Natrag naprijed
Pažnja! Pregledi slajdova služe samo u informativne svrhe i možda neće predstavljati sve značajke prezentacije. Ako ste zainteresirani za ovaj rad, preuzmite punu verziju.
Ciljevi:
- Stvoriti ideje o znanosti kao najvažnijem području ljudskog djelovanja.
- Upoznati učenike sa značajkama i raznolikošću metoda upoznavanja živih bića.
- Osnovni pojmovi: znanstvena činjenica, znanstvena metoda, metode bioloških znanosti (deskriptivna, komparativna, povijesna, eksperimentalna).
Sredstva obrazovanja: prezentacija, razni uređaji ili njihovi dijagrami.
Koraci lekcije
I. Provjera znanja i vještina.
Frontalni razgovor o problemima.
1) Koje pravce u razvoju biologije možete istaknuti?
2) Koji su veliki znanstvenici antike dali značajan doprinos razvoju bioloških spoznaja?
3) Zašto se u srednjem vijeku o biologiji kao znanosti moglo govoriti samo uvjetno?
4) Zašto se moderna biologija smatra složenom znanošću?
5) Koja je uloga biologije u suvremenom društvu?
II. Učenje novog gradiva.
1. Učiteljeva priča s elementima razgovora o znanosti kao jednoj od sfera ljudske djelatnosti, njezinim ciljevima i metodama; o obilježjima znanstvenih spoznaja, znanstvenih činjenica.
Znanost je jedna od sfera ljudske djelatnosti, čija je svrha proučavanje i poznavanje okolnog svijeta. Znanstvena spoznaja zahtijeva izbor određenih predmeta istraživanja, problema i metoda za njihovo proučavanje. Svaka znanost ima svoje metode istraživanja. No, bez obzira koje se metode koristile, najvažnije načelo za svakog znanstvenika ostaje “Ne uzimajte ništa zdravo za gotovo”. Glavna zadaća znanosti je izgraditi sustav pouzdanog znanja temeljenog na činjenicama i generalizacijama koje je moguće potvrditi ili opovrgnuti. Znanstvena spoznaja stalno se dovodi u pitanje i prihvaća se samo kada postoji dovoljno dokaza. Znanstvena činjenica je samo onaj koji se može reproducirati i potvrditi.
Znanstvena metoda je skup tehnika i operacija koje se koriste u izgradnji sustava znanstvenog znanja.
Cjelokupna povijest razvoja biologije jasno pokazuje da je bio određen razvojem i primjenom novih istraživačkih metoda.
2. Glavne metode istraživanja koje se koriste u biološkim znanostima su:
- Promatranje
- Opis
- Sistematizacija
- Usporedba
- Eksperiment
- Analitička metoda
- Povijesna metoda
- Modeliranje
Razgovor o ovim metodama uz elemente samostalnog rada učenika uz proučavanje teksta udžbenika (2. odjeljak, str. 10-11) i uz korištenje prezentacije.
Bilježenje u bilježnice karakteristika istraživačkih metoda u biologiji.
Završni razgovor o fazama znanstvenog istraživanja. Unaprijed pripremljen učenik može govoriti o tim fazama, prikupljati činjenice, postavljati hipotezu, provoditi eksperimente, formulirati teoriju s određenim pravilima i zakonitostima.
III. Sažimanje lekcije tijekom općeg razgovora:
O zadacima i ciljevima znanosti
O važnosti metoda za razvoj biološke znanosti
O najvećoj rasprostranjenosti eksperimentalne metode
O primjeni metode modeliranja i sl.
IV. Domaća zadaća:
Proučite odlomak 2. Odgovorite na pitanja na stranici 11. Izvršite jedan od zadataka na stranici 12.
Dodatne informacije.
Neki znanstvenici provode ozbiljna istraživanja u potrazi za živim organizmima koji su još uvijek nepoznati i nepriznati od strane službene znanosti, poput reliktnog hominida kojeg često nazivaju Bigfoot. Ove studije čine osnovu nove grane biološke znanosti - kriptozoologije.
Kratki opis:
Sazonov V.F. Suvremene metode istraživanja u biologiji [Elektronički izvor] // Kinesiologist, 2009-2018: [web stranica]. Datum ažuriranja: 22.02.2018..__.201_). Materijali o suvremenim metodama istraživanja u biologiji, njezinim granama i srodnim disciplinama.
Materijali o suvremenim metodama istraživanja u biologiji, njezinim granama i srodnim disciplinama
Crtanje: Osnovne grane biologije.
Trenutno je biologija konvencionalno podijeljena u dvije velike skupine znanosti.
Biologija organizama: znanosti o biljkama (botanika), životinjama (zoologija), gljivama (mikologija), mikroorganizmima (mikrobiologija). Ove znanosti proučavaju pojedine skupine živih organizama, njihovu unutarnju i vanjsku građu, način života, razmnožavanje i razvoj.
Opća biologija: molekularna razina (molekularna biologija, biokemija i molekularna genetika), stanična (citologija), tkivna (histologija), organi i njihovi sustavi (fiziologija, morfologija i anatomija), populacije i prirodne zajednice (ekologija). Drugim riječima, opća biologija proučava život na različitim razinama.
Biologija je usko povezana s drugim prirodnim znanostima. Tako su se na spoju između biologije i kemije pojavile biokemija i molekularna biologija, između biologije i fizike - biofizika, između biologije i astronomije - svemirska biologija. Ekologija, smještena na sjecištu biologije i geografije, danas se često smatra samostalnom znanošću.
Zadaće studenata za kolegij Suvremene metode bioloških istraživanja
1. Upoznavanje s nizom istraživačkih metoda u različitim područjima biologije.
Odluka i izvješćivanje:
1) Pisanje preglednog edukativnog eseja o metodama istraživanja u različitim područjima biologije. Minimalni zahtjevi za sadržaj sažetka: opis 5 istraživačkih metoda, 1-2 stranice (font 14, prored 1,5, margine 3-2-2-2 cm) za svaku metodu.
2) Izrada izvješća (po mogućnosti u obliku prezentacije) o jednoj od suvremenih metoda biologije: obujam 5±1 stranica.
Očekivani ishodi učenja:
1) Površno poznavanje širokog spektra istraživačkih metoda u biologiji.
2) Produbljeno razumijevanje jedne od metoda istraživanja i prijenos tog znanja na studentsku grupu.
2. Provođenje obrazovnog i znanstvenog istraživanja od postavljanja cilja do zaključaka koristeći potrebne uvjete za izradu znanstvenog izvješća o istraživanju.
Riješenje:
Dobivanje primarnih podataka u laboratorijskoj nastavi i kod kuće. Dopušteno je dio takvih istraživanja provoditi izvan učionice.
3. Uvod u opće metode istraživanja u biologiji.
Riješenje:
Tečaj predavanja i samostalni rad s izvorima informacija. Izvještaj na primjeru činjenica iz povijesti biologije: volumen 2±1 str.
4. Primjena stečenih znanja, vještina i sposobnosti za provođenje i formaliziranje vlastitog istraživanja u obliku istraživačkog rada, kolegijalnog rada i/ili završnog kvalifikacijskog rada.
Definicija pojmova
Metode istraživanja - to su načini postizanja cilja istraživačkog rada.
Znanstvena metoda je skup tehnika i operacija koje se koriste u izgradnji sustava znanstvenog znanja.
Znanstvena činjenica rezultat je promatranja i eksperimenata koji utvrđuju kvantitativne i kvalitativne karakteristike objekata.
Metodološke osnove znanstveno istraživanje je skup metoda znanstvenih spoznaja koje se koriste za postizanje cilja ovog istraživanja.
Opće znanstvene, eksperimentalne metode, metodološke osnove -.
Suvremena biologija koristi kombinaciju metodoloških pristupa, koristi se “jedinstvom deskriptivno-klasifikacijskih i eksplanatorno-nomotetičkih pristupa; jedinstvo empirijskog istraživanja s procesom intenzivne teoretizacije biološkog znanja, uključujući njegovu formalizaciju, matematizaciju i aksiomatizaciju” [Yarilin A.A. “Pepeljuga” postaje princeza, odnosno mjesto biologije u hijerarhiji znanosti. // “Ekologija i život” broj 12, 2008. Str. 4-11. Str.11].
Ciljevi istraživačkih metoda:
1. “Jačanje prirodnih kognitivnih sposobnosti čovjeka, kao i njihovo širenje i nastavak.”
2. “Komunikativna funkcija”, tj. posredovanje između subjekta i objekta istraživanja [Arshinov V.I. Sinergetika kao fenomen post-neklasične znanosti. M.: Institut za filozofiju RAS, 1999. 203 str. Str.18].
Opće metode istraživanja u biologiji
Promatranje
Promatranje - ovo je proučavanje vanjskih znakova i vidljivih promjena na objektu tijekom određenog vremenskog razdoblja. Na primjer, praćenje rasta i razvoja sadnice.
Promatranje je polazište svakog prirodoslovnog istraživanja.
U biologiji je to posebno vidljivo, budući da je predmet njezina proučavanja čovjek i živa priroda koja ga okružuje. Već u školi, na satovima zoologije, botanike i anatomije, djeca se uče provoditi najjednostavnija biološka istraživanja promatrajući rast i razvoj biljaka i životinja te stanje vlastitog tijela.
Promatranje kao metoda prikupljanja informacija kronološki je prva istraživačka tehnika koja se pojavila u arsenalu biologije, odnosno njezine prethodnice, prirodoslovlja. I to ne čudi, budući da se promatranje temelji na ljudskim osjetilnim sposobnostima (osjet, percepcija, reprezentacija). Klasična biologija prvenstveno je promatračka biologija. Ali, ipak, ova metoda nije izgubila svoj značaj do danas.
Promatranja mogu biti izravna i neizravna, mogu se provoditi s tehničkim uređajima ili bez njih. Dakle, ornitolog vidi pticu dalekozorom i može je čuti, ili može uređajem snimiti zvukove izvan dometa ljudskog uha. Histolog promatra fiksirani i obojeni presjek tkiva pomoću mikroskopa. A za molekularnog biologa opažanje može biti bilježenje promjena u koncentraciji enzima u epruveti.
Važno je razumjeti da znanstveno promatranje, za razliku od običnog promatranja, nije jednostavno, već svrhovito proučavanje objekata ili pojava: provodi se kako bi se riješio određeni problem, a pozornost promatrača ne bi trebala biti ometena. Na primjer, ako je zadatak proučavanje sezonskih migracija ptica, tada ćemo uočiti vrijeme njihovog pojavljivanja na gnijezdištima, a ne bilo što drugo. Dakle promatranje je selektivna dodjela od stvarnosti određeni dio, drugim riječima, aspekt i uključivanje ovog dijela u sustav koji se proučava.
U promatranju nije važna samo točnost, točnost i aktivnost promatrača, nego i njegova nepristranost, njegovo znanje i iskustvo te pravilan izbor tehničkih sredstava. Formuliranje problema također pretpostavlja postojanje plana promatranja, tj. njihovo planiranje. [Kabakova D.V. Promatranje, opis i eksperiment kao glavne metode biologije // Problemi i perspektive razvoja obrazovanja: materijali međunarodnog. znanstveni konf. (Perm, travanj 2011.) T. I. Perm: Merkur, 2011. str. 16-19].
Deskriptivna metoda
Deskriptivna metoda - to je bilježenje uočenih vanjskih znakova predmeta proučavanja, isticanje bitnog i odbacivanje nevažnog. Ova je metoda bila u počecima biologije kao znanosti, ali njezin razvoj ne bi bio moguć bez korištenja drugih metoda istraživanja.
Deskriptivne metode omogućuju vam da prvo opišete, a zatim analizirate pojave koje se javljaju u živoj prirodi, usporedite ih, pronalazeći određene obrasce, a također generalizirate, otkrijete nove vrste, klase itd. Deskriptivne metode počele su se koristiti u antičko doba, ali ni danas nisu izgubile na važnosti i naširoko se koriste u botanici, etologiji, zoologiji itd.
Komparativna metoda
Komparativna metoda je proučavanje sličnosti i razlika u građi, tijeku životnih procesa i ponašanju različitih objekata. Na primjer, usporedba jedinki različitog spola koje pripadaju istoj biološkoj vrsti.
Omogućuje proučavanje objekata istraživanja uspoređujući ih međusobno ili s drugim objektom. Omogućuje prepoznavanje sličnosti i razlika između živih organizama, kao i njihovih dijelova. Dobiveni podaci omogućuju kombiniranje proučavanih objekata u skupine na temelju sličnosti u strukturi i podrijetlu. Na temelju komparativne metode gradi se, primjerice, taksonomija biljaka i životinja. Ova je metoda također korištena za stvaranje stanične teorije i potvrđivanje teorije evolucije. Trenutno se koristi u gotovo svim područjima biologije.
Ova je metoda utemeljena u biologiji u 18. stoljeću. i pokazao se vrlo plodonosnim u rješavanju mnogih velikih problema. Ovom metodom i u kombinaciji s deskriptivnom metodom dobivene su informacije koje su u 18.st. postavio temelje taksonomiji biljaka i životinja (C. Linnaeus), a u 19.st. formulirati staničnu teoriju (M. Schleiden i T. Schwann) i nauk o glavnim tipovima razvoja (K. Baer). Metoda je bila široko korištena u 19. stoljeću. u utemeljenju teorije evolucije, kao iu preustroju niza bioloških znanosti na temelju te teorije. Međutim, korištenje ove metode nije popraćeno izlaskom biologije izvan granica deskriptivne znanosti.
Komparativna metoda naširoko se koristi u raznim biološkim znanostima našeg vremena. Usporedba dobiva posebnu vrijednost kada je nemoguće definirati pojam. Na primjer, elektronski mikroskop često proizvodi slike čiji je pravi sadržaj unaprijed nepoznat. Samo njihova usporedba sa svjetlosnim mikroskopskim slikama omogućuje dobivanje željenih podataka.
Povijesna metoda
Omogućuje vam da identificirate obrasce formiranja i razvoja živih sustava, njihove strukture i funkcije te ih usporedite s prethodno poznatim činjenicama. Ovu je metodu posebno uspješno upotrijebio Charles Darwin za izgradnju svoje evolucijske teorije i pridonio transformaciji biologije iz deskriptivne znanosti u znanost koja objašnjava.
U drugoj polovici 19.st. Zahvaljujući djelima Charlesa Darwina, povijesna metoda stavila je na znanstvenu osnovu proučavanje obrazaca izgleda i razvoja organizama, formiranje strukture i funkcija organizama u vremenu i prostoru. Uvođenjem ove metode dogodile su se značajne kvalitativne promjene u biologiji. Povijesna metoda transformirala je biologiju iz čisto deskriptivne znanosti u eksplanatornu znanost, koja objašnjava kako su nastali različiti živi sustavi i kako funkcioniraju. Trenutno je povijesna metoda ili "povijesni pristup" postao univerzalni pristup proučavanju životnih pojava u svim biološkim znanostima.
Eksperimentalna metoda
Eksperiment - ovo je provjera točnosti postavljene hipoteze uz pomoć ciljanog utjecaja na objekt.
Eksperiment (doživljaj) je umjetna tvorevina u kontroliranim uvjetima situacije koja pomaže otkriti duboko skrivena svojstva živih objekata.
Eksperimentalna metoda proučavanja prirodnih pojava povezana je s aktivnim utjecajem na njih provođenjem pokusa (pokusa) u kontroliranim uvjetima. Ova metoda omogućuje proučavanje fenomena u izolaciji i postizanje ponovljivosti rezultata pri reprodukciji istih uvjeta. Eksperiment omogućuje dublji uvid u bit bioloških pojava od ostalih metoda istraživanja. Upravo zahvaljujući pokusima prirodna znanost općenito, a posebno biologija, došla je do otkrića temeljnih zakona prirode.
Eksperimentalne metode u biologiji služe ne samo za provođenje pokusa i dobivanje odgovora na pitanja od interesa, već i za utvrđivanje točnosti hipoteze formulirane na početku proučavanja materijala, kao i za njezino ispravljanje u procesu rada. U dvadesetom stoljeću ove metode istraživanja postale su vodeće u ovoj znanosti zahvaljujući pojavi suvremene opreme za izvođenje pokusa, kao što su, na primjer, tomograf, elektronski mikroskop itd. Trenutno se u eksperimentalnoj biologiji naširoko koriste biokemijske tehnike, analiza rendgenske difrakcije, kromatografija, kao i tehnika ultratankih rezova, različite metode uzgoja i mnoge druge. Eksperimentalne metode u kombinaciji sa sustavnim pristupom proširile su kognitivne mogućnosti biološke znanosti i otvorile nove putove za primjenu znanja u gotovo svim područjima ljudske djelatnosti.
Pitanje eksperimenta kao jednog od temelja spoznaje prirode postavljeno je još u 17. stoljeću. engleski filozof F. Bacon (1561-1626). Njegov uvod u biologiju povezan je s radovima V. Harveya u 17. stoljeću. o proučavanju cirkulacije krvi. Međutim, eksperimentalna metoda je u biologiju široko ušla tek početkom 19. stoljeća, i to kroz fiziologiju, u kojoj se počeo koristiti veliki broj instrumentalnih tehnika koje su omogućile registraciju i kvantitativno karakteriziranje povezanosti funkcija sa strukturom. Zahvaljujući radovima F. Magendiea (1783.-1855.), G. Helmholtza (1821.-1894.), I.M. Sechenov (1829-1905), kao i klasici eksperimenta C. Bernard (1813-1878) i I.P. Pavlova (1849-1936) fiziologija je vjerojatno prva od bioloških znanosti koja je postala eksperimentalna znanost.
Drugi smjer u kojem je eksperimentalna metoda ušla u biologiju bilo je proučavanje nasljeđa i varijabilnosti organizama. Tu glavna zasluga pripada G. Mendelu, koji je, za razliku od svojih prethodnika, koristio eksperiment ne samo za dobivanje podataka o pojavama koje se proučavaju, već i za provjeru hipoteze formulirane na temelju dobivenih podataka. Rad G. Mendela bio je klasičan primjer metodologije eksperimentalne znanosti.
U potvrđivanju eksperimentalne metode korišten je mikrobiološki rad L. Pasteura (1822.-1895.), koji je prvi uveo eksperiment za proučavanje fermentacije i opovrgao teoriju o spontanom nastanku mikroorganizama, a potom i za razvoj cijepljenja protiv zaraznih bolesti. važno. U drugoj polovici 19.st. Nakon L. Pasteura, značajan doprinos razvoju i utemeljenju eksperimentalne metode u mikrobiologiji dali su R. Koch (1843-1910), D. Lister (1827-1912), I.I. Mečnikov (1845.-1916.), D.I. Ivanovski (1864-1920), S.N. Vinogradskog (1856.-1890.), M. Beyernika (1851.-1931.) i dr. U XIX.st. biologija je obogaćena i stvaranjem metodoloških osnova za modeliranje, koje je ujedno i najviši oblik eksperimenta. Izum L. Pasteura, R. Kocha i drugih mikrobiologa o metodama zaraze laboratorijskih životinja patogenim mikroorganizmima i proučavanje patogeneze zaraznih bolesti na njima klasičan je primjer modeliranja koji se prenio u 20. stoljeće. a u naše vrijeme dopunjena modeliranjem ne samo raznih bolesti, već i raznih životnih procesa, uključujući i nastanak života.
Počevši, na primjer, od 40-ih. XX. stoljeća Eksperimentalna metoda u biologiji doživjela je značajna poboljšanja zbog povećanja razlučivosti mnogih bioloških tehnika i razvoja novih eksperimentalnih tehnika. Time je povećana razlučivost genetske analize i niza imunoloških tehnika. U istraživačku praksu uveden je uzgoj somatskih stanica, izolacija biokemijskih mutanata mikroorganizama i somatskih stanica itd. Eksperimentalna metoda počela se naveliko obogaćivati metodama fizike i kemije, koje su se pokazale iznimno vrijednima ne samo kao samostalne metode. , ali i u kombinaciji s biološkim metodama. Na primjer, struktura i genetička uloga DNA razjašnjene su kombiniranom uporabom kemijskih metoda za izolaciju DNA, kemijskih i fizikalnih metoda za određivanje njezine primarne i sekundarne strukture te bioloških metoda (transformacija i genetska analiza bakterija) za dokazivanje njezine ulogu genetskog materijala.
Trenutno se eksperimentalna metoda odlikuje iznimnim mogućnostima u proučavanju životnih pojava. Te su sposobnosti određene upotrebom različitih vrsta mikroskopije, uključujući elektronsku mikroskopiju s tehnikama ultratankih rezova, biokemijske metode, genetsku analizu visoke razlučivosti, imunološke metode, razne metode uzgoja i intravitalno promatranje u kulturama stanica, tkiva i organa , označavanje embrija, in vitro oplodnja, metoda označenog atoma, analiza rendgenske difrakcije, ultracentrifugiranje, spektrofotometrija, kromatografija, elektroforeza, sekvencioniranje, dizajn biološki aktivnih molekula rekombinantne DNA, itd. Nova kvaliteta svojstvena eksperimentalnoj metodi uzrokovala je kvalitativne promjene u modelingu. Uz modeliranje na razini organa, trenutno se razvija modeliranje na molekularnoj i staničnoj razini.
Metoda simulacije
Modeliranje se temelji na takvoj tehnici kao analogija - ovo je zaključivanje o sličnosti predmeta u određenom pogledu na temelju njihove sličnosti u nizu drugih aspekata.
Model - ovo je pojednostavljena kopija objekta, fenomena ili procesa, zamjenjujući ih u određenim aspektima.
Model je nešto s čime je prikladnije raditi, odnosno nešto što je lakše vidjeti, čuti, zapamtiti, snimiti, obraditi, prenijeti, naslijediti i s čime je lakše eksperimentirati, u odnosu na objekt modeliranja (prototip, izvornik).
Karkiščenko N.N. Osnove biomodeliranja. - M.: VPK, 2005. - 608 str. str. 22.
Modeliranje - to je, prema tome, stvaranje pojednostavljene kopije predmeta, pojave ili procesa.
Modeliranje:
1) stvaranje pojednostavljenih kopija objekata znanja;
2) proučavanje predmeta znanja na njihovim pojednostavljenim kopijama.
Metoda simulacije - ovo je proučavanje svojstava određenog objekta proučavanjem svojstava drugog objekta (modela), što je prikladnije za rješavanje istraživačkih problema iu određenoj je korespondenciji s prvim objektom.
Modeliranje (u širem smislu) je glavna metoda istraživanja u svim područjima znanja. Metode modeliranja koriste se za procjenu karakteristika složenih sustava i donošenje znanstveno utemeljenih odluka u različitim područjima ljudske djelatnosti. Postojeći ili projektirani sustav može se učinkovito proučavati pomoću matematičkih modela (analitičkih i simulacijskih) kako bi se optimizirao proces funkcioniranja sustava. Model sustava implementiran je na modernim računalima, koja u ovom slučaju služe kao alat za eksperimentiranje s modelom sustava.
Modeliranje vam omogućuje proučavanje bilo kojeg procesa ili fenomena, kao i smjerova evolucije, rekreirajući ih u obliku jednostavnijeg objekta pomoću suvremenih tehnologija i opreme.
Teorija modeliranja
– teorija zamjene izvornog objekta njegovim modelom i proučavanje svojstava predmeta na njegovom modelu.
Modeliranje
– istraživačka metoda koja se temelji na zamjeni izvornog predmeta koji se proučava njegovim modelom i radu s njim (umjesto s predmetom).
Model
(izvorni objekt) (od latinskog modusa - "mjera", "volumen", "slika") - pomoćni objekt koji odražava najznačajnije uzorke za istraživanje, bit, svojstva, značajke strukture i funkcioniranja izvornog objekta .
Kada ljudi govore o modeliranju, obično misle na modeliranje sustava.
Sustav
– skup međusobno povezanih elemenata ujedinjenih radi postizanja zajedničkog cilja, izoliranih od okoline i s njom u interakciji kao integralna cjelina, a istovremeno pokazuju osnovna svojstva sustava. U radu je identificirano 15 glavnih svojstava sustava, koja uključuju: pojavu (pojavljivanje); integritet; struktura; integritet; podređenost cilju; hijerarhija; beskonačnost; ergacity; otvorenost; nepovratnost; jedinstvo strukturalne stabilnosti i nestabilnosti; nelinearnost; potencijalna multivarijantnost stvarnih struktura; kritično; nepredvidivost u kritičnom području.
Pri modeliranju sustava koriste se dva pristupa: klasični (induktivni), koji se prvi povijesno razvio, i sistemski, koji se razvija u novije vrijeme.
Klasičan pristup.
Povijesno gledano, prvi se pojavio klasični pristup proučavanju objekta i modeliranju sustava. Stvarni objekt koji se modelira dijeli se na podsustave, odabiru se početni podaci (D) za modeliranje i postavljaju ciljevi (T) koji odražavaju pojedinačne aspekte procesa modeliranja. Na temelju zasebnog skupa početnih podataka postavlja se cilj modeliranja zasebnog aspekta funkcioniranja sustava, na temelju kojeg se formira određena komponenta (K) budućeg modela. Skup komponenti kombinira se u model.
Da. komponente se zbrajaju, svaka komponenta rješava svoje probleme i izolirana je od ostalih dijelova modela. Pristup primjenjujemo samo na jednostavne sustave, gdje se odnosi između komponenti mogu zanemariti. Mogu se uočiti dva različita aspekta klasičnog pristupa: 1) postoji kretanje od posebnog prema općem pri stvaranju modela; 2) stvoreni model (sustav) formira se zbrajanjem njegovih pojedinačnih komponenti i ne uzima u obzir pojavu novog sustavnog učinka.
Sustavski pristup – metodološki koncept koji se temelji na želji da se izgradi cjelovita slika predmeta koji se proučava, uzimajući u obzir elemente predmeta koji su važni za problem koji se rješava, veze među njima i vanjske veze s drugim objektima i okolinom. Sa sve većom složenošću modeliranja objekata javila se potreba za njihovim promatranjem s više razine. U ovom slučaju programer ovaj sustav smatra nekim podsustavom višeg ranga. Na primjer, ako je zadatak dizajnirati automatizirani upravljački sustav poduzeća, tada iz perspektive sistemskog pristupa ne smijemo zaboraviti da je taj sustav sastavni dio integriranog automatiziranog upravljačkog sustava. Osnova sistemskog pristupa je sagledavanje sustava kao integrirane cjeline, a to sagledavanje tijekom razvoja počinje onim glavnim – formuliranjem svrhe djelovanja. Za sustavski pristup važno je odrediti strukturu sustava - skup veza između elemenata sustava, odražavajući njihovu interakciju.
Postoje strukturni i funkcionalni pristupi proučavanju strukture sustava i njegovih svojstava.
Na strukturalni pristup otkriva se sastav odabranih elemenata sustava i veze među njima.
Na funkcionalni pristup Razmatraju se algoritmi ponašanja sustava (funkcije - svojstva koja vode do postizanja cilja).
Vrste modeliranja
1. Predmetno modeliranje
, u kojem model reproducira geometrijske, fizičke, dinamičke ili funkcionalne karakteristike objekta. Na primjer, model mosta, model brane, model krila
avion, itd.
2. Analogno modeliranje
, u kojem su model i original opisani jednim matematičkim odnosom. Primjer su električni modeli koji se koriste za proučavanje mehaničkih, hidrodinamičkih i akustičkih pojava.
3. Ikonično modeliranje
, u kojem dijagrami, crteži i formule djeluju kao modeli. Uloga ikonskih modela posebno je porasla širenjem uporabe računala u izradi ikonskih modela.
4. Usko povezan s ikoničnim mentalna simulacija
, u kojem modeli dobivaju misaono vizualni karakter. Primjer u ovom slučaju je model atoma, koji je svojedobno predložio Bohr.
5. Model eksperimenta.
Konačno, posebna vrsta modeliranja je uključivanje u eksperiment ne samog objekta, već njegovog modela, zbog čega potonji dobiva karakter eksperimenta modela. Ova vrsta modeliranja ukazuje na to da ne postoji čvrsta granica između metoda empirijskog i teorijskog znanja.
Organski povezan s modelarstvom idealizacija
- mentalna konstrukcija pojmova, teorija o objektima koji ne postoje i nisu ostvarivi u stvarnosti, već onima za koje postoji blizak prototip ili analogija u stvarnom svijetu. Primjeri idealnih objekata konstruiranih ovom metodom su geometrijski koncepti točke, pravca, ravnine itd. Sve znanosti rade s idealnim objektima ove vrste - idealnim plinom, apsolutno crnim tijelom, društveno-ekonomskom formacijom, državom itd.
Metode modeliranja
1. Modeliranje u punoj mjeri
- pokus na samom predmetu koji se proučava, koji u posebno odabranim eksperimentalnim uvjetima služi sam sebi kao model.
2. Fizičko modeliranje
– eksperiment na posebnim instalacijama koje čuvaju prirodu pojava, ali reproduciraju pojave u kvantitativno modificiranom, skaliranom obliku.
3. Matematičko modeliranje
– korištenje modela fizičke prirode koji se razlikuju od simuliranih objekata, ali imaju sličan matematički opis. Puno i fizičko modeliranje mogu se kombinirati u jednu klasu modela fizičke sličnosti, budući da su u oba slučaja model i original identični u fizičkoj prirodi.
Metode modeliranja mogu se svrstati u tri glavne skupine: analitičke, numeričke i simulacijske.
1. Analitički metode modeliranja. Analitičke metode omogućuju dobivanje karakteristika sustava kao nekih funkcija njegovih radnih parametara. Dakle, analitički model je sustav jednadžbi čije rješenje proizvodi parametre potrebne za izračun izlaznih karakteristika sustava (prosječno vrijeme obrade zadatka, propusnost itd.). Analitičke metode daju točne vrijednosti karakteristika sustava, ali se koriste za rješavanje samo uske klase problema. Razlozi za to su sljedeći. Prvo, zbog složenosti većine realnih sustava, njihov potpuni matematički opis (model) ili ne postoji, ili još nisu razvijene analitičke metode za rješavanje kreiranog matematičkog modela. Drugo, pri izvođenju formula na kojima se temelje analitičke metode donose se određene pretpostavke koje ne odgovaraju uvijek stvarnom sustavu. U tom slučaju treba napustiti korištenje analitičkih metoda.
2. Numerički metode modeliranja. Numeričke metode uključuju transformaciju modela u jednadžbe koje se mogu riješiti pomoću računalne matematike. Klasa problema koji se rješavaju ovim metodama mnogo je šira. Kao rezultat primjene numeričkih metoda dobivaju se približne vrijednosti (procjene) izlaznih karakteristika sustava sa zadanom točnošću.
3. Imitacija
metode modeliranja. S razvojem računalne tehnologije, metode simulacijskog modeliranja postale su sve češće korištene za analizu sustava u kojima prevladavaju stohastički utjecaji.
Bit simulacijskog modeliranja (IM) je simulirati proces funkcioniranja sustava kroz vrijeme, poštujući iste omjere trajanja rada kao u izvornom sustavu. Pritom se simuliraju elementarni fenomeni koji čine proces, čuva se njihova logična struktura i slijed njihovog događanja u vremenu. Kao rezultat korištenja MI dobivaju se procjene izlaznih karakteristika sustava koje su neophodne pri rješavanju problema analize, upravljanja i projektiranja.
U biologiji je, primjerice, moguće izgraditi model stanja života u akumulaciji nakon nekog vremena kada se promijeni jedan, dva ili više parametara (temperatura, koncentracija soli, prisutnost predatora itd.). Takve tehnike postale su moguće zahvaljujući prodiranju u biologiju ideja i principa kibernetike - znanosti o kontroli.
Klasifikacija vrsta modeliranja može se temeljiti na različitim karakteristikama. Ovisno o prirodi procesa koji se proučavaju u sustavu, modeliranje se može podijeliti na determinističko i stohastičko; statički i dinamički; diskretan i kontinuiran.
Deterministički
Modeliranje se koristi za proučavanje sustava čije se ponašanje može predvidjeti s apsolutnom sigurnošću. Na primjer, put koji prijeđe automobil tijekom jednoliko ubrzanog gibanja u idealnim uvjetima; uređaj koji kvadrira broj itd. Sukladno tome, u tim se sustavima događa deterministički proces koji se adekvatno opisuje determinističkim modelom.
Stohastički
(teorijsko-vjerojatnost) modeliranje koristi se za proučavanje sustava čije stanje ne ovisi samo o kontroliranim, već i o nekontroliranim utjecajima, ili u kojem postoji izvor slučajnosti. Stohastički sustavi uključuju sve sustave koji uključuju ljude, na primjer, tvornice, zračne luke, računalni sustavi i mreže, trgovine, potrošačke usluge itd.
Statički
modeliranje služi za opisivanje sustava u bilo kojem trenutku u vremenu.
Dinamičan
modeliranje odražava promjene u sustavu tijekom vremena (karakteristike izlaza sustava u određenom trenutku određene su prirodom ulaznih utjecaja u prošlosti i sadašnjosti). Primjeri dinamičkih sustava su biološki, ekonomski, društveni sustavi; takvi umjetni sustavi kao što su tvornica, poduzeće, proizvodna linija itd.
Diskretna
modeliranje se koristi za proučavanje sustava u kojima se ulazne i izlazne karakteristike mjere ili diskretno mijenjaju tijekom vremena, inače se koristi kontinuirano modeliranje. Na primjer, elektronički sat, električno brojilo su diskretni sustavi; sunčani satovi, uređaji za grijanje - kontinuirani sustavi.
Ovisno o obliku prikazivanja objekta (sustava) razlikujemo mentalno i stvarno modeliranje.
Na stvaran
(full-scale) modeliranje, proučavanje karakteristika sustava provodi se na stvarnom objektu ili na njegovom dijelu. Realno modeliranje je najadekvatnije, ali su njegove mogućnosti, uzimajući u obzir karakteristike stvarnih objekata, ograničene. Na primjer, provođenje stvarnog modeliranja s automatiziranim sustavom upravljanja poduzeća zahtijeva, prvo, stvaranje automatiziranog sustava upravljanja; drugo, provođenje eksperimenata s poduzećem, što je nemoguće. Pravo modeliranje uključuje proizvodne eksperimente i složene testove koji imaju visok stupanj pouzdanosti. Drugi tip stvarnog modeliranja je fizički. U fizičkom modeliranju istraživanja se provode na instalacijama koje čuvaju prirodu fenomena i imaju fizičku sličnost.
psihički
modeliranje se koristi za simulaciju sustava koje je praktički nemoguće implementirati u određenom vremenskom intervalu. Osnova mentalnog modeliranja je stvaranje idealnog modela na temelju idealne mentalne analogije. Postoje dvije vrste mentalnog modeliranja: figurativno (vizualno) i simboličko.
Na figurativno
U modeliranju se na temelju ljudskih predodžbi o stvarnim objektima stvaraju različiti vizualni modeli koji prikazuju pojave i procese koji se odvijaju u objektu. Na primjer, modeli plinskih čestica u kinetičkoj teoriji plinova u obliku elastičnih kuglica koje djeluju jedna na drugu tijekom sudara.
Na ikoničan
modeliranje opisuje simulirani sustav korištenjem konvencionalnih znakova, simbola, posebno u obliku matematičkih, fizikalnih i kemijskih formula. Najmoćniju i najrazvijeniju klasu ikoničkih modela predstavljaju matematički modeli.
Matematički model
je umjetno stvoren objekt u obliku matematičkih, simboličkih formula koji prikazuje i reproducira strukturu, svojstva, međusobne veze i odnose između elemenata predmeta koji se proučava. Nadalje, razmatraju se samo matematički modeli i, sukladno tome, matematičko modeliranje.
Matematičko modeliranje
– istraživačka metoda koja se temelji na zamjeni izvornog predmeta koji se proučava njegovim matematičkim modelom i radu s njim (umjesto s predmetom). Matematičko modeliranje može se podijeliti na analitički (AM)
, imitacija (IM)
, kombinirano (CM)
.
Na AM
izrađuje se analitički model objekta u obliku algebarskih, diferencijalnih, konačno-diferentnih jednadžbi. Analitički model proučava se ili analitičkim metodama ili numeričkim metodama.
Na IH
izrađuje se simulacijski model, a metodom statističkog modeliranja se simulacijski model implementira na računalu.
Na KM
provodi se dekompozicija procesa funkcioniranja sustava na podprocese. Za one od njih, gdje je to moguće, koriste se analitičke metode, inače se koriste metode simulacije.
Bibliografija
- Ayvazyan S.A., Enyukov I.S., Meshalkin L.D. Primijenjena statistika: Osnove modeliranja i primarne obrade podataka. – M.: “Financije i statistika”, 1983. – 471 str.
- Takođerva O.K. Modeliranje sustava (1. dio): Upute za laboratorijski rad iz discipline “Modeliranje” za studente treće i četvrte godine Automatsko tehničkog fakulteta. – Novosibirsk: Izdavačka kuća NSTU, 2006. – 68 str. Modeliranje sustava (2. dio): Upute za laboratorijski rad iz discipline "Modeliranje" za studente treće i četvrte godine AVTF-a. – Novosibirsk: Izdavačka kuća NSTU, 2007. – 35 str.
- Takođerva O.K. Modeliranje sustava: udžbenik. dodatak/O.K. Takođerva. - Novosibirsk: Izdavačka kuća NSTU, 2007. - 72 str.
- Borovikov V.P. Statistica 5.0. Umjetnost analize podataka na računalu: Za profesionalce. 2. izd. – St. Petersburg: Peter, 2003. – 688 str.
- Ventzel E.S. Operacijska istraživanja. – M.: Viša škola, 2000. – 550 str.
- Gubarev V.V. Probabilistički modeli / Novosibirsk. Elektrotehnika int. – Novosibirsk, 1992. – 1. dio. – 198 s; 2. dio. – 188 str.
- Gubarev V.V. Analiza sustava u eksperimentalnim istraživanjima. – Novosibirsk: Izdavačka kuća NSTU, 2000. – 99 str.
- Denisov A.A., Kolesnikov D.N. Teorija velikih sustava upravljanja: Udžbenik. priručnik za sveučilišta. – L. Energoizdat, 1982. – 288 str.
- Draper N., Smith G. Primijenjena regresijska analiza. – M.: Statistika, 1973.
- Karpov Yu. Simulacijsko modeliranje sustava. Uvod u modeliranje s AnyLogic 5. – St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2005. – 400 str.
- Kelton V., Low A. Simulacijsko modeliranje. Klasični CS. 3. izd. – Sankt Peterburg: Petar; Kijev: 2004. – 847 str.
- Lemeshko B.Yu., Postovalov S.N. Računalne tehnologije za analizu podataka i istraživanje statističkih obrazaca: Udžbenik. džeparac. – Novosibirsk: Izdavačka kuća NSTU, 2004. – 120 str.
- Modeliranje sustava. Radionica: Proc. priručnik za sveučilišta/B.Ya. Sovetov, S.A. Jakovljev. – 2. izd., revidirano. i dodatni – M.: Viša škola, 2003. – 295 str.
- Ryzhikov Yu.I. Simulacijsko modeliranje. Teorija i tehnologija. – SPb.: Tisak CORONA; M.: Altex-A, 2004. – 384 str.
- Sovetov B.Ya., Yakovlev S.A. Modeliranje sustava (3. izdanje). – M.: Viša škola, 2001. – 420 str.
- Teorija slučajnih procesa i njezine inženjerske primjene: Udžbenik. priručnik za sveučilišta/E.S. Wentzel, L.A. Ovčarov. – 3. izd. prerađeno i dodatni – M.: Izdavački centar “Akademija”, 2003. – 432 str.
- Tomashevsky V., Zhdanova E. Simulacijsko modeliranje u GPSS okruženju. – M.: Bestseller, 2003. – 416 str.
- Khachaturova S.M. Matematičke metode analize sustava: Udžbenik. priručnik – Novosibirsk: Izdavačka kuća NSTU, 2004. – 124 str.
- Shannon R. Simulacijsko modeliranje sustava - umjetnost i znanost. – M.: Mir, 1978.
- Schreiber T.J. Simulacija na GPSS-u. – M.: Strojarstvo, 1980. – 593 str.
- Arsenyev B.P., Yakovlev S.A. Integracija distribuiranih baza podataka. – St. Petersburg: Lan, 2001. - 420 str.
Novi teorijski koncepti i napredak biološkog znanja naprijed uvijek su bili i određeni su stvaranjem i korištenjem novih istraživačkih metoda. Glavne metode koje se koriste u biološkim znanostima su deskriptivna, komparativna, povijesna i eksperimentalna. Deskriptivna metoda je najstarija i sastoji se od prikupljanja činjeničnog materijala i njegovog opisa. Nastala na samom početku bioloških spoznaja, ova je metoda dugo vremena ostala jedina u proučavanju građe i svojstava organizama. Stoga se stara biologija povezivala s jednostavnim odrazom živog svijeta u obliku opisa biljaka i životinja, odnosno bila je u biti deskriptivna znanost. Korištenje ove metode omogućilo je postavljanje temelja bioloških spoznaja. Dovoljno je podsjetiti koliko se ova metoda pokazala uspješnom u taksonomiji organizama, a deskriptivna metoda je i danas u širokoj uporabi. Proučavanje stanica pomoću svjetlosnog ili elektronskog mikroskopa i opisivanje identificiranih mikroskopskih ili submikroskopskih značajki u njihovoj strukturi jedan je od primjera uporabe deskriptivne metode u današnje vrijeme.Komparativna metoda sastoji se od usporedbe proučavanih organizama, njihovih struktura i međusobno funkcioniraju kako bi identificirali sličnosti i razlike. Ova je metoda utemeljena u biologiji u 18. stoljeću. i pokazao se vrlo plodonosnim u rješavanju mnogih velikih problema. Ovom metodom i u kombinaciji s deskriptivnom metodom dobivene su informacije koje su u 18.st. postavio temelje taksonomiji biljaka i životinja (C. Linnaeus), a u 19.st. formulirati staničnu teoriju (M. Schleiden i T. Schwann) i nauk o glavnim tipovima razvoja (K. Baer). Metoda je bila široko korištena u 19. stoljeću. u utemeljenju teorije evolucije, kao iu preustroju niza bioloških znanosti na temelju te teorije. Međutim, korištenje ove metode nije popraćeno izlaskom biologije izvan granica deskriptivne znanosti.
Kada govorimo o biologiji, govorimo o znanosti koja se bavi proučavanjem svih živih bića. Proučavaju se sva živa bića, uključujući njihova staništa. Od strukture stanica do složenih bioloških procesa, sve je to predmet biologije. Razmotrimo metode istraživanja u biologiji, koji su trenutno u upotrebi.
Biološke metode istraživanja uključuju:
- Empirijske/eksperimentalne metode
- Deskriptivne metode
- Komparativne metode
- Statističke metode
- Modeliranje
- Povijesne metode
Empirijske metode sastoji se u činjenici da je predmet iskustva podvrgnut promjeni uvjeta svog postojanja, a zatim se dobiveni rezultati uzimaju u obzir. Pokusi su dvije vrste ovisno o tome gdje se provode: laboratorijski pokusi i pokusi na terenu. Za izvođenje poljskih pokusa koriste se prirodni uvjeti, a za izvođenje laboratorijskih pokusa koristi se posebna laboratorijska oprema.
Deskriptivne metode temelje se na promatranju, nakon čega slijedi analiza i opis pojave. Ova metoda nam omogućuje da istaknemo značajke bioloških pojava i sustava. Ovo je jedna od najstarijih metoda.
Komparativne metode podrazumijevaju usporedbu dobivenih činjenica i pojava s drugim činjenicama i pojavama. Informacije se dobivaju promatranjem. Nedavno je postalo popularno koristiti praćenje. Monitoring je stalno promatranje, koje omogućuje prikupljanje podataka na temelju kojih će se provoditi analiza, a potom i predviđanje.
Statističke metode poznate i kao matematičke metode, a koriste se za obradu numeričkih podataka dobivenih tijekom eksperimenta. Osim toga, ova se metoda koristi kako bi se osigurala pouzdanost određenih podataka.
Modeliranje Ovo je metoda koja u posljednje vrijeme uzima sve više maha, a uključuje rad s objektima predstavljanjem u modelima. Ono što se ne može analizirati i proučavati nakon eksperimenta može se naučiti modeliranjem. Djelomično se ne koristi samo konvencionalno modeliranje, već i matematičko modeliranje.
Povijesne metode temelje se na proučavanju prethodnih činjenica i omogućuju nam da utvrdimo postojeće obrasce. Ali budući da jedna metoda nije uvijek dovoljno učinkovita, uobičajeno je kombinirati te metode kako bi se postigli bolji rezultati.
Tako smo pogledali glavne metode istraživanja u biologiji. Zaista se nadamo da vam je ovaj članak bio zanimljiv i informativan. Svakako napišite svoja pitanja i komentare u komentarima.
Biologija brine o svim živim bićima, a posebno o čovjeku, a Ursosan (http://www.ursosan.ru/) brine o njegovoj jetri. Ursosan će pomoći u liječenju
Metode biologije. Biologija koristi različite metode istraživanja. Deskriptivna metoda je tradicionalna, ali je zadržala svoj značaj. Osnovne metode biologije:
· Promatranje I opis
činjenicama i pojavama (deskriptivna metoda). Metoda promatranja dajesposobnost analize i opisivanja bioloških pojava. Deskriptivna metoda temelji se na metodi promatranja. Da bi se otkrila bit neke pojave, potrebno je prije svega prikupiti i opisati činjenični materijal. Na primjer, koristeći metodu promatranja, možete proučavati sezonske promjene u divljini. Promatranje je proučavanje objekata žive prirode u prirodnim uvjetima postojanja. To je neposredno promatranje ponašanja, naseljavanja i razmnožavanja biljaka i životinja u prirodi. U te se svrhe koriste kako tradicionalni terenski istraživački alati (dalekozori, video kamere), tako i sofisticirana laboratorijska oprema (mikroskopi, biokemijski analizatori, razna mjerna oprema).
· Usporedba, koji omogućuje utvrđivanje sličnosti i razlika između različitih bioloških struktura i pojava (komparativna metoda). Usporedite anatomsku građu, kemijski sastav, strukturu gena i druge karakteristike organizama različitih razina složenosti. U ovom slučaju ne proučavaju se samo živi organizmi, već i oni davno izumrli sačuvani kao fosilizirani ostaci u fosilnom zapisu.
· Eksperiment
(lat. experimentum - test), tijekom kojeg se proučavaju biološki objekti i procesi u umjetno stvorenim, precizno kontroliranim uvjetima (eksperimentalna metoda). Eksperimentalna metoda povezana je sa svrhovitim stvaranjem sustava i pomaže u proučavanju svojstava i pojava žive prirode. Eksperimentalna metoda (iskustvo) - istraživanje živih bića u uvjetima ekstremnih čimbenika okoliša - promijenjena temperatura, svjetlost ili vlaga, povećano opterećenje, toksičnost ili radioaktivnost, promijenjen način ili mjesto razvoja (odstranjivanje ili presađivanje gena, stanica, organa i dr.). ) P.) . Eksperimentalna metoda omogućuje nam da identificiramo skrivena svojstva, granice adaptivnih (adaptivnih) sposobnosti živih sustava, stupanj njihove fleksibilnosti, pouzdanosti i varijabilnosti.
·Široko upotrebljavan instrumentalne metode
: elektrografija, radar itd. 
·Povijesna metoda je od univerzalne važnosti za sve grane biologije - proučavanje svih pojava i procesa kao stupnjeva evolucijskog razvoja prirode. Povijesna metoda otkriva evolucijske transformacije bioloških vrsta i njihovih zajednica. Ovo je jedna od najvažnijih metoda koja služi kao osnova za razumijevanje dobivenih činjenica. Povijesna metoda pojašnjava obrasce pojave i razvoja organizama, formiranje njihove strukture i funkcija.
· Paleontološka metoda
– proučavanje izumrlih organizama.
· Sustavna metoda
spada u kategoriju novih interdisciplinarnih istraživačkih metoda. Živi se objekti smatraju sustavima, odnosno zbirkama elemenata s određenim odnosima.
Za proučavanje strukture i funkcija stanica i tkiva koriste se privatne (specijalne) citološke metode:
· Svjetlosna mikroskopija
- omogućuje otkrivanje jezgre i nekih staničnih organela - mitohondrija, kloroplasta, Golgijevog aparata, cilija i flagela.
· Elektronska mikroskopija
– omogućuje proučavanje fine strukture organela (npr.kloroplasti), njihova ultrastruktura,
· Centrifugiranje
- omogućuje vam selektivno isticanje i proučavanjestanične organele;
· Metoda kulture stanica
I tkanine koristi se za proučavanje strukture i funkcija stanica.
