Есть такая тема в федеральной рабочей программе для углублённого изучения биологии в 10-11 классах, значит будет она и у меня на канале.
Моих коллег, а также учеников, а также всех погружённых в биологию, в конце статьи ожидает подарок - авторская презентация "Методы науки биологии". Кстати, поскольку общие методы у всех естественных наук одинаковы, презентация может пригодиться и для ознакомления с методами физики, и с методами химии.
Итак, вперёд! А пойдём мы с вами, подобно Шерлоку Холмсу, путём дедукции: от общего к частному.
Поэтому вот вам сразу же схема:
А теперь - подробности.
1. Частные методы биологии
Частные методы характерны только для биологии, не ищите их у других наук. А иногда они применяются даже только в отдельных биологических дисциплинах.
Покажу несколько примеров частных биологических методов, используемых генетиками (ну, конечно, генетиками, канал-то как называется? 😀):
- гибридизация = скрещивание организмов для изучения наследования их признаков в потомстве;
- мутагенез = намеренное провоцирование мутаций для получения генетического многообразия;
- генеалогический метод = метод построения родословных для определения характера и вероятности наследования признака.
Про частные методы я рассказывать не буду. Формата статьи для этого точно не хватит, тут нужно было бы издать несколько солидных томов. Моя задача - рассказать о методах общих, применяемых в любой естественной науке, и в биологии, в том числе.
2. Общие методы
2.1. Практические (эмпирические) методы
2.1.1. Наблюдение
Это самый первый научный метод в истории человечества. Его применяли ещё те учёные, которые примерно вот так выглядели:
А современные их коллеги продолжают вести наблюдение:
Сегодня при наблюдении на помощь органам чувств приходят приборы: глазам помогают микроскопы и телескопы, ушам - сверхчувствительная акустика, ну и тому подобное.
2.1.2. Эксперимент
Он бывает разным:
Чуть подробнее расскажу про компьютерное моделирование. Правда для того, чтобы в нём разбираться, нужно быть скорее математиком-программистом, а не биологом, но я попробую.
Этот цифровой (назову его так) эксперимент проводится в четыре этапа:
1. Комплексное исследование биологической системы (система может быть любой по уровню сложности, от молекулы до биосферы).
2. Представление системы в виде отдельных блоков (каждый блок соответствует одному из компонентов системы, главное в этом деле - ни один компонент не потерять).
3. Выстраивание данных блоков в виде дифференциальных уравнений (про это меня не спрашивайте, не объясню).
4. Компьютерная обработка полученных данных.
И вот после этого в получившейся программе можно изменить один из показателей, чтобы посмотреть, к чему это приведёт. Таким-то образом эксперимент переносится в цифровое поле и позволяет предсказать последствия вмешательства человека в ту или иную экосистему ещё до того, как начнётся процесс "наламывания дров". Кстати, сегодня ни один из экологических проектов не проводится без предварительного компьютерного моделирования и прогнозирования. Так в моей Вологодской области удачно были акклиматизированы ценные пушные звери ондатры и исчезающие зубры. В своё время у переселенцев в Австралию на этапе акклиматизации ими кроликов подобного метода в арсенале не было. И к чему это привело, знаете? Если нет, не знаете, напишите мне в комментариях - расскажу.
2.1.3. Измерение
С измерением, я думаю, всё понятно:
А вот в моей презентации, ссылка на которую вас ждёт ниже, рассказано ещё и об истории измерительных приборов. Для расширения кругозора.
2.1.4. Описание
В жизни любого учёного наступает такой момент, когда всё то, что он пронаблюдал-наизмерял-наэкспериментировал, требуется зафиксировать, то есть сохранить информацию об этом. Вот тут-то он и начинает изо всех сил применять данный метод - описание. Поначалу (при зарождения науки в обществе наших доисторических предков) для фиксации научной информации хватало ушей собеседника, что неизбежно приводило к потере некоторой степени корректности на этапе её сохранения и передачи в последующий приёмник. Не лишённые художественных способностей индивидуумы примерно тогда же пошли дальше и начали использовать ещё уголёк из костра и стены своего жилища:
Позднее учёный люд значительно расширил способы фиксации информации:
С практическими методами разобрались, переходим к другим - теоретическим. Для применения каждого из них требуются способности к логическому мышлению.
2.2. Теоретические (логические) методы
2.2.1. Сравнение
Это интеллектуальная деятельность низшего уровня. Для неё необходимо всего лишь найти сходство между объектами и их различия.
Неспособность к сравнению нашим предкам могла стоить жизни. Вот два гриба. Как можно обойтись без метода сравнения и проигнорировать их отличия? Съешь один - обогатишься ценным высококачественным белком, другой - отправишься к пра-пра-пра-праучёным...
2.2.2. Анализ
Говорят, лица мужского пола к нему особенными наклонностями отличаются, потому-то в детские свои годы неоднократно уличены бывают в поломке игрушек. Не ломали они, а анализировали состав, разбирая объект на отдельные компоненты. Анализ - это и есть разделение целого на составные части.
2.2.3. Синтез
А вот это уже восприятие объекта в его целостности, когда все запчасти-органы-системы действуют согласованно, выполняя единую задачу. Психологи отмечают способность женского пола быстрее мужского переходить к синтезу, не зацикливаясь на анализе.
Анализ и синтез не могут друг без друга. Это два процесса-метода друг друга сменяющие и вытекающие один из другого. Этакие единство и борьба противоположностей, ассимиляция и диссимиляция, мужское и женское.
2.2.4. Метаанализ
Самый молодой из всех методов. Дата его рождения - примерно 90-е годы прошлого века. Если коротко, суть его - статистическое объединение результатов нескольких исследований.
Он позволяет получить более точные и надежные выводы, чем при анализе отдельных научных трудов.
Иногда результаты отдельных исследований противоречивы или неоднозначны, в такой ситуации без метаанализа не обойтись. Именно метаанализ выявит общие закономерности, которые могут быть скрыты при анализе каждой научной работы по отдельности.
Этапы метаанализа:
1. Постановка цели.
2. Поиск исследований, соответствующих заданной цели.
3. Оценка и выбор исследований.
4. Извлечение данных.
5. Анализ данных (расчет средних значений, стандартных отклонений и т.д.).
6. Интерпретация результатов (конечные выводы).
7. Публикация в научном журнале или представление на научной конференции.
Конкретный пример метаанализа: в 2013 году возникла необходимость оценить эффективность антидепрессантов в лечении депрессии. Для этого и был проведен метаанализ 17-ти клинических исследований, в которых в общей сложности участвовало более 3700 пациентов. Эффективность антидепрессантов была подтверждена.
2.2.5. Систематизация (классификация)
Умение раскладывать всё по полочкам. Находить всякой вещи своё место. Приводить в систему.
Посмотрите на ту схему, что я выложила на иллюстрации сразу под Шерлоком Холмсом с его дедукцией. Она отражает мои способности к систематизации-классификации.
Систематика - биологическая дисциплина, построенная на данном методе. Она разделила живую природу на группы и нашла каждой группе её место для удобства работы с огромным объёмом информации о живой природе. Дисциплина эта сейчас очень серьёзно изменяется. Ревизия представлений о таксонах (систематических группах) такая, что никакой школьный учебник за ними не успеет. И мы успевать не будем пытаться пока там всё не утрясётся.
А вот картинку, которая хотя бы одним глазком позволит взглянуть на труды нынешних систематиков, я вам покажу. В схеме показана система животных на уровне типов:
"Клады/клэды" (не с драгоценностями) вместо типов-классов-отрядов-семейств - вот новое систематическое понятие, которое, возможно, придётся освоить будущим школьникам. Элементы кладистики встретились даже в заданиях ОГЭ этого года:
А отчего это так заштормило систематику? Причина в развитии генетики. Расшифровываются геномы всё новых и новых видов организмов. А именно генетическая близость (а не сходство в строении зубов или там пестиков-тычинок) - на сегодняшний день главный критерий близости систематической.
2.2.6. Обобщение
Ну вот мы и добрались до самого сложного интеллектуального умения. Оно же - последний метод биологической науки, о котором я расскажу.
В презентации "Методы биологической науки", ссылку на которую я, как и обещала, сейчас даю, по каждому виду научного обобщения приведены примеры.
Презентация эта является интерактивным плакатом. Работать с ней можно только на персональном компьютере, смартфон не подойдёт.
Скачайте презентацию, откройте файл, перейдите в режим демонстрации, а затем следуйте вот этой инструкции:
Ещё о методах биологии, точнее, подробности о постановке и планировании эксперимента (на ЕГЭ это точно пригодится!):
