Что такое научный факт в биологии определение

Научные методы исследования в биологии

Вопрос 1. Какова основная цель науки?
Основная цель науки — изучить и познать окружающий мир.

Вопрос 2. Что такое научный метод? В чем его основной принцип?
Научный метод — совокупность основных способов получения новых знаний и методов решения задач в рамках любой науки. Основной принцип научного метода — ничего не воспринимать на веру. Любое утверждение либо опровержение чего-либо следует проверить.

Вопрос 4. Какой факт может считаться научным?
Научный факт — это результат, полученный в ходе неоднократных наблюдений и экспериментов. Научный факт является отправной точкой научного исследования. На основании научных фактов определяются свойства и закономерности явлений, выводятся теории и законы.

Вопрос 6. Какова роль прикладных и фундаментальных исследований в науке?
Фундаментальные и прикладные исследования различаются, прежде всего, по своим целям и задачам. Фундаментальные научные исследования позволяют понять законы, которые лежат в основе развития природы.
При рассмотрении прикладных исследований и наук нередко делается акцент на вопросах приложения научных результатов к решению вполне определенных технических и технологических проблем. Основная задача этих исследований рассматривается как непосредственная разработка тех или иных технических систем и процессов. Разработка прикладных наук связана с решением практических задач, имеет в виду потребности практики. Так, биологические знания являются базой для практических достижений в медицине, сельском хозяйстве, промышленности, решении экологических проблем.

Источник

ГДЗ биология 5 класс Пасечник С бабочкой Дрофа 2020 Линейный курс Задание: 3 Методы исследования в биологии

Стр. 25. Вопросы в начале параграфа

№ 1. Что такое наука?

Наука – это целая система знаний, получаемых человеком в результате познавательной деятельности, которые непрерывно возрастают и пополняются. Это область человеческой деятельности, которая направлена на выработку и систематизацию полученных объективных знаний о происходящем в окружающем мире.

№ 2. Какие методы исследования вы знаете?

Методами исследования называют способы и приемы, которые используются для изучения объекта. Я знаю несколько методов исследования:

Анализ (выделение отдельных частей явления и их изучение);

Классификация (группировка явлений по каким-то определенным признакам);

Сравнение (сопоставление двух или более объектов исследования по каким-то определенным признакам);

Наблюдение (отслеживание изменений в состоянии объекта, его реакции на происходящее в окружающей среде);

Измерение (определение численных параметров).

№ 3. Какие приборы, используемые в биологических исследованиях, вам известны?

В биологических исследованиях используют такие приборы, как: электронные и оптические томографы, микроскопы, хроматографы; колбы, мерные цилиндры и пробирки; щипцы, скальпель, препаровальная игла; пипетка; бинокль; весы; секундомер.

Стр. 29. Вопросы после параграфа

№ 1. Какова основная цель науки?

Основная цель науки заключается в том, чтобы максимально изучить окружающий мир, познать все его объекты и их взаимодействие между собой и с окружающей средой.

№ 2. Что такое научный метод? В чём его основной принцип?

Научный метод – это совокупность определенных действий и приемов, которые используются для достижения объективного познания действительности в рамках научно-познавательной деятельности. Основным принципом научного метода является его объективность, которая исключает любое произвольное толкование полученных результатов исследования. Важно, что для максимальной точности нельзя верить «на слово». Любые исследования обязательно проверяются, сравниваются и подтверждаются другими видами исследования.

№ 3. Какие методы исследования в биологии вам известны?

Мне известны такие методы исследования в биологии, как:

Описательный (в основе лежит наблюдение);

Моделирование (основан на построении и изучении моделей).

№ 4. Какой факт можно считать научным?

Научным можно считать только тот факт, который прошел проверку на истинность несколькими методами исследования.

№ 5. Что такое научное наблюдение?

Научное наблюдение – это процесс преднамеренного получения специфической информации об объекте или явлении при помощи органов чувств. В процессе наблюдения только фиксируются результаты, а влияние на процесс исключается.

№ 6. Что изучает фенология?

Фенология – это наука, которая занимается изучением влияния сезонных явлений на поведение и жизнедеятельность растений и животных.

Стр. 29. Подумайте

В средствах массовой информации неоднократно сообщалось о так называемом снежном человеке, приводились рассказы очевидцев о встречах с ним, зарисовки и фотографии якобы его следов и даже самого снежного человека. Было организовано несколько экспедиций для поиска снежного человека. Но до сих пор никто не смог представить ни живого снежного человека, ни его останков, ни каких-то других неопровержимых доказательств его существования.

Почему, несмотря на многочисленные свидетельства очевидцев, существование снежного человека не может быть признано научным фактом?

Потому что при изучении объектов живой природы обязательно применяются разные методы научных исследований, начиная от наблюдения, и заканчивая описательным, сравнительным и т.д. Чтобы факт существования снежного человека был признан научным фактом, он должен пройти проверку на истинность несколькими методам исследования. А так как на сегодняшний день никаких данных, предметов или останков снежного человека учеными не было изучено, то и его существование остается под вопросом.

Стр. 29. Задание

Выучите и строго выполняйте правила поведения в кабинете биологии.

К правилам поведения в кабинете биологии относятся:

Запрещено начинать работу без разрешения учителя.

Точно выполнять указания учителя при выполнении практических и лабораторных работ.

Остерегаться падения и опрокидывания приборов и оборудования с рабочего стола.

Использовать специальные приспособления (держатели) при нагревании жидкостей в пробирках.

Соблюдать осторожность при использовании острых предметов и лабораторного оборудования.

Защищать глаза, не вдыхать пары испаряемых веществ.

Следить за чистотой стола и приводить его в порядок после завершения всех работ.

Стр. 30. Задание для любознательных

Проведите фенологические наблюдения за изменениями, происходящими в жизни растений осенью

1. Понаблюдайте, у каких растений происходит изменение окраски листьев, какова она у разных растений (рис.14).

2. Выясните, у каких растений листья остаются зелёными до заморозков.

До заморозков остаются зелеными листья у вяза, акации, сирени, черемухи, жимолости. У ольхи они остаются зелеными и начинают чернеть только после заморозков. Интересно, что у осины листья начинают опадать еще с зеленой окраской. Поэтому не редко можно видеть, как начинают желтеть листья только тогда, когда часть дерева уже обнажена.

3. Определите, как долго длится листопад у разных растений.

Согласно моим наблюдениям, продолжительность листопада у разных растений отличается. Например, у тополя этот период занимает 3 недели, а у липы всего 2 недели. У березы период опадения листьев занимает около 2 месяцев, у дуба и клёна – приблизительно 3 – 4 недели.

4. Регулярно записывайте в тетрадь все изменения в жизни растений.

5. Сравните результаты своих наблюдений с результатами наблюдений других учащихся класса. Обсудите их. Сделайте выводы.

Результаты моих наблюдений, конечно же, отличаются от результатов наблюдений, которые проводили мои одноклассники. Например, длительность листопада у тополя, за которым наблюдение вел я, составляла 3 недели. А вот длительность листопада у тополя, за которым наблюдал мой одноклассник, составила всего 2,5 недели.

Вывод:

Сравнивая результаты, можно увидеть, что время наступления листопада, а также его длительность у одних и тех же видов растений отличается. Это зависит не только от сорта растений, но и от погодных условий. Значимыми являются также состояние самого растения, степень освещенности территории, на которой оно растет.

Источник

Определение научного факта

Научный факт — это форма научного знания, фиксирующая достовер­ные данные, установленные в процессе научного познания.

В отличие от факта в широком понимании (как синонима реальности вообще), научный факт обладает следующими специфическими свойствами:

1. Методологическая контролируемость. Это означает, что фактуальное знание принято как достоверное тогда и только тогда, когда оно полу­чено и проверено приемлемым с точки зрения научной методологии спо­собом.

2. Теоретическая значимость. Это означает, что фактуальное знание изначально имеет для исследователей теоретический смысл и интерес. Для учёных важен не любой факт сам по себе, а факт значительный, не­тривиальный.

3. Онтологическая универсальность. Факт, отобранный наукой из непрерывного «потока» окружающей нас действительности, не замкнут в своём единичном содержании, которое всегда связано с бесчис­ленной массой сопутствующих случайностей и несущественных инди­видуальных подробностей. Научный факт репрезентативен в том смысле, что он репрезентирует всегда больше, чем содержится в не­посредственном единичном наблюдении или испытании.

Он представ­ляет собой целый класс (потенциально бесконечный) ситуаций и эф­фектов подобного же типа. Или, иными словами, он типичен; если он получен в какой-то конкретной научной лаборатории, то может и дол­жен быть воспроизводим не только в ней, но и в любой лаборатории. Факт содержит в себе некую устойчивую структуру, которая собствен­но и может быть воспроизведена. Он экстраполируем на неограни­ченную совокупность тождественных, однородных, изоморфных случаев, в которых соблюдены необходимые условия, относящиеся к существу этого факта.

Все три свойства научного факта взаимосвязаны: теоретически значи­мым является лишь то, что методологически подконтрольно и универ­сально, а методологический контроль как раз и направлен на обеспечение универсальности и, следовательно, теоретической значимости.

В отличие от научного факта, факт в обыденном, вненаучном понима­нии (факт повседневной жизни) не подлежит жёсткому методологическо­му контролю (в большинстве случаев мы, как правило, вообще не задаём­ся вопросом, как получено то или иное знание, принимая его просто на веру); обыденный факт представляет интерес лишь для той или иной сферы повседневной практики, берётся в определённой перспективе жизненного мира и обычно имеет индивидуальный характер (насыщен массой единичных и случайных деталей, имеет ситуационно-обусловлен­ные и неповторимые черты и т.п.).

Рассмотренные особенности научного факта показывают, что он име­ет сложную природу. Он как бы находится на пересечении различных со­ставляющих научного познания: так, на содержание факта оказывают влияние и теоретические представления, и допущения, и логические нор­мы, и конкретные методологические предписания, и результаты научных дискуссий (например, различного рода соглашения), и философские принципы. Научный факт не следует понимать как непосредственную реальность в несколько наивном смысле. Напротив, научный факт являет­ся особого рода конструктом: факты, которыми оперирует научное по­знание, специальным образом обработаны, «очищены».

Уже непосред­ственно в ходе наблюдения или эксперимента исследователь оценивает и упорядочивает эмпирический материал, производит «отсев» фактов и их «очистку» от случайных примесей, отбирая наиболее репрезентативные, существенные данные, перепроверяя сомнительные результаты; при этом он следит за поддержанием стандартных условий испытаний, устанавли­вает связи между переменными, производит обобщения и т.п. Таким образом, правильное «производство» опытного факта — предмет постоянной заботы исследователя-эмпирика в ходе его познавательных интеракций с природой.

Если же мы взглянем на генезис факта ещё более широко, то обнару­жим, что на формирование факта оказывает воздействие весьма обширный спектр опосредующих моментов: и языковые, и категориальные (впервые описанные И. Кантом), и когнитивно-психологические, и социокультур­ные (например, стиль мышления), и инструментально-технические (отно­сительность к средствам наблюдения) составляющие.

Роль фактов в научном познании

Научный факт является я результатом научного познания (т.е. резуль­татом процесса установления факта), и исходным основанием для теоре­тической деятельности. Как известно, важнейшая роль факта в науке состо­ит в том, что он является базисом для разработки научных теорий, для проведения теоретических рассуждений. Подобно тому как любая дискус­сия должна начинаться с какой-то исходной почвы, разделяемой участни­ками, так и научные теоретические рассуждения основываются, прежде всего на исходном фактуальном материале.

Вообще говоря, научная дис­куссия — это всегда обсуждение фактов, преломлённое порой в очень сложных, специфических теоретических системах; кстати, саму процедуру использования фактов в научных рассуждениях именуют эмпирической аргументацией. И.П. Павлов называл факты «воздухом учёного». Действи­тельно, вся научная деятельность концентрируется вокруг поиска, установ­ления, подтверждения, интерпретации, объяснения, предсказания фактов.

Например, даже математика нуждается в собственном фактуальном базисе, в специфическом опыте Л. Брауэр, основатель интуиционистско­го направления в математике, подчёркивает в согласии с некоторыми идеями И. Канта, что математик мыслит на основе определённого рода интуиции, позволяющей ему работать с особой предметностью математи­ческих объектов и связанных с ними фактов.

Итак, научный факт — твёрдая почва познания.

Факт в структуре научного знания

При дальнейшем изучении положения фактов в научном познании об­наруживаются существенные сложности. Факт далеко не так прозрачен, как это кажется на первый взгляд; затруднения, которые может вызвать эта тема (и неоднократно вызывала в действительности), связаны со следующим. Надо чётко понимать, что то, как выглядит факт в конкретной теоретической системе и какую роль он в ней играет, не означает, что это и есть его абсолютное, окончательное и неизменное во всех теоретических системах свойство.

Разберём это несколько подробнее. Итак, относительно научной тео­рии факт выступает как её базис; он функционирует в ней как:

Это означает, что в рамках данной теории мы можем менять гипоте­зы, по-иному формулировать проблемы, выдвигать различные объясне­ния, пытаться связывать один и тот же факт различными внутритеоретическими взаимоотношениями, спорить о его смысле — но при всем этом сам факт (если он уже принят именно как имеющий статус факта) не подвергается сомнению и оспариванию, не может придумываться или предполагаться учёным, не может изменяться и исправляться.

Факты — это, как говорилось выше, твёрдая почва теоретического мышления. Сказанное касается и взаимоотношения различных теорий между собой; они могут совершенно по-разному интерпретировать одни и те же фак­ты, давать им чуть ли не противоположный смысл, но при этом факт для тех теорий, которые согласны между собой насчёт его статуса факта, сохраняет инвариантность относительно объясняющих теорий. Факт имеет межтеоретическое значение, ведёт самостоятельное существо­вание;

Это означает, что в рамках данной теории факт выступает как её концептуальный элемент. С логической стороны он представлен в тео­ретической системе как некое единичное суждение, обладающее устой­чивым позитивным значением. Если, скажем, в теоретических рассуж­дениях гипотезы могут состоять между собой во взаимоисключающем отношении (или отношении альтернативности), то, фактуальные суж­дения всегда только совместимы друг с другом.

То же касается отно­шения факта и гипотезы: если фактуальное и гипотетическое суждения противоречат друг другу, то в процессе рассуждения будет отвергнуто суждение, имеющее статус гипотетического, и сохранено суждение, имеющее статус фактуального. Суждение-гипотеза не имеет статуса самостоятельного истинностного атома, его значение всегда предвари­тельное, поэтому гипотеза как вводима в контекст теоретической сис­темы, так и устранима из него; факт же не обладает таким свойством. Факты — неустранимые элементы теории, теория не может их игнори­ровать или отбрасывать; она лишь «надстраивается» над ними.

Таковы логические свойства фактуальных утверждений внутри теории.

Но это только часть картины. Важно также понимать, что свои логи­ческие свойства факт приобретает именно внутри теории (иными слова­ми, теоретический каркас в логическом смысле первичен относительно фактов). Вне какого-либо теоретического контекста бессмысленно гово­рить о том, что факт инвариантен и элементарен. Попытки абсолютизиро­вать внутритеоретические свойства факта как его «свойства вообще» при­водили к различным сложностям.

1. Кажется привлекательным придать фактам некое абсолютное, внетеоретическое значение, как бы статус реальности самой по себе. С этой точки зрения факты порождены некоторым непосредственным столкновением субъекта с реальностью. Такое представление бытовало в неопозитивистском периоде философии науки. Фактуальные утверж­дения, напомним, понимались там как «протокольные высказывания» (см. § 1.4). Установленные факты с позиций неопозитивизма абсолютно инвариантны, элементарны и теоретически нейтральны. Они представ­ляют собой независимый внетеоретический базис теорий. Однако, как уже обсуждалось, эта точка зрения несостоятельна. В чисто эмпириче­ских утверждениях содержатся неустранимые теоретические компо­ненты.

2. Другой вариант непонимания взаимосвязи фактов и теоретиче­ского контекста связан с монотеоретической абсолютизацией факта. С этой точки зрения предполагалось, что факт может быть интерпрети­рован и исчерпывающе объяснён только в одной, единственно истин­ной теории. Поэтому, грубо говоря, если мы видим, что теория противо­речит каким-то фактам, необходимо сразу же отбрасывать данную теорию и искать другую, адекватную им. Однако это методологиче­ское предписание (характерное для концепции К. Поппера) расходится с действительным ходом научного познания.

Монотеоретический под­ход ошибочно представляет научное познание как некую единствен­ную теорию, непрерывно растущую на фактуальном базисе. Но на са­мом деле все гораздо сложнее. Теоретический контекст той или иной предметной области может включать в себя некоторую совокупность теорий различного уровня и назначения. Фактуальные утверждения могут фигурировать одновременно сразу в нескольких подобного рода теориях. Есть теория интерпретативная, которая даёт фактам некую исходную интерпретацию, придавая им собственно фактуальный ста­тус, и есть теория объясняющая, которая даёт им собственно теорети­ческое объяснение.

Заслуга в опровержении монотеоретического подхода во многом при­надлежит Имре Лакатосу (1922-1974). И. Лакатос показывает, что когда мы видим «столкновение теории и факта», на самом деле речь идёт о взаимоотношении двух теорий — исходной и объясняющей; но их отноше­ние не является неизменным. Например, теория более высокого уровня сама может интерпретировать факты, т.е. судить их и в случае расхож­дения с собственными положениями отбрасывать (скажем, придавая им статус несущественных аномалий, артефактов и т.п.).

Это, конечно, су­щественно осложняет процесс прямой проверки теории фактами. Если одна теория расценивает опытные данные как неоспоримый факт и при­даёт им соответствующие логические функции, то за рамками данной теории оказывается возможным увидеть, что научный факт — это лишь определённый конструкт; поэтому другая теория вполне может разобрать его на части, оспорить и т.п.

Таким образом, ход научного познания представляет собой достаточ­но замысловатую игру различных теоретических уровней, концепций и контекстов. В ходе теоретического продвижения сам фактуальный ба­зис приобретает вид некоторой многослойной структуры. Так, из первич­ных фактов нижних эмпирических уровней в ходе осмысления получают­ся факты более высокого порядка и вновь подвергаются дальнейшей интерпретации. В результате этого образуются целые иерархии фактов (и объемлющих их теоретических систем), своеобразные концептуаль­ные «лестницы». Это характерно и для естественных, и для гуманитарных наук.

Важно понимать, что в этом процессе ничто не может быть априор­но расценено как абсолютно неоспоримое. Одна теория, исходная, может подавать базисные факты для дальнейшего объяснения более высоким уровням, но другая может оценивать их и обесценивать, например, игно­рировать как несущественные или отбрасывать как ошибочные, лишая их самого фактуального статуса.

Вообще говоря, ничего нельзя знать зара­нее относительно обнаруженных фактов. Мы в общем случае не знаем, в какой ситуации та или иная эмпирическая находка получит статус науч­ного факта (и, следовательно, войдёт в теоретический контекст как, инва­риантный логический элемент), а когда будет отклонена, все решают конк­ретные обстоятельства и содержательные соображения. Поэтому, кстати, учёный должен проявлять (и проявляет) определённую бдительность по отношению к результатам эмпирических исследований.

Итак, научный факт не имеет своей абсолютной сущности вне теорети­ческой системы; он получает собственно фактуальный статус (и прису­щие ему логические свойства) всегда только в каком-либо теоретическом контексте и в результате сложных внутритеоретических и межтеоретиче­ских проверок.

Источник

Современные методы исследований в биологии

Материалы по современным методам исследований в биологии, её разделах и смежных дисциплинах

Рисунок: Основные ветви биологии.

В настоящее время биология условно разделяется на две большие группы наук.

Биология организмов: науки о растениях (ботаника), животных (зоология), грибах (микология), микроорганизмах (микробиология). Эти науки изучают отдельные группы живых организмов, их внутреннее и внешнее строение, образ жизни, размножение и развитие.

Общая биология: молекулярный уровень (молекулярная биология, биохимия и молекулярная генетика), клеточный (цитология), тканевой (гистология), органы и их системы (физиология, морфология и анатомия), популяции и природные сообщества (экология). Иными словами, общая биология изучает жизнь на различных уровнях.

Биология тесно связана с другими естественными науками. Так, на стыке между биологией и химией появились биохимия и молекулярная биология, между биологией и физикой – биофизика, между биологией и астрономией – космическая биология. Экология, находящаяся на стыке биологии и географии, в настоящее время часто рассматривается как самостоятельная наука.

Задачи студентов по учебному курсу Современные методы биологических исследований

1. Ознакомление с разнообразными методами исследований в различных областях биологии.

Решение и отчётность:
1) Написание обзорного учебного реферата по методам исследования в различных областях биологии. Минимальные требования к содержанию реферата: описание 5 методов исследования по 1-2 страницы (шрифт 14, интервал 1,5, поля 3-2-2-2 см) на каждый метод.
2) Предоставление доклада (желательно в виде презентации) по одному из современных методов биологии: объём 5±1 страница.
Ожидаемые результаты обучения:
1) Поверхностное знакомство с широким набором методов исследований в биологии.
2) Углубленное понимание одного из методов исследования и передача этого своего знания студенческой группе.

2. Проведение обучающего учебно-научного исследования от постановки цели до выводов с применением необходимых требований к оформлению научного отчёта об исследовании.

Решение:
Получение первичных данных на лабораторных занятиях и в домашних условиях. Допускается проведение части подобного исследования во внеаудиторное время.

3. Знакомство с общими методами исследования в биологии.

Решение:
Лекционный курс и самостоятельная работа с источниками информации. Доклад на примере фактов из истории биологии: объём 2±1 страница.

4. Применение полученных знаний, умений и навыков для проведения и оформления собственного исследования в виде НИРС, курсовой работы и/или выпускной квалификационной работы.

Определение понятий

Методы исследования — это способы достижения цели исследовательской работы.

Научный метод — это совокупность приёмов и операций, используемых при построении системы научных знаний.

Научный факт — это результат наблюдений и экспериментов, который устанавливает количественные и качественные характеристики объектов.

Современная биология использует объединение методологических подходов, она использует «единство описательно-классифицирующего и объяснительно-номотетического подходов; единство эмпирических исследований с процессом интенсивной теоретизации биологического знания, включающим его формализацию, математизацию и аксиоматизацию» [Ярилин А.А. «Золушка» становится принцессой, или Место биологии в иерархии наук. // «Экология и жизнь» №12, 2008. С. 4-11. С.11].

Задачи методов исследования:

1. «Усиление естественных познавательных способностей человека, а также их расширение и продолжение».

2. «Коммуникативная функция», т.е. посредничество между субъектом и объектом исследования [Аршинов В.И. Синергетика как феномен постнеклассической науки. М.: Ин-т философии РАН, 1999. 203 с. С.18].

Общие методы исследований в биологии

Наблюдение

Наблюдение — это исследование внешних признаков и видимых изменений объекта на протяжении определённого промежутка времени. Например, наблюдение за ростом и развитием проростка.

Наблюдение – это отправной пункт всякого естественнонаучного исследования.

В биологии это особенно хорошо заметно, так как объект её изучения – человек и окружающая его живая природа. Уже в школе на уроках зоологии, ботаники, анатомии детей учат проведению самых простых биологических исследований путём наблюдения за ростом и развитием растений и животных, за состоянием собственного организма.

Наблюдения могут быть прямыми или косвенными, они могут вестись с помощью технических приспособлений или без таковых. Так, орнитолог видит птицу в бинокль и может слышать её, а может фиксировать прибором звуки вне слышимого человеческим ухом диапазона. Гистолог наблюдает с помощью микроскопа зафиксированный и окрашенный срез ткани. А для молекулярного биолога наблюдением может быть фиксация изменения концентрации фермента в пробирке.

Важно понимать, что научное наблюдение, в отличие от обыденного, есть не простое, но целенаправленное изучение объектов или явлений: оно ведётся для решения поставленной задачи, и внимание наблюдателя не должно рассеиваться. Например, если стоит задача изучить сезонные миграции птиц, то мы будем замечать сроки их появления в местах гнездования, а не что-либо иное. Таким образом, наблюдение — это избирательное выделение из действительности определенной части, иначе говоря, аспекта, и включение этой части в изучаемую систему.

В наблюдении важна не только точность, аккуратность и активность наблюдателя, но и его непредвзятость, его знания и опыт, правильный выбор технических средств. Постановка задачи предполагает также наличие плана наблюдений, т.е. их планомерность. [Кабакова Д.В. Наблюдение, описание и эксперимент как основные методы биологии // Проблемы и перспективы развития образования: материалы междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2011 г.).Т. I. Пермь: Меркурий, 2011. С. 16-19.].

Описательный метод

Описательный метод — это фиксирование наблюдаемых внешних признаков объектов исследования с выделением существенного и отбрасыванием несущественного. Этот метод стоял у истоков биологии, как науки, но ее развитие было бы невозможно без применения других методов исследования.

Описательные методы позволяют вначале описывать, а затем анализировать явления, происходящие в живой природе, сравнивать их, находя определённые закономерности, а также обобщать, открывать новые виды, классы и прочее. Описательные методы начали использоваться ещё в древности, но на сегодняшний день не утратили своей актуальности и широко применяются в ботанике, этологии, зоологии и т. д.

Сравнительный метод

Сравнительный метод — это исследование сходства и различия в строении, протекании жизненных процессов и поведении различных объектов. Например, сравнение особей разного пола, приндлежащих к одному биологическому виду.

Позволяет изучать объекты исследования путём их сравнения между собой или с другим объектом. Позволяет выявлять сходства и различия живых организмов, а также их частей. Полученные данные дают возможность объединять исследованные объекты в группы по признакам сходства в строении и происхождении. На основе сравнительного метода, например, строится систематика растений и животных. Этот метод использовался также при создании клеточной теории и для подтверждения теории эволюции. В настоящее время он применяется практически во всех направлениях биологии.

Этот метод утвердился в биологии в XVIII в. и оказался очень плодотворным в решении многих крупнейших проблем. С помощью этого метода и в сочетании с описательным методом были получены сведения, позволившие в XVIII в. заложить основы систематики растений и животных (К. Линней), а в XIX в. сформулировать клеточную теорию (М. Шлейден и Т. Шванн) и учение об основных типах развития (К. Бэр). Метод широко применялся в XIX в. в обосновании теории эволюции, а также в перестройке ряда биологических наук на основе этой теории. Однако использование этого метода не сопровождалось выходом биологии за пределы описательной науки.
Сравнительный метод широко применяется в разных биологических науках и в наше время. Сравнение приобретает особую ценность тогда, когда невозможно дать определение понятия. Например, с помощью электронного микроскопа часто получают изображения, истинное содержание которых заранее неизвестно. Только сравнение их со светомикроскопическими изображениями позволяет получить желаемые данные.

Исторический метод

Позволяет выявить закономерности образования и развития живых систем, их структур и функций, сопоставлять их с ранее известными фактами. Данный метод, в частности, успешно использовался Ч. Дарвином для построения его эволюционной теории и способствовал превращению биологии из описательной науки в науку объясняющую.

Во второй половине XIX в. благодаря работам Ч. Дарвина исторический метод поставил на научные основы исследование закономерностей появления и развития организмов, становления структуры и функций организмов во времени и пространстве. С введением этого метода в биологии произошли значительные качественные изменения. Исторический метод превратил биологию из науки чисто описательной в науку объясняющую, которая объясняет, как произошли и как функционируют многообразные живые системы. В настоящее время исторический метод, или «исторический подход» стал всеобщим подходом к изучению явлений жизни во всех биологических науках.

Экспериментальный метод

Эксперимент — это проверка верности выдвинутой гипотезы с помощью целенаправленного воздействия на объект.

Эксперимент (опыт) – искусственное создание в контролируемых условиях ситуации, которая помогает выявить глубоко скрытые свойства живых объектов.

Экспериментальный метод исследования явлений природы связан с активным воздействием на них путем проведения опытов (экспериментов) в контролируемых условиях. Этот метод позволяет изучать явления изолированно и достигать повторяемости результатов при воспроизведении тех же условиях. Эксперимент обеспечивает более глубокое, чем другие методы исследования, раскрытие сущности биологических явлений. Именно благодаря экспериментам естествознание в целом и биология частности дошли до открытия основных законов природы.
Экспериментальные методы в биологии служат не только для проведения опытов и получения ответов на интересующие вопросы, но и для определения правильности сформулированной в начале изучения материала гипотезы, а также для её корректировки в процессе работы. В двадцатом столетии данные способы исследования становятся ведущими в этой науке благодаря появлению современного оборудования для проведения опытов, такого как, например, томограф, электронный микроскоп и прочее. В настоящее время в экспериментальной биологии широко используются биохимические приёмы, рентгеноструктурный анализ, хроматография, а также техника ультратонких срезов, различные способы культивирования и многие другие. Экспериментальные методы в сочетании с системным подходом расширили познавательные возможности биологической науки и открыли новые дороги для применения знаний практически во всех сферах деятельности человека.

Вопрос об эксперименте как одной из основ в познании природы, был поставлен ещё в XVII в. английским философом Ф. Бэконом (1561-1626). Его введение в биологию связано с работами В. Гарвея в XVII в. по изучению кровообращения. Однако экспериментальный метод широко вошел в биологию лишь в начале XIX в., причем через физиологию, в которой стали использовать большое количество инструментальных методик, позволявших регистрировать и количественно характе- ризовать приуроченность функций к структуре. Благодаря трудам Ф. Мажанди (1783-1855), Г. Гельмгольца (1821-1894), И.М. Сеченова (1829-1905), а также классиков эксперимента К. Бернара (1813-1878) и И.П. Павлова (1849-1936) физиология, вероятно, первой из биологических наук стала экспериментальной наукой.
Другим направлением, по которому в биологию вошел экспериментальный метод, оказалось изучение наследственности и изменчивости организмов. Здесь главнейшая заслуга принадлежит Г. Менделю, который, в отличие от своих предшественников, использовал эксперимент не только для получения данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы, формулируемой на основе получаемых данных. Работа Г. Менделя явилась классическим образцом методологии экспериментальной науки.

Метод моделирования

Моделирование основывается на таком приёме, как аналогия — это умозаключение о сходстве объектов в определенном отношении на основе их сходства в ряде иных отношений.

Модель — это упрощённая копия объекта, явления или процесса, заменяющая их в определённых аспектах.

Модель – это то, с чем более удобно работать, то есть то, что легче увидеть, услышать, запомнить, записать, обработать, передать, наследовать, с чем легче экспериментировать, по сравнению с объектом моделирования (прототипом, оригиналом).
Каркищенко Н.Н. Основы биомоделирования. — М.: ВПК, 2005. — 608 с. С. 22.

Моделирование — это, соответственно, создание упрощённой копии объекта, явления или процесса.

1) создание упрощённых копий объектов познания;

2) исследование объектов познания на их упрощённых копиях.

Моделирование (в широком смысле) – это основной метод исследования во всех областях знаний. Методы моделирования используются для оценок характеристик сложных систем и принятия научно обоснованных решений в разных сферах человеческой деятельности. Существующую или проектируемую систему можно эффективно исследовать с помощью математических моделей (аналитических и имитационных) с целью оптимизации процесса функционирования системы. Модель системы реализуется на современных компьютерах, которые в этом случае выступают в качестве инструмента экспериментатора с моделью системы.

Моделирование позволяет изучать какой-либо процесс или явление, а также направления эволюции путём воссоздания их в виде более простого объекта при помощи современных технологий и оборудования.

Теория моделирования – теория замещения объекта-оригинала его моделью и исследования свойств объекта на его модели [15].
Моделирование – метод исследования, основанный на замене исследуемого объекта-оригинала его моделью и на работе с ней (вместо объекта) [7, 15].
Модель (объекта-оригинала) (от лат. modus – «мера», «объем», «образ») – вспомогательный объект, отражающий наиболее существенные для исследования закономерности, суть, свойства, особенности строения и функционирования объекта-оригинала [7].
Когда говорят о моделировании, обычно имеют в виду моделирование некоторой системы.
Система – совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных для реализации общей цели, обособленная от окружающей среды и взаимодействующая с ней как целостное целое и проявляющая при этом основные системные свойства. В [7] выделено 15 основных системных свойств, к которым относятся: эмергентность (эмерджентность); цельность; структурированность; целостность; подчиненность цели; иерархичность; бесконечность; эргатичность; открытость; необратимость; единство структурной устойчивости и неустойчивости; нелинейность; потенциальная многовариантность актуальных структур; критичность; непредсказуемость в критической области.
При моделировании систем используют два подхода: классический (индуктивный), сложившийся исторически первым, и системный, получивший развитие в последнее время [7, 15].

Классический подход. Исторически первым сложился классический подход к изучению объекта, моделированию системы. Реальный объект, подлежащий моделированию, разбивается на подсистемы, выбираются исходные данные (Д) для моделирования и ставятся цели (Ц), отражающие отдельные стороны процесса моделирования. По отдельной совокупности исходных данных ставится цель моделирования отдельной стороны функционирования системы, на базе этой цели формируется некоторая компонента (К) будущей модели. Совокупность компонент объединяется в модель.
Т.о. происходит суммирование компонент, каждая компонента решает свои собственные задачи и изолирована от других частей модели. Применим подход только для простых систем, где можно не учитывать взаимосвязи между компонентами. Можно отметить две отличительные стороны классического подхода: 1) наблюдается движение от частного к общему при создании модели; 2) созданная модель (система) образуется путем суммирования отдельных ее компонент и не учитывает возникновение нового системного эффекта.

Системный подход – методологическая концепция, основанная на стремлении построить целостную картину изучаемого объекта с учетом важных для решаемой задачи элементов объекта, связей между ними и внешних связей с другими объектами и окружающей средой. С усложнением объектов моделирования возникла необходимость их наблюдения с более высокого уровня. В этом случае разработчик рассматривает данную систему как некоторую подсистему более высокого ранга. Например, если ставится задача проектирования АСУ предприятия, то с позиции системного подхода нельзя забывать, что эта система является составной частью АСУ объединением. В основе системного подхода лежит рассмотрение системы как интегрированного целого, причем это рассмотрение при разработке начинается с главного – формулировки цели функционирования. Важным для системного подхода является определение структуры системы – совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие.

Существуют структурные и функциональные подходы к исследованию структуры системы и ее свойств.

При структурном подходе выявляются состав выделенных элементов системы и связи между ними.

При функциональном подходе рассматриваются алгоритмы поведения системы (функции – свойства, приводящие к достижению цели).

Виды моделирования

Методы моделирования

1. Натурное моделирование – эксперимент на самом исследуемом объекте, который при специально подобранных условиях опыта служит моделью самого себя.
2. Физическое моделирование – эксперимент на специальныхустановках, сохраняющих природу явлений, но воспроизводящих явления в количественно измененном масштабированном виде.
3. Математическое моделирование – использование моделей пофизической природе, отличающихся от моделируемых объектов, ноимеющих сходное математическое описание. Натурное и физическоемоделирование можно объединить в один класс моделей физического подобия, так как в обоих случаях модель и оригинал одинаковы пофизической природе.

Методы моделирования можно классифицировать на три основные группы: аналитические, численные и имитационные [8, 15, 18].

1. Аналитические методы моделирования. Аналитические методы позволяют получить характеристики системы как некоторые функции параметров ее функционирования. Таким образом, аналитическая модель представляет собой систему уравнений, при решении которой получают параметры, необходимые для расчета выходных характеристик системы (среднее время обработки задания, пропускную способность и т.д.). Аналитические методы дают точные значения характеристик системы, но применяются для решения только узкого класса задач. Причины этого заключается в следующем. Во-первых, вследствие сложности большинства реальных систем их законченное математическое описание (модель) либо не существует, либо еще не разработаны аналитические методы решения созданной математической модели. Во-вторых, при выводе формул, на которых основываются аналитические методы, принимаются определенные допущения, которые не всегда соответствуют реальной системе. В этом случае от применения аналитических методов приходится отказываться.

3. Имитационные методы моделирования. С развитием вычислительной техники широкое применение получили имитационные методы моделирования для анализа систем, преобладающими в которых являются стохастические воздействия.
Суть имитационного моделирования (ИМ) заключается в имитации процесса функционирования системы во времени, с соблюдением таких же соотношений длительности операций как в системе оригинале. При этом имитируются элементарные явления, составляющие процесс, сохраняется их логическая структура, последовательность протекания во времени. В результате применения ИМ получают оценки выходных характеристик системы, которые необходимы при решении задач анализа, управления и проектирования.

В основу классификации видов моделирования можно положить различные признаки [7, 8, 15, 18]. В зависимости от характера изучаемых процессов в системе моделирование может быть разделено на детерминированное и стохастическое; статическое и динамическое; дискретное и непрерывное.
Детерминированное моделирование применяется для исследования систем, поведение которых можно абсолютно точно предвидеть. Например, путь, пройденный автомобилем, при равноускоренном движении в идеальных условиях; устройство, возводящее в квадрат число и т.п. Соответственно в этих системах протекает детерминированный процесс, который адекватно описывается детерминированной моделью.

Стохастическое (теоретико-вероятностное) моделирование применяется для исследования системы, состояние которой зависит не только от контролируемых, но и от неконтролируемых воздействий или в ней самой есть источник случайности. К стохастическим системам относятся все системы, которые включают человека, например, заводы, аэропорты, вычислительные системы и сети, магазины, предприятия бытового обслуживания и т.п.
Статическое моделирование служит для описания систем в какой-либо момент времени.

Дополнительные материалы:

Математические методы

Корреляционный анализ. Факторный анализ. Регрессионный анализ. Ряды динамики (временные ряды). Количественные методы классификации.

Дополнительные материалы к математическим методам

Теоретический (системный метод)

Между всеми перечисленными методами нельзя проводить строгую границу. Применяемые в сочетании друг с другом, они дают возможность более полно и эффективно исследовать живые системаы, а также устанавливать закономерности их возникновения, развития и функционирования.

Источник