Научное познание в биологии - Учебник БИОЛОГИЯ 10—11 классы

Постановка проблемы урока

Обыватель:Я знаю, какими методами пользуются биологи. Они считают пестики и тычинки, определяют бабочек и смотрят в микроскоп.

Биолог:Это поверхностное мнение. Биологи используют все основные научные методы, видоизменяя их для решения своих специальных задач.

• Попытайтесь определить проблему урока. Сравните свой вариант с авторским на с. 396.

Необходимые базовые знания

• Что такое наука? Чем занимается биология? (§ 1)

• Какие методы научного познания вам известны? (Биология, 5-9 класс, жизненный опыт)

Решение проблемы

Что изучает наука

• Какие особенности отличают научный взгляд на окружающий мир?

Каждый предмет, каждое явление имеют объективное (рациональное) и субъективное (эмоциональное) содержание. Наука занимается только объективной стороной окружающего мира, в котором события объединены причинно-следственными связями. Поскольку одна причина всегда ведёт к одному и тому же следствию (в одинаковых условиях, разумеется), критерием истинности выявленных взаимосвязей служит их повторяемость. Поэтому учёных интересуют только воспроизводимые явления. По отношению к уникальным событиям (таким, как чудо Воскресения Христа) наука бессильна. Они познаются субъективно — через этику, религию, искусство.

Наука беспристрастна. Она исследует мир, открывает его законы и находит им применение. Благодаря ей человек занял особое место в биосфере, его численность измеряется миллиардами. Он создал всё: отэффективныхлекарств и мобильного телефона до ядерной бомбы. Однако наш мир до сих пор не взорван и не отравлен только из-за высокого духовного развития человека, которое не позволяет ему использовать открытия науки во вред.

В науке каждый факт должен быть тщательно изучен, результаты исследований неоднократно проверены, а предположения доказаны. Важнейшая черта научных знаний — их воспроизводимость, т.е. то, что открыл один исследователь, может быть воспроизведено и проверено другими. Это требование налагает строгие ограничения на методы получения научных знаний.

Метод наблюдения

• При каких условиях наблюдение обладает научной ценностью?

Воснове научного знания лежитнаблюдение.Основной его принцип — “смотреть и видеть”. Смотрят все, но нужен опытный глаз учёного, чтобы выделить воспроизводимое явление и условия его осуществления.

Многие путешественники смотрели на коралловые острова, но только Ч. Дарвин “увидел” механизм их образования, который выдержал проверку временем.

Наблюдение само по себе ещё не метод. Оно становится методом тогда, когда сопровождается описанием всех существенных черт объекта. Поэтому метод наблюдения иначе называют описательным.

Первые учёные, получившие возможность использовать электронный микроскоп, увидели мир, в котором нет ни одного известного объекта. Только после многократного наблюдения и тщательного описания повторяющихся геометрических фигур они смогли соотнести увиденное со своими представлениями о микромире.

Как видим, описание должно быть настолько точным, чтобы с его помощью при повторном наблюдении можно было отличить тот же самый объект от другого. Только тогда наблюдение обладает научной ценностью.

Сравнительный метод

• Почему ни один биолог не может обойтись без сравнительного метода?

Сравнениемназывают такое сопоставление двух объектов, при котором выявляются черты их сходства и различия по качественным и количественным признакам. Сходство — это не что иное, как повторяемость признака (хотя бы у двух объектов). Наука занимается только повторяющимися явлениями, поэтому сравнение — это, как ни удивительно, основной метод исследования.

2.1. На этом рис. XVII века видно, что большая часть скелета птицы и человека состоит из гомологичных костей

Особое развитие этот метод получил благодаря сравнительной анатомии. Г Л Блестящий палеонтолог Ж. Кювье, убеждённый сторонник Божественного / сотворения мира, в начале XIX в. путём научного сравнения ископаемых животных, сам того не желая, пришёл к выводу об изменяемости организмов.

Исторический метод

• Как этот метод позволяет изучать прошлое?

Этот метод (его также называют сравнительно-историческим) с помощью сравнения позволяет выявлять общее и особенное в исторических явлениях, определять этапы и направления их развития. По существу, это метод реконструкции событий прошлого, свидетелем которых не мог быть исследователь, а в естественных науках — как правило, никто из людей. В космологии, геологии и палеонтологии, это часто события, свидетелями которых не мог быть никто из людей.

Реконструкция осуществляется по следам (остаткам) событий прошлого и их предполагаемым современным следствиям. В самом деле, если прошлое не имело ничего общего с настоящим, то оно не может быть реконструировано. Создавая реконструкцию, учёные исходят из допущения, что раньше действовали те же законы природы, что и сейчас. Это допущение известно, как принцип актуализма: “Настоящее — ключ к познанию прошлого”. Оно сформулировано английским геологом Ч. Лайелем (1797-1875).

Основываясь на ископаемых остатках скелетов, местах находок и данных о распространении природных зон в прошлом, российский зоолог В.О. Ковалевский (1842 — 1883) реконструировал эволюционный путь целого семейства млекопитающих.

Впоследствии его методы получили широкое применение.

События далёкого прошлого (например, происхождение жизни) реконструировать труднее, поскольку современные условия сильно отличаются от условий, существовавших тогда. Невольно напрашивается вопрос: зачем нам знать прошлое, которого нынче нет и на которое мы даже повлиять не можем? Ответ даёт принцип причинности: причина предшествует следствию. Прошлое надо знать, чтобы иметь возможность влиять на следствия этого прошлого в современности и в будущем.

2.2. Палеонтологический ряд лошадей

Экспериментальный метод

• В чём преимущество экспериментального метода по сравнению с другими?

Экспериментиспользуют для подтверждения гипотезы ~ предположения, основанного на косвенных наблюдениях. Тщательно спланированный эксперимент включает две серии испытаний, которые различаются только одним: в опытной серии есть причина для проявления закономерности, а в контрольной — нет.

Например, на основании того, что большинство гусениц окрашено под цвет листьев, можно предполагать, что покровительственная окраска спасает их от поедания птицами. Предложим птице найти среди зелёных листьев гусениц с различной окраской: да, зелёные гусеницы дольше остаются не съеденными. Гипотеза получила подтверждение, но означает ли это, что она доказана? Пока ещё нет: возможно, зелёные гусеницы для этой птицы уступают по пищевым качествам. Возможно, в прошлом опыте она привыкла к пище другого цвета.

Прежде чемгипотезабудет доказана и превратится в теорию, экспериментатор должен много раз повторить испытания и убедиться, что опыт отличается от контроля только по одному признаку. Наконец, он должен провести новые эксперименты, чтобы распространить свой вывод на все классы объектов, связанных закономерностью (например, различные виды птиц и гусениц на различном фоне). Разнообразие биологических объектов очень велико, поэтому выявленные биологические закономерности обычно называют не законами, а правилами. Несмотря на это, многие из них имеют весьма устойчивый характер и пригодны для обоснованных предположений.

Метод моделирования

• Когда моделирование становится необходимым для исследователя?

Этот метод особенно важен в тех случаях, когда непосредственное исследование объекта затруднено его недоступностью: удалённостью, слишком крупными или микроскопическими размерами, слишком большой или малой длительностью. Особенно часто моделирование применяется тогда, когда изучаемый объект, процесс или явление невозможно отделить от других, взаимосвязанных и происходящих одновременно с ним, природных процессов.

2.3. Модель структуры ДНК

Примерами моделей могут служить вещественные модели макромолекул; логические модели экологических кризисов прошлого;расчёты биохимических превращений, изменения численности популяций, поведения животных и многие другие.

Идеальная модель должна содержать все существенные свойства моделируемых объектов и процессов, которыми они обладают в соответствии с теоретическими представлениями. Такая модель фактически представляет собой мысленный эксперимент, который должен показать правдоподобие выдвигаемой гипотезы о взаимодействии природных объектов не на них самих, а на искусственных копиях, обладающих теми же свойствами.

Обобщение новых знаний

Наука изучает повторяющиеся события и причинно-следственные связи между ними. Только тот метод, который позволяет повторить любое исследование и получить объективный результат, не зависящий от личности исследователя, является научным. Биология использует все основные методы научного познания с учётом особенностей изучения свойств живого. Основные из них - разнообразие и сложность объектов; не последовательное, а одновременное действие многих закономерностей. Сравнение, выделение общего и наиболее существенного - характерная черта биологических исследований. Применение научных методов в биологии привело к господству идеи развития в естествознании.

Методы: наблюдение, сравнение, исторический метод, эксперимент, моделирование.Гипотеза. Теория. Правило

Применение знаний

1. Какие методы научного познания используют биологи?

2. В чём преимущества и недостатки каждого метода науки?

3. Какие методы науки применяются в биологии чаще, чем в других естественныхи общественных науках?

4. Можно ли считать экспериментальный метод самым важным методом познания?