動物の生物学の例における科学的研究の段階。生物学の授業における生徒の創造力の開発。主題の詳細な研究

05.07.2020

浄化槽

教育大学「SEPTEMBER FIRST」

Bukhvalov V.A.

生物学の授業における学生の創造力の開発

発明的問題解決の理論 (TRIZ) の要素を使用して

残念ながら、学校教育の内容の改革が進んでいるにもかかわらず、生物学の授業では情報生殖教育が優勢であると言わざるを得ません。このようなアプローチは、現代社会の要件を満たしていません。そこでは、知識の百科事典的な性質が前面に出てくるのではなく、情報を受け取り、それを変換し、研究や実践活動のために創造的に使用する能力が求められます。
前世紀の後半、G.S。 Altshuller は、発明的問題解決 (TRIZ) の理論を開発しました。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の要素は非常に応用できる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のため。 1987 年以来、このような実験は、ラトビアの約 10 の学校の著者とその同僚によって行われてきました。
この作業の実装には、コースの内容に大幅な変更が必要でした。伝統的な情報テキスト、生殖に関する質問、実験室での作業に加えて、生物学的問題がコースに含まれていました - 著者自身と彼の同僚の両方によって編集された創造的な課題です。これに加えて、生物学の研究、専門家、デザイン、予後に関する一連の創造的な作品が作成され、授業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の簡潔なコースであり、学校で生物学を教える際の TRIZ アプローチに同僚を慣れ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* (2006 年 11 月 25 日締め切り)
	講義4生物学の専門家の仕事
	講義 5生物学のデザインワークテストNo.2 (締切～2006年12月25日まで)
	講義6科学的発見の技術の紹介
	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学生の教育活動を組織化するための方法論
最終作業。からの参照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する必要があります。

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詳細

現代の生活科学なしでは想像できない。生徒に簡単な質問をしてみましょう: 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、生徒たちは科学の理論から多くのことを知ることができます。規則性と法則、認識の理論と方法の例を挙げてください。しかし、棺は非常に簡単に開きます-学校の教室で私たちを取り囲むすべてのものは、科学を実践に直接具現化したものです.校舎自体は、工学構造の建設の法則に従って建設されました。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。オフィスのランプは、電気工学の法律に従って設置されています。私たちの服でさえ、たくさんの法則やパターンを考慮して作られています. 朝、学校に行く準備をし、石鹸を使い、お茶やコーヒーを用意し、運動をします。これらすべては、科学的法則に関する知識を実際に適用することによって保証されます。さらに、この知識は、両親によって幼い頃から単純な真実として私たちに組み込まれています。子供の頃から、私たちはそれらの正しさについてあまり考えずに、それらに従うことに慣れています。

最初の疑問が生じます: 学生が理論的な法則をよく知っているのに、自分自身の実際の行動を理論的に立証するという要求がしばしば彼らを混乱させる場合、科目を教えるための私たちの方法はすべて正しいのでしょうか? たとえば、コンセントを設置するために知っておく必要がある物理法則は何ですか?という質問に子供が答えられる可能性は低いです。または、観葉植物の世話をするときに心に留めておくべき生物学的規則は何ですか? または、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、科学的研究は、答えのない特定の実用的な問題の定式化から始まりました。または、その時までに得られた答えでは、高い実用的な結果を完全に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見てみましょう。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、鉱物と有機物の組み合わせが

一部の肥料は特定の規則の対象であり、土壌だけでなく、栽培された作物にも依存します。そして、19世紀後半から20世紀初頭にのみ。農業化学は徐々に独立した科学になりつつあり、畑での肥料の収穫と施用のパターンを明らかにしています。

したがって、科学研究の最初の特徴は、 科学者が答えを探している問題は、実際に発生します. そのような質問は呼ばれます問題. 問題とは、答えがまったくない、または利用可能な答えが具体的でない質問であり、練習の有効性を保証します。問題は、大なり小なり、複雑かそうでないかを問わず、常に私たちの生活に付き添いますが、私たちが何かをしようとするところには常に問題があります。もちろん、何もできませんが、生存の問題が発生します。

ほとんどの科学者は、非常に注意深く、細心の注意を払う人々です。彼らは常に、多くが単純で理解しやすいと思われるものに疑問を投げかけます。 N.コペルニクスの作品からの簡単な例。太陽が東から昇り、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たので、誰も地球の動きを見なかったので、地球の周りを回転す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いました：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。太陽は静止しており、地球を含む惑星はその周りを移動しています。

しかし、既知の真実を再確認する必要はありますか?

畑に肥料をまく例に戻りましょう。何世紀にもわたって、この作業は実際の経験に基づいて実行されてきました。農家は無機肥料と有機肥料のさまざまな組み合わせを非常に効果的に使用することを学んだと主張することができますが、疑問が生じます: これらの実際的な解決策は最善でしたか?

ここで、科学研究の 2 番目の特徴に行き着きます。科学的研究の結果は、研究者の認識方法と知的能力によって常に制限されているため、絶対的な真実の性質を持つことはできません。したがって、定期的な再チェックが必要です。. これは、どんな真実であっても、一見揺るぎないものであっても、疑問を投げかけ、時々再確認しなければならないことを意味します。新しい研究方法が登場し、それらの適用はしばしば真実の内容の大幅な改良につながり、時には古い真実を新しいものに完全に置き換える.

科学には十分な見通しがないと懐疑的に言う若者をよく耳にします。すべてまたはほとんどすべての主要な発見はすでに行われており、細部に何年も、あるいは一生を費やすことは意味がありません。ちなみに、常にほとんどの若者は科学者として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ことを再確認して、「最初からやり直した」のはごくわずかでした。

どんな真実も異端として生まれ、妄想として死ぬことを常に覚えておかなければなりません。確かに、真実の生涯は誰にもわかりませんし、それを決定することは不可能です。この時間は、新しい認知方法の出現の速度と、優れた知性を持つ科学者にかかっています。顕微鏡が登場する前に、生物の細胞構造について何を知っていましたか? このスコアには仮説しかありませんでした。顕微鏡の発明は、細胞と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. ニュートン力学の首尾一貫したシステムで組み立てられた物理的な世界像に満足していました。そして突然、科学では常に起こるように、A. アインシュタインという卓越した知性を持つ人物が突然現れました。仮説として最初に特殊相対性理論を提唱した。そして、これは物理研究に新しい方向性を与え、世界の物理的全体像の修正につながります。これは、最近まで科学者にとって単純で理解しやすく、一般的に矛盾していないように見えました.

科学研究の第三の特徴は、 研究分野に関連するすべての問題に関する情報を研究するための絶え間ない自己教育の必要性. おそらく、科学者の職業のように、科学文献と最新の研究結果を常に研究するという厳しい要件がある職業はありません。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作成され、長年にわたって補充され、科学的知識のための最も価値のあるツールです. 情報を持っている人が真実を持っていると彼らが言うのも不思議ではありません。ファイルキャビネットが科学活動においてなぜそれほど重要なのですか? それは既知の情報の分野を定義し、未知が始まる境界を明確に示しているからです。

1919 年、オデッサの会計士 I. Guberman 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思いつきました。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ていると、科学活動が無に帰してしまいます。

科学の第四の特徴は、 真実に至る可能性のあるすべての経路の検索とテストにおいて. そ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ています。仮説が科学的事実なしに仮説のみで構築された場合、ほとんどの場合、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側面です。

誰もがこの質問について考えたことがありますか: 実際、研究に携わる科学者が原則として興味深い仮説を思いつくのはなぜですか? なぜこれらの仮説が思い浮かばないのでしょうか? なぜ私たちはもっと悪いのですか？ここでは、たとえば、「ロシア航空の父」モジャイスキーは、どういうわけか雨の中を歩いて、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意を向けました。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: ある科学史家によると、化学者のケクレはベンゼン環の形を夢見ました。雨の中をもっと頻繁に歩くと、モジャイスキーのような何かを夢見たり思いついたりするのでしょうか？

どちらでもない。特定のトピックに関する情報に没頭している人だけが、科学的な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、科学者がこれらの事実を定期的に理解し、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で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、洞察、第六感、神の啓示など、さまざまな方法でそれを呼び出すことができます。しかし、真実は、何年にもわたる懸命な努力を通じて、時には生涯を通じて、その権利を証明した価値のある人にのみ明らかにされます. たぶん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ですか？

科学的研究の結果は何ですか？ある科学者が生涯をかけて多くの仮説を検証し、人生とキャリアの終わりまでに、それらはすべて間違っていると確信したとしましょう。これはありえますか？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、法則と理論の作成者、有名で独創的な仮説の作成者、研究方法の名前を知っています。しかし、偉大な発見をしなかった何百人もの科学者の名前は、特別な科学文献の年代記にしか残っていません。彼らのことを知っている人はほとんどいません。彼らはさまざまな仮説を再テストし、これらの仮説の多くが支持できないことを自分自身と他の人に確信させました. 人生が無駄になるということですか？偉大な発見がないのなら、あなたはどのような科学者ですか?

いいえ、無駄ではありません。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検索のために節約され、真実を検索する分野が狭くなります。問題の解決に関連する多くの仮説が存在する可能性があります - 数十から数百まで。疑問が生じます: すべてをチェックする必要がありますか? たぶん、10、30、または科学者にとって最も真実に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?

科学研究の特定の特徴は、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、知ることもできず、実際のテストの結果、どの仮説が真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ある可能性があり、その後、科学と実践の発展に別の方向性を与えます。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。

結論その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しません。 K.Eとして。ツィオルコフスキー: 「私は一生、栄光もパンも与えられないことをしてきましたが、将来、私の仕事は人々にパンの山と力の深淵をもたらすと信じていました」(「大地と空の夢」）。

これは、科学はこの世のものではない人々のための職業であることを意味しますか. 全くない。すでに学校では、科学活動の準備を開始し、学生に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教える必要があります。この社会で利用可能な科学機関が競争力がある場合にのみ、社会が文明化され、競争力を持つことができることを覚えておく必要があります。

教師の主な仕事の 1 つは、研究中の科学の最新の研究、科学者が現在取り組んでいる問題、それらを解決する方法、可能な解決策を使用するための実際的な見通しを学生に知らせることです。お金と名声に関しては、これらの職業を選択する人々の熱意に基づいている多くの職業があります。医師、教師、エンジニアの職業は、わが国では高給ではありませんが、これらの職業のない社会を想像することは不可能です.

第二の結論- 楽観的。多くの教師の実践は、6 年生から 7 年生までの生徒が科学研究の方法論を徐々に教えられることを示しています。さらに、すでに学校にいる個々の生徒は、非常に成功した興味深いタスクを実行できます。科学的なポイント研究視点。

結論3- 方法論。上記の資料は、学生とのディスカッションを整理するための情報です。さらに、科学研究の特徴ごとに、6年生から個別のディスカッションを行うことができます。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、科学者の仕事を学生に実際に提示することができます。その主な段階のシーケンスを簡単に繰り返しましょう。

私たちの周りの世界は、実際の活動で発生する一連の問題と見なすことができ、これらの問題を見て定式化することを学ぶことが重要です.

既知のパターン、法則、および理論を時々修正すること、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。科学の原動力は矛盾です。

科学的な作業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いほど、勝つ可能性が高くなります。科学的発見、名誉、名声、金、ノーベル賞、そして最後に。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、絶え間ない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。

したがって、事実と理論を比較すると、矛盾が見られました。最も興味深いのは、矛盾を解決するための仮説の定式化とその検証です。仮説には、少なくとも部分的な事実に基づく根拠が必要です。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、それとも何か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。

生物研究の構造と内容の特徴

勉強- これは、理論的分析、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を含む問題の解決策です。科学研究は次のような構造になっています。

1. 調査の問題、目標、および目的の説明。研究全体の結果は、問題がどれだけ正しく定式化されているかによって異なります。研究上の問題とは、生物または生物群集の生命を説明することの難しさ、対象物またはプロセスに関する情報の欠如または欠如です。

問題の定式化は、問題が発生した状況の簡単な説明から始まり、その後、問題の説明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、プラスの効果が得られます（どれが示されているかが示されています）が、同時にマイナスの効果が発生します（どちらかが示されています）。

システムに関する情報の欠如または欠如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た場合（どれを示すか）、システムの効率を改善することが可能です（どれを示すか）。

問題の本質に基づいて、研究の目的が定式化されます。目標は、研究の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。研究目的は、作業の主な段階を示します。原則として、研究課題の理論的分析、問題を理論モデルに解決するための仮説の定式化、および理論モデルの実際的な検証とその修正の 3 つがあります。

2. 調査方法の選択。調査方法の選択は、タスクによって決まります。各タスクについて、理論的および/または実用的な方法を慎重に検討して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、設計および工学が含まれます。

実用的な研究方法には、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、オブジェクトの重要性、人またはイベントの活動を決定する）、独立した特性の方法（編集）が含まれます。多数の人が個別に物、人物、または出来事を記述したもの)、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入れられており、特定の解決策があります. もう 1 つの問題は、既存のソリューションが効果的でないか、望ましくない悪影響をもたらすことです。

したがって、理論的分析の最初の段階は、科学的および一般的な科学文献の研究と分析です。そのような分析がなければ、研究の結果は、問題に対する以前に知られている解決策を繰り返す可能性があります。

科学文献の分析を開始するときは、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目録を使用するのが最善です。

各本を扱うときは、目次を注意深く読み、研究の問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、問題を解決する方法、得られた解決策に関する情報を含むフラグメント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、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することであり、著者によって得られた各ソリューションの長所と短所を示しています。科学モノグラフの分析が完了したら、一般的な科学文献、とりわけ一般的な科学ジャーナルを分析する必要があります。多くの場合、最新の研究結果は一般的な科学文献に掲載されています。

理論的分析の第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を解決します。最適な方法は、上記のすべての方法で問題を解決することです。システム分析、矛盾を解決する方法です。これらの方法の応用については、2 回目の講義で説明します。

理論的分析の第 3 段階では、科学文献を分析する過程で得られた問題の解決策と、弁証法的分析で得られた仮説が比較されます。この作業の結果として、研究目標の理論モデルが構築され、その後の実用的な検証が行われます。

4. 理論モデルの実際の検証。理論モデルの実際の検証には、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、すなわち受け取った理論的立場の実験的検証であることを覚えておく必要があります。

実験を計画する際には、次の規則に従う必要があります。 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、すなわちその行動が調査されている事実がない場合、または標準的な条件下で; 4) 実験の参加者に起こりうる悪影響を事前に計算する必要があります。 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、および独立した特性、テストの助けを借りて、実験システムに関するさまざまな人々の意見を調査したものです。ソシオメトリーを使用すると、実験システムの長所と短所を、その作成に関係する人もそうでない人も含め、多くの人々の目を通して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慣れることです。人々は、何について意見を表明するかを知る必要があります。

アンケートまたは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?
モデルの良い面は何だと思いますか?
– あなたの意見では、モデルのマイナス面は何ですか?
- システムに次の変更を加える必要があると思います (どれが示されていますか)? - システムにどのような変更を加えることを提案していますか?

3. 実験結果とソシオメトリーの数学的分析グラフ、図の作成、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。

グラフやダイアグラムは、一般的なルールに基づいて作成されます。システムの各有用機能の変化係数は、影響前のシステムの有用機能の定量的指標と、調査中のシステムへの影響後の有用機能の定量的指標との比率として計算されます。有用な機能の変化係数はパーセンテージで表すことができます;このために、取得したデジタル値に100％を掛けます。

得られた結果の数学的処理により、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. 結論と提案の作成。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. 見極める部分。研究のこの部分では、作業の各部分について一般化された結論が作成されます。問題の理論的分析に基づいて、結論は得られた理論モデル、その長所と短所を簡単に示します。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) が最終決定されます。

実験とソシオメトリーの結果の数学的処理に基づいて、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の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、否定的な結果と肯定的な結果の両方が得られ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、得られた結果を説明するために研究者が提供する議論です。

確認部分を完了すると、研究者は研究の理論的および実際的な結果を評価します。

2. 予測部分。この部分では、研究中のシステムをさらに研究するための提案が策定されます。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作成します。

6. 使用された文献のリストを作成します。（ロシア連邦では、書誌記述の州基準（GOST）が出版物の種類ごとに定められています。海外では、出版社が出版物の種類ごとに書誌記述の規則を定めています。）

調査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に 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: 悟り、1987 年。 – P. 34–37.
作品に使用された版のページ数を記載していますが、本の総ページ数を記載することもできます。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。
科学雑誌または新聞の記事が示されている場合、入力フォームは次のとおりです。

2. ペトロフ A.N.モリツァラ自然保護区//自然と私たち。 - 1989. - No. 7. – P. 32–41.

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。教室での個々の段階に関する一連の議論を通じて、学生が科学研究の技術に慣れることが望ましいです。同時に、各段階の特徴についての教師の話に、研究プロセスとその結果に対するこの段階の重要性についての生徒の意見書（エッセイ）を追加することが望ましいです。エッセイの執筆はグループで行うことをお勧めします。その後、読み上げて議論し、他のグループは読み上げられたエッセイの主要な結論に反論する任務を負います。

生物学研究への学生の紹介方法

学生に科学研究の技術を教えた経験から、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 - 科学研究の技術の総合的な研究。

基礎学校の生徒の中には、常に高等学校の子供たちがいることは間違いありません。知的レベル、7〜9年生までに全体的な生物学的研究を実施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。

科学的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、科学や一般科学の文献からの情報を扱う方法を生徒に教えることをお勧めします。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) 報告する。 4) 要約。 5) 調査分析。

すぐにそれは仕事の量について言われるべきです。残念ながら、教師は多くの場合、生徒のレポートの量に対する要件を過大評価しています。情報作業の量は、次の原則に従って厳密に制限する必要があります。言葉は少なく、考えは混雑している必要があります。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 ページしかない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ページで書かれたときにです。

カードファイル記事や本の内容を要約したカードのセットです。カードインデックスを編集することを学ぶことは、教科書のテキストから始めるべきです。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) テキストの主なアイデア。 3) 主要なアイデアを支持する事実、議論、および経験。 4) 議論間の矛盾; 5）問題（何かについての情報の欠如または欠如）。カードの容量は、A4 ページの半分 (900 文字) 以下です。

百科事典のヘルプ選択したトピックに関するカードのコレクションです。百科事典の参考文献の量は毎年増加しています。

報告科学者の 2 つ以上の意見、選択したトピックに関する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、百科事典またはインターネットの資料に基づいて基本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は情報メッセージです）。このレポートの主な目的は、さまざまな意見を比較して矛盾の可能性を探すことです。レポートの分量は 3 ページ以内です。

概要選択し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、要約の作成者が問題 (矛盾) を定式化し、それらの解決策の仮説を提示するという点で、レポートとは異なります。この形式の作品は、レポートよりも高く評価されています。アブストラクトの分量は 5 ページ以内です。

概要分析- これは、主な科学的意見、特定のトピックに関する研究結果、それらの比較分析、問題 (矛盾) の定式化、および仮説を提示する要約です。概要分析の範囲を 7 ～ 10 ページに制限することが望ましいです。

問題を定式化し、解決し、仮説を立てることを学ぶ

この大きくてかなり複雑なセクションについては、2 回目と 3 回目の講義で詳しく検討します。

観察、測定、実験の指導

これらは伝統的な要素です。生物学的研究. これらの研究の方法に関するトレーニングは、プログラムの実験室と実践的な作業の枠組みの中で行われます。しかし、発明的問題解決の理論に重要なことを 1 つ追加する必要があります (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、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できない場合は、そのコピーまたは適切なモデルで行うことができます。

3. システムパラメータの測定が重大な問題を引き起こす場合は、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です。

4. パラメータが既知の 1 つまたは複数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、提案された研究計画の説明を書く学生のための特別な一連の創造的なタスクとして理解されています。この作業は、すでに 8 年生で開始することをお勧めします。中等学校では、この作業は生徒の教育活動の必須要素であるべきです。

こ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、学校周辺の環境状況を調査する計画を立てます。

2. 一部のデータによると、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. 科学者は、人間の心臓の働きだけでは血液を全身に送り出すのに十分ではないことを発見しました。科学者が実施する必要のある研究の計画を立てます。

グループまたは学生のペアで研究を計画することが望ましいです。これらのフォーム、特にグループフォームは、学生間のコミュニケーションの最適な編成を提供します。

学生には、この問題を解決するための次のアルゴリズムを提供できます。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と予想されますか? 研究の実際的な意味は何ですか？

2.研究の目的と方法を決定する - 目標を達成するための一連の作業段階。

3. 研究の問題を定式化する - 排除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-問題を解決するための可能な方法についての仮定。

5. 作曲する簡単な説明問題状況の理論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、および測定の説明を作成します。

7. 調査結果からどのような結論が得られますか?

研究計画の例

科学者は、人間の細胞 DNA の 10% だけが定期的にタンパク質合成に関与していることを発見しました。科学者がそのような結論を下すには、どのような研究が必要でしたか? それを計画します。

以下のアルゴリズムによる検討を予定しています。

1. この研究の目的は、遺伝子の総量に関連して、定期的に機能する遺伝子の量と組成を決定することです。この研究の実際的な意味は、多くの側面にある。たとえば、どの遺伝子が集中的に働き、おそらくより早く消耗し、それが人の平均余命にどのように影響するかを理解することである. 別のオプションは、遺伝子の働きを調節するメカニズムを見つけようとすることです。特に、特定の年齢で働きが望ましくない遺伝子をオフにします。

2. 研究目的:

1) 科学文献の分析: 科学文献で遺伝子の働きに関する情報を見つける。

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) 実験的研究の結果と科学文献で入手可能なデータとの比較。

3.研究の問題 - 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関する正確な情報を取得する必要があります。

4. 多くの仮説が存在する可能性がありますが、私たちは 1 つに限定します。すべての遺伝子が人間の中で定期的に機能しているわけではなく、通常の生活を維持するために必要なタンパク質の合成を保証する遺伝子の一部のみです。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は、次のように推奨できます。宿題またはコースの詳細な学習のための割り当て（差別化）。

5.科学文献から、次の情報を取得する必要があります。どの遺伝子がどの程度集中的に機能するか、どの遺伝子が特定の期間のみオンになり、どの遺伝子が常に機能するか。さまざまな科学的情報源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、人体の分離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ために、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（タスク）の各段階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、およびさらなる研究の見通しの策定が含まれる必要があります。

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、研究技術の学生の初期トレーニングが始まります。注釈カード、百科事典の参考文献、レポート、要約の作成は、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が計画します。分析レビューは高校で行うことをお勧めします。教室や自宅での実践的および実験的作業、実験、測定により、研究実践の基本的なスキルを習得できます。

中学 2 年生からは、生物研究を計画するための課題を含めることが望ましい。最初は、学生が選択する機会を持つように、2 つまたは 3 つのトピックで一般化が機能します。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。 10〜11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、個々の学生は時間をかけて実際の研究に移行することができます。この選択は学生自身によって行われ、ほとんどの場合、環境と環境のトピックに関する研究、および子供と大人のライフスタイルの問題とその健康への影響について言及しています。最近の作業は、アンケート、テスト、その他の社会測定法を使用して行われています。

質問とタスク

1. トピックを提案し、科学研究の詳細について生徒と話し合う方法の説明を書きます。

2. 真実は論争の中で生まれると言うのは正しいですか? 一部の学者は、紛争では真実が生まれず、真実の探求のために矛盾だけが示されると言う. 誰を信じる？なんで？

3. 若くて野心的な科学者は、30 歳までに必ずノーベル賞を受賞しなければならないと固く決心しました。そのようなオープニングを事前に計画することは可能ですか？企画の秘訣を教えてください。

4. 菜食が人間の健康に与える影響を研究する計画を立てます。

5. 自己教育の継続が人間の平均余命に与える影響の問題について研究計画を立てることを例に、学生に研究を計画するよう指導する方法論を作成する。

追加の読書のための文献

1. Altshuller G.S.アイデアを見つけよう. - ノボシビルスク: ナウカ, 1986. - 209 p.

2. ババンスキー Yu.K.学習プロセスの強化 // 学校での生物学。 - 1987. - No. 1. – P. 3–6.

3. クラリン M.V.世界の教育学におけるイノベーション: 探索ベースの学習、遊び、ディスカッション。（外国の経験の分析。） - リガ、SPC「実験」、1995。 - 176 p。

生物学について話すとき、私たちはすべての生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、オンになっている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
記述方法
比較方法
統計的方法
モデリング
歴史的な方法

経験的方法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る。実験は場所によって、室内実験とフィールド実験の2種類に分けられます。フィールド実験には自然条件が使用され、実験室実験には特別な実験装置が使用されます。

記述方法観察に基づいて、現象の分析と説明が続きます。この方法により、生物の現象やシステムの特徴を浮き彫りに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を他の事実や現象と比較することを意味します。情報は観察によって得られます。最近では、監視を使用することが一般的になっています。監視は、実行される分析に基づいてデータを収集し、予測することを可能にする継続的な観察です。

統計的方法数学的方法とも呼ばれ、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、このメソッドは、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、最近勢いを増している手法であり、オブジェクトをモデルで表現することによってオブジェクトを操作します。実験では後から分析・研究できないことは、モデリングによって学習することができます。従来のモデリングだけでなく、数理モデリングも部分的に使用されています。

歴史的な方法以前の事実の研究に基づいて、既存のパターンを判断できるようにします。ただし、1 つの方法だけでは十分な効果が得られない場合があるため、これらの方法を組み合わせてより良い結果を得ることが一般的です。

ここでは、生物学における主な研究方法について考察してきました。この記事があなたにとって興味深く有益なものであったことを願っています。コメントに質問やコメントを必ず書いてください。

生物学はすべての生物、特に人間の世話をし、Ursosan (http://www.ursosan.ru/) は肝臓の世話をします。 Ursosanは治療に役立ちます

現在のページ: 1 (本は全部で 27 ページあります) [アクセシブルな読書の抜粋: 18 ページ]

A. A. カメンスキー、E. A. クリクスノフ、V. V. パセチニク
生物学。一般生物学 10 ～ 11 年生

伝説：

- さまざまな形式で提示された情報を扱うスキルの開発を目的としたタスク。

- コミュニケーションスキルの開発を目的としたタスク;

- 一般的な精神的スキルと能力、特定の問題を解決する方法を独自に計画する能力の開発を目的としたタスク。

序章

あなたは学校のコース「一般生物学」の勉強を始めます。これは、学校の生物学コースの一部の条件付きの名前であり、そのタスクは勉強することです共通のプロパティ生きている、その存在と発展の法則。その一部としての野生生物と人間を反映して、生物学は科学的および技術的進歩においてますます重要になり、生産力になりつつあります。生物学は、新しい産業社会の基礎となる新しい技術、つまり生物学を生み出します。生物学的知識は、社会の各メンバーの生物学的思考と生態学的文化の形成に貢献する必要があります。さらなる発展人間の文明は不可能です。

§ 1。ショートストーリー発生生物学

1. 生物学は何を研究しますか?

2. どんな生物科学を知っていますか?

3. どんな生物学者を知っていますか?

科学としての生物学。あなたは生物学が生命の科学であることをよく知っています。現在、それは生きている自然の科学の全体を表しています。生物学は、生物の構造、機能、発達、起源、自然界における環境や他の生物との関係など、生命のすべての兆候を研究します。

人間は動物界との違いに気づき始めて以来、自分の周りの世界を研究し始めました。最初は、彼の人生はそれに依存していました。原始人は、どの生物が食べられ、薬として使用され、衣服や住居を作ることができ、どの生物が有毒または危険であるかを知る必要がありました.

文明の発展に伴い、人は教育目的で科学を行うなどの贅沢をする余裕がありました。

古代の人々の文化に関する研究は、彼らが植物や動物について幅広い知識を持ち、それらを日常生活に広く適用していたことを示しています.

チャールズ・ダーウィン (1809–1882)

現代の生物学は複雑な科学であり、主に物理学、化学、数学などの他の科学だけでなく、さまざまな生物学的分野のアイデアや方法が相互に浸透していることを特徴としています。

現代生物学の発展の主な方向性。現在、生物学の 3 つの方向は、条件付きで区別できます。

まず、これ 古典生物学。 それは、野生生物の多様性を研究する自然科学者によって代表されています。彼らは野生生物で起こるすべてを客観的に観察して分析し、生きている生物を研究し、それらを分類します。古典生物学では、すべての発見がすでになされていると考えるのは誤りです。 20世紀後半。多くの新種が記載されているだけでなく、王国 (Pogonophores) や超王国 (古細菌、古細菌) に至るまで、大きな分類群も発見されています。これらの発見により、科学者は野生生物の発達の全歴史を新たに見直さざるを得なくなりました。真の自然科学者にとって、自然はそれ自体が価値です。私たちの惑星の隅々は彼らにとってユニークです。だからこそ、彼らは常に私たちの周りの自然への危険を痛感し、それを積極的に提唱する人々の中にいます.

2つ目の方向は 進化生物学。 19世紀に自然選択理論の著者 チャールス・ダーウィン彼は普通の自然主義者として始まりました。彼は収集、観察、記述、旅行を行い、野生生物の秘密を明らかにしました。しかし、彼を有名な科学者にした彼の研究の主な結果は、有機的多様性を説明する理論でした。

現在、生物の進化に関する研究が盛んに行われています。遺伝学と進化論の統合により、いわゆる 総合進化論。しかし、今でも多くの未解決の問題があり、進化科学者がその答えを探しています。

20世紀の初めに作成されました。私たちの著名な生物学者 アレクサンダー・イワノビッチ・オパリン生命の起源に関する最初の科学理論は、純粋に理論的なものでした。現在、この問題の実験的研究が活発に行われており、高度な物理化学的手法の使用により、すでに重要な発見がなされており、新しい興味深い結果が期待できます。

アレクサンダー・イワノビッチ・オパーリン (1894–1980)

新しい発見により、人類発生の理論を補完することが可能になりました。しかし、動物界から人間への移行は、依然として生物学の最大の謎の 1 つです。

第 3 方向 - 物理化学生物学、 現代の物理的および化学的方法を使用して生物の構造を研究しています。これは生物学の急速に発展している分野であり、理論的にも実践的にも重要です。人類が直面している多くの問題を解決することを可能にする、物理的および化学的生物学における新しい発見が私たちを待っていると自信を持って言えます。

科学としての生物学の発展。現代の生物学は古代に根ざしており、地中海諸国の文明の発展に関連しています。私たちは、生物学の発展に貢献した多くの優れた科学者の名前を知っています。それらのいくつかを挙げてみましょう。

ヒポクラテス(紀元前 460 年 - 紀元前 370 年頃) は、人間と動物の構造について初めて比較的詳細な説明を行い、病気の発生における環境と遺伝の役割を指摘しました。彼は医学の創始者と考えられています。

アリストテレス(紀元前384–322年) 分割世界地球、水、空気の無生物の世界。植物の世界; 動物の世界と人間の世界。彼は多くの動物を記述し、分類学の基礎を築きました。彼が書いた 4 つの生物学論文には、当時知られている動物に関するほとんどすべての情報が含まれていました。アリストテレスの功績は非常に大きく、動物学の創始者と見なされています。

テオプラストス(紀元前 372–287 年) は植物を研究しました。彼は 500 以上の植物種を記述し、それらの多くの構造と繁殖に関する情報を提供し、多くの植物用語を紹介しました。彼は植物学の創始者と考えられています。

ガイウス・プリニウス・ザ・エルダー(23-79) は、当時知られている生物に関する情報を収集し、37 巻の百科事典「自然史」を執筆しました。ほぼ中世まで、この百科事典は自然に関する主要な情報源でした。

クラウディウス・ガレノス彼の科学的研究では、哺乳類の解剖を広く使用しました。彼は、人間とサルの比較解剖学的記述を行った最初の人でした。中枢神経系と末梢神経系を研究しています。科学史家は、彼を古代最後の偉大な生物学者と見なしています。

クラウディウス・ガレノス (c. 130 - c. 200)

宗教は中世の支配的なイデオロギーでした。他の科学と同様に、この時期の生物学はまだ独立した分野として出現しておらず、宗教的および哲学的見解の一般的な主流に存在していました. そして、生物に関する知識の蓄積は続きましたが、当時の生物学は条件付きでしか科学として語ることはできませんでした。

ルネサンスは、中世の文化からニューエイジの文化への移行期です。当時の根本的な社会経済的変化には、科学における新しい発見が伴いました。

その時代の最も有名な科学者 レオナルド・ダ・ヴィンチ(1452–1519) は、生物学の発展に一定の貢献をしました。

彼は鳥の飛行を研究し、多くの植物、関節で骨を接合する方法、心臓の活動と目の視覚機能、および人間と動物の骨の類似性について説明しました。

15世紀後半。自然科学は急速に発展し始めます。これは、動植物に関する情報を大幅に拡大することを可能にした地理的発見によって促進されました。生物に関する科学的知識の急速な蓄積は、生物学を別々の科学に分割することにつながりました。

XVI-XVII世紀に。植物学と動物学は急速に発展し始めました。

顕微鏡の発明 (17 世紀初頭) により、植物や動物の微視的な構造を研究することが可能になりました。肉眼では見えない極小の生物、バクテリアや原生動物が発見されました。

生物学の発展に大きく貢献した カール・リンネ動物と植物の分類システムを提案しました。

カール・マクシモビッチ・ベア(1792–1876) 彼の作品の中で、理論の主な規定を定式化した相同器官発生学の科学的基礎を築いた生殖細胞類似性の法則。

カール・リンネ (1707–1778)

ジャン・バティスト・ラマルク (1774–1829)

1808年、作品「動物学の哲学」で ジャン・バティスト・ラマルク進化的変化の原因とメカニズムの問題を提起し、初めて進化論を概説しました。

生物学の発展において大きな役割を果たしたのは、生物界の統一を科学的に確認し、進化論の出現の前提条件の1つとなった細胞理論によって演じられました。 チャールス・ダーウィン。細胞理論の著者は動物学者と見なされています テオドール・シュワン(1818–1882) と植物学 マティアス・ヤコブ・シュライデン (1804–1881).

多くの観察に基づいて、チャールズ・ダーウィンは1859年に彼の主要な著作「自然淘汰による種の起源、または生命のための闘争における好まれた品種の保存について」を発表しました。、生物の進化のメカニズムと進化的変換の方法を提案しました。

19世紀に仕事のおかげで ルイ・パスツール (1822–1895), ロベルト・コッホ (1843–1910), イリヤ・イリイチ・メチニコフ微生物学は独立した科学として登場しました。

20世紀は法の再発見から始まった グレゴール・メンデルこれは、科学としての遺伝学の発展の始まりを示しました。

20世紀の40〜50年代。生物学では、物理学、化学、数学、サイバネティックス、およびその他の科学のアイデアと方法が広く使用され始め、微生物が研究対象として使用されました。その結果、生物物理学、生化学、分子生物学、放射線生物学、バイオニクスなどが誕生し、独立した科学として急速に発展し、宇宙探査は宇宙生物学の誕生と発展に貢献しました。

XX世紀に。応用研究の方向性 - バイオテクノロジー。この傾向は間違いなく21世紀に急速に発展するでしょう。「繁殖とバイオテクノロジーの基礎」の章を学ぶと、生物学の発展におけるこの方向性についてさらに学ぶことができます。

イリヤ・イリイチ・メチニコフ (1845–1916)

グレゴール・メンデル (1822–1884)

現在、生物学的知識は人間活動のあらゆる分野で使用されています。産業、農業、医療、エネルギーなどです。

生態学的研究は非常に重要です。私たちは、小さな地球に存在する微妙なバランスが崩れやすいことにようやく気づき始めました。人類は、文明の存在と発展のための条件を維持するために生物圏を保存するという困難な課題に直面してきました。生物学の知識と特別な研究がなければ、それを解決することは不可能です。したがって、現在、生物学は、人間と自然の関係の真の生産力と合理的な科学的基盤となっています。

古典生物学。進化生物学。物理化学生物学。

1. 生物学の発展のどの方向を選び出すことができますか?

2. 生物学的知識の発展に重要な貢献をした古代の偉大な科学者は?

3. 中世において、条件付きでしか生物学を科学として語ることはできなかったのはなぜですか?

4. 現代生物学が複雑な科学と見なされるのはなぜですか?

5. 現代社会における生物学の役割は何ですか?

次のトピックのいずれかに関するメッセージを準備します。

1. 現代社会における生物学の役割。

2. 宇宙研究における生物学の役割。

3. 現代医学における生物学的研究の役割。

4. 優れた生物学者の役割 - 世界の生物学の発展における私たちの同胞。

生物の多様性に関する科学者の見解がどれほど変化したかは、生物界の分割の例によって実証できます。

20 世紀の 40 年代には、すべての生物は植物と動物の 2 つの王国に分けられていました。植物界には、バクテリアと菌類も含まれていました。その後、生物のより詳細な研究により、原核生物 (細菌)、菌類、植物、動物の 4 つの王国が割り当てられました。このシステムは学校の生物学で与えられます。

1959 年に、生物の世界を原核生物、原生生物 (原生動物)、キノコ、植物、動物の 5 つの王国に分割することが提案されました。

このシステムは、生物学の (特に翻訳された) 文献にしばしば記載されています。

20以上の王国を含む他のシステムが開発されており、開発が続けられています。たとえば、原核生物、古細菌（古細菌）、真核生物の 3 つの超王国を区別することが提案されています。各王国にはいくつかの王国が含まれます。

§ 2. 生物学における研究方法

1. 科学は宗教や芸術とどう違うのですか?

2. 科学の主な目標は何ですか?

3. 生物学で使われている研究方法を知っていますか?

人間活動の領域としての科学。科学は人間活動の領域の 1 つであり、その目的は周囲の世界の研究と知識です。科学的知識のためには、特定の研究対象、問題、研究方法を選択する必要があります。各科学には独自の研究方法があります。ただし、どのような方法を使用する場合でも、すべての科学者にとって最も重要な原則は常に変わりません。科学の主な任務は、確認または反駁できる事実と一般化に基づいて、信頼できる知識のシステムを構築することです。科学的知識は絶えず疑問視され、十分な証拠がある場合にのみ受け入れられます。 科学的事実 (Greek factum - done) は、再現および確認できるもののみです。

科学的方法 (ギリシャの方法論 - 研究の道) 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。

生物学の発展の全歴史は、生物学が新しい研究方法の開発と応用によって決定されたことを明確に示しています。生物科学で使用される主な研究方法は次のとおりです。 記述的、比較的、歴史的と 実験的。

記述方法。それは、事実資料の収集とその説明に従事していた古代の科学者によって広く使用されていました。それは観察に基づいています。ほぼ18世紀まで。生物学者は主に動植物の記述に従事し、蓄積された資料を一次的に体系化しようとしました。しかし、記述方法は今日でもその重要性を失っていません。たとえば、新しい種を発見したり、現代の研究方法を使用して細胞を研究したりするときに使用されます。

比較方法。生物とその部位の類似点と相違点を識別することを可能にし、17 世紀に使用され始めました。使用法比較法動植物の系統化に必要なデータを得ることができました。 19世紀にそれは、細胞理論の開発と進化論の実証、およびこの理論に基づく多くの生物科学の再構築に使用されました。今日では、比較法はさまざまな生物科学でも広く使用されています。しかし、生物学で記述的および比較的な方法だけが使用された場合、それは科学を確認する枠内にとどまります。

歴史的な方法。この方法は、得られた事実を理解し、以前のものと比較するのに役立ちます既知の結果. 19世紀後半に広く使われるようになりました。生物の出現と発達のパターン、時間と空間におけるそれらの構造と機能の形成を科学的に実証した C. ダーウィンの業績に感謝します。歴史的方法の適用により、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発生し、どのように機能するかを説明する科学に変換することが可能になりました.

実験方法。生物学における実験方法の使用は、名前に関連付けられています ウィリアム・ハーヴェイ血液循環の研究で彼の研究でそれを使用した. しかし、主に生理学的プロセスの研究において、19世紀の初めからのみ生物学で広く使用され始めました. 実験的方法により、経験の助けを借りて、これまたはその生命の現象を研究することが可能になります。

生物学における実験方法の承認に大きく貢献したのは、G.メンデルでした。彼は、生物の遺伝と多様性を研究し、研究された現象に関するデータを取得するだけでなく、テストするために実験を使用した最初の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。

ウィリアム・ハーヴェイ (1578–1657)

XX世紀に。実験方法は生物学の主要な方法になりました。これは、生物学研究用の新しい機器（電子顕微鏡、トモグラフなど）の出現と、生物学における物理学と化学の方法の使用により可能になりました。

現在、超薄切片の技術を用いた電子顕微鏡、生化学的方法、さまざまな培養方法、細胞培養、組織、器官の生体内観察、標識原子、X-線回折分析、超遠心分離、クロマトグラフィーなど。 20 世紀後半になったのは偶然ではありません。生物学では、最新の機器の作成と研究方法の開発という全体的な方向性が開発されました。

生物学研究でますます使用されています モデリング、これは実験の最高の形と考えられています。したがって、最も重要な生物学的プロセス、進化の主な方向性、生態系の発展、さらには生物圏全体（たとえば、地球規模の気候変動または技術的変化の場合）のコンピューターモデリングに関する活発な作業が進行中です。

システム構造アプローチと組み合わせた実験的方法は、生物学を根本的に変革し、その認知能力を拡大し、人間活動のあらゆる分野で生物学的知識を使用するための新しい方法を切り開いた。

科学的事実。科学的方法。研究方法：記述的、比較的、歴史的、実験的。

1. 科学の主な目標と課題は何ですか?

2. 生物学の発展は、新しい科学的研究方法の開発と適用によって決定されたと主張できるのはなぜですか?

3. 生物学の発展にとって、記述的および比較的方法の重要性は何でしたか?

4.歴史的方法の本質は何ですか？

5. 実験方法が 20 世紀に最も普及したのはなぜですか?

生態系（水域、森林、公園など）に対する人為的影響を研究する際に使用する研究方法を提案してください。

21 世紀の生物学の発展のための選択肢をいくつか提案してください。

あなたの意見では、そもそも分子生物学、免疫学、遺伝学の方法を使用して、人類によってどのような病気が打ち負かされるでしょうか。

科学研究は、原則として、いくつかの段階で構成されています（図1）。事実の収集に基づいて、問題が定式化されます。それを解決するために、彼らは提案しました仮説（ギリシャ語から。仮説 - 仮定）。各仮説は、新しい事実を得る過程で実験的に検証されます。得られた事実が仮説と矛盾する場合、それは棄却されます。仮説が事実と一致し、正しい予測を可能にする場合、それは次のようになります。仮説（ギリシャ語から。理論 - 研究）。しかし、正しい理論であっても、新しい事実が蓄積されるにつれて、修正され、洗練される可能性があります。良い例は進化論です。

いくつかの理論は、さまざまな現象間の接続を確立することです。それ規則と 法律。

規則には例外がありますが、法律は常に適用されます。たとえば、エネルギー保存の法則は、生物と無生物の両方に有効です。

米。 1. 科学研究の主な段階

図 1 を確認した後、小規模な生物学的研究を実施するための計画を提案してください。

§ 3. 生命の本質と生命の特性

1. 人生とは？

2. 生物の構造的および機能的単位は何と考えられていますか?

3. 生物のどのような性質を知っていますか?

生命の本質。あなたはすでに生物学が生命の科学であることを知っています. しかし、人生とは何ですか？

ドイツの哲学者フリードリッヒ・エンゲルスの古典的な定義は次のとおりです。、タンパク質の分解につながります」 - 19世紀後半の生物学的知識のレベルを反映しています

XX世紀に。このプロセスの複雑さを反映して、生命を定義するために多くの試みがなされてきました。

すべての定義には、生命の本質を反映した次の仮定が含まれていました。

– 生命は物質の運動の特別な形態です。

- 生命は体内の代謝とエネルギーです。

- 人生は体内の重要な活動です。

- 生命とは生物の自己複製であり、世代から世代への遺伝情報の伝達によって保証されます。

生命は、その存在の物理的および化学的形態よりも高い物質の運動の形態です。

最も一般的な意味で生活次のように定義できます 外部から受け取ったエネルギーの消費、生体高分子（タンパク質と核酸）からなる特定の構造の維持と自己再生に伴い、活動的になります。

核酸もタンパク質も、単独では生命の基質ではありません。それらは、細胞内に配置され機能する場合にのみ、生命の基盤となります。細胞の外では、これらは化合物です。

ロシアの生物学者 V. M. Volkenshtein の定義によると、「地球上に存在する生物は、生体高分子 (タンパク質と核酸) から構築された、開いた自己調節および自己再生システムです」。

生き物の特性。生物には共通の性質がいくつかあります。それらをリストしましょう。

1. 団結化学組成. 生物は無生物と同じ化学元素で形成されていますが、生物では質量の 90% が C、O、N、H の 4 つの元素で構成されており、これらはタンパク質などの複雑な有機分子の形成に関与しています。核酸、炭水化物、脂質。

2. 構造組織の統一。細胞は、単一の構造的および機能的単位であり、地球上のほぼすべての生物の発生単位でもあります。ウイルスは例外ですが、細胞の中にいて初めて生物の性質が発現します。細胞の外に生命はありません。

3. 開放性。すべての生物は、 オープンシステム, つまり、環境からのエネルギーと物質の継続的な供給の条件下でのみ安定するシステムです。

4. 代謝とエネルギー。すべての生物は、環境. 代謝は、次の 2 つの相互に関連するプロセスの結果として実行されます。有機物体内で（外部エネルギー源-光と食物による）、およびエネルギーの放出を伴う複雑な有機物質の分解プロセスであり、それはその後体内で消費されます。

代謝は、絶えず変化する環境条件で化学組成の一定性を保証します。

5. 自己再生（再生）。自己複製能力は、すべての生物の最も重要な特性です。これは、核酸に埋め込まれた生物の構造と機能に関する情報に基づいており、生物の構造と生命の特異性を提供します。

6. 自己制御。あらゆる生物は、絶えず変化する環境条件にさらされています。同時に、細胞内の生命プロセスの流れには特定の条件が必要です。自己調節のメカニズムのおかげで、相対的な恒常性が維持されます内部環境つまり、化学組成の恒常性と生理学的プロセスの過程の強度が維持されます。つまり、ホメオスタシスが維持されます（ギリシャ語のホモイオス - 同じおよびスタシス - 状態から）。

7. 開発と成長。個体発生（個体発生）の過程では、生物の個々の性質が徐々に一貫して発現し、その成長が行われます。さらに、すべての生きているシステムは進化します - それらは歴史的発展の過程で変化します（系統発生）。

8. 過敏性。どの生物も、外部および内部の影響に選択的に反応することができます。

9. 遺伝と多様性。世代の連続性は遺伝によって保証されます。子孫は、遺伝情報が変化する能力、つまり可変性があるため、親のコピーではありません。

上記のプロパティの一部は、無生物に固有のものである場合もあります。たとえば、飽和塩溶液中の結晶は「成長」する可能性があります。ただし、この成長には、生物の成長に固有の定性的および定量的パラメーターはありません。

ろうそくの燃焼も代謝とエネルギー変換のプロセスによって特徴付けられますが、自己調整と自己再生はできません。

したがって、上記のすべてのプロパティは、骨材生物だけの特徴。

人生。オープンシステム。

1. 「生命」の概念を定義するのが非常に難しいのはなぜですか?

2. 生物の化学組織と無生物の物体の違いは何ですか?

3. 生物が開放系と呼ばれるのはなぜですか?

4. 生物と無生物の代謝過程の根本的な違いは何ですか?

5. 地球上の生命の発達における多様性と遺伝の役割は何ですか?

無生物と生物の成長、生殖、代謝のプロセスの本質を比較します。

無生物で観察できる生物の特性の例を挙げてください。

生命体(lat. organizo から - 私が手配します) - これは個人、個人 (lat. individuus から - 分割不可能) であり、その環境と独立して相互作用します。「生物」という用語は理解しやすいですが、明確に定義することはほとんど不可能です。生物は、単細胞で構成されている場合もあれば、多細胞である場合もあります。さまざまな植民地生物は、ボルボックスなどの同種の生物で構成されている場合もあれば、植民地の腸内動物であるポルトガルのマンオブウォーなど、単一の全体を構成する高度に分化した個体の複合体である場合もあります。場合によっては、互いに離れた個体でさえ、特定の個体特性が異なるグループを形成することがあります。たとえば、ミツバチでは、他の社会的昆虫と同様に、家族は生物の多くの特性を持っています。

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] // Kinesiologist、2009-2018: [ウェブサイト]。更新日: 22.02.2018..__.201_). 生物学、そのセクション、および関連分野における現代の研究方法に関する資料。

生物学、そのセクションおよび関連分野における現代の研究方法に関する資料

写真 In: 生物学の主な分野。

現在、生物学は条件付きで科学の 2 つの大きなグループに分けられます。

生物の生物学: 植物 (植物学)、動物 (動物学)、菌類 (真菌学)、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、それらの内部および外部構造、ライフスタイル、生殖、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)、臓器とそのシステム (生理学、形態学、解剖学)、集団と自然群集 (生態学)。言い換えれば、一般生物学はさまざまなレベルで生命を研究しています。

生物学は他の自然科学と密接に関連しています。したがって、生物学と化学の間の接合部に、生化学と分子生物学が現れ、生物学と物理学の間に - 生物物理学、生物学と天文学の間に - 宇宙生物学が現れました。生態学は、生物学と地理学の交差点に位置し、現在ではしばしば独立した科学とみなされています。

トレーニングコースにおける学生の課題現代の生物学的研究方法

1. 生物学のさまざまな分野におけるさまざまな研究方法に精通していること。

決定と報告:
1) 生物学のさまざまな分野における研究方法についてのレビュー教育エッセイを書く。アブストラクトの内容の最小要件: 5 つの研究方法の説明、各方法について 1 ～ 2 ページ (フォント 14、スペース 1.5、余白 3-2-2-2 cm)。
2) 生物学の現代的方法の 1 つに関するレポートのプレゼンテーション (できればプレゼンテーションの形式で): ボリューム 5±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方法についての表面的な知識。
2) 研究方法の 1 つを深く理解し、その知識を学生グループに伝える。

2. 科学研究報告書のデザインに必要な要件を使用して、目標設定から結論まで教育的および科学的研究を指導する。

解決：
研究室の授業や自宅での一次データの取得。そのような研究の一部を課外時間に実施することは許可されています。

3. 生物学における一般的な研究方法に関する知識。

解決：
情報源を使ったレクチャーコースと独立した仕事。生物学の歴史からの事実の例に関するレポート: ボリューム 2±1 ページ。

4. 取得した知識、スキル、および能力を応用して、研究作業、タームペーパー、および/または最終資格認定作業の形で独自の研究を実施および設計します。

概念の定義

研究手法 研究作業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、オブジェクトの量的および質的特性を確立します。

方法論的根拠 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一連の科学的知識の方法です。

一般的な科学的、実験的方法、方法論的根拠 -.

現代の生物学は、方法論的アプローチの統一を使用しています。その形式化、数学化、公理化を含む、生物学的知識の徹底的な理論化のプロセスとの経験的研究の統一」[Yarilin A.A. 「シンデレラ」はお姫様、または科学のヒエラルキーにおける生物学の場所になります。 // 「エコロジーとライフ」No. 12, 2008. P. 4-11. S.11]。

調査方法の目的:

1.「人間の自然な認知能力を強化し、その拡大と継続を強化する」.

2.「コミュニケーション機能」、すなわち主題と研究対象の間の調停[アルシノフ V.I. ポスト非古典科学の現象としての相乗効果。 M.: Institute of Philosophy 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、一定期間にわたるオブジェクトの外部兆候と目に見える変化の研究です。 たとえば、苗の成長と発育を観察します。

観察はすべての自然科学研究の出発点です。

生物学では、その研究の対象は人間と彼を取り巻く生きている自然であるため、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、子供たちは植物や動物の成長と発達、および自分の体の状態を観察することによって、最も簡単な生物学的研究を行うように教えられています.

情報を収集する方法としての観察は、年代順に生物学の兵器庫に登場した最初の研究方法であり、むしろその前身である自然史でさえあります。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、この方法は今日までその重要性を失っていません。

観察は、技術支援の有無にかかわらず、直接的または間接的である場合があります。したがって、鳥類学者は双眼鏡で鳥を見て、それを聞くことができます。また、人間の耳に聞こえる範囲外の音をデバイス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。分子生物学者にとって、観察とは試験管内の酵素濃度の変化を修正することです。

科学的観察は通常とは異なり、単純ではないことを理解することが重要ですが、 意図的なオブジェクトまたは現象の研究: 問題を解決するために実行され、観察者の注意が散らばってはなりません。たとえば、タスクが鳥の季節的な移動を研究することである場合、営巣地での鳥の出現のタイミングに気付くだけで、他には何もありません。だから観察は 選択的割り当て現実から 特定の部分、言い換えれば、側面、および研究中のシステムへのこの部分の包含。

観察では、観察者の正確さ、正確さ、活動だけでなく、彼の公平性、知識と経験、正しい選択技術的手段。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、および実験 // 教育の発展の問題と展望：国際的な資料。科学的 conf。 (Perm、2011 年 4 月) T. I. Perm: Mercury, 2011. S. 16-19.].

記述方法

記述方法 -これは、本質的なものを割り当て、取るに足らないものを拒絶することで、研究対象の観察された外的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、その開発は不可能でした。

記述的方法を使用すると、最初に野生生物で発生する現象を記述してから分析し、それらを比較して特定のパターンを見つけ、一般化して新しいタイプやクラスなどを発見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、今日ではその関連性が失われておらず、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、構造、生命過程、およびさまざまなオブジェクトの動作における類似点と相違点の研究です。 たとえば、同じ生物種に属する性別の異なる個体の比較。

研究対象を互いに比較したり、別の対象と比較したりすることで、研究対象を研究することができます。生物の類似点と相違点、およびそれらの部分を識別することができます。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、調査対象をグループにまとめることができます。比較法に基づいて、例えば動植物の分類学が構築されます。この方法は、細胞説を作成し、進化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 世紀に生物学で確立されました。最大の問題の多くを解決する上で非常に実りあることが証明されました. この方法の助けを借りて、記述的な方法と組み合わせて、18世紀に許可された情報が得られました。植物と動物の分類学の基礎を築き（K. Linnaeus）、19世紀に。細胞理論 (M. Schleiden と T. Schwann) と主な種類の発達の教義 (K. Baer) を定式化する。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、この理論に基づく多くの生物科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た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科学で広く使用されています。概念の定義を与えることが不可能な場合、比較は特別な価値を獲得します。たとえば、電子顕微鏡を使用すると、画像が取得されることがよくありますが、その内容は事前にはわかりません。光学顕微鏡画像との比較によってのみ、目的のデータを取得できます。

歴史的方法

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、以前に知られている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のに成功裏に使用され、記述科学から説明科学への生物学の転換に貢献しました。

19世紀後半。 C.ダーウィンの作品のおかげで、歴史的な方法は、生物の出現と発達の法則、時間と空間における生物の構造と機能の形成の研究を科学的根拠に基づいて行いました。生物学におけるこの方法の導入により、重要な質的変化がありました。歴史的方法は、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誕生し、どのように機能するかを説明する説明科学に変えました. 現在、歴史的方法、または「歴史的アプローチ」は、すべての生物科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、オブジェクトへの的を絞った影響を利用して、提唱された仮説の正しさを検証するものです。

実験 (experiment) は、生物の深く隠された特性を明らかにするのに役立つ状況の制御された条件下での人工的な創造物です。

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）を行うことにより、それら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、現象を単独で研究し、同じ条件下で再現したときに結果の再現性を実現できます。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するものです。自然科学全般、特に生物学が自然の基本法則を発見したのは、実験のおかげです。
生物学における実験的方法は、実験を行い、関心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、作業中にそれを修正するのにも役立ちます。 20世紀には、トモグラフ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をリードするようになりました。現在、生化学的方法、X線回折分析、クロマトグラフィー、さらに超薄切片の技術、さまざまな培養方法などが実験生物学で広く使用されています。体系的なアプローチと組み合わせた実験的方法は、生物科学の認知能力を拡大し、人間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を切り開いてきました。

自然の知識の基礎の 1 つとしての実験の問題は、早くも 17 世紀に提起されました。英国の哲学者 F. ベーコン (1561-1626)。彼の生物学への導入は、17 世紀の W. ハーヴェイの研究に関連しています。血液循環の研究のため。しかし、実験的方法が生物学に広く導入されたのは19世紀の初めになってからであり、さらに生理学を通じて、多数の機器による方法が使用され始め、機能の限定を登録して定量的に特徴付けることが可能になりました。構造化します。 F. Magendie (1783-1855)、G. Helmholtz (1821-1894)、I.M. Sechenov（1829-1905）、および実験C. Bernard（1813-1878）の古典とI.P。パブロワ (1849-1936) によると、生理学はおそらく生物科学の中で最初に実験科学になった.
実験方法が生物学に入った別の方向は、生物の遺伝と多様性の研究でした。ここでの主なメリットは、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だけでなく、取得し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実験を使用した G. メンデルに属します。 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。

実験方法の実証において、L. パスツール (1822-1895) によって微生物学で行われた作業は、最初に発酵を研究し、微生物の自然発生の理論に反論する実験を導入し、次に感染症に対するワクチンを開発するために行われました。非常に重要です。 19世紀後半。 L. Pasteur、R. Koch (1843-1910)、D. Lister (1827-1912)、I.I. Mechnikov (1845-1916)、D.I. イワノフスキー (1864-1920)、S.N. Vinogradsky (1856-1890)、M. Beyernik (1851-1931) など 19 世紀。生物学はまた、実験の最高の形態でもあるモデリングの方法論的基礎の創造によって豊かになりました。 L.パスツール、R.コッホ、および他の微生物学者による、実験動物に病原性微生物を感染させ、それらの感染症の病因を研究する方法の発明は、20世紀に引き継がれたモデリングの古典的な例です。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、私たちの時代に補完されました。
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を上げ、新しい実験手法を開発することにより、大幅な改善を遂げてきました。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突然変異体の分離など, 研究の実践に導入されました. 実験方法は、物理学と化学の方法で広く濃縮され始めました, それは非常に価値があることが証明されました.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ることもできます。例えば、DNAを分離する化学的方法、一次構造と二次構造を決定する化学的および物理的方法、および生物学的方法（細菌の形質転換および遺伝子解析）を組み合わせた結果として、DNAの構造と遺伝的役割が解明されました。遺伝物質としての役割を証明しています。
現在、この実験方法は、生命現象の研究における並外れた可能性を特徴としています。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、高解像度遺伝子解析、免疫学的方法、細胞培養、組織および器官におけるさまざまな培養方法および生体内観察、胚の標識、体外受精、標識の方法を含む原子、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品質は、モデリングの質的変化も引き起こしました。臓器レベルでのモデリングに加えて、分子レベル、細胞レベルでのモデリングが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、他の多くの点でのオブジェクトの類似性に基づいた、特定の点でのオブジェクトの類似性に関する推論です。

モデル 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、）。
Karkishchenko 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) 知識対象の単純化されたコピーの作成。

2）単純化されたコピーに関する知識の対象の研究。

モデリング方法 -これは、別のオブジェクト（モデル）の特性を調べることによる特定のオブジェクトの特性の研究であり、研究問題を解決するのにより便利であり、最初のオブジェクトと特定の対応関係にあります。

モデリング（広い意味で）は、すべての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、数学モデル (分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を使用した実験者のツールとして機能します。

モデリングを使用すると、最新のテクノロジーと機器を使用してより単純なオブジェクトの形でそれらを再作成することにより、プロセスまたは現象、および進化の方向を研究できます。

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、そのモデルでオブジェクトのプロパティを研究する理論。
モデリング - 調査中の元のオブジェクトをそのモデルに置き換え、それを (オブジェクトの代わりに) 使用することに基づく調査方法。
モデル (元のオブジェクト) (lat. modus - 「測定」、「ボリューム」、「イメージ」から) - 元のオブジェクトのパターン、本質、特性、構造の特徴、および機能を反映する補助オブジェクト。リサーチ。
モデリングについて話すとき、それらは通常、何らかのシステムのモデリングを意味します。
システム - 共通の目標を達成するために結合され、環境から分離され、統合された全体としてそれと相互作用し、同時に主要なシステムプロパティ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選択されます。全体性; 構造化; 威厳; 目標への従属; 階層; 無限; エルガティシティ; 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分散; 臨界; 重要な領域での予測不可能性。
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。歴史的に最初の古典的 (帰納的) アプローチと、最近開発された体系的アプローチです。

古典的なアプローチ。 歴史的には、オブジェクトの研究に対する古典的なアプローチであるシステムのモデリング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、モデル化のための初期データ (D) が選択され、目標 (T) が設定され、モデル化プロセスの特定の側面が反映されます。初期データの別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あり、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。将来のモデル. 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。コンポーネントは合計され、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。 2）作成されたモデル（システム）は、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、新しいシステム効果の出現を考慮していません。

システムズアプローチ - 解決されている問題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および環境との外部リンクを考慮して、調査中のオブジェクトの全体像を構築したいという願望に基づく方法論的概念。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ことが必要になりました。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見なします。たとえば、企業の自動制御システムを設計することがタスクである場合、体系的なアプローチの観点から、このシステムが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。システムアプローチは、統合された全体としてのシステムの考慮に基づいており、開発中のこの考慮は、機能の目標の策定という主なものから始まります。システムアプローチにとって重要なのは、システムの構造の定義です。つまり、システムの要素間の相互関係を反映した、システムの要素間のリンクの全体です。

システムの構造とその特性を研究するには、構造的および機能的な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プロパティ）。

モデリングの種類

1. オブジェクトモデリング 、モデル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を再現します。例：橋梁模型、ダム模型、翼模型
航空機など
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、機械、流体力学、および音響現象の研究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、式がモデルとして機能します。特に、サイン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、サインモデルの役割が増大しています。
4. アイコニックと密接に結びついている 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. モデル実験。 ついに、特別な種類モデリングとは、オブジェクト自体ではなく、そのモデルを実験に含めることです。これにより、後者はモデル実験の特性を獲得します。このタイプのモデリングは、経験的知識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 - 概念の精神的構築、オブジェクトに関する理論は存在せず、現実には実行可能ではありませんが、現実の世界に近いプロトタイプまたは類似物があるオブジェクトについて。この方法で構築された理想的なオブジェクトの例は、点、線、平面などの幾何学的概念です。すべての科学は、この種の理想的なオブジェクトで動作します-理想的なガス、完全な黒体、社会経済的構成、国家など.

モデリング方法

1. 本格造形 - 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する、研究中のオブジェクトの実験。
2. 物理モデリング - 現象の性質を維持しながら、量的に変化した縮尺形式で現象を再現する特別なインスタレーションの実験。
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、モデルと元のモデルの物理的性質は同じであるため、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 モデリング方法。分析方法により、システムの機能のパラメーターの関数としてシステムの特性を取得できます。したがって、分析モデルは連立方程式であり、その解では、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ーが得られます。分析方法は、システムの特性の正確な値を提供しますが、狭いクラスの問題のみを解決するために使用されます。その理由は以下のとおりです。まず、ほとんどの実際のシステムは複雑であるため、完全な数学的記述 (モデル) が存在しないか、作成された数学的モデルを解く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に、実際のシステムに常に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. 数値モデリング方法。数値的方法は、モデルを方程式に変換することを含み、その解は計算数学の方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クラスは、はるかに広範です。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 モデリング方法。コンピュータ技術の発展に伴い、シミュレーション手法は、確率的効果が支配的なシステムを分析するために広く使用されてきました。
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、システムが時間内に機能するプロセスを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的な現象が模倣され、それらの論理構造、時間の流れの順序が保持されます。 IM を適用した結果、システムの出力特性の推定値が得られます。これは、解析、制御、および設計の問題を解決するときに必要です。

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、貯水池内の生命の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、サイバネティックスのアイデアと原理、つまり制御の科学が生物学に浸透したことで可能になりました。

モデリングのタイプの分類は、さまざまな機能に基づくことができます。システムで研究されているプロセスの性質に応じて、モデリングは決定論的モデルと確率論的モデルに分けることができます。静的および動的; 離散と連続。
決定論的 シミュレーションは、絶対的な確実性で動作を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、理想的な条件下で一様に加速された移動中に車が移動した経路。数を二乗する装置など。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、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、システムの状態が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、またはそれ自体にランダム性の原因があるシステムを研究するために使用されます。確率的システムには、工場、空港、コンピューター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、いつでも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)。動的システムの例は、生物学的、経済的、社会的システムです。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、入力と出力の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、電気メーターは個別のシステムです。日時計、加熱装置 - 連続システム。
オブジェクト（システム）の表現の形式に応じて、メンタルモデリングとリアルモデリングを区別できます。
で本物（自然な）モデリング、システムの特性の研究は、実際のオブジェクトまたはその部分で実行されます。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、その機能には限界があります。たとえば、エンタープライズ自動制御システムで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。第二に、企業で実験を行いますが、これは不可能です。実際のシミュレーションには、信頼性の高い生産実験と複雑なテストが含まれます。もう 1 つの種類のリアルシミュレーションは物理シミュレーションです。物理モデリングでは、現象の性質を維持し、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。
メンタル シミュレーションは、特定の時間間隔で実際には実現できない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本は、理想的なメンタルアナロジーに基づく理想的なモデルの作成です。メンタルモデリングには、比喩的 (視覚的) と象徴的の 2 種類があります。
で 比喩的に 現実のオブジェクトに関する人間の考えに基づいたモデリングでは、オブジェクト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、ガスの運動論におけるガス粒子のモデルは、衝突中に互いに作用する弾性ボールの形をしています。
で 象徴的な モデリングは、特に数学、物理、化学式の形で、従来の記号、記号を使用してシミュレートされたシステムを記述します。最も強力で発達した記号モデルのクラスは、数学的モデルです。
数学的モデル - これは、研究中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、象徴的な公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る。
数学モデリング - 研究中の元のオブジェクトをその数学モデルに置き換え、それを (オブジェクトの代わりに) 使用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 (AM) , 模倣 (MI) , 合計 (キロ) .
で午前オブジェクトの解析モデルは、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、解析手法または数値手法のいずれか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、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がコンピュータに実装されます。
で KM システム操作のプロセスは、サブプロセスに分解されます。それらについては、可能な場合は分析方法を使用し、そうでない場合はシミュレーションを使用します。

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