Структура и содержание биологического исследования

Специфика исследования в научной практике

Знания о научных закономерностях закладываются в детях с раннего

детства родителями как простые истины, которые они выполняют, особо не

задумываясь

над

их

правильностью:

утром

делаем

зарядку,

пользуемся

мылом.

Просьба

теоретически

обосновать

их

собственные

практические

действия часто ставит детей в тупик. Например, дети вряд ли смогут ответить

на

вопрос:

какие

правила

биологии

нужно

иметь

в

виду

при

уходе

за

комнатными растениями? Или, какие правила определяют, что нужно чистить

зубы минимально два раза, а не три или пять?

Научные исследования во многих случаях начинались с постановки

конкретных

практических

задач,

на

которые

ответов

не

было

либо

имеющиеся к тому времени ответы не позволяли в полной мере получать

высокие практические результаты.

Возьмем классический пример с исследования питания растений. Еще

древние земледельцы научились использовать навоз и золу для увеличения

урожайности растений. Однако постоянные, на протяжении веков, колебания

урожайности поставили перед земледельцами вопрос. Какой? (?слушателям)

Вопрос: От чего зависят сочетания минеральных и органических

удобрений?

Ответ:

Сочетания

минеральных

и

органических

удобрений

подчиняются определенным правилам и зависят не только от почвы, но

и от выращиваемых культур.

Таким образом, первая специфическая особенность научного исследования

заключается

в

том,

что вопросы,

на

которые

ученые

ищут

ответы,

возникают в реальной практической деятельности.

Такие вопросы называются проблемами.

Проблема – это вопрос, на который нет ответа вообще или имеющиеся

ответы

не

являются

конкретными,

обеспечивающие

эффективность

практической деятельности. Проблемы - постоянные спутники нашей жизни,

большие или маленькие, сложные или не очень.

Вернемся к примеру с применением удобрений на полях. Столетиями эта

работа выполнялась на основе практического опыта.

Но возникает вопрос: были ли практические решения наилучшими?

Возникает вторая специфическая особенность научных исследований:

результаты научных исследований не могут носить характера абсолютной

истины,

т ак

как

всегда

ограничены

методами

познания

и

интеллектуальными

возможностями

исследователей

и,

следовательно,

требуют периодической перепроверки.

Третья специфическая особенность научных открытий: поиск и проверка

всех возможных путей, ведущих к истине.

Такими путями являются научные гипотезы. Научная гипотеза всегда

включает в себя определенные факты и допущения.

Гипотез, связанных с решением проблемы, может быть очень много – десятки

и даже сотни. Возникает вопрос: а нужно ли все проверять?

Специфическая

особенность

научных

исследований

как

раз

в

том

и

заключается, что нужно проверять все возможные гипотезы. Никто не знает,

какая гипотеза в результате практической проверки окажется истиной.

Тысячелетиями считалось, что в плевральной полости нет воздуха. На этом

была построена вся теория дыхания. Профессор М. Волский (специалист по

сопромату) по просьбе физиологов сделал расчеты потери давления воздуха

при его движении в органах дыхания и пришел к выводу, что в плевральной

полости должен быть воздух. Таким образом, известная закономерность о

том, что в плевральной полости нет воздуха, была преобразована в гипотезу.

Экспериментальные

исследования

привели

к

ее

опровержению

–

в

плевральной полости воздух есть!

Уже в школе надо начинать подготовку к научной деятельности, обучая

учеников азам научных исследований и поиску проблем, которые имеют

перспективы для научной практики.

Исследование – это решение проблемы, включающее в себя теоретический

анализ, оформление гипотез, практическую проверку полученных гипотез и

оформление результатов.

Методика ознакомления учащихся с исследованием

1. Обучение анализу научной и научно-популярной литературы

В 6-8 классах рекомендуется научить учащихся методике работы с

информацией

из

научной

и

научно-популярной

литературы.

При

этом

следовать принципу: слов должно быть мало, мыслям должно быть тесно

Варианты такой работы (по степени усложнения):

1)

Картотека

(набор

аннотаций)

–

набор

карточек,

на

которых

кратко

изложено содержание статьи или книги.

2 Энциклопедическая справка – сборник карточек по выбранной теме.

3) Доклад – текст, в котором приводится сравнение двух или более мнений

ученых, результатов исследований по выбранной теме.

Задача

доклада:

сравнение

различных

мнений

и

поиск

возможных

противоречий. Объем – не более 3 страниц.

4) Реферат – на основе сравнений мнений разных ученых по выбранной теме

автор реферата формулирует проблемы (противоречия) и выдвигает гипотезы

для их решений. Объем – не более 5 страниц.

5)

Обзорный

анализ

–

реферат,

в

котором

изложены

основные

научные

мнения, результаты исследований по данной теме, сделан их сравнительный

анализ, сформулированы проблемы и выдвинуты гипотезы. Объем – 7-10

страниц.

2.

Обучение

формированию

проблем,

их

решению

и

выдвижению

гипотез.

2.1 Биологические проблемы и их формулирование

Под

биологической

проблемой

понимается

любое

затруднение

в

жизнедеятельности

живого

организма,

сообщества

живых

организмов,

экосистемы любого ранга.

Биологическая проблема в рамках школьного курса представляет собой

творческое задание или вопрос, допускающий несколько или много решений

в виде предположений или гипотез.

Примером биологических проблем могут служить следующие вопросы:

1. Чем могут быть полезны животным и растениям обитающие в них

бактерии?

2. В каких случаях при неблагоприятных условиях споры у бактерий не

образуются?

3.

Почему

не

замерзают

зимой

мхи,

ведь

они

накапливают

большое

количество влаги?

4. Какое значение в жизни леса имеют ядовитые грибы?

При решении каждой из этих проблем можно сформулировать несколько

гипотез. Одна из задач биологического образования заключается в том, чтобы

научить учащихся формулировать как можно большее количество логически

правильных и непротиворечивых гипотез.

Материалы, опубликованные в научно – популярных журналах, содержат

много полезной информации:

- Гигантские черепахи живут в определенных ареалах. Согласно подсчетам

Всемирного

фонда

охраны

дикой

природы,

ежегодно

в

эти

места

приезжают

посмотреть

на

черепах

175

тыс.

туристов.

Доходы

от

туристов в три раза больше, чем от продажи мяса, яиц и панцирей черепах.

- Немецкие ученые обнаружили, что в окрестностях мусоросжигательного

завода, построенного в Гессене, в два раза повышена частота рождения

близнецов и тройняшек. Видимо выбросы завода влияют на уровень гормонов

у женщин.

- Французкие ученые планируют через пять лет вывести сорт льна, дающий

масло, не боящееся высоких температур. Такое масло можно использовать

для автомобильных двигателей.

Представленная информация может быть преобразована в проблемы.

Причем на основе одной и той же информации можно составить несколько

проблем (составление проблем слушателями).

Так, для первого примера можно предложить следующие проблемные

вопросы:

1. Достаточно ли этого примера, чтобы утверждать, что охрана природы

может быть прибыльным делом? Почему?

2.

Какой

вред

могут

приносить

туристы,

посещающие

места

обитания

черепах?

Для второго примера могут быть составлены следующие проблемные

вопросы:

1. На основании каких исследований ученые смогли сделать такой вывод?

2.

Какие

причины

могут

влиять

на

частоту

рождения

двойняшек

и

тройняшек?

Для

третьего

примера

могут

быть

составлены

следующие

проблемные

вопросы:

1.

Какие

селекционные

операции

необходимо

провести

ученым,

чтобы

получить такой сорт льна?

2. Какие технические культуры и почему могут быть перспективными для

создания искусственного топлива для автомобилей?

2.2. Методы решения биологических проблем

А. Мозговой штурм

Этот метод дает наибольший результат при групповой работе.

Для

проведения

мозгового

штурма

класс

делится

на

группы.

При

выдвижении

гипотез

запрещается

их

критика.

Из

предложенных

гипотез

выбираются те, которые наиболее вероятны и имеют под собой хотя бы

частичное научное обоснование.

Б.Метод контрольных вопросов

Это

модифицированный

мозговой

штурм,

при

котором

для

облегчения

процесса решения задачи применяются контрольные вопросы, направляющие

мышление решателей в области возможных ответов.

В.Системный анализ

Этот метод решения проблем путем поиска ресурсов в структуре и функциях

системы, связях между ее элементами и в связях с другими системами.

Предполагается, что очаг инфекционного заболевания домашних животных

находится в окрестностях города. Как определить точный ареал инфекции?

Г. Вещественно – полевой анализ (вепольный анализ)

Предлагает специальные приемы, получившие название “стандарты”.

Сущность: любой процесс представляет собой взаимодействие двух тел или

веществ и поля (явления, процесса), взаимодействия между ними.

Проблема возникает в случаях, если:

1) не удается организовать само взаимодействие;

2) взаимодействие недостаточно эффективно;

3)

возникают

отрицательные

параллельные

действия

или

само

взаимодействие приносит больше вреда, чем пользы.

Позволяет

максимально

подробно

проанализировать

возможности

структурных и функциональных ресурсов взаимодействующих элементов для

поиска гипотез – вариантов ответов.

Известно,

что

в

пещерных

водоемах

обитают

слепые

рыбы.

Как

ориентируются слепые рыбы в таких условиях?

Рыбы

могут

ориентироваться

следующими

способами:

по

разнице

температур в слоях воды; по особенностям запаха; по солевому составу

среды;

по

колебаниям

воды;

по

электрическим

разрядам

(полям);

по

звуковым колебаниям; по изменениям магнитного поля Земли.

В любом классе есть и будут ученики с высоким, средним и низким

уровнями развития мышления. Для первых такие методы, возможно, и не

нужны,

для

вторых

и

третьих,

скорее

всего,

необходимы,

особенно

для

третьих. Учащимся с низким уровнем мышления екомендуется работать в

группах

до

тех

пор,

пока

они

смогут

научиться

самостоятельно

решать

проблемы.

3. Обучение наблюдениям, измерениям, опытам

Это

традиционные

элементы

биологических

исследований.

Обучение

методам

этих

исследований

осуществляется

в

рамках

лабораторных

и

практических работ.

4. Обучение планированию исследований в 8-11 классах

Под

планированием

исследований

понимается

специальная

серия

творческих

заданий

для

учащихся,

выполняя

которые,

они

составляют

описание плана предполагаемых исследований.

Составьте

план

исследования

состояния

окружающей

среды

в

окрестностях

вашей

школы,

используя

в

качестве

индикатора

деревья,

лишайники, видовой состав и количество травянистых растений.