са направени следните предположения и те също са експериментално потвърдени.

Методи за изучаване на живи обекти

· Наблюдение (емпиричен метод на знанието) - Описание на биологичен обект или процес;

· Сравнение - необходимо е, за да се намерят модели - какво е общо за различните явления;

· Експеримент - Създаден условия, съответстващи на наблюдаванитеВ същото време се откриват свойствата на биологичните обекти; Фиксирани качествени и количествени характеристики.

· Исторически метод -информация, информация, данни, които вече са получени и доказани в миналото, разкриват и обясняват законите за развитието на дивата природа в настоящето.

Той се счита за идеален, когато всички тези методи се използват в агрегата.

Биологичен експеримент

1. Качествен експериментt - най-простият биологичен експеримент - неговата цел - установяване на присъствието или липсата на приблизително явление.

2. Измерващ експеримент - идентифициране на някакъв вид количественхарактеристики на обекта или процеса.

Наблюдение, описание и измерване на биологични обекти

Наблюдение - Това е пряко, целенасочено проучване на позиции, основани главно на човешки чувствителни способности, като чувство, възприятие, изпълнение.

Емпирично описание - Това е фиксиране чрез естествен или изкуствен език на информация за обекти, данни за наблюдение.

Всъщност това е "превод" на това, което е било наблюдавано или чуто на научния език - понятия и определения, признаци, схеми, рисунки, графики и числа (статистически данни).

За разлика от експеримента, с емпиричния метод на знанието невъзможно е да се намеси в изследвания процес, човек не може да повлияе или променя условията за неговия поток.

За наблюдение се използват различни технически - непреки средства.

Процесът на естествено - научните познания значително зависи от развитието на техническите инструменти, използвани от науката.

Трудно е да надценяме ролята микроскоп в биологията. Беше благодарение на човека, открил микроорганизми за себе си. Към днешна дата има микроскопи за изследване на живите организми на вътреклетъчното ниво.

Статистически измервания - измервания на стойностите, които не се променят с времето.

Динамични измервания - измервания на стойности, които променят стойността си във времето (налягане, температура, плътност на населението и др.)

Изследователски методи в науката Доста разнообразни, но всички те се основават на научни методи за знания, които се различават в определен подход.

Познаването на тази информация помага за разделяне на реалните научни изследвания от различни широко удължени изпълнени експерименти.

Основните методи на науката включват следното:

Сравнение	Компетентно съставени описания могат да бъдат сравнени, дори ако те произвеждат различни хора в различни страни и по различно време. Например, можете да сравните размерите на черупките на мекотели на един биологичен вид в нашите дни и по време на Lammark, поведението на лос в Сибир и в Аляска, растежа на клетъчната култура при ниски и високи температури, структурата на раменната кост в тираннозавър и модерен крокодил.
Хипотеза	Разликите, идентифицирани при сравняването на описанията, могат да бъдат интерпретирани с помощта на предположения за причините за разликите - хипотези. Например, може да се предположи, че разглеждат различните темпове на клетъчния растеж при различни температури, може да се приеме, че температурата влияе върху скоростта на клетъчния растеж.
Експеримент	Хипотези проверяват, изкуствено променят условията за потока от биологични процеси и провеждане на многократни наблюдения и описания. Например, клетките могат да се отглеждат при различни температури, като открият оптималния, на който растежът е възможно най-бързо.

Симулация -методът, при който се създава определен образ на обекта, модел, с който учените получават необходимата информация за обекта. Например, когато създава структурата на ДНК молекулата Джеймс Уотсън и Франсис Криси, създадени от пластмасови елементи, моделът е двойна ДНК спирала, която отговаря на тези рентгенови и биохимични изследвания. Този модел напълно изпълни изискванията за ДНК.

Наблюдение - методът, чрез който изследователят събира информация за обекта. Можете да гледате визуално, като поведение на животните. Можете да наблюдавате с помощта на устройства за промени, които се срещат в живи обекти: например, когато изваждате кардиограмата през деня, когато измервате теглото на телето в рамките на един месец. Можете да гледате за сезонни промени в природата, зад животинския молт и др. Заключенията, направени от наблюдателя, се проверяват или повтарят наблюдения или експериментално.

Експеримент (Опит) - метод, с който те проверяват резултатите от наблюденията, поставиха предположения - хипотези. Примери за експерименти пресичат животни или растения, за да се получи нов сорт или порода, проверка на нова медицина, идентифициране на ролята на всеки клетъчен орган и др. Експериментът винаги получава нови знания чрез опитен опит.

Проблем - Въпрос, задача, която изисква решения. Решението на проблема води до ново знание. Научният проблем винаги крие някакво противоречие между известното и неизвестно. Решението на проблема изисква събиране на факти, техния анализ, систематизация. Пример за проблем може да служи например като: "Как възниква фитнесът на организмите към околната среда?" Или "Как можете да се подготвите за сериозни изпити възможно най-скоро?". Трудно е обаче да се формулира проблем, когато има затруднение, противоречие, се появява проблем.

Хипотеза - предположение, предварително решение на проблема. След като постави хипотеза, изследователят търси взаимоотношения между фактите, феномените, процесите. Ето защо хипотезата най-често има формата на предположение: "Ако ... тогава". Например, "ако растенията на светлината са екскретиран кислород, тогава можем да го открием с тлеещ рахин, защото Кислородът трябва да поддържа изгаряне. Хипотезата се проверява експериментално. (Вижте раздела на хипотезата за произхода на живота на Земята.)

Теория -това е обобщение на основните идеи във всяка научна област на знанието. Например, теорията за еволюцията обобщава всички надеждни научни данни, получени от изследователите в продължение на много десетилетия. С течение на времето теорията се допълва от нови данни. Някои теории могат да бъдат опростени от нови факти. Практическите научни теории се потвърждават от практиката. Така например генетичната теория на Мендел и хромозомалната теория Т. Морган бяха потвърдени от много експериментални изследвания в различни страни на света. Съвременната еволюционна теория, въпреки че са открили много научно доказани потвърждения, все още отговарят на опонентите, защото Не всичките му разпоредби могат да бъдат потвърдени от факти в настоящия етап на развитие на науката.

Частните научни методи в биологията са:

Генеалогичен метод - Използва се при подготовката на родословие, идентифицирайки естеството на наследството на някои признаци.

Исторически метод - създаване на взаимоотношения между факти, процеси, явления за исторически дългосрочно време (няколко милиарда години). Еволюционното преподаване се развива до голяма степен на този метод. Палеонтологичен метод - метод, който ни позволява да разберем връзката между древните организми, останките на които са в земната кора, в различни геоложки слоеве. Центрофугиране- Разделяне на смеси в компоненти под действието на центробежна сила. Използва се в отделяне на органоиди на клетки, бели дробове и тежки фракции (компоненти) на органични вещества и др.

Цитологични, или цитогенетично, - изследване на структурата на клетката, неговите структури, използващи различни микроскопи.

Биохимика - Изучаването на химическите процеси, настъпили в организма. Всяка частна биологична наука (ботаника, зоология, анатомия и физиология, цитология, ембриология, генетика, развъдник, екология и др.) Използвайте техните по-частни изследвания. Всяка наука има своя собствен обект и предмет на изследване. Биологията има обект на живот. Живо-носители - живи тела. Всичко, което е свързано с тяхното съществуване, изучава биологията. Темата за изследване науката винаги е малко ограничена от обекта. Така например, някой от учените се интересуват от обмена на вещества. Тогава обектът на изследване ще бъде живот, а предметът на изследването е метаболизмът. От друга страна, метаболизмът може също да бъде обект на обучение, но тогава темата на изследването ще бъде една от нейните характеристики, например, обмен на протеини или мазнини или въглехидрати. Това е важно да се разбере. Въпроси относно това какъв е обект на обучение на една или друга наука, се среща в въпроси, свързани с изпита. Освен това това е важно за тези, които ще бъдат ангажирани в науката в бъдеще.

Научен метод - набор от основни начини за получаване на нови знания и методи за решаване на проблеми в рамките на всяка наука.

Научният метод включва определен системен подход:

Наблюдение на факти и тяхното измерване. Описание на наблюдението - количествено и или високо качество.
Анализ на получените резултати - Систематизация, идентификация на основния и вторичен.
Обобщение - формулиране хипотези И тогава - теории.
Прогноза: Формулиране на последствията от предложената хипотеза или приета теория с помощта на приспадане, индукция или други логически методи.
Проверка Прогнозира последиците с помощта на експеримент.

Обърнете внимание на 5-та точка. Без него подходът не се счита за научен!

Важно е да се разбере разликата между концепциите хипотеза и теория.

Хипотеза - това твърдение, предположението, което все още е Не е доказано.

Теория - изградена система за знания доказан научен метод хипотеза.

Методи за изучаване на живи обекти

Наблюдение (емпиричен метод на знанието) - Описание на биологичен обект или процес;
Сравнение — необходимо е, за да се намерят модели - какво е общо за различните явления;
Експеримент - Създаден условия, съответстващи на наблюдаванитеВ същото време се откриват свойствата на биологичните обекти; Фиксирани качествени и количествени характеристики.
Исторически метод -информация, информация, данни, които вече са получени и доказани в миналото, разкриват и обясняват законите за развитието на дивата природа в настоящето.

Той се счита за идеален, когато всички тези методи се използват в агрегата.

Биологичен експеримент

Качествен експериментt - най-простият биологичен експеримент - неговата цел - установяване на присъствието или липсата на приблизително явление.
Измерващ експеримент - идентифициране на някакъв вид количествен Характеристики на обекта или процеса.

Наблюдение, описание и измерване на биологични обекти

Наблюдение - Това е пряко, целенасочено проучване на позиции, основани главно на човешки чувствителни способности, като чувство, възприятие, изпълнение.

Емпирично описание - Това е фиксиране чрез естествен или изкуствен език на информация за обекти, данни за наблюдение.

За наблюдение се използват различни технически - непреки средства.

Процесът на естествено - научните познания значително зависи от развитието на техническите инструменти, използвани от науката.

Трудно е да се надценява ролята в биологията. Беше благодарение на човека, открил микроорганизми за себе си. Към днешна дата има микроскопи за изследване на живите организми на вътреклетъчното ниво.

Статистически измервания - измервания на стойностите, които не се променят с времето.

Доста разнообразни, но всички те се основават на научни методи за знания, които се различават в определен подход.

Биологични науки

Чрез системни категории:

вирусология (царство на вируси);
микробиология, бактериология (Кралство на бактериите);
ботаника (царство растения);
микология (царство гъби);
зоология (царство животни):

Според нивата на организацията на на живо:

молекулярна биология - на молекулярно ниво;
цитология, цитогенетика - на клетъчно ниво;
морфология и физиология - на организационно ниво;
екология, екология на населението - на населението, биогеоцетично и биосферно ниво.

В зависимост от изследваните процеси:

генетика - наука за процесите на наследственост и променливост;
ембриология - наука за развитие на ембриона;
теорията на еволюцията е науката за еволюционното обучение;
етология- наука за поведението на животните;
общата биология е наука за законите и процесите, общи за дивата природа.

Агробиология	Приложна наука, обобщаване на знанията от областта на биологията, свързана с нарастващите култивирани растения (култура) и разреждане на домашни любимци (добитък)
Алгология	Раздел Botany изучаване на водорасли
човешка анатомия	Науката върху структурата, формата на човешкото тяло, неговите органи и образувайки техните тъкани
Биогеоценология.	Биологична дисциплина, изучаваща растителни и животински общности в тяхната съвкупност, т.е. Биоценози, техния състав, развитие, разпространение в пространството и във времето, произход
Биометрия	Секция Статистика, използваща методите, които произвеждат експериментални данни и наблюдения, както и планиране на количествени експерименти в биологичните изследвания
Биотехнология	Интегриране на природните и инженерните науки, позволяващи най-пълноценно да се реализират възможностите на живите организми или техните деривати за създаване и модифициране на продукти или процеси с различни цели
Биофизика	Секцията на физиката и съвременната биология, която изучава физическите аспекти на живота на всички нива, вариращи от молекули и клетки и завършват с биосферата като цяло
Биохимия	Наука за химическия състав на живите клетки. организми и химически процеси, които са в основата на препитанието им
Ботаника	Система от науки, изучаваща растения свят, нейното разнообразие, структура, жизненоважна дейност, разпределение на растенията, връзка с жизнената среда, модели на индивидуално и историческо развитие
Бриология	Част от биологията, която изучава мъх
Вирусология	Раздел на биологични изследвания вируси
Генетика	Наука, която изучава моделите на наследствеността и променливостта на тялото
Хидробиология	Наука за живота и биологичните процеси във вода
Хистология	Секцията на биологията изследва структурата на тъканите на живите организми
Дендрология	Секция Ботаника Изследване на дървени растения (дървета, храсти и храсти)
Зоология	Система от науки, изучаваща животинския свят, нейното разнообразие, структура, живот, дистрибуция на животни, връзка с жизнената среда, модели на индивидуално и историческо развитие
Ихтиология	Раздел на зоология Изследване на риба
Микология	Наука за гъби
Микробиология	Наука, наклонена микроорганизми (невидима за голото око): бактерии, микроскопични гъби и водорасли
Молекулярна биология	комплекс от биологични науки, изучаващи механизмите за съхранение, предаване и прилагане на генетична информация, структурата и функциите на нередовни биополимери (протеини и NK)
Морфология	Наука, изучаваща външна (форма, структура, цвят) и вътрешната структура на жив организъм и компоненти
Орнитология	Секция на птичи зоология
Психофизиология	Интердисциплинарна площ на кръстовището на психология, физиология и математика, изучаване на обективно регистрирани промени на физиологични функции, съпътстващи умствени процеси на възприятие, запаметяване, мислене, емоции
Социобиология	Интердисциплинарна наука, формирана на кръстовището на няколко научни дисциплини, обяснявайки поведението на живите същества с набор от определени предимства, които са разработени по време на еволюцията
Физиология на човека	Наука за процесите на жизненоважна дейност (функции) и механизмите на тяхното регулиране в клетките, тъканите, органите, органите и интегрирания организъм
Цитология	Наука за клетката, изучаваща структурата и функцията на клетките, техния химичен състав, развитие и взаимоотношения в многоклетъчни организми
Ентомология	Раздел на биологията, изучаваща насекоми
Етология	Полева дисциплина на зоология, изследваща поведението на животните in vivo.

Методите за биологични изследвания в областта на биологията са разделениемпиричен (от гръцки. Empiria - опит) - описателни, сравнителни, експериментални, исторически итеоретичен - Статистическа и симулация. Дескриптивните и сравнителните методи се основават на наблюдение.

Описателен Методът е древен, свързан с наблюдението и описанието на обектите или явленията, определящи техните свойства.

Сравнителен

Сравнение на структурата на животинските и растителните клетки

Сравнителен Методът се основава, за да се сравнят получените наблюдения, описания с други.

Напоследък често се използва мониторинг (от лат. Mnitor -preptor, приличащ). Това е постоянен мониторинг на определени процеси в отделни екосистеми, биосферата като цяло или за състоянието на специфични биологични обекти. Упражнявайте го на най-високите нива на организацията на живия въпрос. Мониторингът ви позволява да предскажете и анализирате възможните промени, техните последствия. Например, промени в растителността поради киселинни дъждове и др.

Експериментален

Експериментален (от лат. Egriptum - опит, практика) Методът е промяна в изследователя на съществуването на обект на опит, неговата структура и мониторинг на промените. Експериментите са област и лаборатория.

В естествени условия се извършват полеви експерименти. Лабораторните експерименти се извършват в специално оборудвани лаборатории. В лабораторни условия се използват микроскопи, ядрен магнитен резонанс, радиационен метод и др.

Исторически

Исторически Методът позволява да се открият моделите на появата и развитието на живите същества.

Моделирането и статистическият метод са невъзможни без използването на електронни компютри.

Моделиране

Моделиране (от лат. модул - устройство, проба) - метод, който ви позволява да работите не с самите обекти, но проучване на идеите за тях или техните модели. Симулацията ви позволява да изучавате обекти и процеси, които не могат да бъдат насочени директно или пресъздадени експериментално. Разнообразие от този метод е математическо моделиране. Това е цифров израз под формата на уравнения на дори връзки. Ако има промени в цифровите стойности, можете да видите как работи системата при определени условия. Пример за математически модел може да бъде съотношението на номера в системата на жертвите на хищник.

Статистически

Статистически (Математически) методът се използва за обработка на цифрови данни, получени при използване на други методи (емпирични). Използвайте също така, за да проверите степента на надеждност на получените резултати.

Наблюдение

Наблюдението е проучване на външни признаци и видими промени в обекта за определен период от време. Например наблюдение на растежа и развитието на разсад.

Наблюдението е отправна точка на всички природни научни изследвания.

В биологията това е особено добре забележимо, тъй като обектът на изучаването е човек и живата природа около него. Вече в училище в уроците по зоология, ботаника, анатомията на децата преподава най-простите биологични изследвания, като наблюдава растежа и развитието на растения и животни, за състоянието на собственото им тяло.

Наблюдение като метод за събиране на информация - хронологично най-доброто приемане на изследването, което се появява в арсенала на биологията, или по-скоро неговият предшественик е естествена история. И това не е изненадващо, тъй като наблюдението разчита на човешки чувствителни способности (чувство, възприятие, производителност). Класическата биология е биология за надзорното предимство. Но въпреки това този метод не е загубил смисъла си до днес.

Наблюденията могат да бъдат прави или непреки, те могат да бъдат проведени с помощта на технически устройства или без никакви. Така орнитологът вижда птицата в бинокъл и може да го чуе и може да поправи звука на устройството извън обхвата на слуха на групата. Хистологът се наблюдава с помощта на микроскоп фиксиран и боядисан кърпа. И за молекулярния биолог, наблюдението може да бъде фиксиране на промяната в концентрацията на ензима в тръбата.

Важно е да се разбере, че научното наблюдение, за разлика от обикновеното, не е просто, но целенасочено изследване на обекти или явления: провежда се за решаване на задачата, а вниманието на наблюдателя не трябва да се разсее. Например, ако задачата е да изследваме сезонна миграция на птици, тогава ще забележим времето на външния им вид в местата за гнездене, а не нещо друго. По този начин наблюдението е селективно разпределение на дадена част, с други думи, аспекти и включването на тази част в изследваната система.

Наблюдението е важно не само точността, точността и дейността на наблюдателя, но и нейната непредвидена връзка, неговите знания и опит, правилния избор на технически средства. Задачата също участва в присъствието на план за наблюдение, т.е. Тяхната систематичност. [Kabakova D.V. Наблюдение, описание и експерименти като основни методи на биология // Проблеми и перспективи за развитие на образованието: материали от международни. Научно conf. (Perm, април 2011 г.). T. I. Перм: Меркурий, 2011. стр. 16-19.].

Описателен метод

Дескриптивната метода се определя от наблюдаваните външни признаци на изследователски обекти с разпределението на значителни и отхвърлящи се незначителни. Този метод стоеше на произхода на биологията, като науката, но нейното развитие би било невъзможно без използването на други изследвания.

Дескриптивните методи ви позволяват първо да опишете и след това да анализирате събитията, които се случват в пустинята, сравнете ги, намирането на определени модели, както и за обобщаване, отваряне на нови видове, класове и т.н. Дескриптивните методи започнаха да се използват в древността, но днес те не са загубили значението си и са широко използвани в ботаническата, етология, зоология и др.

Сравнителен метод

Сравнителен метод е изследване на приликите и разликите в структурата, потока на жизнените процеси и поведението на различни обекти. Например, сравнение на отделни полове, прикрива на един биологичен вид.

Позволява ви да изучавате обекти на обучение, като ги сравните помежду си или с друг обект. Позволява ви да идентифицирате приликите и разликите в живите организми, както и техните части. Получените данни позволяват да се комбинират изследваните обекти в групите върху признаците на сходство в структурата и произхода. Въз основа на сравнителен метод са изградени растения и систематика на животните. Този метод се използва и при създаването на клетъчна теория и потвърждаване на теорията на еволюцията. Понастоящем тя се прилага в почти всички направления на биологията.

Този метод е създаден в биологията през XVIII век. И се оказа, че е много плодотворно в решаването на много от най-големите проблеми. С този метод, и в комбинация с описателен метод, беше получена информация, която е разрешена през XVIII век. Поставете основите на растителна и животинска систематика (K. Linny), а през XIX век. Формулирайте клетъчна теория (M. Shleden и T. SVANN) и доктрината на основните видове развитие (K. BER). Методът е широко използван през XIX век. При оправдаването на теорията на еволюцията, както и при преструктурирането на редица биологични науки, основани на тази теория. Въпреки това, използването на този метод не е придружено от доходността на биологията извън описателната наука. Сравнителният метод се използва широко в различни биологични науки и в нашето време. Сравнението придобива специална стойност, когато е невъзможно да се определи концепцията. Например, с електронен микроскоп, изображенията често получават истинското съдържание, което е неизвестно предварително. Само сравнението на тях с Lickskopic изображения ви позволява да получите желаните данни.

Исторически метод

Позволява ви да идентифицирате моделите на образованието и развитието на жилищните системи, техните структури и функции, сравнете ги с известни факти. Този метод, по-специално, бе успешно използван от C. Darwin да изгради своята еволюционна теория и да допринесе за трансформацията на биологията от описателната наука за обяснение на науката.

През втората половина на XIX век. Благодарение на произведенията на Ч. Дарвин, историческият метод, поставен върху научната основа изучаването на моделите на появата и развитието на организмите, формирането на структурата и функциите на организмите във времето и пространството. С въвеждането на този метод в биологията възникнаха значителни качествени промени. Историческият метод е превърнал биологията от науката, чисто описателен към науката обяснява, което обяснява как функционират разнообразните жизнени системи и как те функционират. Понастоящем историческият метод или "историческият подход" се превърна в универсален подход към изследването на явленията на живота във всички биологични науки.

Експериментален метод

Експериментът е проверката на лоялността на хипотезата, която се разширява, използвайки фокусно въздействие върху обекта.

Експериментът (опит) е изкуствено творение при контролирани условия на ситуация, които помагат за идентифицирането на дълбоко скрити свойства на живите обекти.

Експерименталният метод за изследване на феноменните явления е свързан с активното въздействие върху тях чрез провеждане на експерименти (експерименти) при контролирани условия. Този метод ви позволява да изучавате явленията изолирани и да постигнете повторяемостта на резултатите при възпроизвеждането на същите условия. Експериментът осигурява по-дълбоко от други изследвания, разкриване на същността на биологичните явления. Благодарение на експериментите, които естествените науки като цяло и биологията на конкретно достигат откриването на основните закони на природата.

Експерименталните методи в областта на биологията са не само за експерименти и получават отговори на въпроси, които представляват интерес, но и да се определи точността, формулирана в началото на изследването на материала на хипотезата, както и за нейното регулиране по време на работа. През ХХ век тези изследвания стават водещи в тази наука поради появата на модерно оборудване за експерименти, като например томограф, електронен микроскоп и т.н. Понастоящем биохимични техники, рентгенов структурен анализ, хроматография, както и техники на ултратиновите секции, различни методи на култивиране и много други са широко използвани в експерименталната биология. Експерименталните методи в комбинация със систематичния подход разшириха когнитивните възможности на биологичната наука и отвориха нови пътища за използване на знания в почти всички сфери на човешката дейност.

Въпросът за експеримента като един от основите на познанието на природата беше поставен през XVII век. Английски философ F. Bacon (1561-1626). Въвеждането му в биологията е свързано с творбите на В. Гарвела през XVII век. Според проучването на кръвообращението. Въпреки това, експерименталният метод широко влезе в биологията само в началото на XIX век и чрез физиологията, която започна да използва голям брой инструментални техники, които позволяват да се регистрират и количествено определят графика на функциите към структурата. Благодарение на произведенията на F. majandi (1783-1855), Gelmholts (1821-1894), i.m. Сесенов (1829-1905), както и класиката на експеримента К. Бернар (1813-1878) и i.p. Pavlova (1849-1936) Физиологията вероятно ще бъде първата експериментална наука за биологията.

Друга посока, в която е влязъл експерименталният метод, биологията е да изучава наследствеността и променливостта на организмите. Тук основните заслуги принадлежат на Мендел, който за разлика от предшествениците си, използва експеримента не само за получаване на данни за изследвани явления, но и за тестване на хипотезата, формулирана въз основа на получените данни. Работата на Мендел е класически пример за методологията на експерименталната наука.

В обосновката на експерименталния метод работата, извършена в микробиология L. pasteur (1822-1895), която за пръв път въведе експеримент за изследване и отказ на теорията за спонтанното нуклеация на микроорганизмите, и след това да се развие ваксинация срещу инфекциозни заболявания. През втората половина на XIX век. След L. Paster, R. Koh (1843-1910), D. Lister (1827-1912), i.i. (1827-1912) са направени за развитието и обосновката на експерименталния метод Мечников (1845-1916), D.I. Ivanovsky (1864-1920), с.н. Виноградски (1856-1890), М. Бейнер (1851-1931) и др. През XIX век. Биологията също е обогатена в създаването на методологична основа за моделиране, което също е най-високата форма на експеримента. Изобретяването на L. pasteur, R. Koh и други микробиолози на методите за инфекция на лабораторни животни от патогенни микроорганизми и изследване на патогенеза на инфекциозни болести върху тях е класически пример за моделиране, който преминава към XX век. и допълнени в нашето време моделиране не само с различни заболявания, но и на различни жизнени процеси, включително произхода на живота.

Започвайки например от 40-те. ХХ век Експерименталният метод в биологията е претърпял значително подобрение чрез увеличаване на решаването на много биологични техники и разработването на нови експериментални техники. По този начин се увеличава резолюцията на генетичния анализ, редица имунологични техники. Изследването на изследването е въведено отглеждане на соматични клетки, освобождаването на биохимични мутанти на микроорганизми и соматични клетки и др. Експерименталният метод започна да бъде широко обогатен от методите на физиката и химията, които са изключително ценни не само като независими методи , но и в комбинация с биологични методи. Например, структурата и генетичната роля на ДНК са изяснени в резултат на комбинираното използване на химични методи за освобождаване на ДНК, химични и физични методи за определяне на нейната първична и вторична структура и биологични методи (трансформация и генетичен анализ на бактериите) , доказателство за ролята си на генетичен материал.

Понастоящем експерименталният метод се характеризира с изключителни възможности в изследването на явленията на живота. Тези възможности се определят чрез използване на микроскопия от различни видове, включително електронни с техники на ултра-тънки секции, биохимични методи, високо добавяне на генетичен анализ, имунологични методи, различни методи за отглеждане и наблюдение на живота в клетъчни култури, тъкани и органи, етикетиране Ембриони, оплождане в тръбата, белязани атоми, рентгенова дифракционен анализ, ултрацентрофугиране, спектрофотометрия, хроматография, електрофореза, секвениране, структура на биологично активни рекомбинантни молекули на ДНК и др. Новото качество, поставено в експерименталния метод, причинява качествени промени и при моделиране . Наред с моделирането на нивото на органите, понастоящем се развива моделиране на молекулярно и клетъчни нива.

Моделиране

Моделирането се основава на такова приемане като аналогия - това е заключение за сходството на обектите в определено отношение, основано на тяхното сходство в редица други отношения.

Моделът е опростено копие на обект, феномен или процес, който ги замества в някои аспекти.

Моделирането е съответно създаването на опростено копие на обект, феномен или процес.

Симулация:

1) създаване на опростени копия на познанията за знанието;
2) проучване на обекти на знания за техните опростени копия.

Методът за моделиране е изследване на свойствата на конкретен обект чрез изучаване на свойствата на друг обект (модел), по-удобен за решаване на целите на изследването и в определено съответствие с първия обект.

Моделирането (в широк смисъл) е основният метод на изследване във всички области на знанието. Методите за моделиране се използват за оценка на характеристиките на сложните системи и приемането на научно базирани решения в различни области на човешката дейност. Съществуваща или прожектирана система може да бъде ефективно изследвана чрез математически модели (аналитична и симулация), за да се оптимизира процеса на функционираща система. Системният модел се осъществява на съвременни компютри, които в този случай действат като експериментаторски инструмент със системния модел.

Моделирането ви позволява да изучавате всеки процес или феномен, както и посоката на еволюцията, като ги реконструирате под формата на по-прост обект с модерни технологии и оборудване.

Теорията за моделирането е теорията за подмяна на обект-оригинала на своя модел и проучвания на свойствата на обекта върху неговия модел. Модел (обект обект) (от лат. Модус - "Мярка", "Сила", "Изображение" \\ t ) - спомагателен предмет, отразяващ най-важните за изследвания, същност, свойства, характеристики на структурата и функционирането на оригиналния обект.

Когато говорят за моделиране, обикновено означава моделиране на някаква система.

Системата е набор от взаимосвързани елементи, комбинирани за прилагане на обща цел, изолирана от околната среда и взаимодейства с нея като цяло число и проявява основните свойства на системата. В разпределени 15 основни свойства на системата, които включват: арандистика (обещаност); ЦЕНОСТ; структура; интегритет; Подчиненост на обекта; Йерархия; безкрайност; Ерготизъм; откритост; необратимост; Единство на структурната стабилност и нестабилността; нелинейност; Потенциално мултивариант на действителните структури; критично; Непредсказуемост в критичната област.

При системи за моделиране се използват два подхода: класически (индуктивен), който е исторически първи и системен, развит наскоро.

Класически подход. Исторически, класически подход към изучаването на обект, системно моделиране. Реалният обект да се моделира е разделен на подсистеми, първоначалните данни (d) са избрани за моделиране и задаване на цели (в), отразяващи отделни страни на симулационния процес. Съгласно отделен набор от данни от източника, целта на моделиране на отделна страна на функционирането на системата е определена, някои компоненти (k) от бъдещия модел се формират въз основа на тази цел. Комбинацията от компонента се комбинира в модела.

Така Разходът на компонента се случва, всеки компонент решава собствените си задачи и е изолиран от други части на модела. Прилагайте подход само за прости системи, където не можете да вземете предвид връзката между компонентите. Могат да се отбележат две отличителни страни на класическия подход: 1) има движение от частния към общия при създаването на модел; 2) Създаденият модел (системата) се формира чрез сумиране на отделните си компоненти и не отчита появата на нов системен ефект.

Системният подход е методологична концепция, базирана на желанието за изграждане на холистична картина на изучаването на обекта, като се вземат предвид важни обекти на обектни елементи, връзки между тях и външни връзки с други обекти и околната среда. С усложняването на обекти на моделиране имаше нужда от тяхното наблюдение от по-високо ниво. В този случай разработчикът разглежда тази система като определена подсистема с по-висок ранг. Например, ако задачата за проектиране на ACS на предприятието е поставена, след това от позицията на системния подход е невъзможно да се забрави, че тази система е интеграция на ACS. Системният подход се основава на разглеждането на системата като интегрирано цяло и това разглеждане на развитието започва с основната - формулирането на функциониращата цел. Важно за системния подход е да се определи структурата на системата - набор от връзки между елементите на системата, което отразява тяхното взаимодействие.

Съществуват структурни и функционални подходи към изследването на структурата на системата и нейните свойства.

В структурния подход се открива съставът на специалните елементи на системата и връзката между тях.

С функционален подход се считат алгоритмите за поведение на системата (функции - имоти, водещи до постигането на целта).

Видове моделиране:

1. Моделиране на тема, в което моделът възпроизвежда геометрични, физически, динамични или функционални характеристики на обекта. Например, модел на моста, язовир, модел на крилото на самолета и др.
2. Аналогово моделиране, в което моделът и оригиналът са описани чрез едно математическо съотношение. Пример за това е електрическите модели, използвани за изследване на механични, хидродинамични и акустични явления.
3. Моделиране на сигнала, в кои схеми, чертежи, формули се появяват в ролята на моделите. Ролята на емблематичните модели се е увеличила особено с разширяването на използването на компютър при изграждане на знакови модели.

Придвижващо свързано умствено моделиране, в което моделите придобиват психически визуален характер. Пример в този случай може да служи като модел на атома, предложен едновременно от бор.

4. Експеримент на модела. И накрая, специалният вид моделиране е включването в експеримента, а не самият обект, а нейните модели, по силата на които последният придобива естеството на експеримента на модела. Този вид моделиране показва, че няма трудно лице между методите на емпирични и теоретични знания.

Моделирането е органично свързано с идеализацията - умствено проектиране на концепции, теории за обекти, които не съществуват и не се изпълняват в действителност, но такива, за които има близък прототип или аналог в реалния свят. Примери за идеални обекти, изградени по този метод, са геометрични концепции на точка, линия, равнина и др. От този вид, перфектни обекти работят всички науки - перфектен газ, абсолютно черно тяло, социално-икономическо образуване, състояние и др.

Методи за моделиране

1. Моделирането на фактив е експеримент за най-общото обучение, което със специално подбрани условия на опит, служи като модел на себе си.
2. Физическото моделиране е експеримент върху специални инсталации, които запазват естеството на явленията, но възпроизвеждащи явления в количествено променена мащабна форма.
3. Математическо моделиране - използването на модели във физическа естество, различаващи се от симулираните обекти, но имат подобно математическо описание. Семейното и физическото моделиране могат да бъдат комбинирани в един клас физически модели сходство, тъй като и в двата случая моделът и оригиналът са еднакви във физическата природа.

Методите за моделиране могат да бъдат класифицирани в три основни групи: аналитични, числени и имитации.

1. Аналитични методи за моделиране. Аналитичните методи ви позволяват да получите системни характеристики като някои функции на параметрите на нейната работа. По този начин аналитичният модел е система от уравнения при решаване на параметрите за изчисляване на производствените характеристики на системата (време за обработка на времето, честотна лента и др.). Аналитичните методи дават точни стойности на характеристиките на системата, но се използват за решаване на само тесен клас. Причините за това са следните. Първо, поради сложността на повечето реални системи, тяхното завършено математическо описание (модел) или не съществуват, или аналитични методи за решаване на създадения математически модел все още не са разработени. Второ, в изхода на формулите, върху които се основават аналитични методи, се вземат някои предположения, които не винаги съответстват на реалната система. В този случай използването на аналитични методи трябва да бъде отказано.
2. Методи за цифрово моделиране. Числените методи включват превръщането на модела към уравнения, чието решение е възможно чрез методите за изчисляване на математиката. Класът на задачите, решен по тези методи, е много по-широк. В резултат на използването на числени методи се получават приблизителни стойности (оценки) на производствените характеристики на системата с дадена точност.
3. Методи за моделиране на имитация. С развитието на изчислителната технология, методите за моделиране на имитация на анализа на системите, преобладаващи, при които преобладават стохастичните въздействия.

Същността на имитационното моделиране (IM) е да симулира процеса на функциониране на системата във времето, с спазването на същите съотношения на продължителността на операциите, както в системата на оригинала. В същото време елементарните явления, съставляващи процеса, се запазва тяхната логическа структура, последователността на течаща с течение на времето. В резултат на заявлението те получават оценки на производствените характеристики на системата, които са необходими при решаването на проблеми на анализа, управлението и дизайна.

В биологията, например, можете да изградите модел на жизнен статус във воден клон след известно време с промяна в един, два или повече параметъра (температура, концентрации на сол, присъствие на хищници и др.). Такива техники станаха възможни поради навлизането на идеите и принципите на кибернетиката - науки за управление.

Класификацията на типовете модели може да бъде поставена на различни признаци. В зависимост от естеството на изследваните процеси в системата, моделирането може да бъде разделено на детерминистична и стохастична; Статично и динамично; Дискретни и непрекъснати.

Детерминисткото моделиране се използва за изследване на системи, чието поведение е абсолютно точно. Например път, направен от автомобил, с равновесно движение в идеални условия; Устройство, което е повишено в квадратно число и т.н. Съответно, детерминистичният процес тече в тези системи, който е адекватно описан от детерминистичния модел.

Стохастична (теоретична и вероятностна) симулация се използва за изучаване на системата, състоянието на което зависи не само от контролирано, но и от неконтролирано въздействие или в самата тя самата източник на случайност. Стохастичните системи включват всички системи, които включват човек, като растения, летища, изчислителни системи и мрежи, магазини, предприятия за домакински услуги и др.

Статичното моделиране се използва за описване на системите в някакъв момент.

Динамичното моделиране отразява промяната във времето (производствените характеристики на системата в момента се определят от естеството на входните влияния в миналото и настоящето). Пример за динамични системи е биологични, икономически, социални системи; Такива изкуствени системи като растение, корпорация, поточна линия и др.

Дискретно моделиране се използва за изследване на системи, при които входните и изходните характеристики се измерват или варират по време на време дискретно, в противен случай се използва непрекъсната симулация. Например, електронен часовник, електромер - дискретни системи; Sunshirt, отоплителни устройства - непрекъснати системи.

В зависимост от формата на представяне на обекта (система), може да се разграничи психическото и реалното моделиране.

С реално (тежко) моделиране, изследването на характеристиките на системата се извършва върху реален обект или от нейната част. Реалното моделиране е най-адекватно, но възможностите му, като се вземат предвид характеристиките на реалните обекти, са ограничени. Например, реалното моделиране с предприятието ACS изисква, първо, създаването на ACS; Второ, извършване на експерименти с предприятието, което е невъзможно. Реалното моделиране включва производствен експеримент и сложни тестове, които имат висока степен на надеждност. Друг вид реално моделиране е физически. При физическо моделиране изследването се извършва на инсталациите, които запазват естеството на явлението и имат физическо сходство.

Моделирането на ума се използва за симулиране на системи, които практически не са реализирани в определен интервал от време. Основата на умственото моделиране се основава на създаването на идеален модел, базиран на идеална, психическа аналогия. Има два вида психични симулации: оформени (визуални) и емблематични.

Когато се симулира на базата на представителствата на човек за реални обекти, се създават различни визуални модели, показващи явления и процеси, които се срещат в обекта. Например, модели на частици газове в кинетичната теория на газовете под формата на еластични топки, влияещи взаимно по време на сблъсък.

С моделиране на знака, опишете симулирана система с помощта на символи, символи, по-специално под формата на математически, физични и химични формули. Математическите модели са най-мощни и развити клас на емблематични модели.

Математическият модел е изкуствено създаден обект под формата на математически, иконични формули, който показва и възпроизвежда структурата, свойствата, взаимното свързване и връзката между елементите на изучаването на обекта. След това разглеждаме само математически модели и съответно математическо моделиране.

Математическото моделиране е изследван метод, основан на подмяната на основния оригинален обект на неговия математически модел и на работа с него (вместо обекта). Математическото моделиране може да бъде разделено на аналитичен (AM), симулация (IM), комбиниран (km).

Създава се аналитичен модел на обект под формата на алгебрична, диференциална, накрая разлика в уравнения. Аналитичният модел се изследва или чрез аналитични методи или цифрови методи.

Той създава симулационен модел, метод на статистическо моделиране се използва за изпълнение на симулационния модел на компютъра.

С км се извършва разлагане на функционирането на системата на подпроцесите. За тези от тях, когато е възможно, се използват аналитични методи, в противен случай имитация.

Математически методи

Сравнение и групиране на обекти; освобождаване и разделяне на групи; Определяне на мястото на обекта (група) в описаната по-горе система (идентификация). Взаимоотношения и зависимости; Характеристики на анализа на процесите.

Разделяне на знаци (променливи) на независими фактори и зависими - "отговори"; Качествени и количествени характеристики. Въздействие върху естеството на анализа на характеристиките на представянето на знаците. Деривати "Вторични" признаци (индекси, основни компоненти и др.).

Многократно сравнение и неговите характеристики. Основи на дисперсионния анализ; Неговите различия и предимства пред двойката сравнение. Изисквания за първоначални данни за единичен и мултифакторен комплекс; Ефект на отклоненията. Трансформация на данни; Трансформация на неравни комплекси. Йерархичен модел на анализ на дисперсията, неговите характеристики. Схема с "многократни измервания".

Оценка и интерпретация на резултатите от анализа на дисперсията. Планиране на многофакторна дисперсионна анализ в пълна и съкратена верига; Площад Греколатин.

Анализ на корелацията. Анализ на фактора. Регресионен анализ. Редове на високоговорителите (времеви редове). Количествени методи за класификация.

Математическа статистика.

Теоретичен (Системният метод)

Този метод, като кибернетичен подход, се отнася до категорията нови изследвания. Живите обекти се считат за системи, т.е. съвкупността на елементите с определени отношения. Като се има предвид йерархията на живите системи, всеки обект може да се разглежда едновременно като система и като елемент от система за по-висока поръчка. Следователно принципите на системна организация са валидни за всички нива - от макромолекули до биосферата на Земята.

Широкото развитие на системата на системата в съвременната наука, включително в биологията, означава постепенно преминаване от анализ към синтез.

Анализът е дискретен подход, задълбочавайки се в структурата и функциите на отделни елементи на системата - вътре в клетката, вътре в тялото, вътре в екологичната общност. Синтезът означава интегриращ подход, изследването на интегралните характеристики на системата - клетки, организма, биоценоза. Проучването винаги се изпълнява първо от общия до частния анализ, а след това от частно към общото, но на новото ниво на познаване на този общ синтез.

Аналитичен подход в биологията е открил химическата и микроструктурната организация на жилищните съоръжения, разбраха видовото многообразие сред животните, растенията, микроорганизмите, разкрива генетичната хетерогенност на организмите в популациите и други вътрешни характеристики на системите.

Постепенно количеството натрупани аналитични данни стана достатъчно за преход към техния синтез. Така възникна синтетична теория на еволюцията, невро - хуморална физиология, модерна имунология, молекулярна биология, нова мегасистема на организмите, основана на тяхната сложна характеристика - от екология и анатомия до молекулярна генетика.

Действителната задача на съвременната природна наука е решена - създаването на холистична биологична картина на света.

Увеличаването на интереса към синтеза в науката показва прехода от емпирични до теоретичния етап на знанието. От получаване на факти номинацията на нови хипотези започва чрез тяхното обобщение, след това те обикновено следват многократната им емпирична проверка (нови наблюдения, експерименти, сравнения, моделиране). Емпиричната проверка е или да опровергае хипотезата, или за неговото потвърждение с една степен на вероятност. Силно надеждни хипотези стават закони, теориите са съставени от тях.

Между всички изброени методи е невъзможно да се извърши строга граница. Използва се в комбинация помежду си, те позволяват по-пълно и ефективно изследване на живи системи, както и да се установят моделите на тяхното появяване, развитие и работа.

Методи за биология. Биологията използва най-различните изследвания. На традиционен, но описателният метод остава описателна стойност. Основни методи на биология:
· Наблюдение и описание Факти и явления (описателен метод). Методът на наблюдение даваспособността да се анализира и описва биологични явления. По метода на наблюдение се базира описателен метод. За да разберете същността на явлението, първо трябва да съберете и опишете действителния материал. Например, с помощта на метода на наблюдение могат да бъдат проучени сезонните промени в дивата природа. Наблюдението е изследването на обекти на дивата природа в естествените условия на съществуване. Това е пряко наблюдение на поведението, презаселването, възпроизвеждането на растението и животните в природата. За тези цели се използват както традиционни полеви проучвания (бинокли, видеокамери) и сложно лабораторно оборудване (микроскопи, биохимични анализатори, разнообразие от измервателно оборудване).
· Сравнение Даване на възможност за установяване на прилики и разликата между различните биологични ски структури и явления (сравнителен метод). Сравнение Анатомична структура, химически състав, генна структура и други признаци в организмите с различни нива на сложност. В същото време не само живите организми се изследват, но отдавна са изчезнали, запазени под формата на вкаменени останки в палеонтологичната хроника.
· Експеримент (LAT. Experientum - тест), по време на които биологичните предмети и проходящите се изследват в изкуствено създадени, точно контролирани условия (експериментален метод). Експерименталният метод е свързан с целевото създаване на системата, помага да се следват свойствата и явленията на дивата природа. Експериментален метод (опит) - проучвания на жизненията в условията на екстремни действия на екологични фактори - изменена температура, онова сущест или влажност, високо натоварване, токсичност или радиоактивност, модифициран режим или място за разработка (отстраняване или трансплантация на гени, клетки, органи, клетки, органи \\ t и т.н., P.). Експерименталният метод ви позволява да идентифицирате скритите свойства, границите на адаптивните (адаптивни) комбайни на живи системи, степента на тяхната гъвкавост, надеждност, вариабилност.
·Широко използван методи за инструменти : Електричество, радар и др.

· Моделиране - изграждане и изучаване на модели (схеми, графики, описания) на процеси и явления, които все повече се прилагат с разработването на компютърни технологии. С помощта на метода за моделиране всяко явление чрез нейния модел се изучава.
· Универсалната стойност за всички отрасли на биологията има исторически метод - изследването на всички явления и процеси като етапи на еволюционното развитие на природата. Историческият метод идентифицира еволюционните трансформации на биологични видове и техните общности. Това е един от най-важните методи, които служат като основа за разбиране на получените факти. Историческият метод открива преговорите за появата и развитието на организмите, формирането на тяхната структура и функции.
· Палеонтологичен метод - проучване на изчезнали организми.
· Системния метод Се отнася до категорията на нови интердисциплинарни изследвания. Живите обекти се считат за системи, т.е. съвкупността на елементите с определени отношения.

· Биохимичен метод Това позволява да се идентифицират и изследват веществата, които са включени в организационния орган, техните трансформации, ви позволява да идентифицирате наследствени метаболитни нарушения.
Частни (специални) методи за цитология се използват за изучаване на структурата и функциите на клетките и тъканите:
· Светлина микроскопия - дава възможност за откриване на ядрото и някои клетки на клетъчната - мито-хондрия, хлоропласти, голги, килия и водещи.
· Електронна микроскопия. - позволява да се изучава фината структура на органоидите (например,хлоропласти), тяхното ултраструктура,
· Центрофугиране - ви позволява да селективно разпределяте и проучватеклетъчни клетки;
· Метод на клетъчна култура и тъкани Използвани за изучаване на структурата и функциите на клетките.