Metode ir izpētes ceļš, ko zinātnieks iziet, risinot zinātnisku problēmu vai problēmu.

Zinātniskā metode ir paņēmienu un darbību kopums, ko izmanto zinātnisko zināšanu sistēmas veidošanā.

Universālas metodes visām bioloģijas zinātnēm: aprakstošs, salīdzinošs, vēsturisks un eksperimentāls.

• aprakstošā metode. Tas ir balstīts uz novērojumiem. To plaši izmantoja senie zinātnieki, kuri vāca faktu materiālu un tā aprakstu (dzīvnieku un augu izpēte un apraksti), un to izmanto arī mūsdienās (piemēram, atklājot jaunas sugas).

Novērošana ir metode, ar kuras palīdzību pētnieks vāc informāciju par objektu (dabas objektu uztvere, izmantojot maņas).

Piemērs:

Vizuāli var novērot, piemēram, dzīvnieku uzvedību. Ar aparātu palīdzību iespējams novērot dzīvajos objektos notiekošās izmaiņas: piemēram, veicot kardiogrammu dienas laikā, mēneša laikā mērot teļa svaru. Var novērot sezonālās izmaiņas dabā, dzīvnieku molēšanu u.c. Novērotāja izdarītos secinājumus pārbauda vai nu ar atkārtotiem novērojumiem, vai eksperimentāli.

• Salīdzinošā metode nāca lietošanā 17. gadsimtā. Tas ļauj identificēt līdzības un atšķirības starp organismiem un to daļām (augu un dzīvnieku sistematizācija, šūnu teorijas attīstība). Mūsdienās salīdzinošā metode tiek plaši izmantota arī dažādās bioloģijas zinātnēs.
• vēsturiskā metode- attiecību nodibināšana starp faktiem, procesiem, parādībām, kas notikušas vēsturiski ilgā laikā (vairākos miljardu gadu). Šī metode palīdz izprast iegūtos faktus, salīdzināt tos ar iepriekšējiem zināmi rezultāti. Šo metodi plaši sāka izmantot 19. gadsimta otrajā pusē (Ch. Darvina evolūcijas teorijas pamatojums). Vēsturiskās metodes pielietošana ļāva pārveidot bioloģiju no aprakstošas ​​zinātnes par zinātni, kas izskaidro, kā radās un kā darbojas dažādas dzīvās sistēmas.
• eksperimentālā metode- tā ir jaunu zināšanu iegūšana (parādības izpēte) ar noteiktās pieredzes palīdzību.

Eksperiments ir bioloģijas izpētes metode, kurā eksperimentētājs apzināti maina apstākļus un novēro, kā tie ietekmē dzīvos organismus. Eksperimentu var veikt gan laboratorijā, gan brīvā dabā.

Eksperimentālo metodi sāka pielietot viņa pētījumos asinsrites izpētē Viljams Hārvijs (1578-1657), un to sāka plaši izmantot bioloģijā (fizioloģisko procesu izpētē) no 19. gs. G. Mendels, pētot organismu iedzimtību un mainīgumu, pirmo reizi pielietoja eksperimentu ne tikai, lai iegūtu datus par pētītajām parādībām, bet arī pārbaudītu uz iegūto rezultātu pamata formulēto hipotēzi.
20. gadsimtā, pateicoties jaunu bioloģiskās izpētes instrumentu (elektronmikroskopa, tomogrāfa u.c.) parādīšanās, eksperimentālā metode kļuva par vadošo bioloģijā. Modelēšana, kas tiek uzskatīta par augstāko eksperimenta formu, tiek izmantota arī mūsdienu bioloģijā (notiek aktīvs darbs pie svarīgāko bioloģisko procesu, galveno evolūcijas virzienu, ekosistēmu un visas biosfēras attīstības datormodelēšanas).

Bioloģija ir sadalīta daudzās īpašās zinātnēs, kas pēta dažādus bioloģiskos objektus: augu un dzīvnieku bioloģiju, augu fizioloģiju, morfoloģiju, ģenētiku, taksonomiju, selekciju, mikoloģiju, helmintoloģiju un daudzas citas zinātnes. Tāpēc līdzās vispārējām bioloģiskajām metodēm ir metodes, kuras izmanto privātās bioloģijas zinātnes:

• ģenētika - ģenealoģiskā metode ciltsrakstu izpētei,
• atlase - hibridizācijas metode,
• histoloģija - audu kultūras metode u.c.

Zinātniskais fakts ir zinātnisko zināšanu forma, kurā fiksēta kāda konkrēta parādība, notikums; novērojumu un eksperimentu rezultāts, kas nosaka objektu kvantitatīvās un kvalitatīvās īpašības.

Kad mēs runājam par bioloģiju, mēs runājam par zinātni, kas nodarbojas ar visu dzīvo būtņu izpēti. Tiek pētītas visas dzīvās būtnes, ieskaitot to dzīvotni. Sākot no šūnu struktūras un beidzot ar sarežģītiem bioloģiskiem procesiem, tas viss ir bioloģijas priekšmets. Apsveriet pētījumu metodes bioloģijā, kas ir ieslēgti Šis brīdis tiek izmantoti.

Bioloģiskās izpētes metodes ietver:

• Empīriskās/eksperimentālās metodes
• Aprakstošās metodes
• Salīdzinošās metodes
• Statistikas metodes
• Modelēšana
• vēsturiskās metodes

empīriskās metodes sastāv no tā, ka pieredzes objekts tiek pakļauts izmaiņām tā pastāvēšanas apstākļos, un pēc tam tiek ņemti vērā iegūtie rezultāti. Eksperimenti ir divu veidu atkarībā no to atrašanās vietas: laboratorijas eksperimenti un lauka eksperimenti. Eksperimentiem uz lauka tiek izmantoti dabiski apstākļi, bet laboratorijas eksperimentiem tiek izmantota speciāla laboratorijas iekārta.

Aprakstošās metodes pamatojoties uz novērojumiem, kam seko parādības analīze un apraksts. Šī metode ļauj izcelt bioloģisko parādību un sistēmu iezīmes. Šī ir viena no senākajām metodēm.

Salīdzinošās metodes nozīmē iegūto faktu un parādību salīdzināšanu ar citiem faktiem un parādībām. Informācija tiek iegūta novērojot. Pēdējā laikā ir kļuvis populārs izmantot monitoringu. Uzraudzība ir pastāvīgs novērojums, kas ļauj apkopot datus, uz kuru pamata tiks veikta analīze un pēc tam prognozēšana.

Statistikas metodes pazīstamas arī kā matemātiskās metodes, un tiek izmantotas eksperimenta laikā iegūto skaitlisko datu apstrādei. Turklāt šo metodi izmanto, lai pārbaudītu noteiktu datu derīgumu.

Modelēšanašī ir tehnika, kas pēdējā laikā ir ieguvusi lielu impulsu un ietver darbu ar objektiem, attēlojot tos modeļos. To, ko nevar analizēt un pēc tam izpētīt eksperimentā, var uzzināt, modelējot. Daļēji tiek izmantota ne tikai parastā modelēšana, bet arī matemātiskā modelēšana.

vēsturiskās metodes pamatojoties uz iepriekšējo faktu izpēti, un ļauj noteikt esošos modeļus. Bet, tā kā viena metode ne vienmēr ir pietiekami efektīva, ir ierasts šīs metodes apvienot, lai iegūtu labākus rezultātus.

Šeit mēs esam apsvēruši galvenās bioloģijas pētījumu metodes. Mēs ceram, ka šis raksts jums bija interesants un informatīvs. Noteikti rakstiet savus jautājumus un komentārus komentāros.

Bioloģija rūpējas par visām dzīvajām būtnēm un jo īpaši par cilvēku, un Ursosan (http://www.ursosan.ru/) rūpējas par viņa aknām. Ursosan palīdzēs ārstēšanā

Īss apraksts:

Sazonovs V.F. Mūsdienu pētījumu metodes bioloģijā [Elektroniskais resurss] // Kineziologs, 2009-2018: [vietne]. Atjaunināšanas datums: 22.02.2018..__.201_). Materiāli par mūsdienu pētījumu metodēm bioloģijā, tās sadaļās un saistītajās disciplīnās.

Materiāli par mūsdienu pētījumu metodēm bioloģijā, tās sadaļās un saistītajās disciplīnās

Bilde In: Galvenās bioloģijas nozares.

Šobrīd bioloģija ir nosacīti sadalīta divās lielās zinātņu grupās.

Organismu bioloģija: zinātnes par augiem (botānika), dzīvniekiem (zooloģija), sēnītēm (mikoloģija), mikroorganismiem (mikrobioloģija). Šīs zinātnes pēta atsevišķas dzīvo organismu grupas, to iekšējās un ārējā struktūra, dzīvesveids, vairošanās un attīstība.

Vispārējā bioloģija: molekulārais līmenis (molekulārā bioloģija, bioķīmija un molekulārā ģenētika), šūnas (citoloģija), audi (histoloģija), orgāni un to sistēmas (fizioloģija, morfoloģija un anatomija), populācijas un dabiskās kopienas (ekoloģija). Citiem vārdiem sakot, vispārējā bioloģija pēta dzīvi dažādos līmeņos.

Bioloģija ir cieši saistīta ar citām dabaszinātnēm. Tātad bioloģijas un ķīmijas krustpunktā parādījās bioķīmija un molekulārā bioloģija, starp bioloģiju un fiziku - biofizika, starp bioloģiju un astronomiju - kosmosa bioloģija. Ekoloģija, kas atrodas bioloģijas un ģeogrāfijas krustpunktā, tagad bieži tiek uzskatīta par neatkarīgu zinātni.

Mācību kursa studentu uzdevumi Mūsdienu bioloģiskās izpētes metodes

1. Iepazīšanās ar daudzveidīgām pētniecības metodēm dažādās bioloģijas jomās.

Lēmums un ziņošana:
1) Pārskata izglītojošas esejas rakstīšana par pētniecības metodēm dažādās bioloģijas jomās. Minimālās prasības kopsavilkuma saturam: 5 pētījuma metožu apraksts, 1-2 lappuses (14. fonts, atstarpes 1,5, piemales 3-2-2-2 cm) katrai metodei.
2) Referāta prezentācija (vēlams prezentācijas veidā) par kādu no mūsdienu bioloģijas metodēm: apjoms 5±1 lpp.
Paredzamie mācību rezultāti:
1) Virspusēja iepazīšanās ar visdažādākajām pētniecības metodēm bioloģijā.
2) Padziļināta izpratne par vienu no pētījuma metodēm un šo zināšanu nodošana studentu grupai.

2. Mācību izglītības un zinātniskā pētījuma veikšana no mērķa noteikšanas līdz secinājumiem, izmantojot zinātniskā pētījuma ziņojuma noformēšanai nepieciešamās prasības.

Risinājums:
Primāro datu iegūšana laboratorijas nodarbībās un mājās. Daļu no šāda pētījuma ir atļauts vadīt ārpusstundu laikā.

3. Iepazīšanās ar vispārīgām pētījumu metodēm bioloģijā.

Risinājums:
Lekciju kurss un patstāvīgais darbs ar informācijas avotiem. Referāts par bioloģijas vēstures faktu piemēru: apjoms 2±1 lpp.

4. Iegūto zināšanu, prasmju un iemaņu pielietošana, lai veiktu un izstrādātu savu pētījumu pētnieciskā darba, kursa darba un/vai galīgā kvalifikācijas darba veidā.

Jēdzienu definīcija

Pētījuma metodes ir veidi, kā sasniegt pētnieciskā darba mērķi.

zinātniska metode ir paņēmienu un darbību kopums, ko izmanto zinātnisko zināšanu sistēmas veidošanā.

zinātnisks fakts - tas ir novērojumu un eksperimentu rezultāts, kas nosaka objektu kvantitatīvās un kvalitatīvās īpašības.

Metodiskais pamatojums zinātniskā izpēte ir zinātnisko zināšanu metožu kopums, ko izmanto šī pētījuma mērķa sasniegšanai.

Vispārējās zinātniskās, eksperimentālās metodes, metodiskā bāze -.

Mūsdienu bioloģija izmanto metodoloģisko pieeju unifikāciju, tā izmanto “aprakstošo-klasificējošo un skaidrojošo-nomotētisko pieeju vienotību; empīriskā pētījuma vienotība ar intensīvas bioloģisko zināšanu teorizācijas procesu, ieskaitot to formalizāciju, matematizāciju un aksiomatizāciju” [Yarilin A.A. "Pelnrušķīte" kļūst par princesi jeb bioloģijas vietu zinātņu hierarhijā. // "Ekoloģija un dzīve" Nr.12, 2008. 4.-11.lpp. S.11].

Pētījuma metožu mērķi:

1. "Cilvēka dabisko kognitīvo spēju stiprināšana, kā arī to paplašināšana un turpināšana."

2. "Komunikatīva funkcija", t.i. starpniecība starp subjektu un pētījuma objektu [Aršinovs V.I. Sinerģētika kā post-neklasiskās zinātnes fenomens. M.: Filozofijas institūts RAS, 1999. 203 lpp. 18. lpp.].

Vispārīgās pētījumu metodes bioloģijā

Novērošana

Novērošana - tas ir pētījums par ārējām pazīmēm un redzamām izmaiņām objektā noteiktā laika periodā. Piemēram, vērojot stāda augšanu un attīstību.

Novērošana ir visu dabaszinātņu pētījumu sākumpunkts.

Bioloģijā tas ir īpaši pamanāms, jo tā izpētes objekts ir cilvēks un viņu apņemošā dzīvā daba. Jau skolā zooloģijas, botānikas, anatomijas stundās bērni tiek mācīti veikt vienkāršākos bioloģiskos pētījumus, vērojot augu un dzīvnieku augšanu un attīstību, sava organisma stāvokli.

Novērošana kā informācijas vākšanas metode hronoloģiski ir pati pirmā pētījumu metode, kas parādījās bioloģijas, pareizāk sakot, pat tās priekšteces dabas vēstures arsenālā. Un tas nav pārsteidzoši, jo novērošana balstās uz cilvēka maņu spējām (sajūta, uztvere, reprezentācija). Klasiskā bioloģija galvenokārt ir novērošanas bioloģija. Bet, neskatoties uz to, šī metode nav zaudējusi savu nozīmi līdz mūsdienām.

Novērojumi var būt tieši vai netieši, ar vai bez tehniskajiem palīglīdzekļiem. Tātad ornitologs redz putnu caur binokli un var to sadzirdēt vai ar ierīci var fiksēt skaņas ārpus cilvēka auss dzirdamā diapazona. Histologs ar mikroskopu novēro fiksētu un iekrāsotu audu daļu. Un molekulārbiologam novērojumi var būt fermenta koncentrācijas izmaiņu noteikšana mēģenē.

Ir svarīgi saprast, ka zinātniskais novērojums, atšķirībā no parastajiem, nav vienkāršs, bet gan mērķtiecīgs objektu vai parādību izpēte: tā tiek veikta, lai atrisinātu problēmu, un novērotāja uzmanība nedrīkst būt izkliedēta. Piemēram, ja uzdevums ir izpētīt putnu sezonālās migrācijas, tad mēs pamanīsim to parādīšanās laiku ligzdošanas zonās un neko citu. Tātad novērojums ir selektīvs piešķīrumsārpus realitātes noteikta daļa, citiem vārdiem sakot, aspekts un šīs daļas iekļaušana pētāmajā sistēmā.

Novērošanā svarīga ir ne tikai novērotāja precizitāte, precizitāte un aktivitāte, bet arī viņa objektivitāte, zināšanas un pieredze, pareizā izvēle tehniskajiem līdzekļiem. Problēmas izklāsts paredz arī novērojumu plāna esamību, t.i. to plānošana. [Kabakova D.V. Novērošana, apraksts un eksperiments kā galvenās bioloģijas metodes // Izglītības attīstības problēmas un perspektīvas: starptautiskie materiāli. zinātnisks konf. (Perma, 2011. gada aprīlis.) T. I. Perma: Mercury, 2011. S. 16-19.].

Aprakstošā metode

Aprakstošā metode - tā ir pētāmo objektu novēroto ārējo pazīmju fiksācija ar būtiskā piešķiršanu un mazsvarīgā noraidīšanu. Šī metode bija bioloģijas kā zinātnes pirmsākumi, taču tās attīstība nebūtu bijusi iespējama bez citu pētījumu metožu izmantošanas.

Aprakstošās metodes ļauj vispirms aprakstīt un pēc tam analizēt savvaļas dabā sastopamās parādības, salīdzināt tās, atrodot noteiktus modeļus, kā arī vispārināt, atklāt jaunus veidus, klases utt. Aprakstošās metodes sāka izmantot senatnē, taču mūsdienās tās nav zaudējušas savu aktualitāti un tiek plaši izmantotas botānikā, etoloģijā, zooloģijā u.c.

Salīdzinošā metode

Salīdzinošā metode - tas ir pētījums par dažādu objektu struktūras, dzīves procesu norises un uzvedības līdzībām un atšķirībām. Piemēram, dažādu dzimumu indivīdu salīdzinājums, kas pieder vienai un tai pašai bioloģiskajai sugai.

Ļauj pētīt pētāmos objektus, salīdzinot tos savā starpā vai ar citu objektu. Ļauj identificēt dzīvo organismu, kā arī to daļu līdzības un atšķirības. Iegūtie dati ļauj apvienot pētītos objektus grupās pēc struktūras un izcelsmes līdzības pazīmēm. Pamatojoties salīdzinošā metode, piemēram, tiek veidota augu un dzīvnieku taksonomija. Šī metode tika izmantota arī, lai izveidotu šūnu teoriju un apstiprinātu evolūcijas teoriju. Pašlaik to izmanto gandrīz visās bioloģijas jomās.

Šī metode bioloģijā tika izveidota 18. gadsimtā. un izrādījās ļoti auglīgs daudzu lielāko problēmu risināšanā. Ar šīs metodes palīdzību un kombinācijā ar aprakstošo metodi tika iegūta informācija, kas ļāva 18. gs. lika pamatus augu un dzīvnieku taksonomijai (K. Linnejs), un 19. gs. formulēt šūnu teoriju (M. Šleidens un T. Švāns) un doktrīnu par galvenajiem attīstības veidiem (K. Bērs). Metode tika plaši izmantota 19. gadsimtā. evolūcijas teorijas pamatošanā, kā arī vairāku bioloģijas zinātņu pārstrukturēšanā uz šīs teorijas pamata. Tomēr šīs metodes izmantošana nebija saistīta ar bioloģijas rašanos ārpus aprakstošās zinātnes robežām.
Salīdzinošā metode mūsdienās tiek plaši izmantota dažādās bioloģijas zinātnēs. Salīdzināšana iegūst īpašu vērtību, ja nav iespējams sniegt jēdziena definīciju. Piemēram, izmantojot elektronu mikroskopu, bieži tiek iegūti attēli, kuru patiesais saturs iepriekš nav zināms. Tikai to salīdzināšana ar gaismas mikroskopiskiem attēliem ļauj iegūt vēlamos datus.

vēsturiskā metode

Ļauj identificēt dzīvo sistēmu veidošanās un attīstības modeļus, to struktūras un funkcijas, salīdzināt tos ar iepriekš zināmiem faktiem. Šo metodi īpaši veiksmīgi izmantoja Čārlzs Darvins, lai izveidotu savu evolūcijas teoriju, un tā veicināja bioloģijas pārveidi no aprakstošas ​​zinātnes par skaidrojošu zinātni.

XIX gadsimta otrajā pusē. Pateicoties Čārlza Darvina darbiem, vēsturiskā metode uz zinātniskiem pamatiem ielika organismu izskata un attīstības modeļu izpēti, organismu uzbūves un funkciju veidošanos laikā un telpā. Līdz ar šīs metodes ieviešanu bioloģijā ir notikušas būtiskas kvalitatīvas izmaiņas. Vēsturiskā metode ir pārveidojusi bioloģiju no tīri aprakstošas ​​zinātnes par skaidrojošu zinātni, kas izskaidro, kā radās dažādas dzīvās sistēmas un kā tās darbojas. Šobrīd vēsturiskā metode jeb "vēsturiskā pieeja" ir kļuvusi par vispārēju pieeju dzīvības parādību pētīšanai visās bioloģijas zinātnēs.

eksperimentālā metode

Eksperimentējiet - šī ir izvirzītās hipotēzes pareizības pārbaude, izmantojot mērķtiecīgu ietekmi uz objektu.

Eksperiments (eksperiments) ir mākslīga situācijas radīšana kontrolētos apstākļos, kas palīdz atklāt dziļi apslēptas dzīvo objektu īpašības.

Eksperimentālā metode dabas parādību pētīšanai ir saistīta ar aktīvu ietekmi uz tām, veicot eksperimentus (eksperimentus) kontrolētos apstākļos. Šī metode ļauj pētīt parādības izolēti un panākt rezultātu atkārtojamību, ja tos reproducē tādos pašos apstākļos. Eksperiments sniedz dziļāku, nekā citas pētniecības metodes, bioloģisko parādību būtības atklāšanu. Pateicoties eksperimentiem, dabaszinātne kopumā un jo īpaši bioloģija ir nonākusi līdz dabas pamatlikumu atklāšanai.
Eksperimentālās metodes bioloģijā kalpo ne tikai eksperimentu veikšanai un atbilžu iegūšanai uz interesējošiem jautājumiem, bet arī materiāla izpētes sākumā izvirzītās hipotēzes pareizības noteikšanai, kā arī tās labošanai darba gaitā. Divdesmitajā gadsimtā šīs pētniecības metodes kļūst par vadošajām šajā zinātnē, jo parādījās modernas iekārtas eksperimentu veikšanai, piemēram, tomogrāfs, elektronu mikroskops utt. Šobrīd eksperimentālajā bioloģijā plaši tiek izmantotas bioķīmiskās metodes, rentgenstaru difrakcijas analīze, hromatogrāfija, kā arī īpaši plānu griezumu tehnika, dažādas kultivēšanas metodes un daudzas citas. Eksperimentālās metodes apvienojumā ar sistemātisku pieeju ir paplašinājušas bioloģijas zinātnes kognitīvās iespējas un pavērušas jaunus ceļus zināšanu pielietošanai gandrīz visās cilvēka darbības jomās.

Jautājums par eksperimentu kā vienu no dabas izzināšanas pamatiem tika izvirzīts jau 17. gadsimtā. Angļu filozofs F. Bēkons (1561-1626). Viņa ievads bioloģijā ir saistīts ar V. Hārvija darbu 17. gadsimtā. asinsrites izpētei. Taču plaši eksperimentālā metode bioloģijā tika ieviesta tikai 19. gadsimta sākumā, turklāt caur fizioloģiju, kurā sāka izmantot lielu skaitu instrumentālo metožu, kas ļāva reģistrēt un kvantitatīvi raksturot funkciju norobežotību. strukturēt. Pateicoties F. Magendija (1783-1855), G. Helmholca (1821-1894), I.M. Sečenovs (1829-1905), kā arī eksperimenta klasiķi C. Bernard (1813-1878) un I.P. Pavlova (1849-1936), fizioloģija, iespējams, bija pirmā no bioloģijas zinātnēm, kas kļuva par eksperimentālu zinātni.
Vēl viens virziens, kurā eksperimentālā metode ienāca bioloģijā, bija organismu iedzimtības un mainīguma izpēte. Šeit galvenais nopelns ir G. Mendelim, kurš atšķirībā no saviem priekšgājējiem eksperimentu izmantoja ne tikai, lai iegūtu datus par pētāmajām parādībām, bet arī pārbaudītu uz iegūto datu pamata formulēto hipotēzi. G. Mendeļa darbs bija klasisks eksperimentālās zinātnes metodoloģijas piemērs.

Pamatojot eksperimentālo metodi, tika ņemts vērā L. Pastēra (1822-1895) veiktais darbs mikrobioloģijā, kurš vispirms ieviesa eksperimentu fermentācijas pētīšanai un mikroorganismu spontānas rašanās teorijas atspēkošanai un pēc tam vakcinācijas pret infekcijas slimībām izstrādei. liela nozīme. XIX gadsimta otrajā pusē. Pēc L. Pastēra, R. Koha (1843-1910), D. Listera (1827-1912), I.I. Mečņikovs (1845-1916), D.I. Ivanovskis (1864-1920), S.N. Vinogradskis (1856-1890), M. Bejerņiks (1851-1931) un citi.19.gs. bioloģija ir bagātinājusies arī ar modelēšanas metodisko pamatu izveidi, kas ir arī augstākā eksperimenta forma. L. Pastera, R. Koha un citu mikrobiologu izgudrojums par metodēm laboratorijas dzīvnieku inficēšanai ar patogēniem mikroorganismiem un uz tiem esošo infekcijas slimību patoģenēzes izpēti ir klasisks modelēšanas piemērs, kas pārgājis 20. gs. un papildināta mūsu laikos, modelējot ne tikai dažādas slimības, bet arī dažādus dzīvības procesus, tostarp dzīvības izcelsmi.
Sākot, piemēram, no 40. gadiem. 20. gadsimts Eksperimentālā metode bioloģijā ir ievērojami uzlabojusies, palielinot daudzu bioloģisko metožu izšķirtspēju un izstrādājot jaunas eksperimentālās metodes. Jā, izšķirtspēja ir palielināta. ģenētiskā analīze, vairākas imunoloģiskās metodes. Pētījumu praksē tika ieviesta somatisko šūnu kultivēšana, mikroorganismu un somatisko šūnu bioķīmisko mutantu izdalīšana u.c.. Eksperimentālo metodi sāka plaši bagātināt ar fizikas un ķīmijas metodēm, kas izrādījās ārkārtīgi vērtīgas. vērtīgas ne tikai kā patstāvīgas metodes, bet arī kombinācijā ar bioloģiskām metodēm. Piemēram, DNS struktūra un ģenētiskā loma tika noskaidrota, kombinējot ķīmisko metožu izmantošanu DNS izolēšanai, ķīmiskās un fizikālās metodes tās primārās un sekundārās struktūras noteikšanai, un bioloģiskās metodes(baktēriju transformācija un ģenētiskā analīze), pierādījumi tās kā ģenētiskā materiāla lomai.
Šobrīd eksperimentālo metodi raksturo izcilas iespējas dzīvības parādību izpētē. Šīs iespējas nosaka mikroskopijas izmantošana dažādi veidi, ieskaitot elektronisko ar ultraplānu griezumu tehniku, bioķīmiskās metodes, augstas izšķirtspējas ģenētisko analīzi, imunoloģiskās metodes, dažādas audzēšanas metodes un in vivo novērošanu šūnu kultūrās, audos un orgānos, embriju marķēšanu, in vitro apaugļošanu, marķēšanas metodi atomi, rentgenstaru difrakcijas analīze, ultracentrifugēšana, spektrofotometrija, hromatogrāfija, elektroforēze, sekvencēšana, bioloģiski aktīvo rekombinanto DNS molekulu konstruēšana uc Eksperimentālajā metodē raksturīgā jaunā kvalitāte radīja kvalitatīvas izmaiņas arī modelēšanā. Paralēli modelēšanai orgānu līmenī šobrīd tiek izstrādāta modelēšana molekulārā un šūnu līmenī.

Modelēšanas metode

Modelēšanas pamatā ir tāda tehnika kā līdzība - tas ir secinājums par objektu līdzību noteiktā aspektā, pamatojoties uz to līdzību vairākos citos aspektos.

Modelis ir objekta, parādības vai procesa vienkāršota kopija, aizvietojot tos noteiktos aspektos.

Modelis ir kaut kas, ar ko ir ērtāk strādāt, tas ir, tas, ko ir vieglāk redzēt, dzirdēt, atcerēties, pierakstīt, apstrādāt, pārraidīt, mantot un ar ko vieglāk eksperimentēt, salīdzinot ar modelēšanas objektu (prototipu, oriģinālu). ).
Karkiščenko N.N. Biomodelēšanas pamati. - M.: VPK, 2005. - 608 lpp. S. 22.

Modelēšana - tas, attiecīgi, ir objekta, parādības vai procesa vienkāršotas kopijas izveide.

Modelēšana:

1) zināšanu objektu vienkāršotu kopiju veidošana;

2) zināšanu objektu izpēte uz to vienkāršotajām kopijām.

Modelēšanas metode - tā ir konkrēta objekta īpašību izpēte, pētot cita objekta (modeļa) īpašības, kas ir ērtāks izpētes problēmu risināšanai un ir noteiktā atbilstībā ar pirmo objektu.

Modelēšana (plašā nozīmē) ir galvenā pētniecības metode visās zināšanu jomās. Modelēšanas metodes tiek izmantotas, lai novērtētu sarežģītu sistēmu īpašības un pieņemtu zinātniski pamatotus lēmumus dažādās jomās cilvēka darbība. Esošu vai plānoto sistēmu var efektīvi izpētīt, izmantojot matemātiskos modeļus (analītiskos un simulācijas), lai optimizētu sistēmas funkcionēšanas procesu. Sistēmas modelis tiek realizēts mūsdienu datoros, kas šajā gadījumā darbojas kā eksperimentētāja rīks ar sistēmas modeli.

Modelēšana ļauj pētīt jebkuru procesu vai parādību, kā arī evolūcijas virzienu, atjaunojot tos vienkāršāka objekta veidā, izmantojot modernas tehnoloģijas un iekārtas.

Modelēšanas teorija - teorija par sākotnējā objekta aizstāšanu ar tā modeli un objekta īpašību izpēti uz tā modeļa.
Modelēšana - izpētes metode, kuras pamatā ir sākotnējā pētāmā objekta aizstāšana ar tā modeli un darbs ar to (objekta vietā).
Modelis (sākotnējais objekts) (no lat. modus - "mērs", "apjoms", "attēls") - palīgobjekts, kas atspoguļo būtiskāko, lai pētītu struktūras modeļus, būtību, īpašības, struktūras un funkcionēšanas pazīmes. oriģināls objekts.
Kad cilvēki runā par modelēšanu, viņi parasti domā kādas sistēmas modelēšanu.
Sistēma - savstarpēji saistītu elementu kopums, kas apvienots kopīga mērķa sasniegšanai, izolēts no vides un mijiedarbojas ar to kā vienotu veselumu, un tajā pašā laikā parāda galvenās sistēmas īpašības. Izdalītas 15 galvenās sistēmas īpašības, kas ietver: rašanos (rašanos); veselums; strukturētība; integritāte; pakļaušana mērķim; hierarhija; bezgalība; ergaticitāte; atvērtība; neatgriezeniskums; struktūras stabilitātes un nestabilitātes vienotība; nelinearitāte; faktisko struktūru iespējamā daudzveidība; kritiskums; neparedzamība kritiskajā reģionā.
Sistēmu modelēšanā tiek izmantotas divas pieejas: klasiskā (induktīvā), vēsturiski pirmā un sistēmiskā, kas ir izstrādāta nesen.

Klasiskā pieeja. Vēsturiski pirmā attīstījās klasiskā pieeja objekta izpētei, sistēmas modelēšanai. Reālais modelējamais objekts tiek sadalīts apakšsistēmās, tiek atlasīti sākotnējie dati (D) modelēšanai un izvirzīti mērķi (T), atspoguļojot noteiktus modelēšanas procesa aspektus. Pamatojoties uz atsevišķu sākotnējo datu kopu, mērķis ir modelēt atsevišķu sistēmas funkcionēšanas aspektu, uz šī mērķa pamata tiek veidota noteikta sastāvdaļa (K). nākotnes modelis. Sastāvdaļu komplekts ir apvienots modelī.
Tas. komponenti tiek summēti, katrs komponents risina savus uzdevumus un ir izolēts no citām modeļa daļām. Mēs pielietojam pieeju tikai vienkāršām sistēmām, kur ir iespējams ignorēt attiecības starp komponentiem. Var atzīmēt divus klasiskās pieejas raksturīgos aspektus: 1) veidojot modeli, notiek kustība no konkrētā uz vispārīgo; 2) izveidotais modelis (sistēma) tiek veidots, summējot tā atsevišķās sastāvdaļas un neņem vērā jauna sistēmiska efekta rašanos.

Sistēmiskā pieeja - metodiskā koncepcija, kuras pamatā ir vēlme izveidot pilnīgu priekšstatu par pētāmo objektu, ņemot vērā objekta elementus, kas ir svarīgi risināmajam uzdevumam, saiknes starp tiem un ārējās saites ar citiem objektiem, un vidi. Līdz ar objektu modelēšanas sarežģījumiem radās nepieciešamība tos novērot no augstāka līmeņa. Šajā gadījumā izstrādātājs uzskata šo sistēmu par kādu augstāka ranga apakšsistēmu. Piemēram, ja uzdevums ir izveidot uzņēmumam automatizētu vadības sistēmu, tad no sistemātiskas pieejas viedokļa nedrīkst aizmirst, ka šī sistēma ir asociācijas automatizētās vadības sistēmas neatņemama sastāvdaļa. Sistēmas pieeja ir balstīta uz sistēmas kā integrēta veseluma aplūkošanu, un šī apsvēršana izstrādes gaitā sākas ar galveno - funkcionēšanas mērķa formulēšanu. Sistēmas pieejai svarīga ir sistēmas struktūras definīcija - saišu kopums starp sistēmas elementiem, atspoguļojot to mijiedarbību.

Ir strukturālas un funkcionālas pieejas, lai pētītu sistēmas struktūru un tās īpašības.

Plkst strukturālā pieeja tiek atklāts izvēlēto sistēmas elementu sastāvs un saiknes starp tiem.

Plkst funkcionālā pieeja tiek aplūkoti sistēmas uzvedības algoritmi (funkcijas - īpašības, kas noved pie mērķa sasniegšanas).

Modelēšanas veidi

1. Objektu modelēšana , kurā modelis atveido objekta ģeometriskās, fiziskās, dinamiskās vai funkcionālās īpašības. Piemēram, tilta modelis, dambja modelis, spārnu modelis
lidmašīnas utt.
2. Analogā simulācija , kurā modelis un oriģināls ir aprakstīti ar vienotu matemātisku sakarību. Kā piemēru var minēt elektriskos modeļus, ko izmanto, lai pētītu mehāniskās, hidrodinamiskās un akustiskās parādības.
3. Ikoniska modelēšana , kurā shēmas, zīmējumi, formulas darbojas kā modeļi. Zīmju modeļu loma īpaši pieaugusi līdz ar datoru izmantošanas paplašināšanos zīmju modeļu konstruēšanā.
4. Cieši saistīts ar ikonu garīgā modelēšana , kurā modeles iegūst garīgi vizuālu raksturu. Piemērs šajā gadījumā ir atoma modelis, ko tajā laikā ierosināja Bors.
5. Modeļa eksperiments. Visbeidzot, īpašs veids modelēšana ir nevis paša objekta, bet tā modeļa iekļaušana eksperimentā, kā rezultātā pēdējais iegūst modeļa eksperimenta raksturu. Šis modelēšanas veids norāda, ka starp empīrisko un teorētisko zināšanu metodēm nav stingras robežas.
Ir organiski saistīts ar modelēšanu idealizācija - jēdzienu garīga konstruēšana, teorijas par objektiem, kas neeksistē un nav realizējami, bet tādi, kuriem reālajā pasaulē ir tuvs prototips vai analogs. Ideālu objektu piemēri, kas konstruēti ar šo metodi, ir punkta, līnijas, plaknes utt. ģeometriskie jēdzieni. Visas zinātnes darbojas ar šāda veida ideāliem objektiem - ideālu gāzi, absolūti melnu ķermeni, sociāli ekonomisko veidojumu, valsti utt.

Modelēšanas metodes

1. Pilna mēroga modelēšana - eksperiments ar pētāmo objektu, kas īpaši izvēlētos eksperimentālos apstākļos kalpo kā pats paraugs.
2. Fiziskā modelēšana - eksperiments ar īpašām instalācijām, kas saglabā parādību būtību, bet reproducē parādības kvantitatīvi izmainītā mērogotā formā.
3. Matemātiskā modelēšana - tādu fiziska rakstura modeļu izmantošana, kas atšķiras no simulētajiem objektiem, bet kuriem ir līdzīgs matemātiskais apraksts. Pilna mēroga un fizisko modelēšanu var apvienot vienā fiziskās līdzības modeļu klasē, jo abos gadījumos modelis un oriģināls pēc fiziskās būtības ir vienādi.

Modelēšanas metodes var iedalīt trīs galvenajās grupās: analītiskā, skaitliskā un simulācijas.

1. Analītisks modelēšanas metodes. Analītiskās metodes ļauj iegūt sistēmas raksturlielumus kā dažas tās funkcionēšanas parametru funkcijas. Tādējādi analītiskais modelis ir vienādojumu sistēma, kuras risināšanā tiek iegūti sistēmas izejas raksturlielumu aprēķināšanai nepieciešamie parametri (vidējais uzdevuma apstrādes laiks, caurlaidspēja utt.). Analītiskās metodes sniedz precīzas sistēmas raksturlielumu vērtības, bet tiek izmantotas tikai šauras problēmu klases risināšanai. Iemesli tam ir šādi. Pirmkārt, lielākās daļas reālo sistēmu sarežģītības dēļ to pilnīgs matemātiskais apraksts (modelis) vai nu nepastāv, vai arī vēl nav izstrādātas analītiskās metodes izveidotā matemātiskā modeļa risināšanai. Otrkārt, atvasinot formulas, uz kurām balstās analītiskās metodes, tiek izdarīti daži pieņēmumi, kas ne vienmēr atbilst reālajai sistēmai. Šajā gadījumā ir jāatsakās no analītisko metožu izmantošanas.

2. Skaitlisks modelēšanas metodes. Skaitliskās metodes ietver modeļa pārveidošanu vienādojumos, kuru atrisināšana ir iespējama ar skaitļošanas matemātikas metodēm. Ar šīm metodēm atrisināto problēmu klase ir daudz plašāka. Izmantojot skaitliskās metodes, ar noteiktu precizitāti tiek iegūtas sistēmas izejas raksturlielumu aptuvenās vērtības (aplēses).

3. simulācija modelēšanas metodes. Attīstoties datortehnoloģijām, simulācijas metodes ir plaši izmantotas, lai analizētu sistēmas, kurās dominē stohastiskā ietekme.
Simulācijas modelēšanas (IM) būtība ir simulēt sistēmas funkcionēšanas procesu laikā, ievērojot tādas pašas darbību ilguma attiecības kā sākotnējā sistēmā. Tajā pašā laikā tiek atdarinātas elementārās parādības, kas veido procesu, tiek saglabāta to loģiskā struktūra, plūsmas secība laikā. IM pielietošanas rezultātā tiek iegūti sistēmas izejas raksturlielumu aprēķini, kas nepieciešami, risinot analīzes, vadības un projektēšanas problēmas.

Bioloģijā, piemēram, ir iespējams uzbūvēt rezervuāra dzīves stāvokļa modeli pēc kāda laika, kad mainās viens, divi vai vairāki parametri (temperatūra, sāls koncentrācija, plēsēju klātbūtne utt.). Šādas metodes kļuva iespējamas, pateicoties kibernētikas - kontroles zinātnes - ideju un principu iekļūšanai bioloģijā.

Modelēšanas veidu klasifikācija var būt balstīta uz dažādām pazīmēm. Atkarībā no pētāmo procesu rakstura sistēmā modelēšanu var iedalīt deterministiskajā un stohastiskajā; statisks un dinamisks; diskrēts un nepārtraukts.
deterministisks Simulāciju izmanto, lai pētītu sistēmas, kuru uzvedību var paredzēt ar absolūtu noteiktību. Piemēram, ceļš, ko automašīna nobrauca vienmērīgi paātrinātas kustības laikā ideālos apstākļos; ierīce skaitļa kvadrātā utt. Attiecīgi šajās sistēmās notiek deterministisks process, ko adekvāti apraksta deterministiskais modelis.

Stohastisks (varbūtības) modelēšana tiek izmantota, lai pētītu sistēmu, kuras stāvoklis ir atkarīgs ne tikai no kontrolētām, bet arī nekontrolētām ietekmēm, vai arī pati par sevi ir nejaušības avots. Stohastiskās sistēmas ietver visas sistēmas, kas ietver personu, piemēram, rūpnīcas, lidostas, datorsistēmas un tīklus, veikalus, patērētāju pakalpojumus utt.
statisks modelēšana tiek izmantota, lai aprakstītu sistēmas jebkurā brīdī.

dinamisks modelēšana atspoguļo izmaiņas sistēmā laika gaitā (sistēmas izejas raksturlielumus noteiktā laika brīdī nosaka ievades darbību raksturs pagātnē un tagadnē). Dinamisku sistēmu piemēri ir bioloģiskās, ekonomiskās, sociālās sistēmas; tādas mākslīgas sistēmas kā rūpnīca, uzņēmums, ražošanas līnija utt.
Diskrēts simulāciju izmanto, lai pētītu sistēmas, kurās ieejas un izejas raksturlielumi tiek mērīti vai diskrēti mainās laika gaitā, pretējā gadījumā tiek izmantota nepārtraukta simulācija. Piemēram, elektroniskais pulkstenis, elektriskais skaitītājs ir diskrētas sistēmas; saules pulkstenis, apkures ierīces - nepārtrauktas sistēmas.
Atkarībā no objekta (sistēmas) attēlojuma formas var izdalīt mentālo un reālo modelēšanu.
Plkst īsts (dabiskā) modelēšana, sistēmas īpašību izpēte tiek veikta uz reālu objektu vai no tā puses. Vispiemērotākā ir reāla simulācija, taču tās iespējas, ņemot vērā reālu objektu īpašības, ir ierobežotas. Piemēram, lai veiktu reālu simulāciju ar uzņēmuma automatizēto vadības sistēmu, pirmkārt, ir jāizveido automatizēta vadības sistēma; otrkārt, eksperimentu veikšana ar uzņēmumu, kas nav iespējams. Reālā simulācija ietver ražošanas eksperimentu un sarežģītus testus, kuriem ir augsta uzticamības pakāpe. Cits reālas simulācijas veids ir fiziska. Fizikālajā modelēšanā pētījums tiek veikts uz instalācijām, kas saglabā fenomena raksturu un kurām ir fiziska līdzība.
garīgi simulāciju izmanto, lai modelētu sistēmas, kuras noteiktā laika intervālā praktiski nav realizējamas. Mentālās modelēšanas pamats ir ideāla modeļa izveide, pamatojoties uz ideālu, mentālu analoģiju. Ir divi garīgās modelēšanas veidi: figurālā (vizuālā) un simboliskā.
Plkst pārnestā nozīmē modelējot uz cilvēka priekšstatiem par reāliem objektiem, tiek veidoti dažādi vizuālie modeļi, kas ataino objektā notiekošās parādības un procesus. Piemēram, gāzes daļiņu modeļi kinētiskajā teorijā par gāzēm elastīgu lodīšu veidā, kas sadursmes laikā iedarbojas viena uz otru.
Plkst ikonisks modelēšana apraksta simulēto sistēmu, izmantojot nosacītas zīmes, simbolus, jo īpaši matemātisko, fizikālo un ķīmisko formulu veidā. Visspēcīgākā un attīstītākā zīmju modeļu klase ir matemātiskie modeļi.
Matemātiskais modelis - tas ir mākslīgi izveidots objekts matemātisku, simbolisku formulu veidā, kas parāda un atveido pētāmā objekta struktūru, īpašības, attiecības un attiecības starp elementiem. Tālāk tiek aplūkoti tikai matemātiskie modeļi un attiecīgi matemātiskā modelēšana.
Matemātiskā modelēšana - izpētes metode, kuras pamatā ir sākotnējā pētāmā objekta aizstāšana ar tā matemātisko modeli un darbs ar to (objekta vietā). Matemātisko modelēšanu var iedalīt analītisks (AM) , imitācija (MI) , kombinēts (KM) .
Plkst AM tiek izveidots objekta analītiskais modelis algebrisko, diferenciālo, galīgo diferenciālo vienādojumu veidā. Analītiskais modelis tiek pētīts vai nu ar analītiskām metodēm, vai ar skaitliskām metodēm.
Plkst VIŅI izveidots simulācijas modelis, izmantota statistiskās modelēšanas metode, lai realizētu simulācijas modeli datorā.
Plkst KM sistēmas darbības process tiek sadalīts apakšprocesos. Tiem, kur iespējams, izmantojiet analītiskās metodes, pretējā gadījumā - simulāciju.

Bibliogrāfija

1. Aivazjans S.A., Enjukovs I.S., Mešalkins L.D. Lietišķā statistika: modelēšanas un primārās datu apstrādes pamati. - M.: "Finanses un statistika", 1983. - 471 lpp.
2. Alsova O.K. Sistēmu modelēšana (1. daļa): Laboratorijas darbu vadlīnijas disciplīnā "Modelēšana" AVTF III - IV kursu studentiem. - Novosibirska: NGTU izdevniecība, 2006. - 68s. Sistēmu modelēšana (2.daļa): Norādījumi laboratorijas darbam disciplīnā "Modelēšana" AVTF III - IV kursu studentiem. - Novosibirska: NGTU izdevniecība, 2007. - 35 lpp.
3. Alsova O.K. Modelēšanas sistēmas: mācību grāmata. pabalsts / O.K. Alsova. - Novosibirska: NSTU izdevniecība, 2007 - 72 lpp.
4. Borovikovs V.P. Statistika 5.0. Datordatu analīzes māksla: profesionāļiem. 2. izd. - Sanktpēterburga: Pēteris, 2003. - 688 lpp.
5. Wentzel E.S. Operāciju izpēte. - M.: Augstskola, 2000. - 550 lpp.
6. Gubarevs V.V. Varbūtības modeļi / Novosib. elektrotehnika in-t. - Novosibirska, 1992. - 1. daļa. - 198 s; 2. daļa. – 188 lpp.
7. Gubarevs V.V. Sistēmas analīze eksperimentālajos pētījumos. - Novosibirska: NSTU izdevniecība, 2000. - 99 lpp.
8. Deņisovs A.A., Koļesņikovs D.N. Lielo vadības sistēmu teorija: Proc. pabalsts augstskolām. - L. Energoizdat, 1982. - 288 lpp.
9. Draper N., Smith G. Lietišķā regresijas analīze. – M.: Statistika, 1973. gads.
10. Karpovs Ju.Sistēmu simulācijas modelēšana. Ievads modelēšanā ar AnyLogic 5. - Sanktpēterburga: BHV-Petrburg, 2005. - 400 lpp.
11. Kelton W., Lowe A. Simulācijas modelēšana. Klasiskā CS. 3. izdevums - Sanktpēterburga: Pēteris; Kijeva: 2004. - 847 lpp.
12. Lemeško B.Ju., Postovalovs S.N. Datortehnoloģijas datu analīzei un statistisko modeļu izpētei: Proc. pabalstu. - Novosibirska: NGTU izdevniecība, 2004. - 120 lpp.
13. Sistēmu modelēšana. Seminārs: Proc. pabalsts augstskolām / B.Ya. Sovetovs, S.A. Jakovļevs. - 2. izdevums, pārskatīts. un papildu - M.: Augstskola, 2003. - 295 lpp.
14. Ryžikovs Yu.I. Simulācijas modelēšana. Teorija un tehnoloģijas. - Sanktpēterburga: CROWN apdruka; M.: Alteks-A, 2004. - 384 lpp.
15. Sovetov B.Ya., Jakovļevs S.A. Sistēmu modelēšana (3. izdevums). - M.: Augstskola, 2001. - 420 lpp.
16. Nejaušo procesu teorija un tās inženiertehniskie pielietojumi: Proc. pabalsts augstskolām / E.S. Vencels, L.A. Ovčarovs. - 3. izdevums. pārskatīts un papildu - M.: Izdevniecības centrs "Akadēmija", 2003. - 432 lpp.
17. Tomaševskis V., Ždanova E. Simulācijas modelēšana GPSS vidē. – M.: Bestsellers, 2003. – 416 lpp.
18. Hačaturova S.M. Sistēmu analīzes matemātiskās metodes: Proc. pabalsts.–Novosibirska: NSTU izdevniecība, 2004. – 124 lpp.
19. Shannon R. Sistēmas simulācija - māksla un zinātne. – M.: Mir, 1978.
20. Šreibers T.J. Modelēšana uz GPSS. - M.: Mashinostroenie, 1980. - 593 lpp.
21. Arsenijevs B.P., Jakovļevs S.A. Sadalīto datu bāzu integrācija. - Sanktpēterburga: Lan, 2001. - 420 lpp.

Eksperimentējiet- pētījumu metode bioloģijā, kurā eksperimentētājs apzināti maina apstākļus un vēro, kā tie ietekmē dzīvos organismus. Eksperimentu var veikt gan laboratorijā, gan brīvā dabā.

Praktiskajā mikrobioloģijā tos izmanto, lai diagnosticētu infekcijas slimības, izolētu un identificētu tīrīt to-ry patogēns, eksotoksīnu indikācijas un identificēšana. Turklāt to plaši izmanto eksperimentālajā mikrobioloģijā un imunoloģijā, kā arī imūnpreparātu kontrolei.

Eksperimentālā metode ir ļoti jutīga. Gadījumos, kad tiek izolēts tīrs tory un konstatētas imunoloģiskas izmaiņas dzīvniekā, eksperimentālā metode ir ļoti specifiska un to var izmantot slimības sākuma stadijā. Eksperimentālās metodes trūkumi ir sarežģītība, augstās izmaksas, pētījuma ilgums, laboratorijas piesārņojuma briesmas. Tāpēc to izmanto gadījumos, kad citas metodes ir neefektīvas un ja tādas ir nepieciešamos nosacījumus laboratorijas dzīvnieku turēšanai.

Eksperimentālās metodes izmantošana bioloģijā tiek saistīta ar Viljama Hārvija vārdu, kurš to izmantoja savos pētījumos asinsrites izpētē. Bet bioloģijā to sāka plaši izmantot tikai no 19. gadsimta sākuma, galvenokārt fizioloģisko procesu izpētē. Eksperimentālā metode ļauj ar pieredzes palīdzību izpētīt to vai citu dzīves fenomenu. Lielu ieguldījumu eksperimentālās metodes apstiprināšanā bioloģijā sniedza G. Mendelis, kurš, pētot organismu iedzimtību un mainīgumu, pirmais eksperimentu izmantoja ne tikai datu iegūšanai par pētāmajām parādībām, bet arī testēšanai. hipotēze, kas formulēta, pamatojoties uz iegūtajiem rezultātiem. G Mendela darbs ir kļuvis par klasisku eksperimentālās zinātnes metodoloģijas piemēru.

XX gadsimtā. eksperimentālā metode kļuva par vadošo bioloģijā. Tas kļuva iespējams, pateicoties jaunu bioloģiskās izpētes instrumentu parādīšanās (elektronmikroskops, tomogrāfs utt.) un fizikas un ķīmijas metožu izmantošana bioloģijā.

Šobrīd bioloģiskajos eksperimentos plaši tiek izmantoti dažādi mikroskopijas veidi, tostarp elektroniskā mikroskopija ar ultraplānu griezumu tehniku, bioķīmiskās metodes, dažādas kultivēšanas metodes un šūnu kultūru, audu un orgānu novērošana in vivo, iezīmēto atomu metode, X -staru difrakcijas analīze, ultracentrifugēšana, hromatogrāfija utt. Nav nejaušība, ka XX gadsimta otrajā pusē. bioloģijā ir izveidojusies vesela tendence - jaunāko instrumentu radīšana un pētījumu metožu attīstība.

Bioloģiskajos pētījumos arvien vairāk tiek izmantota modelēšana, kas tiek uzskatīta par augstāko eksperimenta veidu. Līdz ar to notiek aktīvs darbs pie svarīgāko bioloģisko procesu, galveno evolūcijas virzienu, ekosistēmu vai pat visas biosfēras attīstības datormodelēšanas (piemēram, globālo klimatisko vai tehnogēno izmaiņu gadījumā).

Eksperimentālā metode apvienojumā ar sistēmstrukturālo pieeju radikāli pārveidoja bioloģiju, paplašināja tās kognitīvās spējas un pavēra jaunus ceļus bioloģisko zināšanu izmantošanai visās cilvēka darbības jomās.

PEDAGOĢISKĀ UNIVERSITĀTE "PIRMAIS SEPTEMBRIS"

Bukhvalovs V.A.

Attīstība radošums skolēni bioloģijas stundās

izmantojot izgudrojuma problēmu risināšanas teorijas elementus (TRIZ)

Diemžēl jākonstatē, ka, neskatoties uz notiekošo skolas izglītības satura reformu, bioloģijas stundās dominē informatīvi reproduktīvā izglītība. Šāda pieeja neatbilst prasībām mūsdienu sabiedrība, kur priekšplānā izvirzās ne tik daudz zināšanu enciklopēdiskais raksturs, bet gan spēja saņemt informāciju, to pārveidot un radoši izmantot pētniecībai vai praktiskai darbībai.
Pagājušā gadsimta otrajā pusē G.S. Altšullers izstrādāja izgudrojuma problēmu risināšanas teoriju (TRIZ). Primitīvā interpretācijā TRIZ ir algoritmu kopums radošu problēmu formulēšanai un risināšanai. TRIZ elementus var pielietot kā ļoti efektīvs līdzeklis skolēnu radošās domāšanas attīstībai, mācot bioloģiju skolā. Kopš 1987. gada šādu eksperimentu veicis autors un viņa kolēģi no aptuveni desmit Latvijas skolām.
Šī darba īstenošana prasīja būtiskas izmaiņas kursa saturā. Līdzās tradicionālajiem informatīvajiem tekstiem, reproduktīvajiem jautājumiem un laboratorijas darbiem kursā tika iekļautas bioloģiskās problēmas - radoši uzdevumi, kurus sastādīja gan pats autors, gan viņa kolēģi. Papildus tam tika izveidoti radošo darbu komplekti par pētījumu, ekspertu, projektu un prognostiskā satura bioloģiju, kas tiek izmantoti arī mācību stundās un kā mājasdarbi.
Piedāvātās astoņas lekcijas ir kodolīgs kurss par galvenajiem skolēnu mācību aktivitāšu veidiem un skolotāja metodisko atbalstu, kura mērķis ir iepazīstināt kolēģus ar TRIZ pieeju bioloģijas mācīšanā skolā.

Kursa programma

laikraksta numurs	Mācību materiāls
	1. lekcija. Bioloģiskā pētījuma struktūra un saturs
	2. lekcija Bioloģiskās problēmas un to risināšanas metodes
	3. lekcija Bioloģisko jēdzienu problemātizācija Pārbaude № 1 (Termiņš - 2006. gada 25. novembris)
	4. lekcija Eksperts strādā bioloģijā
	5. lekcija Projektēšanas darbs bioloģijā Pārbaudījums Nr.2 (termiņš - līdz 25.12.2006.)
	6. lekcija Ievads zinātnisko atklājumu tehnoloģijā
	7. lekcija Zinātnieka radošā biogrāfija
	8. lekcija Skolēnu izglītojošo pasākumu organizēšanas metodika efektīvai radošo spēju attīstībai
Nobeiguma darbs. Nobeiguma darbs, kam pievienotas atsauksmes no izglītības iestāde(īstenošanas akti) jānosūta Pedagoģijai ne vēlāk kā līdz 2007.gada 28.februārim.

Lekcija 1. Bioloģiskā pētījuma struktūra un saturs

Pētījuma specifika zinātniskajā praksē

Mūsdienu dzīve nav iedomājama bez zinātnes. Uzdosim skolēniem vienkāršu jautājumu: kāda ir zinātnes nozīme cilvēka ikdienas dzīvē? Dīvainā kārtā mūsu skolēni var daudz pastāstīt no zinātnes teorijas: dot likumsakarību un likumu piemērus, izziņas teorijas un metodes, taču nez kāpēc šis jautājums viņiem nereti sagādā grūtības. Bet zārks atveras ļoti vienkārši – viss, kas mūs ieskauj klasē, ir tiešs zinātnes iemiesojums praksē: pati skolas ēka celta saskaņā ar inženierbūvju būvniecības likumiem; rakstāmgaldi, mācību grāmatas, piezīmju grāmatiņas tiek veidotas, ņemot vērā higiēnas standartus; lampas birojā uzstādītas atbilstoši elektrotehnikas likumiem. Pat mūsu apģērbi ir radīti, ņemot vērā veselu gūzmu likumu un modeļu. No rīta gatavojoties skolai lietojam ziepes, gatavojam tēju vai kafiju, veicam vingrinājumus, un to visu nodrošina praktiska zināšanu pielietošana par zinātnes likumiem. Turklāt šīs zināšanas mums jau no agras bērnības ir ielikuši vecāki kā vienkāršas patiesības, varētu teikt aksiomas. No bērnības pierodam tiem sekot, īsti nedomājot par to pareizību.

Rodas pirmais jautājums: vai mūsu mācību priekšmetu pasniegšanas metodēs viss ir pareizi, ja kopumā studenti diezgan labi pārzina teorētiskos likumus, bet prasība teorētiski pamatot savu praktisko rīcību bieži vien viņus mulsina? Piemēram, bērni, visticamāk, nevarēs atbildēt uz jautājumu: kādi fizikas likumi jums jāzina, lai uzstādītu kontaktligzdu? Vai arī kādi bioloģijas noteikumi jāpatur prātā, rūpējoties par istabas augiem? Vai arī kādi noteikumi nosaka, ka zobus jātīra vismaz divas reizes dienā, nevis, teiksim, trīs vai piecas?

Zinātniskā izpēte daudzos gadījumos sākās ar konkrētu praktisku problēmu formulēšanu, uz kurām atbildes nebija vai arī līdz tam laikam pieejamās atbildes neļāva iegūt augstus praktiskos rezultātus pilnā apjomā.

Ņemiet vērā klasisko augu uztura pētījumu piemēru. Pat senie zemnieki iemācījās izmantot kūtsmēslus un pelnus, lai palielinātu augu produktivitāti. Tomēr pastāvīgās, gadsimtu gaitā pastāvošās ražas svārstības skaidri parādīja, ka minerālu un organisko vielu kombinācija

Uz dažiem mēslošanas līdzekļiem attiecas noteikti noteikumi un tie ir atkarīgi ne tikai no augsnes, bet arī no audzētajām kultūrām. Un tikai XIX beigās - XX gadsimta sākumā. agroķīmija pamazām kļūst par patstāvīgu zinātni un atklāj mēslošanas līdzekļu savākšanas un ieklāšanas paradumus laukos.

Tādējādi pirmā zinātniskās pētniecības īpatnība ir tā jautājumi, uz kuriem zinātnieki meklē atbildes, rodas reālajā praksē. Tādus jautājumus sauc problēmas. Problēma ir jautājums, uz kuru atbildes nav vispār vai pieejamās atbildes nav konkrētas, nodrošinot prakses efektivitāti. Problēmas ir pastāvīgi mūsu dzīves pavadoņi, lielas vai mazas, sarežģītas vai ne tik, bet tās vienmēr ir tur, kur mēs cenšamies kaut ko darīt. Var, protams, neko nedarīt, bet tad rodas izdzīvošanas problēma.

Zinātnieki lielākoties ir ļoti vērīgi un rūpīgi cilvēki. Viņi vienmēr apšauba to, kas daudziem šķiet vienkāršs un saprotams. Vienkāršs piemērs no N. Kopernika darbiem. Ikviens zina, ka Saule lec austrumos un riet rietumos. XVI gadsimta sākumā. gandrīz neviens nešaubījās, ka tā ir Saule, kas riņķo ap Zemi, jo visi redzēja Saules kustību, neviens neredzēja Zemes kustību. Un tikai N. Koperniks šaubījās: vai tā ir vai tikai tā šķiet? Pētījumu rezultātā zinātniekam izdevās pierādīt, ka viss ir tieši otrādi: Saule stāv uz vietas, un planētas, tostarp Zeme, pārvietojas ap to.

Bet vai ir nepieciešams vēlreiz pārbaudīt zināmās patiesības?

Atgriezīsimies pie piemēra par mēslojuma izmantošanu laukos. Gadsimtiem ilgi šis darbs ir veikts, balstoties uz praktisko pieredzi. Var strīdēties, ka zemnieki ir iemācījušies diezgan efektīvi izmantot dažādas minerālmēslu un organiskā mēslojuma kombinācijas, taču rodas jautājums: vai šie praktiskie risinājumi bija vislabākie?

Un šeit mēs nonākam pie otrās zinātniskās pētniecības īpatnības: zinātnisko pētījumu rezultātiem nevar būt absolūtas patiesības raksturs, jo tos vienmēr ierobežo izziņas metodes un pētnieku intelektuālās spējas un tāpēc ir nepieciešama periodiska atkārtota pārbaude.. Tas nozīmē, ka jebkura patiesība, pat šķietami nesatricināmā, ik pa laikam ir jāapšauba un jāpārbauda. Parādās jaunas izpētes metodes, kuru pielietošana bieži noved pie būtiskiem patiesību satura precizējumiem un dažkārt arī pie pilnīgas veco patiesību aizstāšanas ar jaunām.

Bieži var dzirdēt jauniešus skeptiski sakām, ka zinātnei nav pietiekami daudz perspektīvu: visi vai gandrīz visi lielākie atklājumi jau ir izdarīti, un nav jēgas tērēt gadiem vai pat visu mūžu sīkumiem. Starp citu, visu laiku lielākā daļa jauniešu bija skeptiski noskaņoti pret zinātnisko karjeru, un tikai daži “sāka visu no jauna”, pārbaudot to, kas tika uzskatīts par nesatricināmu patiesību.

Vienmēr jāatceras, ka jebkura patiesība dzimst kā ķecerība un mirst kā maldi. Tiesa, neviens nezina patiesības dzīves ilgumu, un to nav iespējams noteikt. Šis laiks ir atkarīgs no jaunu izziņas metožu un zinātnieku ar izcilu intelektu rašanās ātruma. Ko mēs zinājām par organismu šūnu struktūru pirms mikroskopa parādīšanās? Par šo punktu nebija nekas cits kā hipotēzes. Mikroskopa izgudrojums izraisīja revolucionārus atklājumus šūnu un audu struktūras un dzīvībai svarīgās aktivitātes jomā, jaunu zinātņu rašanos - citoloģiju, embrioloģiju, histoloģiju.

Kopumā zinātniekus apmierināja pasaules fiziskais attēls, kas ierāmēts I. Ņūtona mehānikas sakarīgā sistēmā, un pēkšņi, kā tas vienmēr notiek zinātnē, tikai pēkšņi parādās cilvēks ar izcilu intelektu, A. Einšteins, kurš speciālo relativitātes teoriju vispirms izvirza kā hipotēzi. Un tas dod jaunu virzienu fiziskajiem pētījumiem un noved pie visa pasaules fiziskā attēla pārskatīšanas, kas vēl nesen zinātniekiem šķita vienkāršs, saprotams un kopumā nav pretrunā.

Trešā zinātniskās pētniecības īpatnība ir nepārtrauktas pašizglītības nepieciešamība, lai izpētītu informāciju par visiem ar studiju jomu saistītajiem jautājumiem. Droši vien nevienā profesijā nav tik stingras prasības pastāvīgi studēt zinātnisko literatūru un jaunāko pētījumu rezultātus, kā zinātnieka profesijā. Citu pētnieku pieredze, kas atspoguļota publikācijās, tiek noformēta zinātniskās kartotēkas veidā, kas gadu gaitā tiek papildināta un ir vērtīgākais zinātnisko zināšanu instruments. Nav brīnums, ka viņi saka, ka patiesība pieder tam, kuram pieder informācija. Kāpēc dokumentu skapis ir tik svarīgs zinātniskajā darbībā? Jo tas nosaka zināmās informācijas lauku un skaidri iezīmē robežu, aiz kuras sākas nezināmais.

1919. gadā Odesas grāmatvedis I. Gubermans ar elementārās algebras palīdzību nāca klajā ar praktiski tādiem pašiem speciālās relativitātes teorijas noteikumiem kā A. Einšteins. Iedomājieties viņa pārsteigumu un sašutumu, kad viņš uzzināja, ka šīs pozīcijas jau ir atklātas. Atdalīšana no informācijas par jaunākajiem pētījumiem samazina zinātnisko darbību līdz neko.

Ceturtā zinātnes īpašā iezīme ir meklējot un pārbaudot visus iespējamos ceļus, kas ved uz patiesību. Šādi ceļi ir zinātniskas hipotēzes. Zinātniskā hipotēze vienmēr ietver noteiktus faktus un pieņēmumus. Ja hipotēze tiek veidota bez zinātniskiem faktiem, tikai uz pieņēmumiem, tad visbiežāk tai nav zinātniskas nozīmes. Tas ir ļoti būtisks metodoloģisks aspekts, kas nosaka zinātniskās izpētes objektivitāti.

Vai kāds ir domājis par jautājumu: kāpēc patiesībā pētniecībā iesaistītajiem zinātniekiem parasti ienāk prātā interesantas hipotēzes? Kāpēc šīs hipotēzes mums neparādās? Kāpēc mēs esam sliktāki? Šeit, piemēram, "krievu aviācijas tēvs" Možaiskis, kaut kā ejot lietū, vērsa uzmanību uz to, kā ūdens, kas plūst no notekcaurules, tek ap ķieģeli. Aplūkojot ķieģeļa stāvokli, viņš nāca klajā ar ideju par lidmašīnas spārna formu. Vēl viens piemērs: pēc dažu zinātnes vēsturnieku domām, ķīmiķis Kekule sapņojis par benzola gredzena formu. Varbūt mēs sapņosim vai kaut ko izdomāsim, piemēram, Mozhaiski, ja staigāsim biežāk lietū?

Ne viens, ne otrs. Zinātnisku hipotēzi var redzēt tikai tie, kuri ir iegrimuši informācijā par konkrēto tēmu. Hipotēze vienmēr balstās uz faktiem, un pati hipotēze kā intuitīvs ieskats dzimst tikai tad, ja zinātnieks regulāri izprot šos faktus un savā prātā rada variantus dažādām problēmas risināšanas secībām. Citādi nekas nesanāks.

Jūs varat to saukt dažādi: ieskats, ieskats, sestā sajūta, dievišķā atklāsme, kā vien vēlaties. Bet patiesība tiek atklāta tikai cienīgajiem, tiem, kuri ir pierādījuši savas tiesības uz to daudzu gadu smaga darba laikā un dažreiz arī visas dzīves garumā. Varbūt tāpēc starp Nobela prēmijas laureātiem nav jaunu un dedzīgu?

Kādi ir zinātniskā darba rezultāti? Pieņemsim, ka zinātnieks visu savu dzīvi ir veltījis vairāku hipotēžu pārbaudei un līdz savas dzīves un karjeras beigām ir pārliecinājies, ka tās visas ir nepareizas. Vai tas varētu būt? Un kā! Galu galā mēs zinām to zinātnieku vārdus, kuri guvuši neapšaubāmus panākumus, likumu un teoriju radītājus, slavenu un oriģinālu hipotēžu autorus, pētniecības metodes. Bet simtiem zinātnieku vārdu, kuri nav veikuši lielus atklājumus, paliek tikai īpašās zinātniskās literatūras annālēs. Gandrīz neviens par tiem nezina. Viņi atkārtoti pārbaudīja dažādas hipotēzes un pārliecināja sevi un pārliecināja citus, ka daudzas no šīm hipotēzēm ir nepieņemamas. Vai tas nozīmē, ka dzīve ir izniekota? Tā kā lielu atklājumu nav, tad kāds jūs zinātnieks esat?

Nē, nav izniekota. Viņu darbs ir ne mazāk svarīgs kā likumu un teoriju veidotāju darbs. Tieši pateicoties viņu pūlēm, citu zinātnieku laiks tiek ietaupīts liekiem meklējumiem, sašaurinās patiesības meklēšanas lauks. Ar problēmas risinājumu saistītas hipotēzes var būt ļoti daudz – desmitiem un pat simtiem. Rodas jautājums: vai ir nepieciešams visu pārbaudīt? Varbūt pietiek pārbaudīt desmit, trīsdesmit vai tos, kas zinātniekam šķiet vistuvāk patiesībai?

Zinātniskās izpētes īpatnība ir tieši tajā, ka nepieciešams pārbaudīt visas iespējamās hipotēzes. Neviens nezina un nevar zināt, un ir ārkārtīgi grūti intuitīvi noteikt, kura hipotēze praktiskas pārbaudes rezultātā izrādīsies patiesa.

Turklāt šādas patiesības var būt vairākas, kas pēc tam dod alternatīvus virzienus zinātnes un prakses attīstībā. Tāpēc zinātniskiem pētījumiem nepieciešama pacietība un atkārtota pārbaude.

Izdarīsim dažus secinājumus no mūsu lekcijas pirmās daļas.

Secinājums viens- pesimistisks. Zinātniskais darbs visbiežāk nenes ne naudu, ne slavu. Kā norāda K.E. Ciolkovskis: “Visu mūžu esmu darījis kaut ko tādu, kas man nedeva ne slavu, ne maizi, taču ticēju, ka nākotnē mans darbs nesīs cilvēkiem maizes kalnus un spēka bezdibeni” (“Sapņi par zemi un debesīm” ).

Vai tas nozīmē, ka zinātne ir nodarbošanās cilvēkiem, kas nav no šīs pasaules. Nepavisam. Jau skolā jāsāk gatavoties zinātniskajai darbībai, mācot skolēniem zinātniskās pētniecības pamatus un tādu problēmu meklēšanu, kurām ir perspektīvas zinātniskajai praksei. Jāatceras, ka sabiedrība var būt civilizēta un konkurētspējīga tikai tad, ja šajā sabiedrībā pieejamās zinātniskās institūcijas ir konkurētspējīgas.

Viens no galvenajiem skolotāja uzdevumiem ir iepazīstināt skolēnus ar jaunākajiem pētījumiem pētāmajā zinātnē, ar problēmām, pie kurām šobrīd strādā zinātnieki, to risināšanas metodēm un iespējamo risinājumu izmantošanas praktiskām perspektīvām. Runājot par naudu un slavu, ir daudz profesiju, kuru pamatā ir cilvēku entuziasms, kas izvēlas šīs profesijas. Ārsta, skolotāja, inženiera profesijas mūsu valstī nav augsti atalgotas, taču nav iespējams iedomāties sabiedrību bez šīm profesijām.

Otrais secinājums- optimistisks. Daudzu skolotāju prakse liecina, ka, sākot no 6.-7.klasēm, skolēniem var pamazām mācīt zinātniskās pētniecības metodiku. Turklāt jau skolā atsevišķi skolēni var veikt ļoti veiksmīgus un interesantus uzdevumus. zinātniskais punkts pētniecības perspektīva.

Secinājums trešais- metodiskais. Iepriekš minētais materiāls ir informācija diskusiju organizēšanai ar skolēniem. Par katru zinātniskā pētījuma pazīmi var rīkot atsevišķas diskusijas, turklāt sākot no 6. klases. Galu galā zinātnisko pētījumu specifika ir daži zinātniskās darbības modeļi, kuru būtības izpratne ļauj patiesi iepazīstināt studentu ar zinātnieka darbu. Īsi atkārtosim tā galveno posmu secību.

Apkārtējo pasauli var aplūkot kā problēmu kopumu, kas rodas praktiskajā darbībā, un ir svarīgi iemācīties šīs problēmas saskatīt un formulēt.

Ir ļoti svarīgi laiku pa laikam pārskatīt zināmos modeļus, likumus un teorijas, īpaši salīdzinot tos ar jauniem faktiem. Ir jābūt īstām pretrunu “medībām” starp teoriju un faktiem. Tieši pretrunas ir zinātnes dzinējspēks.

Zinātniskajam darbam nepieciešamās informācijas uzkrāšanai nepieciešama kartotēka. Ideālā gadījumā kartes failam jāsākas ar bērnudārzs, ārkārtējos gadījumos no skolas sola. Jo lielāka ir kartotēka par pētāmo tēmu, jo lielāka iespēja laimēt, t.i. par zinātniskiem atklājumiem, godu, slavu, naudu, beidzot Nobela prēmiju. Tas ir, ja pieiet šim jautājumam ar humoru. Bet ja nopietni, tad, lai uzturētu kartotēku, ir nepieciešama pastāvīga pašizglītība - galu galā jums ir ne tikai jāizraksta fakts, bet arī jāanalizē tā attiecības ar citiem faktiem un teorijām.

Tātad, salīdzinot faktus un teoriju, mēs redzējām pretrunu. Sākas interesantākais – hipotēžu formulēšana pretrunu atrisināšanai un to pārbaude. Hipotēzēm jābūt ar vismaz daļēju faktu pamatojumu, t.i. esi zinātnisks, un jo vairāk hipotēžu būs, jo lielāka iespēja, ka vismaz viena no tām izrādīsies patiesa.

Bet vai viss šajos secinājumos atbilst zinātniskajam darbam, vai te kaut kas nav kārtībā? Tas ir tas, kas jums jāapspriež ar studentiem.

Bioloģiskā pētījuma struktūra un satura iezīmes

Pētījums- tas ir problēmas risinājums, kas ietver teorētisko analīzi, hipotēžu formulēšanu, iegūto hipotēžu praktisko pārbaudi un rezultātu formulēšanu. Zinātniskajiem pētījumiem ir šāda struktūra.

1. Problēmas izklāsts, pētījuma mērķi un uzdevumi. Visa pētījuma rezultāti ir atkarīgi no tā, cik pareizi problēma ir formulēta. Pētniecības problēma ir grūtības izskaidrot organisma vai kopienas dzīvi, informācijas trūkums vai trūkums par kādu objektu vai procesu.

Problēmas formulējums sākas ar īsu situācijas aprakstu, kurā problēma rodas, un pēc tam tiek sastādīts pats problēmas izklāsts.

Lai formulētu problēmu par radušos grūtību, var izmantot šādu shēmu: darbības veikšana (īss tās būtības apraksts) dod pozitīvu efektu (tiek norādīts, kura), bet tajā pašā laikā rodas negatīvs efekts (tā ir norādīts, kurš).

Lai formulētu problēmu par informācijas trūkumu vai trūkumu par jebkuru sistēmu, var izmantot šādu shēmu: sistēmas efektivitātes uzlabošana (norādīt, kura) iespējama, ja tiek radīti īpaši nosacījumi (norādīt, kādi).

Balstoties uz problēmas būtību, tiek formulēts pētījuma mērķis. Mērķis ir sagaidāmais pētījuma rezultāts.

Pētījuma mērķi tiek formulēti atbilstoši mērķim. Pētījuma uzdevumi norāda galvenos darba posmus, parasti tie ir trīs: pētāmās problēmas teorētiskā analīze, hipotēžu formulēšana problēmas risināšanai teorētiskā modelī un teorētiskā modeļa praktiskā pārbaude un tā korekcija.

2. Pētījuma metožu izvēle. Pētījuma metožu izvēli nosaka uzdevumi. Katram uzdevumam rūpīgi jāpārdomā un jāizvēlas teorētiskās un/vai praktiskās metodes.

Teorētiskās metodes ietver: zinātniskās literatūras informācijas salīdzinošo analīzi, modelēšanu, sistēmu analīzi, pretrunu risināšanas metodes, projektēšanu un inženieriju.

Praktiskās izpētes metodes ir: novērošana, mērīšana, aptauja, intervijas, testēšana, saruna, vērtēšanas metode (objekta, personas vai notikuma nozīmīguma noteikšana, izmantojot īpašu vērtēšanas skalu), neatkarīgo raksturlielumu noteikšana priekšmeta, personas vai notikumu rakstisks apraksts, ko veicis liels skaits cilvēku patstāvīgi), eksperiments.

3. Problēmas teorētiskā analīze. Lielākā daļa zinātnisko problēmu nav objektīvi jaunas. Zinātnieki tos jau ir ielikuši dažādos formulējumos, un tiem ir noteikti risinājumi. Cita lieta, ka esošie risinājumi ir neefektīvi vai rada nevēlamas negatīvas sekas.

Tāpēc teorētiskās analīzes pirmais posms ir zinātniskās un populārzinātniskās literatūras izpēte un analīze. Bez šādas analīzes, visticamāk, pētījuma rezultāti atkārtos iepriekš zināmos problēmas risinājumus.

Sākot analizēt zinātnisko literatūru, vispirms ir jāizvēlas nepieciešamie avoti. Lai to izdarītu, vislabāk ir izmantot zinātniskās bibliotēkas bibliogrāfiskās nodaļas sistemātisko katalogu.

Strādājot ar katru grāmatu, rūpīgi izlasiet satura rādītāju, atlasiet nodaļas un rindkopas, kas ir tieši saistītas ar pētījuma problēmu. No šīm nodaļām tiek izrakstīti tikai tie fragmenti, kas satur informāciju par problēmas risināšanas metodēm, iegūtajiem risinājumiem. Šie fragmenti tiek izrakstīti pilnībā vai sastādītas to anotācijas.

Būtiskākais nosacījums pareizai zinātniskās literatūras analīzei ir dažādu problēmas risināšanas pieeju salīdzināšana, norādot katra autoru iegūtā risinājuma stiprās un vājās puses. Pēc zinātnisko monogrāfiju analīzes pabeigšanas nepieciešams analizēt populārzinātnisko literatūru un galvenokārt populārzinātniskos žurnālus. Bieži jaunāko pētījumu rezultāti tiek publicēti populārzinātniskajā literatūrā.

Teorētiskās analīzes otrajā posmā problēma tiek risināta, izmantojot dialektiskās loģikas metodes un hipotēžu formulēšanu. Optimālais veids ir atrisināt problēmu ar visām iepriekš minētajām metodēm: sistēmas analīzi, pretrunu risināšanas metodi. Šo metožu pielietojums tiks apspriests otrajā lekcijā.

Teorētiskās analīzes trešajā posmā tiek salīdzināti zinātniskās literatūras analīzes procesā iegūtie problēmas risinājumi un dialektiskās analīzes gaitā iegūtās hipotēzes. Šī darba rezultātā tiek konstruēts pētījuma mērķa teorētiskais modelis turpmākai praktiskai pārbaudei.

4. Teorētiskā modeļa praktiskā pārbaude. Teorētiskā modeļa praktiskā pārbaude parasti ietver šādas trīs darbību grupas.

1. Teorētiskā modeļa praktiskā pārbaude, izmantojot eksperimentus un tā korekcija. Pētniekam jāatceras, ka patiesības kritērijs ir prakse, proti, iegūto teorētisko pozīciju eksperimentālā pārbaude.

Plānojot eksperimentus, jāievēro šādi noteikumi: 1) maksimāli jāizslēdz no eksperimenta faktori, kas var traucēt tā norisi vai izkropļot rezultātus; 2) atkārtota eksperimentu atkārtošana; 3) eksperimenta rezultātu salīdzināšana ar kontroleksperimenta rezultātiem, t.i. ja nav fakta, kura darbība tiek izmeklēta, vai standarta apstākļos; 4) iepriekš jāaprēķina iespējamās negatīvās sekas eksperimenta dalībniekiem; 5) pozitīvs eksperimentu rezultāts ir stabilu (reproducējamu) pozitīvu rezultātu sasniegšana lielākajā daļā eksperimentu.

2. Sociometrija- tas ir dažādu cilvēku viedokļu izpēte par eksperimentālo sistēmu ar sarunu, anketu, interviju, vērtēšanas metožu un neatkarīgu raksturlielumu, testu palīdzību. Sociometrija ļauj ieraudzīt un novērtēt eksperimentālās sistēmas priekšrocības un trūkumus daudzu cilvēku – gan to, kas ar tās izveidi, gan ar to nav saistīti – acīm. Svarīgākais sociometrijas nosacījums ir aptaujas dalībnieku iepriekšēja iepazīstināšana ar eksperimentālo modeli. Cilvēkiem ir jāzina, par ko viņi paudīs savu viedokli.

Lai sagatavotu jautājumus anketai vai intervijai, varat izmantot šādu shēmu:

– Kā jūs jūtaties par pētāmo sistēmu?
Kādi, jūsuprāt, ir modeļa pozitīvie aspekti?
– Kādi, jūsuprāt, ir modeļa negatīvie aspekti?
- Kā jūs domājat, vai sistēmā būtu jāveic šādas izmaiņas (tiek norādīts, kādas) - Kādas izmaiņas jūs piedāvājat veikt sistēmā?

3. Eksperimentu un sociometrijas rezultātu matemātiskā analīze ietver grafiku, diagrammu konstruēšanu, vienādojumu formulēšanu, kā arī noderīgo funkciju izmaiņu koeficientu noteikšanu.

Grafikus un diagrammas veido, pamatojoties uz vispārīgiem noteikumiem. Katras sistēmas lietderīgās funkcijas izmaiņu koeficients tiek aprēķināts kā sistēmas lietderīgās funkcijas kvantitatīvā rādītāja pirms ietekmes attiecība pret lietderīgās funkcijas kvantitatīvo rādītāju pēc ietekmes uz pētāmo sistēmu. Noderīgo funkciju izmaiņu koeficientus var izteikt procentos, šim nolūkam iegūtās digitālās vērtības tiek reizinātas ar 100%.

Iegūto rezultātu matemātiskā apstrāde dod iespēju precīzāk noteikt eksperimentālās sistēmas efektivitāti.

5. Secinājumu un priekšlikumu sastādīšana.Šis pētījuma posms ietver šādas divas daļas.

1. Noskaidrojošā daļa.Šajā pētījuma daļā par katru darba daļu tiek izdarīti vispārināti secinājumi. Balstoties uz problēmas teorētisko analīzi, secinājumos īsumā atspoguļots iegūtais teorētiskais modelis, tā stiprās un vājās puses. Pamatojoties uz darba praktisko daļu, tiek analizēti eksperimentu rezultāti, norādīti korekcijas elementi, kas tika ieviesti teorētiskajā modelī, un tiek pabeigts pētījuma rezultāts (mērķis).

Pamatojoties uz eksperimentu un sociometrijas rezultātu matemātisku apstrādi, tiek analizēta iegūtās eksperimentālās sistēmas darbības efektivitātes izmaiņas salīdzinājumā ar vispārpieņemtajiem datiem un cilvēku attieksme pret to.

Jāatceras, ka pētījuma procesā var iegūt gan negatīvus, gan pozitīvus rezultātus. Būtisks ir arguments, ko pētnieks piedāvā, lai izskaidrotu iegūtos rezultātus.

Pabeidzot noskaidrojošo daļu, pētnieks izvērtē pētījuma teorētiskos un praktiskos rezultātus.

2. Paredzamā daļa.Šajā daļā formulēti priekšlikumi pētāmās sistēmas tālākai izpētei. Pētnieks īsi prognozē sistēmu izpētes attīstību, formulē problēmas, kas var rasties savā darbībā, un sastāda īsu plānu to risināšanai.

6. Izmantotās literatūras saraksta sastādīšana.(Krievijas Federācijā katram izdevuma veidam ir noteikti valsts standarti (GOST) bibliogrāfiskajiem aprakstiem. Ārzemēs izdevēji nosaka bibliogrāfisko aprakstu noteikumus katram izdevuma veidam.)

Pētījuma procesā izmantotās literatūras sarakstu var sastādīt divos veidos: alfabētiskā secībā vai lietošanas secībā. Ja ir norādītas zinātniskās monogrāfijas, tad pieteikuma veidlapa ir šāda:

1. Ivanovs V.V. Baltijas jūra. - Rīga: Apgaismība, 1987. gads. – 34.–37.lpp.
Ir norādītas darbā izmantotās izdevuma lappuses, taču var norādīt arī kopējo lappušu skaitu grāmatā. Šajā gadījumā S. 34–37 vietā tiek ierakstīts kopējais grāmatas lappušu skaits, piemēram, 205 s.
Ja ir norādīti raksti no zinātniskiem žurnāliem vai laikrakstiem, tad ieraksta forma ir šāda:

2. Petrovs A.N. Moritsalas dabas rezervāts//Daba un mēs. - 1989. - Nr.7. – 32.–41.lpp.

Formulēsim dažus secinājumus par šo lekcijas daļu. Studentu iepazīšana ar zinātniskās izpētes tehnoloģiju ir vēlama, lai izveidotu diskusiju sēriju par atsevišķiem tās posmiem klasē. Vienlaikus skolotāja stāstījumu par katra posma iezīmēm vēlams papildināt ar skolēnu rakstiskām pārdomām (esejām) par tēmu šī posma nozīme pētījuma procesam un tā rezultātiem. Eseju rakstīšanu ieteicams veikt grupās, pēc tam nolasīt un apspriest, un citām grupām tiek uzdots atspēkot nolasāmās esejas galvenos secinājumus.

Metodika skolēnu iepazīstināšanai ar bioloģiskajiem pētījumiem

Pieredze, mācot studentiem zinātnisko pētījumu tehnoloģiju, kā vienu no iespējamajiem mācību metožu variantiem piedāvā šādu pieeju:

6.-9.klasē - pētnieciskās darbības elementu apguve;

10.-11.klase - zinātniskās izpētes tehnoloģijas holistisks pētījums.

Nav šaubu, ka starp pamatskolas skolēniem vienmēr būs bērni ar augst intelektuālais līmenis, kuri līdz 7.-9.klasei varēs veikt holistisko bioloģisko pētījumu, tomēr tādu bērnu ir ļoti maz.

Apmācība zinātniskās un populārzinātniskās literatūras analīzē

6. – 8. klasē skolēniem ieteicams mācīt strādāt ar informāciju no zinātniskās un populārzinātniskās literatūras. Šādam darbam ir pieci varianti (atbilstoši sarežģītības pakāpei): 1) kartotēkas skapis (anotāciju komplekts); 2) enciklopēdiskā uzziņa; 3) atskaite; 4) abstrakts; 5) aptaujas analīze.

Uzreiz jāsaka par darba apjomu. Diemžēl skolotāji bieži pārvērtē prasības attiecībā uz skolēnu atskaišu apjomu. Informatīvā darba apjoms ir stingri jāierobežo, ievērojot principu: vārdu jābūt maz, domām jābūt pieblīvētām. Tiem, kuri par to šaubās, var atgādināt, ka A. Einšteina doktora disertācija par speciālo relativitātes teoriju tika prezentēta tikai 25 lappusēs. Un tas laikā, kad šādas disertācijas tika rakstītas vismaz uz 150-200 lapām.

Kartes fails ir kartīšu komplekts, kas apkopo raksta vai grāmatas saturu. Mācīšanās sastādīt kartotēku jāsāk ar mācību grāmatas tekstiem. Aptuvenais anotācijas izklāsts var būt šāds: 1) teksta nosaukums; 2) teksta galvenās domas; 3) fakti, argumenti un pieredze galveno ideju atbalstam; 4) pretrunas starp argumentiem; 5) problēmas (informācijas trūkums vai trūkums par kaut ko). Kartītes apjoms ir ne vairāk kā puse A4 lapas (900 rakstzīmes).

enciklopēdiskā atsauce ir kartīšu kolekcija par izvēlētu tēmu. Enciklopēdiskās uzziņas apjoms ar katru gadu pieaug.

Ziņot ir teksts, kurā salīdzināti divi vai vairāki zinātnieku viedokļi, pētījumu rezultāti par izvēlētu tēmu. Pirmajā apmācību posmā ir iespējams sastādīt elementārus ziņojumus, pamatojoties uz enciklopēdijas vai interneta materiāliem (tas ir vairāk informatīvs ziņojums, nevis ziņojums). Ziņojuma galvenais mērķis ir salīdzināt dažādus viedokļus un meklēt iespējamās pretrunas. Pārskata apjoms ir ne vairāk kā 3 lappuses.

abstrakts atšķiras no ziņojuma ar to, ka, pamatojoties uz dažādu zinātnieku viedokļu salīdzinājumu par izvēlēto tēmu, referāta autors formulē problēmas (pretrunas) un izvirza hipotēzes to risinājumiem. Šī darba forma ir novērtēta augstāk par atskaiti. Kopsavilkuma apjoms ir ne vairāk kā 5 lappuses.

Pārskata analīze- tas ir kopsavilkums, kurā ir izklāstīti galvenie zinātniskie viedokļi, pētījumu rezultāti par noteiktu tēmu, tiek veikta to salīdzinošā analīze, formulētas problēmas (pretrunas) un izvirzītas hipotēzes. Pārskata analīzes apjomu vēlams ierobežot līdz 7–10 lappusēm.

Mācīšanās formulēt problēmas, tās risināt un ģenerēt hipotēzes

Šo lielo un diezgan sarežģīto sadaļu mēs detalizēti aplūkosim otrajā un trešajā lekcijā.

Novērojumu, mērījumu, eksperimentu mācīšana

Tie ir tradicionāli bioloģiskās izpētes elementi. Šo studiju metožu apmācība notiek programmas laboratorijas un praktisko darbu ietvaros. Tomēr ir nepieciešams veikt vienu būtisku papildinājumu izgudrojuma problēmu risināšanas teorijai (TRIZ, vairāk par TRIZ nākamajās lekcijās). Mērījumi jāveic saskaņā ar šādiem noteikumiem.

1. Lai precīzi noteiktu sistēmas stāvokli, ir nepieciešams konsekventi mērīt visas tās izmaiņas.

2. Ja nav iespējams izmērīt pašas sistēmas parametrus, tad to var izdarīt uz tās kopijas vai atbilstoša modeļa.

3. Ja sistēmas parametru mērīšana rada būtiskas grūtības, tad vēlams sistēmu mainīt tā, lai nebūtu nepieciešams šos parametrus mērīt.

4. Mērījumu precizitāti var uzlabot, salīdzinot sistēmu ar vienu vai vairākiem standartiem, kuru parametri ir zināmi.

Mācību pētnieciskā darba plānošana 8.-11.klasē

Pētījuma plānošana tiek saprasta kā īpaša radošo uzdevumu sērija studentiem, kuras izpildot viņi raksta piedāvātā pētījuma plāna aprakstu. Šo darbu vēlams uzsākt jau 8. klasē. Vidusskolā šim darbam jābūt obligātai skolēnu izglītojošās aktivitātes sastāvdaļai.

Šeit ir daži šādu uzdevumu piemēri.

1. Izveidojiet plānu savas skolas apkārtnes vides stāvokļa izpētei, kā indikatorus izmantojot kokus, ķērpjus, sugu sastāvu un lakstaugus.

2. Saskaņā ar dažiem datiem, aptaukošanās cilvēkiem ir ģenētiska slimība nevis iracionāla dzīvesveida sekas. Izstrādājiet pētījumu plānu, lai noteiktu patiesos aptaukošanās cēloņus.

3. Zinātnieki ir atklājuši, ka ar cilvēka sirds darbu nepietiek, lai sūknētu asinis pa ķermeni. Izveidojiet plānu pētījumam, kas zinātniekiem bija jāveic.

Pētījumu vēlams plānot skolēnu grupās vai pāros. Šīs formas, īpaši grupu forma, nodrošina optimālu saziņas organizāciju starp studentiem.

Šīs problēmas risināšanai studentiem var piedāvāt sekojošu algoritmu, kas ir tikai viens no iespējamiem pētījuma plānošanas algoritmiem.

1. Nosakiet pētījuma mērķi: kāds rezultāts ir sagaidāms pētījuma gaitā? Kāda ir pētījuma praktiskā nozīme?

2. Noteikt pētījuma mērķus un metodes – darba posmu secību mērķa sasniegšanai.

3. Formulēt pētījuma problēmu - grūtības, kas jānovērš, informācijas trūkums vai trūkums par pētījuma mērķi.

4. Formulējiet pētījuma hipotēzi (hipotēzes) - pieņēmumu par iespējamo problēmas risināšanas veidu.

5. Sacerēt Īss apraksts informācija, kas jāiegūst no zinātniskās literatūras, lai izveidotu problēmsituācijas teorētisko modeli.

6. Izveidojiet novērojumu, eksperimentu un mērījumu aprakstu, kas jāveic hipotēzes (hipotēžu) pārbaudei.

7. Kādi būs secinājumi no pētījuma rezultātiem?

Studiju plānošanas piemērs

Zinātnieki ir atklājuši, ka tikai 10% cilvēka šūnu DNS regulāri darbojas uz proteīnu sintēzi. Kādi pētījumi bija nepieciešami, lai zinātnieki izdarītu šādu secinājumu? Plānojiet to.

Mēs plānojam pētījumu pēc šāda algoritma.

1. Pētījuma mērķis ir noteikt regulāri strādājošo gēnu apjomu un sastāvu attiecībā pret kopējo gēnu apjomu. Pētījuma praktiskā jēga slēpjas daudzos aspektos, piemēram, izpratnē, kuri gēni intensīvi strādā un, iespējams, ātrāk nolietojas un kā tas ietekmē cilvēka mūža ilgumu. Vēl viena iespēja ir mēģināt atrast mehānismu gēnu darba regulēšanai, īpaši izslēdzot tos gēnus, kuru darbība noteiktā vecuma periodā ir nevēlama.

2. Pētījuma mērķi:

1) zinātniskās literatūras analīze: zinātniskajā literatūrā atrod informāciju par gēnu darbību;

2) eksperimentālie pētījumi gēnu ekspresijas noteikšanai (olbaltumvielu noteikšanai tiks izmantotas ķīmiskās metodes);

3) eksperimentālo pētījumu rezultātu salīdzināšana ar zinātniskajā literatūrā pieejamajiem datiem.

3. Pētījuma problēma - nepieciešams iegūt precīzu informāciju par darba intensitāti un regulāri strādājošo cilvēka gēnu sastāvu viņa dzīves laikā.

4. Hipotēžu var būt daudz, bet mēs aprobežojamies ar vienu: cilvēkā regulāri nedarbojas visi gēni, bet tikai daļa no tiem, kas nodrošina normālas dzīves uzturēšanai nepieciešamo olbaltumvielu sintēzi. Vēlams, lai studenti izvirzītu daudzas hipotēzes, bet turpmākos pētījuma soļus ieteicams plānot, balstoties uz vienu hipotēzi, kurai studenti dos priekšroku. Pētījuma plānošanu citām hipotēzēm var ieteikt kā mājasdarbs vai uzdevums kursa padziļinātai apguvei (diferencēšanai).

5. No zinātniskās literatūras nepieciešams iegūt šādu informāciju: kuri gēni un cik intensīvi strādā, kuri gēni tiek ieslēgti tikai noteiktā periodā, kuri strādā pastāvīgi. Salīdzināt informāciju no dažādiem zinātniskiem avotiem, formulēt pretrunas problemātisku jautājumu veidā.

6. Eksperimenti ietver sintezēto olbaltumvielu noteikšanu izolētos cilvēka ķermeņa audos, savukārt turpmākai salīdzināšanai vēlams atlasīt dažādus audus. Ir nepieciešams noteikt, kuras olbaltumvielas tiks sintezētas. Turklāt audu paraugi ir jāņem no dažāda vecuma cilvēkiem, lai novērtētu ar vecumu saistītās izmaiņas gēnu ekspresijā.

7. Secinājumos jāiekļauj vispārinājumi, pamatojoties uz katra darba posma (uzdevumu) rezultātiem, eksperimentālo rezultātu un teorētiskā modeļa salīdzinājums, iegūto rezultātu atbilstības hipotēzei novērtējums un turpmāko pētījumu perspektīvu formulēšana.

Izdarīsim dažus secinājumus par šo lekcijas daļu. 6.-7.klasēs sākas skolēnu sākotnējā apmācība pētnieciskajā tehnoloģijā. Anotāciju kartīšu, enciklopēdisko atsauču, referātu, tēžu sagatavošanu plāno skolotājs, pamatojoties uz tēmu saturu un papildu literatūras pieejamību. Analītiskus pārskatus ieteicams veikt vidusskolā. Praktiskie un laboratorijas darbi, eksperimenti un mērījumi klasē un mājās ļauj apgūt pētnieciskās prakses elementāras iemaņas.

Sākot no 8. klases, vēlams iekļaut uzdevumus bioloģisko pētījumu plānošanai. Sākotnēji kā vispārinoši darbi par divām vai trim tēmām, lai skolēniem būtu iespēja izvēlēties. Lai to izdarītu, studentiem tiek piedāvātas vairākas tēmas. 10.-11.klasē šādus uzdevumus vēlams iekļaut katras tēmas saturā gan mācību stundās, gan mājasdarbos.

Studentu apguve pētījumu plānošanā ļauj atsevišķiem studentiem laika gaitā pāriet uz reālu pētījumu. Šo izvēli veic paši skolēni, un visbiežāk tā attiecas uz pētījumiem par vides un vides tēmām, kā arī par bērnu un pieaugušo dzīvesveida problēmām un tā ietekmi uz veselību. Jaunākie darbi tiek veikti ar anketu, testēšanas un citu sociometrisko metožu palīdzību.

Jautājumi un uzdevumi

1. Ieteikt tēmas un uzrakstīt aprakstu, kā ar skolēniem pārrunāt zinātniskās pētniecības specifiku.

2. Vai ir pareizi teikt, ka strīdā dzimst patiesība? Daži zinātnieki saka, ka strīdā patiesība nedzimst, bet patiesības meklējumos tiek norādītas tikai pretrunas. Kam ticēt? Kāpēc?

3. Jauns un ambiciozs zinātnieks stingri noteica, ka līdz 30 gadu vecumam viņam vienkārši jāsaņem Nobela prēmija par atklājumu, ko viņš noteikti izdarīs. Vai ir iespējams iepriekš plānot šādu atvēršanu? Vai jūs varētu man pastāstīt plānošanas noslēpumu?

4. Izveidojiet plānu, lai izpētītu veģetārā uztura ietekmi uz cilvēka veselību.

5. Izstrādāt metodoloģiju, kā mācīt studentus plānot pētījumus, izmantojot nepārtrauktas pašizglītības ietekmes uz cilvēka mūža ilgumu problēmas izpētes plāna sastādīšanas piemēru.

Literatūra papildu lasīšanai

1. Altšullers G.S. Atrodi ideju.- Novosibirska: Nauka, 1986. - 209 lpp.

2. Babansky Yu.K. Mācību procesa intensifikācija // Bioloģija skolā. - 1987. - Nr.1. – P. 3–6.

3. Klarin M.V. Inovācijas pasaules pedagoģijā: uz izpēti balstīta mācīšanās, rotaļas un diskusijas. (Ārvalstu pieredzes analīze.) - Rīga, SPC "Eksperiments", 1995. - 176 lpp.