生物学研究の伝統的な方法のリストから選択します。生物物質の研究における分析方法としての生物学的研究。人生。オープンシステム

05.07.2020

パイプ

方法とは、科学者が科学的な問題や問題を解決するときに通過する研究の道筋です。

科学的方法とは、科学的知識のシステムの構築に使用される一連の技術と操作です。

すべての生物科学に普遍的な方法: 説明的、比較的、歴史的と 実験的な.

記述的な方法。それは観察に基づいています。これは、事実の資料とその説明（動植物の研究と説明）を収集する古代の科学者によって広く使用され、現在でも（たとえば、新種が発見された場合）使用されています。

観察は、研究者が物体に関する情報を収集する方法です (感覚を使用して自然物体を認識すること)。

例：

動物の行動などを視覚的に観察できます。デバイスの助けを借りて、生きている物体に起こっている変化を観察することができます。たとえば、日中に心電図を測定するとき、1 か月の間に子牛の体重を測定するときなどです。季節ごとの自然の変化や動物の脱皮などを観察できます。観察者によって導かれた結論は、繰り返しの観察または実験によって検証されます。

比較方法 17世紀に使用されるようになりました。これにより、生物とその部分の類似点と相違点を特定することができます（動植物の体系化、細胞理論の発展）。現在、比較法はさまざまな生物学でも広く使用されています。
歴史的手法- 歴史的に長い期間 (数十億年) にわたって発生した事実、プロセス、現象の間の関係を確立する。この方法は、得られた事実を理解し、以前と比較するのに役立ちます既知の結果。この方法は 19 世紀後半に広く使用され始めました (ダーウィン進化論の実証)。歴史的手法の適用により、生物学を記述科学から、多様な生命システムがどのように誕生し、それらがどのように機能するかを説明する科学に変えることが可能になりました。
実験方法- これは、一定の経験の助けを借りて、新しい知識（現象の研究）を獲得することです。

実験とは、実験者が意図的に条件を変更し、それが生物にどのような影響を与えるかを観察する生物学の研究方法です。実験は実験室でも屋外でも行うことができます。

この実験方法は、血液循環の研究における彼の研究に適用され始めました。ウィリアム・ハーヴェイ (1578-1657)、そして19世紀から生物学（生理学的プロセスの研究）で広く使用され始めました。 G. メンデルは、生物の遺伝と変動性を研究し、研究された現象に関するデータを取得するだけでなく、得られた結果に基づいて定式化された仮説を検証するために初めて実験を適用しました。
20世紀に入ると、生物学研究用の新しい機器（電子顕微鏡、断層撮影装置など）の登場により、実験方法は生物学の主流となりました。 モデリング、最高の実験形式と考えられているこの実験は、現代生物学でも使用されています（最も重要な生物学的プロセス、進化の主な方向、生態系と生物圏全体のコンピューターモデリングに関する活発な研究が進行中です）。

生物学は、動植物生物学、植物生理学、形態学、遺伝学、分類学、育種学、菌学、蠕虫学、その他多くの科学など、さまざまな生物学的対象を研究する多くの特殊科学に分かれています。したがって、一般的な生物学的手法に加えて、民間の生物科学で使用されている手法もあります。

遺伝学 - 家系図を研究するための系図学的方法、
選択 - ハイブリダイゼーション法、
組織学 - 組織培養法など

科学的事実とは、ある特定の現象、出来事が固定されている科学的知識の形式です。観察と実験の結果。物体の定量的および定性的特性を確立します。

私たちが生物学について話すとき、私たちはすべての生き物の研究を扱う科学について話しています。生息地を含むすべての生き物が研究されています。細胞の構造から始まり、複雑な生物学的プロセスに至るまで、これらすべてが生物学の主題です。検討 生物学における研究方法、オンになっていますこの瞬間使用されています。

生物学的研究の方法含む：

経験的/実験的方法
記述的方法
比較方法
統計的手法
モデリング
歴史的手法

経験的方法それは、経験の対象がその存在条件の変化にさらされ、得られた結果が考慮されるという事実にあります。実験には、場所に応じて室内実験と野外実験の2種類があります。フィールド実験には自然条件が使用され、室内実験には特別な実験装置が使用されます。

記述的方法観察に基づいて、その後に現象の分析と説明が続きます。この方法により、生物学的現象やシステムの特徴を強調することができます。これは最も古い方法の 1 つです。

比較方法得られた事実や現象と他の事実や現象との比較を意味します。情報は観察によって得られます。最近ではモニタリングを利用することが一般的になってきました。モニタリングは、分析の実行に基づいてデータを収集し、予測できるようにする継続的な観察です。

統計的手法数学的手法としても知られており、実験中に得られた数値的な性質のデータを処理するために使用されます。さらに、この方法は特定のデータの有効性を検証するために使用されます。

モデリングこれは、最近非常に勢いを増しているテクニックであり、オブジェクトをモデルで表現して操作することが含まれます。実験では分析できず、後から検討できないことも、モデリングによって学習できます。従来のモデリングだけでなく、数理モデリングも一部使用されています。

歴史的手法過去の事実の調査に基づいて、既存のパターンを判断できるようになります。ただし、1 つの方法が常に十分に効果的であるとは限らないため、より良い結果を得るためにこれらの方法を組み合わせるのが一般的です。

ここでは生物学における主な研究方法を検討してきました。この記事が皆様にとって興味深く有益なものであったことを願っております。質問やコメントを必ずコメントに記入してください。

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簡単な説明：

サゾノフ V.F. 生物学における現代の研究方法 [電子リソース] // 運動学者、2009-2018: [ウェブサイト]。更新日: 22.02.2018..__.201_)。生物学における現代の研究方法、そのセクション、および関連分野に関する資料。

生物学における現代の研究方法、そのセクションおよび関連分野に関する資料

描く In: 生物学の主要な分野。

現在、生物学は条件付きで 2 つの大きな科学グループに分類されています。

生物の生物学: 植物 (植物学)、動物 (動物学)、菌類 (菌学)、微生物 (微生物学) に関する科学。これらの科学は、生物の別々のグループ、その内部および内部を研究します。外部構造、ライフスタイル、生殖と発達。

一般生物学：分子レベル（分子生物学、生化学、分子遺伝学）、細胞（細胞学）、組織（組織学）、器官とその系（生理学、形態学、解剖学）、集団と自然群集（生態学）。言い換えると、一般生物学さまざまなレベルで人生を研究します。

生物学は他の自然科学と密接に関係しています。したがって、生物学と化学の接点には生化学と分子生物学が、生物学と物理学の間には生物物理学が、生物学と天文学の間には宇宙生物学が登場しました。生態学は生物学と地理学の交差点にあり、現在では独立した科学としてみなされることがよくあります。

トレーニングコースの学生の課題生物学研究の現代的方法

1. 生物学のさまざまな分野におけるさまざまな研究手法に精通している。

決定と報告:
1) 生物学のさまざまな分野の研究方法に関するレビュー教育エッセイを書く。要約内容の最低要件: 5 つの研究手法の説明、各手法ごとに 1 ～ 2 ページ (フォント 14、行間 1.5、余白 3 ～ 2 ～ 2 ～ 2 cm)。
2) 現代の生物学方法の 1 つに関するレポートの提示 (できればプレゼンテーションの形式で): 5 巻±1 ページ。
期待される学習成果:
1) 生物学における幅広い研究手法について表面的には知っている。
2) 研究手法の 1 つを深く理解し、その知識を学生グループに伝達する。

2. 科学研究報告書の作成に必要な要件を使用して、目標設定から結論まで教育教育および科学研究を実施します。

解決：
実験教室や自宅で一次データを取得する。このような研究の一部を課外時間で行うことは認められます。

3. 生物学における一般的な研究方法に精通している。

解決：
講義コースと情報源を使った自主制作。生物学の歴史からの事実の例に関する報告: 2 巻±1 ページ。

4. 取得した知識、スキル、能力を応用して、研究課題、期末レポート、および/または最終資格試験の形で独自の研究を実施および設計する。

概念の定義

研究手法 研究活動の目標を達成するための方法です。

科学的方法 科学的知識のシステムの構築に使用される一連の技術と操作です。

科学的事実 - これは観察と実験の結果であり、オブジェクトの定量的および定性的特性を確立します。

方法論的基礎 科学研究は、この研究の目標を達成するために使用される科学的知識の一連の方法です。

一般的な科学的、実験的方法、方法論的基礎 - 。

現代生物学は方法論的アプローチの統一を使用しており、「記述的分類アプローチと説明的非理論的アプローチの統一」を使用しています。経験的研究と、生物学的知識の形式化、数学化、公理化を含む集中的な理論化のプロセスとの一体性。」 [Yarilin A.A. 「シンデレラ」はお姫様になるか、科学の階層における生物学の位置になります。 // 『エコロジーとライフ』第 12 号、2008 年。P. 4-11。 S.11】。

研究方法の目的:

1. 「人間の自然な認知能力とその拡張と継続を強化する。」

2.「コミュニケーション機能」、つまり被験者と研究対象の間の調停 [Arshinov V.I. ポスト非古典科学の現象としての相乗作用。 M.: 哲学研究所 RAS、1999、203 p。 P.18】。

生物学における一般的な研究方法

観察

観察 - これは、一定期間にわたる物体の外部の兆候と目に見える変化の研究です。 たとえば、苗木の成長と発達を観察します。

観察はすべての自然科学研究の出発点です。

生物学では、その研究の対象が人間とその周囲の生きた自然であるため、これは特に顕著です。すでに学校では、動物学、植物学、解剖学の授業で、植物や動物の成長と発達、自分の体の状態を観察するという最も単純な生物学的研究を行うように教えられています。

情報収集方法としての観察は、年代順に生物学の武器庫、あるいはその前身である博物学に登場した最初の研究方法です。そして、観察は人の感覚能力（感覚、知覚、表現）に基づいているため、これは驚くべきことではありません。 古典生物学は主に観察生物学です。しかし、それにもかかわらず、この方法は今日に至るまでその重要性を失っていません。

観察は直接的または間接的であり、技術援助の有無にかかわらず行われます。そのため、鳥類学者は双眼鏡で鳥を見てその音を聞くことができ、また人間の耳に聞こえる範囲外の音を装置で修正することもできます。組織学者は、固定および染色された組織切片を顕微鏡で観察します。そして、分子生物学者にとって、観察とは、試験管内の酵素の濃度の変化を確認することかもしれません。

科学的観測は通常とは異なり、単純ではないことを理解することが重要ですが、 目的のある物体や現象の研究: それは問題を解決するために行われ、観察者の注意が分散されるべきではありません。たとえば、鳥の季節的な移動を研究するというタスクの場合、私たちは鳥が営巣地に出現するタイミングに注目するだけで、それ以外には何も注目しません。したがって、観察というのは、 選択的割り当て現実離れした ある部分、言い換えれば、側面、そして研究中のシステムにこの部分を含めること。

観察では、観察者の正確さ、正確さ、活動だけでなく、観察者の公平性、知識、経験も重要です。正しい選択技術的手段。この問題の記述は、観測計画の存在も前提としています。彼らの計画。 [カバコバ D.V. 生物学の主な方法としての観察、記述、実験 // 教育発展の問題点と展望：国際資料。科学的会議 (パーマ、2011 年 4 月) T. I. パーマ: 水星、2011. S. 16-19.]。

記述的方法

記述的方法 - これは、本質的なものを割り当て、重要でないものを拒否することで、研究対象の観察された外部の兆候を固定することです。 この方法は科学としての生物学の起源にありましたが、他の研究方法を使用しなければその発展は不可能でした。

記述的手法を使用すると、野生動物で発生する現象を最初に説明してから分析し、それらを比較して特定のパターンを見つけたり、一般化して新しい種類やクラスなどを発見したりすることができます。記述方法は古代に使用され始めましたが、今日でもその関連性は失われておらず、植物学、動物行動学、動物学などで広く使用されています。

比較方法

比較方法 - これは、さまざまな物体の構造、生命過程、および動作における類似点と相違点の研究です。 たとえば、同じ生物学的種に属する異なる性別の個体の比較です。

研究対象を相互に、または別のオブジェクトと比較して研究できます。生物の類似点と相違点、およびその部分を識別できます。得られたデータにより、構造と起源の類似性の兆候に従って、研究対象をグループに組み合わせることが可能になります。ベース比較法たとえば、動植物の分類法が構築されています。この方法は、細胞理論を作成し、進化理論を確認するためにも使用されました。現在、生物学のほぼすべての分野で使用されています。

この方法は 18 世紀に生物学の分野で確立されました。そして、最大の問題の多くを解決するのに非常に有益であることが証明されました。この方法を利用し、記述方法と組み合わせることで、18 世紀に可能だった情報が得られました。動植物の分類学の基礎を築きました（K. リンネ）。そして 19 世紀に。細胞理論 (M. Schleiden と T. Schwann) と主要な発生タイプの理論 (K. Baer) を定式化します。この方法は 19 世紀に広く使用されました。進化論の実証と、この理論に基づいた多くの生物学の再構築において。しかし、この方法の使用は、記述科学の限界を超える生物学の出現を伴うものではありませんでした。
比較法は現代のさまざまな生物学で広く使用されています。概念の定義を与えることができない場合、比較は特別な価値を持ちます。たとえば、電子顕微鏡を使用すると、実際の内容が事前には分からない画像が得られることがよくあります。光学顕微鏡画像と比較することによってのみ、所望のデータを得ることができる。

歴史的手法

生命システムの形成と発達のパターン、その構造と機能を特定し、既知の事実と比較することができます。特にこの方法は、チャールズダーウィンが進化論を構築するために成功裏に使用し、生物学を記述科学から説明科学に変えることに貢献しました。

19 世紀後半。チャールズ・ダーウィンの業績のおかげで、この歴史的手法は、生物の出現と発達のパターン、時間と空間における生物の構造と機能の形成の研究に科学的基礎を築きました。生物学におけるこの方法の導入により、重大な質的変化が起こりました。歴史的手法は、生物学を純粋に記述的な科学から、多様な生命システムがどのようにして誕生し、それらがどのように機能するかを説明する説明的な科学に変えました。現在、歴史的方法、または「歴史的アプローチ」は、あらゆる生物学における生命現象の研究への一般的なアプローチとなっています。

実験方法

実験 - これは、オブジェクトに対する対象を絞った影響を利用して、立てられた仮説の正しさを検証するものです。

実験（実験）は、制御された状況条件下で人工的に作成され、生物の深く隠された特性を明らかにするのに役立ちます。

自然現象を研究する実験的方法は、制御された条件下で実験（実験）を行うことによって自然現象に積極的な影響を与えることに関連しています。この方法により、現象を個別に研究し、同じ条件下で再現した場合に結果の再現性を達成することができます。この実験は、他の研究方法よりも深く生命現象の本質を明らかにします。自然科学一般、特に生物学が自然の基本法則の発見に到達したのは実験のおかげです。
生物学における実験方法は、実験を実施して興味のある質問に対する答えを得るだけでなく、材料の研究の開始時に定式化された仮説の正しさを判断し、作業の過程でそれを修正するためにも役立ちます。 20 世紀に入ると、断層撮影装置や電子顕微鏡などの実験を行うための最新の機器の出現により、これらの研究方法がこの科学の主導権を握るようになりました。現在、実験生物学では生化学的手法、X線回折分析、クロマトグラフィーをはじめ、超薄切片の作製や各種培養法などが広く利用されています。実験的手法と体系的なアプローチを組み合わせることで、生物科学の認知能力が拡張され、人間の活動のほぼすべての分野で知識を応用するための新しい道が開かれました。

自然に関する知識の基礎の 1 つとしての実験の問題は、17 世紀にはすでに提起されていました。イギリスの哲学者 F. ベーコン (1561-1626)。彼の生物学への入門は、17 世紀の W. ハーベイの研究に関連しています。血液循環の研究に。しかし、この実験方法が生物学に広く導入されたのは 19 世紀初頭になってからであり、さらに生理学を通じて、多数の機器的方法が使用され始め、機能の閉じ込めを記録して定量的に特徴付けることが可能になりました。構造に。 F. マジャンディ (1783-1855)、G. ヘルムホルツ (1821-1894)、I.M. の作品に感謝します。セチェノフ（1829-1905）、実験の古典である C. バーナード（1813-1878）および I.P. パブロワ (1849-1936) によれば、生理学はおそらく実験科学となった最初の生物科学でした。
この実験方法が生物学に参入したもう 1 つの方向は、生物の遺伝と変動性の研究でした。ここでの主な利点は、前任者とは異なり、研究中の現象に関するデータを取得するために実験を使用しただけでなく、得られたデータに基づいて定式化された仮説をテストするためにも実験を使用したG.メンデルにあります。 G. メンデルの研究は、実験科学の方法論の典型的な例でした。

実験方法を実証するにあたって、L. パスツール (1822-1895) が微生物学で行った研究は、発酵を研究し、微生物の自然発生理論を否定するための実験を初めて導入し、その後、感染症に対するワクチンを開発しました。非常に重要です。 19 世紀後半。 L. パスツール、R. コッホ (1843-1910)、D. リスター (1827-1912) に続き、I. メチニコフ（1845-1916）、D.I. イワノフスキー (1864-1920)、S.N. ヴィノグラツキー (1856-1890)、M. ベイエルニク (1851-1931) ら 19 世紀。生物学はまた、実験の最高の形式でもあるモデリングの方法論的基礎の創設によって強化されました。 L. パスツール、R. コッホおよび他の微生物学者による、実験動物を病原性微生物に感染させ、それらにおける感染症の発症を研究する方法の発明は、20 世紀にまで引き継がれたモデル化の古典的な例です。そして現代では、さまざまな病気だけでなく、生命の起源を含むさまざまな生命プロセスをモデル化することによって補完されています。
たとえば40代から。 20世紀生物学における実験方法は、多くの生物学的手法の解像度の向上と新しい実験手法の開発により大幅に改善されました。はい、解像度が上がりました。遺伝子解析、多くの免疫学的方法。体細胞の培養、微生物や体細胞の生化学的変異体の単離などが研究の実践に導入され、実験手法は物理学や化学の手法も幅広く充実し始め、非常に高度なものとなった。独立した方法としてだけでなく、生物学的方法と組み合わせても価値があります。たとえば、DNA の構造と遺伝的役割は、DNA を単離するための化学的方法、一次および二次構造を決定するための化学的および物理的方法を組み合わせて使用した結果、解明されました。生物学的方法（細菌の形質転換と遺伝子分析）、遺伝物質としての役割の証拠。
現在、この実験方法は生命現象の研究において非常に優れた可能性を持っていることが特徴です。これらの可能性は顕微鏡の使用によって決定されます他の種類、超薄切片の技術を用いた電子的方法、生化学的方法、高分解能遺伝子分析、免疫学的方法、細胞培養、組織および器官における培養および生体内観察の様々な方法、胚の標識、体外受精、標識方法を含む。原子、X 線回折分析、超遠心分離、分光光度法、クロマトグラフィー、電気泳動、配列決定、生物学的に活性な組換え DNA 分子の構築など。実験方法に固有の新しい性質は、モデリングにも質的な変化を引き起こしました。臓器レベルでのモデリングに加えて、分子および細胞レベルでのモデリングも現在開発されています。

モデリング方法

モデリングは次のような手法に基づいています。類推 - これは、他の多くの点での類似性に基づいて、ある点でのオブジェクトの類似性についての推論です。

モデル オブジェクト、現象、またはプロセスの簡略化されたコピーであり、特定の側面でそれらを置き換えます。

モデルとは、モデリングオブジェクト (プロトタイプ、オリジナル) と比較して、作業がより便利なもの、つまり、見たり、聞いたり、覚えたり、書き留めたり、処理したり、送信したり、継承したり、実験したりするのが簡単なものです。）。
カルキシチェンコ N.N. バイオモデリングの基礎。 - M.: VPK、2005. - 608 p. S.22

モデリング - これはそれぞれ、オブジェクト、現象、またはプロセスの単純化されたコピーの作成です。

モデリング：

1) 知識オブジェクトの簡易コピーの作成。

2) 簡略化されたコピーに関する知識オブジェクトの研究。

モデリング方法 - これは、別のオブジェクト (モデル) の特性を研究することによって、特定のオブジェクトの特性を研究することです。これは、研究課題を解決するのにより便利で、最初のオブジェクトと一定の対応関係があります。

(広義の) モデリングは、あらゆる知識分野における主要な研究方法です。モデリング手法は、複雑なシステムの特性を評価し、科学に基づいた意思決定を行うために使用されます。さまざまな地域人間の活動。既存のシステムまたは計画中のシステムは、システム機能のプロセスを最適化するために、数学的モデル (解析およびシミュレーション) を使用して効果的に調査できます。システムモデルは最新のコンピューターに実装されており、この場合、コンピューターはシステムモデルの実験ツールとして機能します。

モデリングを使用すると、最新の技術と機器を使用してより単純なオブジェクトの形で再作成することで、あらゆるプロセスや現象、さらには進化の方向を研究することができます。

モデリング理論 - 元のオブジェクトをそのモデルに置き換え、そのモデル上のオブジェクトの特性を研究する理論。
モデリング - 研究対象の元のオブジェクトをそのモデルに置き換え、（オブジェクトの代わりに）それを操作することに基づいた研究方法。
モデル （元のオブジェクト）（緯度法から - 「測定」、「ボリューム」、「イメージ」） - パターン、本質、特性、構造の特徴と機能の研究に最も重要なものを反映する補助オブジェクト。オリジナルのオブジェクト。
人々がモデリングについて話すとき、それは通常、何らかのシステムをモデリングすることを意味します。
システム - 共通の目標を達成するために結合され、環境から隔離され、統合された全体として環境と相互作用し、同時に主要なシステム特性を示す、相互に関連する要素のセット。 15 の主要なシステムプロパティが挙げられます。全体性。構造化; 威厳; 目標への従属。階層; 無限大; 活発性。開放性。不可逆性。構造的安定性と不安定性の統一。非線形性。実際の構造の潜在的な多変量。臨界性。クリティカル領域における予測不可能性。
システムをモデル化する場合、2 つのアプローチが使用されます。1 つは歴史的に最初の古典的 (帰納的) アプローチ、もう 1 つは最近開発されたシステム的アプローチです。

古典的なアプローチ。 歴史的には、オブジェクトの研究、つまりシステムのモデリングに対する古典的なアプローチが最初に開発されました。モデル化される実際のオブジェクトはサブシステムに分割され、モデル化プロセスの特定の側面を反映して、モデル化のための初期データ (D) が選択され、目標 (T) が設定されます。別の初期データのセットに基づいて、システムの機能の別の側面をモデル化することが目標です。この目標に基づいて、特定のコンポーネント (K) が形成されます。将来モデル。コンポーネントのセットがモデルに結合されます。
それか。コンポーネントが合計され、各コンポーネントは独自のタスクを解決し、モデルの他の部分から分離されます。このアプローチは、コンポーネント間の関係を無視できる単純なシステムにのみ適用されます。古典的なアプローチの 2 つの特徴的な側面に注目することができます。1) モデルを作成するときに、特定のものから一般的なものへの動きがあります。 2) 作成されたモデル (システム) は、その個々のコンポーネントを合計することによって形成され、新しい全体的な効果の出現は考慮されていません。

システムアプローチ - 解決されるタスクにとって重要なオブジェクトの要素、それらの間のリンク、および他のオブジェクトとの外部リンクを考慮に入れて、研究対象のオブジェクトの完全な画像を構築したいという願望に基づく方法論的概念。環境。オブジェクトのモデリングが複雑になるにつれて、オブジェクトをより高いレベルから観察する必要が生じました。この場合、開発者はこのシステムを上位のサブシステムとみなします。たとえば、企業の自動制御システムを設計するというタスクがある場合、体系的なアプローチの観点から、このシステムは協会の自動制御システムの不可欠な部分であることを忘れてはなりません。システムのアプローチは、システムを統合された全体として考慮することに基づいており、開発中のこの考慮は、主要なこと、つまり機能の目標の策定から始まります。システムアプローチにとって重要なのは、システムの構造、つまりシステムの要素間の相互作用を反映したリンクの全体の定義です。

システムの構造とその特性を研究するには、構造的アプローチと機能的アプローチがあります。

で 構造的アプローチ システムの選択された要素の構成とそれらの間のリンクが明らかになります。

で 機能的なアプローチ システム動作のアルゴリズムが考慮されます (機能 - 目標の達成につながる特性)。

モデリングの種類

1. オブジェクトモデリング このモデルでは、オブジェクトの幾何学的、物理的、動的、または機能的特性が再現されます。例：橋梁モデル、ダムモデル、翼モデル
飛行機など
2. アナログシミュレーション 、モデルとオリジナルは単一の数学的関係によって記述されます。例としては、機械的、流体力学的、音響的な現象を研究するために使用される電気モデルがあります。
3. 象徴的なモデリング 、スキーム、図面、公式がモデルとして機能します。特に、標識モデルの構築におけるコンピューターの使用の拡大に伴い、標識モデルの役割が増大しています。
4. 象徴的なものとの密接な関係 メンタルモデリング 、モデルは精神的に視覚的なキャラクターを獲得します。この場合の例は、当時ボーアによって提案された原子のモデルです。
5. 模型実験。 ついに、特別な種類モデリングとは、物体そのものではなく、そのモデルを実験に含めることであり、これにより、後者はモデル実験の性格を獲得します。このタイプのモデリングは、経験的知識の方法と理論的知識の方法の間に明確な境界線がないことを示しています。
モデリングと有機的につながっている 理想化 - 概念の精神的な構築、現実には存在せず実現不可能であるが、現実世界に近いプロトタイプまたは類似物が存在するオブジェクトに関する理論。この方法で構築される理想的なオブジェクトの例としては、点、線、面などの幾何学的概念があります。すべての科学は、この種の理想的な物体、つまり理想気体、絶対的な黒体、社会経済的形成、国家などを使って機能します。

モデリング方法

1. 本格的なモデリング - 研究対象の物体に関する実験。特別に選択された実験条件下で、それ自体のモデルとして機能します。
2. 物理モデリング - 現象の性質を保存しながら、量的に変化したスケール形式で現象を再現する特別な設備での実験。
3. 数学モデリング - シミュレートされたオブジェクトとは異なるが、同様の数学的記述を持つ物理的性質のモデルの使用。どちらの場合もモデルとオリジナルは物理的な性質が同じであるため、フルスケールモデリングと物理モデリングを 1 つのクラスの物理的類似性モデルに組み合わせることができます。

モデリング手法は、解析、数値、シミュレーションの 3 つの主要なグループに分類できます。

1. 分析的 モデリング手法。分析方法により、システムの機能パラメータの関数としてシステムの特性を取得することが可能になります。このように、解析モデルは連立方程式であり、その解からシステムの出力特性（平均タスク処理時間、スループットなど）を計算するために必要なパラメータが得られる。分析手法はシステムの特性の正確な値を与えますが、狭い種類の問題のみを解決するために使用されます。その理由は以下の通りである。まず、実際のシステムのほとんどは複雑であるため、その完全な数学的記述 (モデル) が存在しないか、作成された数学モデルを解決するための分析方法がまだ開発されていません。第 2 に、分析手法の基礎となる式を導出する際、実際のシステムに必ずしも対応するとは限らない特定の仮定が行われます。この場合、分析手法の使用を放棄する必要があります。

2. 数値モデリング手法。数値的手法にはモデルを方程式に変換することが含まれ、その解決は計算数学の手法によって可能です。これらの方法によって解決される問題の種類はさらに広範囲に及びます。数値的手法を適用した結果、システムの出力特性の近似値（推定値）が一定の精度で得られます。

3. シミュレーション モデリング手法。コンピュータ技術の発展に伴い、確率的な影響が及ぶシステムを解析するためにシミュレーション手法が広く使用されるようになりました。
シミュレーションモデリング (IM) の本質は、元のシステムと同じ操作期間の比率を観察しながら、システムの機能プロセスを時間内にシミュレートすることです。同時に、プロセスを構成する基本現象が模倣され、その論理構造、時間の流れの順序が保存されます。 IMを適用すると、解析、制御、設計の問題を解決する際に必要となるシステムの出力特性の推定が得られます。

たとえば生物学では、1 つまたは 2 つ以上のパラメータ (温度、塩分濃度、捕食者の存在など) が変化した後の貯水池内の生命状態のモデルを構築することができます。このような技術は、制御の科学であるサイバネティクスの概念と原理が生物学に浸透したことにより可能になりました。

モデリングのタイプの分類は、さまざまな特徴に基づいて行うことができます。システム内で調査されるプロセスの性質に応じて、モデリングは決定論的モデリングと確率論的モデリングに分けられます。静的と動的。離散的かつ連続的。
決定的な シミュレーションは、動作を絶対の確実性で予測できるシステムを研究するために使用されます。たとえば、理想的な条件下で均一に加速された移動中に自動車が移動する経路。数値などを二乗するための装置。したがって、これらのシステムでは決定論的プロセスが進行し、これは決定論的モデルによって適切に記述されます。

確率論的 (確率的) モデリングは、システムの状態を研究するために使用されます。システムの状態は、制御された影響だけでなく、制御されていない影響にも依存するか、それ自体にランダム性の原因があります。確率システムには、工場、空港、コンピュータシステムとネットワーク、店舗、消費者サービスなど、人を含むすべてのシステムが含まれます。
静的モデリングは、任意の時点のシステムを記述するために使用されます。

動的モデリングは、時間の経過に伴うシステムの変化を反映します (特定の時点でのシステムの出力特性は、過去と現在の入力アクションの性質によって決まります)。動的システムの例には、生物学的システム、経済システム、社会システムなどがあります。工場、企業、生産ラインなどの人工システム。
離散シミュレーションは、入出力特性が測定されるか、時間の経過とともに離散的に変化するシステムを研究するために使用されます。それ以外の場合は、連続シミュレーションが使用されます。たとえば、電子時計や電気メーターは個別のシステムです。日時計、暖房装置 - 連続システム。
物体（システム）の表現形式に応じて、精神的モデリングと現実的モデリングを区別できます。
で本物 (自然な) モデリングでは、システムの特性の研究が実際のオブジェクトまたはその一部で実行されます。実際のシミュレーションが最も適切ですが、実際のオブジェクトの特性を考慮すると、その機能には制限があります。たとえば、エンタープライズ自動制御システムを使用して実際のシミュレーションを実行するには、まず自動制御システムを作成する必要があります。次に、企業と実験を行うことですが、これは不可能です。実際のシミュレーションには、生産実験や複雑なテストが含まれており、信頼性が高くなります。別の種類の実際のシミュレーションは物理的です。物理モデリングでは、現象の性質を保存し、物理的な類似性を持つインスタレーションについて研究が行われます。
精神的な シミュレーションは、特定の時間間隔では実際には実現不可能なシステムをシミュレートするために使用されます。メンタルモデリングの基礎は、理想的な精神的なアナロジーに基づいて理想的なモデルを作成することです。精神的モデリングには、比喩的 (視覚的) と象徴的の 2 つのタイプがあります。
で 比喩的に 現実の物体についての人間のアイデアに基づいてモデル化すると、物体で発生する現象やプロセスを表示するさまざまな視覚モデルが作成されます。たとえば、衝突中に互いに作用する弾性ボールの形をしたガスの運動理論におけるガス粒子のモデルです。
で 象徴的な モデリングは、従来の記号、記号、特に数学的、物理的、化学的公式を使用して、シミュレートされたシステムを記述します。最も強力で開発されたクラスの記号モデルは数学モデルです。
数学モデル - これは、研究対象のオブジェクトの構造、特性、関係、および要素間の関係を表示および再現する、数学的で象徴的な式の形で人工的に作成されたオブジェクトです。さらに、数学的モデル、したがって数学的モデリングのみが考慮されます。
数学モデリング - 研究対象の元のオブジェクトをその数学的モデルに置き換え、（オブジェクトの代わりに）それを操作することに基づく研究方法。数学的モデリングは次のように分類できます。 分析的 (AM) , 模倣（MI） , 結合(KM) .
で午前オブジェクトの分析モデルは、代数微分有限差分方程式の形式で作成されます。解析モデルは、解析的手法または数値的手法によって調査されます。
で彼らシミュレーションモデルが作成されると、統計モデリング手法を使用してシミュレーションモデルをコンピュータに実装します。
で KM システム動作のプロセスはサブプロセスに分解されます。それらについては、可能であれば分析手法を使用し、それ以外の場合はシミュレーションを使用します。

参考文献

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実験- 生物学の研究方法。実験者が意識的に条件を変更し、それが生物にどのような影響を与えるかを観察します。実験は実験室でも屋外でも行うことができます。

実際の微生物学では、感染症の診断、分離、特定に使用されます。きれいなトーリー病原体、外毒素の兆候と同定。さらに、実験微生物学や免疫学、さらには免疫製剤の管理にも広く使用されています。

この実験方法は非常に高感度です。純粋な to-ry を単離し、動物の免疫学的変化を確立する場合、この実験方法は特異性が高く、病気の初期段階で使用できます。この実験方法の欠点は、複雑さ、高コスト、研究期間、実験室汚染の危険性です。したがって、他の方法が効果がない場合や、他の方法が有効でない場合に使用されます。必要な条件実験動物の飼育に。

生物学におけるこの実験方法の使用は、血液循環の研究でこの実験方法を使用したウィリアムハーベイの名前に関連付けられています。しかし、生物学において、主に生理学的プロセスの研究において広く使用され始めたのは 19 世紀初頭になってからです。実験的方法により、経験の助けを借りて人生のあれこれの現象を研究することが可能になります。生物学におけるこの実験方法の承認に多大な貢献をしたのは、生物の遺伝と変動性を研究していた G. メンデルであり、研究対象の現象に関するデータを取得するためだけでなく、実験をテストするためにもこの実験を初めて使用した人でした。得られた結果に基づいて立てられた仮説。 G メンデルの研究は、実験科学の方法論の古典的な例となっています。

XX世紀。この実験方法は生物学における主要な方法となった。これは、生物学研究用の新しい機器 (電子顕微鏡、断層撮影装置など) の出現と、生物学における物理学と化学の手法の使用によって可能になりました。

現在、超薄切片技術を用いた電子顕微鏡法、生化学的方法、細胞培養、組織、器官の各種培養法や生体内観察、原子標識法、X法など、さまざまなタイプの顕微鏡法が生物学実験に広く使用されています。・線回折分析、超遠心分離、クロマトグラフィーなど。それが20世紀後半だったのは偶然ではありません。最新の機器の開発と研究方法の開発という、生物学における全体的な傾向が発展しました。

生物学研究では、実験の最高の形式とみなされているモデリングがますます使用されています。したがって、最も重要な生物学的プロセス、進化の主な方向、生態系の発展、さらには生物圏全体（たとえば、地球規模の気候や技術的変化の場合）のコンピュータモデリングに関する活発な研究が進行中です。

この実験的方法とシステム構造的アプローチを組み合わせたこの方法は、生物学を根本的に変革し、その認知能力を拡張し、人間の活動のあらゆる領域で生物学的知識を利用するための新たな道を切り開きました。

教育大学「セプテンバーファースト」

ブフヴァロフ V.A.

生物学の授業で生徒の創造力を伸ばす

発明的問題解決理論 (TRIZ) の要素を使用して

残念ながら、学校教育内容の改革が進められているにもかかわらず、生物の授業では情報生殖教育が蔓延していると言わざるを得ません。このようなアプローチは、知識の百科事典的な性質が重視されるのではなく、情報を受け取り、それを変換し、研究や実践活動に創造的に使用する能力が重視される現代社会の要件を満たしていません。
前世紀の後半、G.S. アルトシュラーは発明的問題解決理論 (TRIZ) を開発しました。原始的な解釈では、TRIZ は創造的な問題を定式化して解決するための一連のアルゴリズムです。 TRIZ 要素は非常に応用可能です。効果的な治療法学校で生物学を教える際の生徒の創造的思考の発達に役立ちます。 1987年以来、このような実験は著者とその同僚らによってラトビアの約10校で実施されてきた。
この作業を実施するには、コースの内容を大幅に変更する必要がありました。従来の情報テキスト、生殖に関する質問、実験室での作業に加えて、生物学的問題もコースに含まれており、著者自身と同僚の両方によって編集された創造的な課題が含まれていました。これに加えて、生物学の研究、専門家、プロジェクト、予測コンテンツに関する一連の創造的な作品が作成され、教室や宿題としても使用されています。
提案された 8 つの講義は、学生の主な種類の学習活動と教師の方法論的サポートを簡潔にまとめたもので、学校で生物学を教える際の TRIZ アプローチを同僚に周知させることを目的としています。

コースカリキュラム

新聞番号	教材
	講義1. 生物学研究の構造と内容
	講義2生物学的問題とその解決方法
	講義3生物学的概念の問題化 *テスト № 1* (締切 - 2006 年 11 月 25 日)
	講義4生物学の専門家が研究する
	講義5生物学におけるデザインの仕事テストNo.2 (締切 - 2006 年 12 月 25 日まで)
	講義6科学的発見のテクノロジーの紹介
	講義 7科学者の創造的な伝記
	講義8創造的能力を効果的に開発するための生徒の教育活動を組織する方法論
最終作業。からの参考文献を伴う最終作業教育機関(実施行為) は 2007 年 2 月 28 日までに教育大学に送付しなければなりません。

講義1. 生物学研究の構造と内容

科学的実践における研究の特異性

現代の生活科学なしでは想像することは不可能です。生徒たちに簡単な質問をしてみましょう。人間の日常生活における科学の重要性は何ですか? 奇妙なことに、私たちの生徒たちは科学理論から多くのことを知ることができます。規則性や法則、理論や認識方法の例を挙げますが、何らかの理由で、この質問はしばしば彼らを困難にさせます。しかし、棺は非常に簡単に開きます。教室で私たちを取り囲むすべてのものは、実践された科学を直接具体化したものです。校舎自体は、工学構造の建設の法則に従って建てられました。机、教科書、ノートは衛生基準を考慮して作成されています。オフィス内のランプは電気工学法に従って設置されています。私たちの服も、さまざまな法律やパターンを考慮して作られています。朝、学校に行く準備をするとき、私たちは石鹸を使い、お茶やコーヒーを用意し、体操をします。これらすべては科学的法則に関する知識を実際に応用することによって保証されます。さらに、この知識は幼い頃から親によって単純な真理、公理とも言えるものとして私たちの中に植え付けられます。私たちは子供の頃から、彼らの正しさなどあまり考えずに、彼らに従うことに慣れてしまいます。

最初の疑問が生じます。全体として、生徒が理論的法則をよく知っているにもかかわらず、自分の実際の行動を理論的に実証するよう要求されると混乱することがよくある場合、私たちの教科の指導方法はすべて正しいのでしょうか。たとえば、コンセントを取り付けるためにはどのような物理法則を知っておく必要がありますか?という質問に子供たちが答えられる可能性はほとんどありません。あるいは、屋内植物の世話をするときに留意すべき生物学的規則は何ですか? あるいは、1 日に 3 回や 5 回ではなく、少なくとも 2 回歯を磨くという規則は何ですか?

多くの場合、科学研究は、答えのない特定の実践的な問題を定式化することから始まりますが、その時点までに入手可能な答えでは高度な実践的な結果を完全には得ることができませんでした。

植物栄養研究の古典的な例を考えてみましょう。古代の農民でさえ、植物の生産性を高めるために肥料と灰を使用することを学びました。しかし、何世紀にもわたって一定の収量の変動により、ミネラルと有機物の組み合わせが重要であることが明らかになりました。

一部の肥料には特定の規則が適用され、土壌だけでなく栽培される作物にも依存します。そして19世紀後半から20世紀初頭になって初めて。農業化学は徐々に独立した科学となりつつあり、畑での肥料の採取と施用のパターンが明らかになってきています。

したがって、科学研究の最初の特徴は次のとおりです。 科学者が答えを求めている疑問は実際の現場で生じる。このような質問はこう呼ばれます問題。問題とは、まったく答えがない、または利用可能な答えが具体的ではない質問であり、演習の効果が保証されます。問題は、大なり小なり、複雑であろうとなかろうと、私たちの生活に常に付きまといますが、私たちが何かをしようとするときには常にそこにあります。もちろん、何もしないこともできますが、生き残るという問題が生じます。

科学者はほとんどの場合、非常に観察力があり、細心の注意を払う人たちです。彼らは、多くが単純で理解できるように見えることに常に疑問を抱いています。 N. コペルニクスの著作からの簡単な例。太陽は東から昇り、西に沈むことは誰もが知っています。 16 世紀の初め。誰もが太陽の動きを見ていましたが、誰も地球の動きを見ていなかったので、地球の周りを回っているのは太陽であることを疑う人はほとんどいませんでした。そして、N.コペルニクスだけが疑っていました：それはそうですか、それともそう見えるだけですか？研究の結果、科学者はすべてが正反対であることを証明することができました。太陽は静止し、地球を含む惑星はその周りを移動します。

しかし、既知の真実を再確認する必要があるでしょうか?

畑に肥料を散布する例に戻りましょう。何世紀にもわたって、この研究は実践的な経験に基づいて行われてきました。農家は鉱物肥料と有機肥料をさまざまに組み合わせて非常に効果的に使用する方法を学んだと主張することもできますが、疑問が生じます。これらの実際的な解決策が最善だったのでしょうか?

そしてここで、科学研究の 2 番目の特徴について説明します。科学研究の結果は、研究者の認識方法と知的能力によって常に制限されており、定期的な再チェックが必要であるため、絶対的な真実の性質を持つことはできません。。これは、たとえ最も揺るぎないように見える真実であっても、時々疑問を持ち、再確認する必要があることを意味します。新しい研究方法が登場し、それらを適用すると、多くの場合、真実の内容が大幅に改良され、古い真実が新しい真実に完全に置き換えられることもあります。

科学には十分な見通しがないと若者が懐疑的に言うのをよく耳にします。主要な発見はすべて、またはほぼすべてすでに行われており、小さな詳細に何年も、あるいは一生を費やすのは意味がありません。ちなみに、若者のほとんどは常に科学者のキャリアに懐疑的であり、揺るぎない真実と考えられていたものを再確認して「最初からやり直す」若者はほんのわずかでした。

あらゆる真実は異端として生まれ、妄想として消滅するということを常に忘れてはなりません。確かに、真実の寿命は誰も知りませんし、それを判断することは不可能です。この時間は、新しい認識方法と優れた知性を備えた科学者の出現の速度に依存します。顕微鏡が出現する前に、生物の細胞構造について私たちは何を知っていましたか? このスコアに関しては仮説しかありませんでした。顕微鏡の発明は、細胞や組織の構造と生命活動の分野で革命的な発見をもたらし、細胞学、発生学、組織学などの新しい科学の出現をもたらしました。

一般に、科学者たちは、I. ニュートンの力学の一貫したシステムで組み立てられた世界の物理的な図式に満足していましたが、科学ではいつも起こることですが、突然、傑出した知性を持つ人物、A. アインシュタインが現れます。彼は特殊相対性理論を最初は仮説として提唱しました。そして、これは物理研究に新たな方向性を与え、科学者にとっては最近まで単純で理解しやすく、一般に矛盾しないように思われていた世界の物理全体像の見直しにつながります。

科学研究の 3 番目の特徴は、 研究分野に関連するすべての問題に関する情報を学ぶために、継続的な自己教育の必要性。おそらく、科学者という職業ほど、常に科学文献や最新の研究結果を研究しなければならないという厳しい要件は、どの職業にも存在しないでしょう。出版物で発表された他の研究者の経験は科学カードファイルの形でまとめられ、長年にわたって補充され、科学的知識の最も貴重なツールとなります。情報を所有する者が真実を所有する、と彼らが言うのも不思議ではありません。科学活動においてファイルキャビネットがそれほど重要なのはなぜですか? なぜなら、それは既知の情報の分野を定義し、それを超えると未知が始まる境界を明確に示すからです。

1919 年、オデッサの会計士 I. グーバーマンは、初等代数の助けを借りて、A. アインシュタインと実質的に同じ特殊相対性理論の規定を考案しました。これらの位置がすでに発見されていることを知ったときの彼の驚きと悔しさを想像してみてください。最新の研究に関する情報から切り離されると、科学活動は無駄になってしまいます。

科学の 4 番目の特徴は、 真実に至るあらゆる可能な経路の探索とテストにおいて。このような経路は科学的な仮説です。科学的仮説には常に特定の事実と仮定が含まれます。仮説が科学的事実なしに、仮定のみに基づいて構築された場合、ほとんどの場合、その仮説には科学的意味がありません。これは科学研究の客観性を決定する非常に重要な方法論的な側面です。

研究に携わる科学者は、実際、なぜ興味深い仮説を思いつくのか、という疑問について考えたことがある人はいるでしょうか。なぜこれらの仮説が思いつかないのでしょうか? なぜ私たちはもっと悪いのでしょうか？たとえば、ここでは、「ロシア航空の父」モジャイスキーが、どういうわけか雨の中を歩きながら、排水管から流れる水がレンガの周りをどのように流れるかに注目しました。レンガの位置を見て、飛行機の翼の形を思いつきました。別の例として、一部の科学史家によると、化学者のケクレはベンゼン環の形を夢見ていたそうです。もしかしたら、雨の中をもっと頻繁に歩いたら、モザイスキーのように何か夢を見たり、思いついたりするかもしれない？

どちらか一方ではありません。特定のトピックに関する情報に没頭している人だけが、科学的仮説を見ることができます。仮説は常に事実に基づいており、直感的な洞察としての仮説自体は、科学者が定期的にこれらの事実を理解し、問題を解決するためのさまざまな順序の選択肢を頭の中に作成した場合にのみ生まれます。そうでなければ何も起こりません。

洞察力、洞察力、第六感、神の啓示など、さまざまな呼び方ができます。しかし、真実は価値ある者、長年の努力を通じて、時には生涯を通じて真実に対する権利を証明した人々にのみ明らかにされます。おそらくそれが、ノーベル賞受賞者の中に若くて熱心な人がいない理由なのでしょうか？

科学的研究の結果は何ですか? 科学者が生涯をかけて数多くの仮説を検証し、人生とキャリアの終わりまでにそれらがすべて間違っていると確信したと仮定しましょう。これはあり得るでしょうか？そしてどうやって！結局のところ、私たちは疑いの余地のない成功を収めた科学者の名前、法則や理論の作成者、有名で独創的な仮説、研究方法の著者の名前を知っています。しかし、大した発見をしなかった何百もの科学者の名前は、特別な科学文献の年代記にのみ残されています。彼らについてはほとんど誰も知りません。彼らはさまざまな仮説を再検証し、これらの仮説の多くは支持できないと自分自身を納得させ、また他の人たちも納得させました。人生が無駄になったということでしょうか？大した発見もないので、じゃああなたはどんな科学者ですか？

いや、無駄ではない。彼らの仕事は、法律や理論の作成者の仕事と同じくらい重要です。彼らの努力のおかげで、他の科学者の時間が不必要な調査に費やされ、真実の探求の分野が狭まります。問題の解決策に関しては、数十、さらには数百もの多くの仮説が存在する可能性があります。すべてをチェックする必要があるのかという疑問が生じます。おそらく、10 個、30 個、または科学者にとって真実に最も近いと思われるものをチェックするだけで十分でしょうか?

科学研究の特徴はまさに、考えられるすべての仮説を検証する必要があるという事実にあります。誰も知らないし、知ることができないし、実際のテストの結果、どの仮説が真実であることが判明するかを直感的に判断することは非常に困難です。

さらに、そのような真実がいくつか存在する可能性があり、それが後に科学と実践の発展に別の方向性を与えることになります。したがって、科学研究には忍耐と検証の繰り返しが必要です。

講義の最初の部分からいくつかの結論を導き出しましょう。

結論１- 悲観的。科学的研究は、ほとんどの場合、お金も名声ももたらさない。 K.Eとしてツィオルコフスキー「私はこれまでずっと、栄光も糧ももたらさないようなことをしてきましたが、将来は自分の仕事が人々に山ほどのパンと深淵な権力をもたらすと信じていました」（『大地と空の夢』））。

ということは、科学はこの世の人以外の職業だということなのでしょうか。全くない。すでに学校では、科学研究の基礎と科学的実践の見通しを持つ問題の探索を生徒に教え、科学活動の準備を始める必要があります。社会で利用できる科学機関が競争力がある場合にのみ、社会は文明的で競争力を持ち得るということを忘れてはなりません。

教師の主な仕事の 1 つは、研究中の科学における最新の研究、科学者が現在取り組んでいる問題、その解決方法、および考えられる解決策を使用するための実際的な見通しを生徒に知らせることです。お金や名声に関して言えば、その職業を選択する人々の熱意に基づいた職業がたくさんあります。我が国では、医師、教師、エンジニアといった職業の給与は高くありませんが、これらの職業のない社会を想像することは不可能です。

2番目の結論- 楽観的。多くの教師の実践によれば、6年生から7年生から徐々に生徒に科学研究の方法論を教えることができます。さらに、すでに学校では、個々の生徒が非常に成功した興味深い課題を実行できます。科学的な点研究の視点。

結論 3- 方法論的。上記資料は学生とのディスカッションを整理するための情報です。また、6年生からは科学研究の特徴ごとに個別に議論することができます。結局のところ、科学研究の特異性は科学活動のいくつかのパターンであり、その本質を理解することで科学者の研究を学生に実際に提示することができます。その主な段階の順序を簡単に繰り返してみましょう。

私たちの周りの世界は、実践的な活動で発生する一連の問題とみなすことができ、これらの問題を見て定式化する方法を学ぶことが重要です。

既知のパターン、法律、理論を時々修正し、特にそれらを新しい事実と比較することは非常に重要です。理論と事実の間の矛盾を真に「探す」必要があります。矛盾こそが科学の原動力なのです。

科学研究に必要な情報を蓄積するには、カードファイルが必要です。理想的には、カードファイルは次のように始まる必要があります。幼稚園、極端な場合、学校のベンチから。研究中のトピックに関するカードファイルが大きければ大きいほど、勝つ可能性は高くなります。科学的発見、名誉、名声、お金、そしてついにはノーベル賞。これは、ユーモアを持って問題に取り組む場合です。しかし真剣に、カードファイルを維持するには継続的な自己教育が必要です。結局のところ、事実を書き出すだけでなく、他の事実や理論との関係を分析する必要もあります。

そこで、事実と理論を比較すると、矛盾があることがわかりました。最も興味深いことは、矛盾を解決するための仮説の策定とその検証です。仮説には少なくとも部分的な事実の根拠がなければなりません。科学的であり、仮説が多ければ多いほど、そのうちの少なくとも 1 つが真実であることが判明する可能性が高くなります。

しかし、これらの結論のすべてが科学的研究に対応しているのでしょうか、それともここで何かが間違っているのでしょうか? これは学生と話し合う必要があることです。

生物学研究の仕組みとその内容の特徴

勉強- これは問題の解決策であり、理論的な分析、仮説の定式化、得られた仮説の実際のテスト、および結果の定式化が含まれます。科学研究は次のような構造になっています。

1. 研究の問題、目標、目的の説明。研究全体の結果は、問題がどれだけ正確に定式化されるかによって決まります。研究上の問題とは、生物や群集の生活を説明することが難しいこと、オブジェクトやプロセスに関する情報が欠如していることです。

問題の定式化は、問題が発生する状況の簡単な説明から始まり、その後、問題の記述自体が作成されます。

新たな困難に関する問題を定式化するには、次のスキームを使用できます。アクション (その本質の簡単な説明) を実行すると、プラスの効果 (どの効果であるかが示されます) が生じますが、同時にマイナスの効果 (それはどちらであるかが示されています）。

システムに関する情報の不足または不足に関する問題を定式化するには、次のスキームを使用できます。特別な条件が作成されると (どの条件を示す)、システムの効率を向上させることができます (どの条件を示すか)。

問題の本質に基づいて、研究の目的を策定します。目標とは、研究で期待される結果です。

研究目的は目的に応じて策定されます。研究目標は、作業の主な段階を示します。原則として、研究課題の理論分析、理論モデルへの問題解決のための仮説の定式化、理論モデルの実践的な検証とその修正の 3 つがあります。

2. 研究方法の選択。研究方法の選択は課題によって決まります。それぞれのタスクについて、理論的および/または実践的な方法を慎重に検討し、選択する必要があります。

理論的方法には、科学文献からの情報の比較分析、モデリング、システム分析、矛盾を解決する方法、設計およびエンジニアリングが含まれます。

実際の研究方法には、観察、測定、質問、インタビュー、テスト、会話、評価方法（特別な評価尺度を使用して、物体の重要性、人または出来事の活動を決定する）、独立特性の方法（情報の編集）が含まれます。物体、人、または出来事について、多数の人が独立して書いた記述）、実験。

3. 問題の理論的分析。科学的問題の大部分は客観的に見て新しいものではありません。それらはすでに科学者によってさまざまな処方に組み込まれており、特定の解決策を持っています。もう 1 つは、既存のソリューションが効果がないか、望ましくないマイナスの結果を招くということです。

したがって、理論分析の最初の段階は、科学文献および一般科学文献の研究と分析です。このような分析がなければ、研究結果は問題に対する以前に知られている解決策を繰り返すことになる可能性があります。

科学文献の分析を始めるときは、まず必要な情報源を選択する必要があります。これを行うには、科学図書館の書誌部門の体系的なカタログを使用するのが最善です。

各書籍を扱うときは、目次を注意深く読み、研究課題に直接関連する章と段落を選択してください。これらの章からは、問題を解決する方法、得られる解決策に関する情報を含む断片のみが書き出されます。これらのフラグメントは完全に書き出されるか、その注釈がコンパイルされます。

科学文献を正しく分析するための最も重要な条件は、問題を解決するためのさまざまなアプローチを比較し、著者が得たそれぞれの解決策の長所と短所を示すことです。科学モノグラフの分析が完了したら、一般的な科学文献、特に一般的な科学雑誌を分析する必要があります。最新の研究結果は、一般的な科学文献に掲載されることがよくあります。

理論分析の第 2 段階では、弁証法的論理と仮説の定式化の方法を使用して問題が解決されます。最適な方法は、上記のすべての方法、つまりシステム分析、矛盾を解決する方法を使用して問題を解決することです。これらの手法の応用については、2 回目の講義で説明します。

理論分析の第 3 段階では、科学文献の分析過程で得られた問題の解決策と弁証法分析で得られた仮説が比較されます。この作業の結果、その後の実際的な検証のために研究目標の理論モデルが構築されます。

4. 理論モデルの実践的な検証。理論モデルの実際的な検証には、原則として次の 3 つの操作グループが含まれます。

1. 実験による理論モデルの実践的検証とその修正。研究者は、真実の基準は実践、つまり受け入れられた理論的立場を実験的に検証することであることを覚えておく必要があります。

実験を計画するときは、次の規則に従う必要があります。 1) 実験の実施を妨げたり、結果を歪めたりする可能性のある要因を実験から最大限に排除すること。２）実験の繰り返し。３）実験の結果と対照実験の結果との比較、すなわち、行為が調査されている事実が存在しない場合、または標準的な状況下で。 4) 実験の参加者に起こり得るマイナスの影響を事前に計算しておく必要があります。 5) 実験の肯定的な結果とは、ほとんどの実験で安定した (再現可能な) 肯定的な結果が得られることです。

2. ソシオメトリー- これは、会話、アンケート、インタビュー、評価方法と独立した特性、テストを使用して、実験システムに関するさまざまな人々の意見を研究するものです。ソシオメトリーを使用すると、実験システムの作成に関係する人もそうでない人も含めた多くの人の目を通して、実験システムの長所と短所を見て評価することができます。ソシオメトリーの最も重要な条件は、調査参加者が実験モデルに事前に慣れていることです。人々は自分の意見を何について表現するのかを知る必要があります。

アンケートやインタビューの質問を準備するには、次のスキームを使用できます。

– 研究中のシステムについてどう思いますか?
このモデルの良い点は何だと思いますか?
– このモデルのマイナス面は何だと思いますか?
- システムに次の変更を加えるべきだと思いますか (どの変更が示されています)? - システムにどのような変更を加えることを提案しますか?

3. 実験結果とソシオメトリーの数学的分析グラフ、ダイアグラムの作成、方程式の定式化、および有用な関数の変化係数の決定が含まれます。

グラフや図は一般的なルールに基づいて作成されています。システムの各有用機能の変化係数は、研究対象のシステムに影響を与える前のシステムの有用機能の定量的指標と影響後の有用機能の定量的指標の比として計算されます。有用な関数の変化係数はパーセンテージで表すことができ、この場合、取得したデジタル値に 100% を掛けます。

得られた結果を数学的に処理することにより、実験システムの効率をより正確に決定することが可能になります。

5. 結論と提案を作成する。調査のこのフェーズには次の 2 つの部分が含まれます。

1. 確認部分。研究のこの部分では、研究の各部分について一般化された結論が導き出されます。問題の理論的分析に基づいて、得られた理論モデルとその長所と短所を結論として簡潔に示します。作業の実践的な部分に基づいて、実験の結果が分析され、理論モデルに導入された修正要素が示され、研究の結果（目的）が最終的に決定されます。

実験結果の数学的処理とソシオメトリーに基づいて、一般に受け入れられているデータと比較した、得られた実験システムの機能効率の変化とそれに対する人々の態度が分析されます。

研究の過程では、否定的な結果と肯定的な結果の両方が得られる可能性があることを覚えておく必要があります。基本的に重要なのは、研究者が得られた結果を説明するために提供する議論です。

確認部分を完了すると、研究者は研究の理論的および実践的な結果を評価します。

2. 予測部分。この部分では、研究中のシステムのさらなる研究のための提案が作成されます。研究者は、システム研究の発展を簡単に予測し、その活動で発生する可能性のある問題を定式化し、それらを解決するための短い計画を立てます。

6. 中古文献のリストを作成する。（ロシア連邦では、出版物の種類ごとに書誌記載に関する国家基準（GOST）が定められています。海外では、出版社が出版物の種類ごとに書誌記載のルールを定めています。）

研究プロセスで使用された文献のリストは、アルファベット順または使用順の 2 つの方法で編集できます。科学モノグラフが示されている場合、入力フォームは次のとおりです。

1. イワノフ V.V.バルト海。 - リガ: 啓蒙、1987 年。 – P.34–37。
作品に使用されている版のページ数が示されていますが、本の総ページ数を示すこともできます。この場合、S. 34 ～ 37 の代わりに、本の総ページ数 (たとえば 205 秒) が記録されます。
科学雑誌や新聞の記事を指定する場合、入力フォームは次のとおりです。

2. ペトロフ A.N.モリッサラ自然保護区//自然と私たち。 - 1989年。 - 第7号。 – P.32–41。

講義のこの部分についていくつかの結論をまとめてみましょう。生徒が科学研究のテクノロジーに慣れるには、教室での個々の段階についての一連のディスカッションを通じて構築することが望ましいです。同時に、各段階の特徴に関する教師の話を、研究プロセスとその結果に対するこの段階の重要性に関する生徒の書面による感想文（エッセイ）で補足することが望ましい。エッセイの執筆はグループで実施し、その後読み上げて議論することが推奨されており、他のグループには読み上げられているエッセイの主な結論に反論する任務が与えられます。

学生に生物学研究を紹介するための方法論

科学研究のテクノロジーを生徒に教えてきた経験から、私たちは教育方法の可能な選択肢の 1 つとして次のアプローチを提案することができます。

6年生から9年生 - 研究活動の要素の研究。

10〜11年生 - 科学研究技術の総合的な研究。

基礎学校の生徒の中には、常に高い能力を持った子供たちがいるのは間違いありません。知的レベル、7年生から9年生までに総合的な生物学的研究を行うことができるようになりますが、そのような子供はほとんどいません。

科学文献および一般的な科学文献の分析に関するトレーニング

6 年生から 8 年生では、科学文献や一般的な科学文献からの情報を活用する方法を生徒に教えることが推奨されます。このような作業には (複雑さの程度に応じて) 5 つのオプションがあります。 1) ファイルキャビネット (一連の注釈)。 2) 百科事典の参照。 3) 報告。 4）要約。 5) 調査分析。

仕事の量についてはすぐに言うべきです。残念ながら、教師は生徒のレポートの量に対する要件を過大評価することがよくあります。情報作業の量は、「言葉は少なく、思考は混雑しているべき」という原則に従って厳しく制限されるべきです。これを疑う人は、A. アインシュタインの特殊相対性理論に関する博士論文がわずか 25 ページで発表されたことを思い出してください。そしてこれは、そのような論文が少なくとも150〜200ページにわたって書かれていた時代でした。

カードファイル記事や本の内容を要約した一連のカードです。カード索引の作成方法を学ぶには、教科書のテキストから始める必要があります。注釈のおおよその概要は次のとおりです。1) テキストのタイトル。 2) 本文の主なアイデア。 3) 主なアイデアを裏付ける事実、議論、経験。 4) 議論間の矛盾。 5) 問題 (何かに関する情報の不足または不足)。カードの分量はA4用紙半分（900字）以内です。

百科事典のリファレンスは、選択したトピックに関するカードのコレクションです。百科事典の量は年々増加しています。

報告選択したトピックに関する 2 つ以上の科学者の意見、研究結果を比較するテキストです。トレーニングの最初の段階では、百科事典やインターネットの資料に基づいて初歩的なレポートを作成することができます (これはレポートというより情報メッセージです)。報告書の主な目的は、さまざまな意見を比較し、考えられる矛盾を探すことです。レポートのボリュームは 3 ページ以内です。

エッセイ選択されたトピックに関するさまざまな科学者の意見の比較に基づいて、要約の著者が問題（矛盾）を定式化し、その解決策のための仮説を提示するという点で、レポートとは異なります。この形式の作業はレポートよりも高く評価されます。抄録のボリュームは 5 ページ以内です。

概要分析- これは、主要な科学的意見、特定のトピックに関する研究結果を示し、それらの比較分析が行われ、問題（矛盾）が定式化され、仮説が提案される要約です。概要分析の範囲は 7 ～ 10 ページに制限することが望ましい。

問題を定式化し、解決し、仮説を生成する方法を学ぶ

この大きくてかなり複雑なセクションについては、第 2 回と第 3 回の講義で詳しく説明します。

観察・測定・実験の指導

これらは生物学研究の伝統的な要素です。これらの研究方法のトレーニングは、プログラムラボと実践作業の枠組みの中で行われます。しかし、独創的な問題解決の理論に 1 つの重要な追加を行う必要があります (TRIZ、TRIZ については次の講義で詳しく説明します)。測定は次の規則に従って実行する必要があります。

1. システムの状態を正確に判断するには、そのすべての変化を一貫して測定する必要があります。

2. システム自体のパラメータを測定することが不可能な場合は、そのコピーまたは適切なモデルで測定できます。

3. システムパラメータの測定が重大な困難を引き起こす場合、これらのパラメータを測定する必要がないようにシステムを変更することが望ましい。

4. パラメータが既知である 1 つ以上の標準とシステムを比較することにより、測定精度を向上させることができます。

8 年生から 11 年生までの研究計画の指導

研究計画は、学生にとって、提案された研究計画の説明を書くという、学生のための一連の特別な創造的なタスクとして理解されています。この作業は8年生から始めることが望ましいです。中等学校では、この作業は生徒の教育活動の必須の要素であるべきです。

以下にそのようなタスクの例をいくつか示します。

1. 樹木、地衣類、種構成、草本植物を指標として、学校周辺の環境の状態を調査する計画を立てます。

2. いくつかのデータによると、人間の肥満は遺伝病不合理なライフスタイルの結果ではなく。肥満の本当の原因を特定するための研究計画を立てます。

3. 科学者たちは、人間の心臓の働きだけでは血液を体中に送り出すのに十分ではないことを発見しました。科学者が実行する必要がある研究の計画を立てます。

研究は学生のグループまたはペアで計画することが望ましいです。これらの形式、特にグループ形式は、学生間のコミュニケーションの最適な構成を提供します。

この問題を解決するために、学生には次のアルゴリズムが提供されますが、これは考えられる研究計画アルゴリズムの 1 つにすぎません。

1. 研究の目的を決定します。研究の過程でどのような結果が得られることが期待されますか? 研究の実際的な意味は何ですか?

2. 研究の目的と方法、つまり目標を達成するための一連の作業段階を決定します。

3. 研究課題を策定します - 解消する必要がある困難、研究の目的に関する情報の欠如または不足。

4. 研究の仮説 (仮説) を策定します。これは、問題を解決する可能性のある方法についての仮定です。

5.作曲簡単な説明問題の状況の理論的モデルを構築するために科学文献から取得する必要がある情報。

6. 仮説 (仮説) を検証するために実行する必要がある観察、実験、測定について説明します。

7. 研究結果からどのような結論が得られますか?

学習計画例

科学者たちは、人間の細胞 DNA のわずか 10% だけが定期的にタンパク質合成に取り組んでいることを発見しました。科学者がそのような結論を出すためにはどのような研究が必要だったのでしょうか? 計画を立ててください。

以下のアルゴリズムに従って検討を計画しています。

1. 研究の目的は、遺伝子の総量と比較して、定期的に機能する遺伝子の量と構成を決定することです。この研究の実際的な意味は、どの遺伝子が集中的に働き、おそらくより早く消耗するのか、そしてそれが人の平均余命にどのような影響を与えるのかを理解することなど、多くの側面にある。別の選択肢は、遺伝子の働きを調節するメカニズム、特に特定の年齢期間において望ましくない働きをする遺伝子のスイッチをオフにするメカニズムを見つけようとすることである。

2. 研究目的:

1) 科学文献の分析: 科学文献から遺伝子の働きに関する情報を見つけます。

2) 遺伝子発現を決定するための実験的研究 (タンパク質を決定するために化学的方法が使用されます)。

3) 実験研究の結果と科学文献で入手可能なデータとの比較。

3. 研究課題 - 仕事の強度と生涯にわたって定期的に働く人間の遺伝子の構成についての正確な情報を得る必要があります。

4. 多くの仮説が考えられますが、私たちは 1 つに限定します。人間の体内ではすべての遺伝子が定期的に機能しているわけではなく、その一部だけが正常な生活を維持するために必要なタンパク質の合成を確実に行っているということです。学生が多くの仮説を立てることが望ましいですが、学生が優先する 1 つの仮説に基づいてさらなる研究ステップを計画することをお勧めします。他の仮説の研究計画を次のように推奨できます。宿題またはコースを深く学習するための課題（差別化）。

5. 科学文献から次の情報を入手する必要があります：どの遺伝子がどのように集中的に働くか、どの遺伝子が特定の期間のみオンになるか、どの遺伝子が常に働くか。さまざまな科学的ソースからの情報を比較し、問題のある問題の形で矛盾を定式化します。

6. 実験には人体の単離された組織で合成されたタンパク質の測定が含まれますが、その後の比較のために異なる組織を選択することが望ましいです。どのタンパク質が合成されるかを決定する必要があります。さらに、加齢に伴う遺伝子発現の変化を評価するには、さまざまな年齢の人から組織サンプルを採取する必要があります。

7. 結論には、作業の各段階（タスク）の結果に基づく一般化、実験結果と理論モデルの比較、得られた結果と仮説との適合性の評価、さらなる研究の見通しの策定が含まれるべきです。

講義のこの部分についていくつかの結論を導き出しましょう。 6年生から7年生では、研究技術の初期研修が始まります。注釈カード、百科事典の参考文献、レポート、要約の準備は、トピックの内容と追加の文献の入手可能性に基づいて教師によって計画されます。分析レビューは高校で行うことが推奨されています。教室や自宅での実習や実験室での作業、実験や測定により、研究実践の初歩的なスキルを習得できます。

中学2年生からは、生物学の研究を計画する課題を含めることが望ましい。最初は、一般化として 2 つまたは 3 つのトピックに取り組み、生徒に選択の機会を与えます。これを行うために、学生にはいくつかのトピックが提供されます。 10年生から11年生では、教室と宿題の両方で、各トピックの内容にそのようなタスクを含めることが望ましいです。

学生が研究計画を熟知することで、時間をかけて個々の学生が実際の研究に移ることができます。この選択は学生自身によって行われ、ほとんどの場合、環境や環境に関するトピックだけでなく、子供や大人のライフスタイルの問題やそれが健康に及ぼす影響についての研究を指します。最近の研究は、アンケート、テスト、その他の社会測定法の助けを借りて行われています。