Методы биологических исследований

Традиционные методы в биологии. Биология — наука, добывающая сведения о живой природе разными методами исследований. Метод (греч. methodos — «путь к чему-либо») — это способ достижения цели. Методы выражают определенным образом упорядоченную деятельность исследователя в раскрытии сути явлений.

Любое биологическое исследование включает наблюдение, сравнение, описание и эксперимент . Наблюдение и описание обеспечивают накопление фактического материала, отражающего предметы и явления природы. Метод сравнения дает возможность выявлять сходство и различия между организмами, видами, другими биосистемами и их частями. Эксперимент позволяет активно изучать природные явления жизни с помощью опытов и проверять гипотезы, выдвигаемые в результате наблюдения, сравнения и других методов исследований.

Биологические исследования проводят в полевых (природных) условиях и в лаборатории. Все полученные результаты подвергают количественному и качественному анализу.

В полевых условиях можно не только проводить наблюдения, но и ставить эксперимент. Эксперимент особенно широко используют растениеводы: создают различные условия минерального питания, меняют сроки посева и способы полива, выявляя агротехнику более эффективного выращивания культивируемых растений.

В экологических исследованиях основными выступают методы количественного учета живых организмов, популяций, биогеоценозов.

Лабораторные исследования широко применяются во всех отраслях биологии. Самым распространенным инструментом при этом был и остается микроскоп. За многолетнюю историю микроскопических исследований накоплен огромный практический опыт, разработана масса методик подготовки препаратов (фиксация различными химикатами — формалином, спиртом, хлороформом и др. ; окрашивание йодом, эозином, гематоксилином и др.), созданы специальные приборы для приготовления особо тонких срезов (микротомы), для зарисовок (рисовальные аппараты), для определения размеров клеток и органоидов (окуляр-микрометры) и множество других. Специальные приборы позволяют изучать в лабораториях биохимические процессы в тканях и клетках организмов, электромагнитные свойства органов и тканей, обмен веществ и энергии в живых особях и многие другие процессы.

Этапы проведения биологического эксперимента

Этап		Описание
1. Постановка проблемы		Выработка четкой постановки проблемы.
2. Предполагаемое решение, формулирование гипотезы		Формулирование ожидаемых результатов и их научного значения с опорой на уже известные данные
3. Планирование эксперимента		Разработка порядка проведения эксперимента: разработка последовательности осуществления отдельных этапов исследования
4. Проведение эксперимента		Подбор необходимых биологических объектов, приборов, реактивов. Проведение различных этапов эксперимента. Сбор и запись наблюдений, измеряемых величин и результатов
5. Подведение итогов		Сравнение полученных результатов с гипотезой, научное объяснение результатов, формулирование выводов

Метод моделирования в биологии. В настоящее время в различных отраслях биологической науки широко используют метод моделирования (фр. modele — «образец», «прообраз»), когда на специально созданной модели воспроизводят характеристики изучаемого объекта. При этом между моделью и объектом, интересующим исследователя, должно быть известное подобие. Моделирование широко используется, если объект исследования очень сложный (многокомпонентный) или труднодоступный для непосредственного наблюдения. В этих случаях моделирование помогает не только выявить свойства и взаимозависимости изучаемого объекта, но и представить его характеристики в изменяющихся условиях.

Мониторинг в биологических исследованиях. В исследованиях состояния природы применяется мониторинг (лат. monitor — «предостерегающий») — многоцелевое длительное наблюдение за состоянием и изменениями изучаемого объекта. Мониторинг необходим для выявления загрязнения окружающей среды, установления изменений в видовом разнообразии в биогеоценозах для обнаружения и спасения редких, исчезающих биологических видов на нашей планете. При проведении мониторинга наряду с биологическими методами используются физические, химические, географические, космические (например, зондирование с искусственных спутников, космических кораблей).

Проведение многих биологических исследований требует особых навыков, а также внимания, терпения и тщательности в работе. Однако известно немало открытий, сделанных в биологии очень молодыми людьми, студентами и даже школьниками. Вы также можете провести настоящее исследование с наблюдением и экспериментом и подготовить отчет о его результатах.

Каждый исследователь обязательно ведет дневник наблюдений (его также называют полевым дневником). По многовековой традиции принято делать все записи простым карандашом, так как такие записи не пропадут, даже если дневник намокнет под дождем, упадет в снег, пропитается формалином или долго пролежит на ярком солнце. Никакие чернила не выдержат подобных испытаний.

Все собранные данные необходимо грамотно обработать. Для этого созданы специальные математические формулы, которые позволяют подтвердить достоверность статистических биометрических расчетов. Как правило, достоверность результатов основана на большом числе фактов. Чем больше проведено измерений, тем выше достоверность их среднего показателя. Результаты обобщают и для наглядности оформляют в таблицы, графики и диаграммы.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели:

• Создать представления о науке как важнейшей сферы человеческой деятельности.
• Познакомить учащихся с особенностями и разнообразием методов познания живого.
• Основные понятия:научный факт, научный метод, методы биологических наук (описательный, сравнительный, исторический, экспериментальный).

Средства обучения: презентация, различные приборы или их схемы.

Этапы урока

I. Проверка знаний и умений.

Фронтальная беседа по вопросам.

1) Какие направления в развитии биологии вы можете выделить?

2) Какие великие учёные древности внесли заметный вклад в развитие биологических знаний?

3) Почему в средние века о биологии как науке можно было говорить лишь условно?

4) Почему современную биологию считают комплексной наукой?

5) Какова роль биологии в современном обществе?

II. Изучение нового материала.

1. Рассказ учителя с элементами беседы о науке как одной из сфер человеческой деятельности, её целях и методах; об особенностях научных знаний, научных фактах.

Наука – одна из сфер человеческой деятельности, цель которой – изучение и познание окружающего мира. Для научного познания необходим выбор определённых объектов исследования, проблем и методов их изучения. Каждая наука имеет свои методы исследования. Однако независимо от того, какие методы используются, для каждого учёного важнейшим остаётся принцип “Ничего не принимай на веру”. Главная задача науки – построение системы достоверного знания, основанного на фактах и обобщениях, которые можно подтвердить или опровергнуть. Научные знания постоянно берутся под сомнение и принимаются лишь при достаточных доказательствах. Научным фактом является лишь тот, который можно воспроизвести и подтвердить.

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

Вся история развития биологии наглядно свидетельствует о том, что она определялась разработкой и применением новых методов исследования.

2. Основными методами исследования, применяемые в биологических науках, являются:

• Наблюдение
• Описание
• Систематизация
• Сравнение
• Эксперимент
• Аналитический метод
• Исторический метод
• Моделирование

Беседа об этих методах с элементами самостоятельной работы учащихся по изучению текста учебника (п.2 стр.10-11) и с использованием презентации.

Фиксирование в тетрадях характерных особенностей методов исследования в биологии.

Итоговая беседа об этапах научного исследования. Может выступить заранее подготовленный ученик с сообщением об этих этапах, сборе фактов, выдвижении гипотезы, проведении экспериментов, оформлении теории с определёнными правилами и законами.

III. Подведение итогов урока в процессе обобщающей беседе:

О задачах и целях науки

О значении методов, для развития науки биологии

О наибольшем распространении экспериментального метода

О применении метода моделирования и т.д.

IV. Домашнее задание:

Изучить параграф 2.Ответить на вопросы на странице 11.Выполнить одно из заданий на странице 12.

Дополнительная информация.

Некоторые учёные осуществляют серьёзные исследования в поисках живых организмов, пока неизвестных и не признанных официальной наукой, таких, как реликтовый гоминид, которого нередко называют снежным человеком. Эти исследования лежат в основе новой отрасли биологической науки – криптозоологии.

Биология — наука о жизни в самых разных ее проявлениях. Функционирование одноклеточных организмов, поведение самцов и самок в брачный период, закономерности наследования признаков — это и многое другое входит в сферу интересов науки. Предмет изучения биологии и составляют все эти проявления жизни. Методы ее направлены на поиск закономерностей строения, функционирования организмов, их взаимодействия с окружающей средой. По сути, они изучают те свойства, которые отличают живую материю от неживой.

Подразделения

Биология представляет собой совокупность нескольких наук, в центре внимания которых стоят разные объекты:

• зоология;
• ботаника;
• микробиология;
• вирусология.

Каждая из них, в свою очередь, может быть разделена на несколько более мелких. Например, в зоологии сосуществуют ихтиология (изучает рыб), орнитология (изучает птиц), альгология (изучает водоросли) и так далее.

Вариант классификации

Другой принцип деления биологии на составляющие — это свойства и Согласно ему выделяют:

• молекулярную биологию;
• биохимию;
• цитологию;
• генетику;
• биологию развития;
• анатомию и физиологию различных организмов;
• экологию (часто сегодня рассматривается как отдельная наука);
• эмбриологию;
• теорию эволюции.

Таким образом, предмет изучения биологии остается неизменным — это сама жизнь. Различные ее проявления изучаются отдельными дисциплинами. Существует также общая биология. В центре ее внимания - отличающие ее от неживой, а также упорядоченное иерархическое ее строение и взаимосвязь отдельных систем между собой и окружающей средой.

Опыт и теория

Методы изучения биологии в целом аналогичны способам познания в других научных дисциплинах. Они подразделяются на эмпирические (практические, опытные) и теоретические. Практические методы изучения биологии обнаруживают различные параметры, свойства и особенности живых систем. Затем на их основе разрабатываются теории. Процесс этот циклический, поскольку изучения биологии чаще всего используются на основе уже имеющихся умозаключений. Теории, в свою очередь, всегда требуют дополнительных опытных проверок.

Первичный сбор информации

Один из основных эмпирических методов — это наблюдение. Оно представляет собой изучение внешних признаков объекта и его изменений в условиях естественной среды обитания на протяжении некоторого времени.

Любое исследование живой системы начинается с наблюдения за ней. История изучения биологии прекрасно иллюстрирует это утверждение. На первых этапах развития науки исследователи могли пользоваться только этим эмпирическим методом. Сегодня наблюдение не потеряло своей актуальности. Оно, как и другие методы изучения биологии, пользуются многочисленными технологиями. Для наблюдения применяются бинокли, различные камеры (ночного видения, глубоководные и так далее), разнообразное лабораторное оборудование, например микроскоп, и прочие.

По тому, используется ли в процессе оборудование, наблюдение можно разделить на два типа:

• Непосредственное . Оно направлено на изучение поведения и характеристик различных организмов.
• Инструментальное . При помощи различного оборудования проводится исследование особенностей тканей, органов, клеток, анализ химического состава и обмена веществ.

Эксперимент

Как известно, не все явления и процессы, связанные с живыми системами, можно наблюдать непосредственно в их естественной среде. Кроме того, понимание некоторых закономерностей требует определенных условий, которые удобнее создавать искусственно, чем дожидаться их появления в природе. Подобный подход в биологии называется экспериментальным методом. Он предполагает изучение объекта в экстремальных условиях. Исследование организма во время влияния на него высоких или низких температур, большого давления или чрезмерной нагрузки, при помещении его в непривычную среду помогает выявить пределы его выносливости, обнаружить скрытые свойства и возможности. С совершенствованием технологий увеличивается потенциал экспериментальных методов. Данные, получаемые таким путем, становятся все более точными. Создаваемые в процессе опыта условия можно практически до бесконечности варьировать.

Одно из основных применений эксперимента — проверка выдвинутых ранее гипотез. Полученные на основе опыта данные позволяют скорректировать рассматриваемую теорию, подтвердить ее или заложить базу для новой. Экспериментальные методы изучения биологии, примеры которых можно в большом количестве встретить на страницах учебников, способствуют более глубокому проникновению ученых в тайны живой материи. Именно благодаря им современная наука достигла такого прогресса.

Сравнение

Исторический метод позволяет выявить эволюционные преобразования сообществ и видов. Также его называют сравнительным. Анализируется химическое и анатомическое строение, особенности функционирования, наследственный материал организмов разных уровней. В качестве объектов используются не только живущие сейчас организмы, но и уже вымершие.

Подобный прием стал основным источником данных для Чарльза Дарвина в период формулирования им теории эволюции.

Что вижу, то записываю

С наблюдением тесно связан описательный метод. Он заключается в фиксации замеченных свойств, признаков и особенностей объектов с последующим их анализом. Метод описания считается самым древним в биологии: первоначально, на заре становления науки, именно с его помощью обнаруживались различные закономерности в природе. Зафиксированные данные внимательно анализируются, разделяются на важные и несущественные в рамках конкретной теории. Описанные признаки можно сравнивать, объединять, классифицировать. Только на основе этого метода в биологии были открыты новые классы и виды.

Без математики никуда

Вся информация, собранная на основе описанных методик, требует дальнейшего преобразования. Биология активно использует для этого математический аппарат. Полученные данные переводятся в цифры, на основе которых строится определенная статистика. В биологии невозможно однозначно предсказать то или иное явление. Именно поэтому после анализа сведений выявляется статистическая закономерность. На основе этих данных строится математическая модель, позволяющая спрогнозировать некоторые изменения внутри изучаемой живой системы.

Подобная обработка позволяет структурировать полученную информацию. На основе созданных моделей возможен прогноз состояния системы практически через любой промежуток времени. Благодаря применению достаточно внушительного математического аппарата биология все больше превращается в

Синтез

Наряду с проникновением в биологию идей кибернетики (они лежат в основе моделирования), в ней активно начинает использоваться Обе эти тенденции оказывают влияние на методы изучения биологии. Схема строения живых структур представляется в виде иерархии систем разного уровня. Каждая более высокая ступень — это взаимосвязанные на основе определенных закономерностей элементы, которые также являются системами, но уровнем ниже.

Такой подход характерен для большого числа дисциплин. Его проникновение в биологию свидетельствует о переходе в науке в целом от анализа к синтезу. Период углубленного изучения внутренних структур отдельных элементов уступает место времени интеграции. Синтез всех полученных в биологии, а часто и в смежных науках, данных приведет к новому пониманию взаимосвязей природных систем. Примером концепций, построенных на основе интеграции, могут быть теория нейро-гуморальной регуляции, синтетическая теория эволюции, современная иммунология и систематика. Появлению каждой из них предшествовало накопление большого количества информации об отдельных структурных единицах, признаках и характеристиках. На следующем этапе собранные данные позволяли выявить закономерности и создать обобщающие концепции.

Тенденция

Синтетические методы изучения биологии свидетельствуют о переходе от к теоретическому. Первоначальное накопление фактов и данных позволяет выдвинуть некие гипотезы. Затем в большинстве случаев они проходят проверку при помощи экспериментальных методов. Подтвержденные гипотезы переводятся в ранг закономерностей и ложатся в основу теорий. Сформулированные таким образом концепции не являются чем-то абсолютным. Всегда остается шанс, что новые сведения потребуют пересмотреть устоявшиеся взгляды.

Все виды изучения биологии направлены на постижение свойств и особенностей жизни. При этом нельзя выделить какой-то один метод в качестве главного. Современный уровень знаний был достигнут только благодаря одновременному использованию всех названных способов познания окружающего мира. Кроме того, методы изучения человека биология не отличает от приемов сбора и анализа данных о любом другом организме. В этом проявляется их универсальность. Для каждого уровня иерархической организации живых систем применяются одни и те же методы изучения, но в разных комбинациях. Переход к использованию кибернетических и системных методик свидетельствует об интеграции не только внутри биологии, но и во всей науке в целом. Синтез знаний разных дисциплин способствует более глубокому пониманию основных закономерностей мира, в котором мы живем.

Среди всех школьных дисциплин, да и просто наук, биология занимает отдельное место. Ведь это самая древняя, первая и естественная наука, интерес к которой возник с появлением самого человека и его эволюционированием. В разные временные эпохи изучение данной дисциплины складывалось неодинаково. Исследования в биологии осуществлялись при помощи все новых методов. Однако до сих пор остаются те, которые были актуальны с самого начала и не потеряли своей значимости. Какие это способы изучения науки и что вообще собой представляет данная дисциплина, рассмотрим в этой статье.

Биология как наука

Если углубляться в этимологию слова "биология", то в переводе с латыни это дословно будет звучать как "наука о жизни". И это действительно так. Данное определение отражает всю суть рассматриваемой науки. Именно биология занимается изучением всего многообразия живого на нашей планете, и если понадобится такое, то и за ее пределами.

Существует несколько биологических в которые объединены по общим морфологическим, анатомическим, генетическим и физиологическим признакам все представители биомассы. Это царства:

• Животные.
• Растения.
• Грибы.
• Вирусы.
• Бактерии, или Прокариоты.

Каждое из них представлено огромным количеством видов и других таксономических единиц, что еще раз подчеркивает, насколько многообразна природа нашей планеты. как науки - изучить их все, начиная от зарождения и заканчивая смертью. Также выявить механизмы эволюционирования, взаимосвязи друг с другом и человеком, самой природой.

Биология - лишь общее название, которое включает в себя целую семью поднаук и дисциплин, занимающихся детальными исследованиями в области живых существ и любых проявлений жизни.

Как уже оговаривалось выше, изучение биологии осуществлялось людьми с самых древних времен. Человека интересовало, как устроены растения, животные, он сам. Проводились наблюдения за живой природой и делались выводы, так накапливался фактологический материал, теоретическая база науки.

Достижения современной биологии вообще шагнули далеко вперед и позволяют заглядывать в самые мельчайшие и невообразимо сложные структуры, вмешиваться в ход естественных процессов и изменять их направление. Какими же способами во все времена удавалось добиваться таких результатов?

Методы исследования в биологии

Для получения знаний необходимо использовать различные методы их получения. Это касается и биологических наук. Поэтому данная дисциплина имеет свой комплекс мер, позволяющих пополнять методическую и фактологическую копилку. Это методы исследования в в школе обязательно затрагивает эту тему, ведь данный вопрос - основа. Поэтому об этих способах говорится еще на уроках природоведения или биологии в пятом классе обучения.

Какие же существуют методы исследования?

1. Описание.
2. в биологии.
3. Эксперимент.
4. Сравнение.
5. Метод моделирования.
6. Исторический способ.
7. Модернизированные варианты, основанные на использовании новейших достижений техники и современного оборудования. Например: электронная спектроскопия и микроскопия, метод окрашивания, хроматография, и прочие.

Все они были важны всегда, остаются таковыми и сегодня. Однако есть среди них тот, который появился первым и является до сих пор самым важным.

Метод наблюдения в биологии

Именно этот вариант исследования является определяющим, первым и значимым. Что такое наблюдение? Это получение интересующей информации об объекте при помощи органов чувств. То есть можно понять, что за живое существо перед тобой при помощи органов слуха, зрения, осязания, обоняния и вкуса.

Именно так учились различать элементы биомассы наши предки. Так продолжаются исследования в биологии и по сей день. Ведь невозможно узнать, как происходит окукливание гусеницы и появление из кокона бабочки, если не пронаблюдать за этим воочию, фиксируя каждый момент времени.

И таких примеров можно привести сотни. Все зоологи, микологи, ботаники, альгологи и прочие ученые наблюдают за выбранным объектом и получают полную информацию об их строении, образе жизни, взаимодействии с окружающей средой, особенностях физиологических процессов и прочих тонкостях организации.

Поэтому метод наблюдения в биологии и считается самым важным, исторически первым и значимым. Тесно рядом с ним идет и другой способ исследования - описание. Ведь пронаблюдать мало, нужно еще и описать то, что удалось увидеть, то есть зафиксировать результат. Это в дальнейшем и станет теоретической базой знаний о том или ином объекте.

Приведем пример. Если ихтиологу следует провести исследования в области конкретного вида рыбы, например, розового окуня, то он, в первую очередь, изучает уже имеющуюся теоретическую базу, которую составили по наблюдениям ученые до него. После этого он приступает к наблюдениям сам и тщательно фиксирует все полученные результаты. После этого проводится ряд экспериментов, и сравниваются результаты с теми, что уже имелись ранее. Так выясняется вопрос о том, где могут, например, нереститься данные виды рыб? Какие условия им для этого необходимы и насколько широко они могут варьироваться?

Очевидно, что метод наблюдения в биологии, так же, как и описание, сравнение и эксперимент тесно связаны в единый комплекс - способов исследования живой природы.

Эксперимент

Этот способ характерен не только для биологической науки, но и для химии, физики, астрономии и прочих. Он позволяет наглядно убедиться в том или ином теоретически выдвинутом предположении. При помощи эксперимента подтверждаются или опровергаются гипотезы, создаются теории и выдвигаются аксиомы.

Именно экспериментальным путем были открыты круги кровообращения у животных, дыхание и фотосинтез у растений, а также ряд других физиологических жизненно важных процессов.

Моделирование и сравнение

Сравнение - это метод, который позволяет составить эволюционную линию для каждого вида. Именно этот способ лежит в основе получения информации, на базе которой составляется классификация видов, строятся древа жизни.

Моделирование же метод больше математический, особенно если говорить о компьютерном способе построения модели. Данный способ подразумевает создание таких ситуаций над исследованием объекта, которые невозможно пронаблюдать в естественных условиях. Например, как повлияет то или иное лекарственное средство на организм человека.

Исторический метод

Лежит в основе выявления происхождения и становления каждого организма, его развития и преобразования в ходе эволюции. На основании полученных данных строятся теории и выдвигаются гипотезы о появлении жизни на Земле, развитии каждого царства природы.

Биология в 5 классе

Очень важно вовремя привить интерес учащимся к рассматриваемой науке. Сегодня появляются учебники "Биология. 5 класс", наблюдение в них - основной метод исследования данного предмета. Именно так ребята постепенно осваивают всю глубину этой науки, постигают ее смысл и важное значение.

Для того чтобы уроки проходили интересно и у детей прививался интерес к изучаемому, следует больше времени уделять именно этому методу. Ведь только когда сам ученик в микроскоп пронаблюдает поведение клеток и их строение, он сумеет осознать весь интерес этого процесса и то, насколько все это тонко и важно. Поэтому по современным требованиям деятельностный подход к изучению предмета - это залог успешного усвоения знаний учащимися.

А если каждый изучаемый процесс дети будут отражать в дневник наблюдений по биологии, то тогда след от предмета останется с ними на всю жизнь. Так и формируется и окружающему миру.

Углубленное изучение предмета

Если говорить о специализированных классах, направленных на более глубокое, детальное изучение науки, то следует сказать о самом главном. Для таких детей должна быть разработана особая программа углубленного изучения биологии, которая будет построена на наблюдениях в полевых условиях (летняя практика), а также на постоянных экспериментальных исследованиях. Дети должны сами убеждаться в том теоретическом знании, которое вкладывается в их головы. Именно тогда возможны новые открытия, достижения и рождение людей науки.

Роль биологического воспитания школьников

В целом детям необходимо изучать биологию не только потому, что природу надо любить, беречь и защищать. Но еще и потому, что это значительно расширяет их кругозор, позволяет понять механизмы протекания жизненных процессов, познать себя изнутри и с заботой относится к своему здоровью.

Если периодически рассказывать ребятам о том, какие достижения современной биологии имеются и как это отражается на жизни людей, они и сами поймут важность и значимость науки. Проникнутся к ней любовью, а значит, полюбят и ее объект - живую природу.

Достижения современной биологии

Таковых, конечно, множество. Если обозначить временные рамки хотя бы в пятьдесят лет, то можно перечислить следующие выдающиеся успехи в области рассматриваемой науки.

1. Расшифровка генома животных, растений и человека.
2. Вскрытие механизмов деления и гибели клеток.
3. Выявление сути потока генетической информации в формирующемся организме.
4. Клонирование живых существ.
5. Создание (синтез) биологически активных веществ, лекарств, антибиотиков, противовирусных препаратов.

Подобные достижения современной биологии позволяют человеку управлять некоторыми болезнями человека и животных, не давая им развиваться. Они позволяют решить многие проблемы, которые настигают людей в XXI веке: эпидемии страшных вирусов, голод, нехватка питьевой воды, плохая экологическая обстановка и прочие.

ВВЕДЕНИЕ

ЛЕКЦИЯ 1

Общая биология

Современное понятие жизни. Критерии живого, их интеграция. Уровни организации живого. МЕТОДЫ БИОЛОГИИ: эмпирические (наблюдение, сравнение /исторический/, описание, эксперимент), теоретический (системный).

Говоря о методах науки в широком смысле, имеют в виду не конкретные технологические приемы (методики), а методологические принципы , подходы к

изучению объектов, явлений, их связей. Методы биологии те же, что и в других естественных науках: эмпирические и теоретические . Эмпирическая стадия всегда развивается на основе предшествующих теорий или гипотез, а на теоретической стадии производят эмпирическую проверку выдвигаемых новых

Эмпирические методы :

Наблюдение - изучение объектов живой природы в естественных условиях существования . Это - непосредственное визуальное наблюдение (в буквальном смысле) за поведением, расселением, размножением животных и растений в природе, или инструментальное определение характеристик организмов, их органов, клеток, химический анализ состава и обмена веществ (… бинокль, глубоководные аппараты с видеокамерами ночного видения, микроскопы - спектральные и электронные, биохимические анализаторы, радиоактивные метки, ультрацентрифуги, разнообразную измерительную аппаратуру).

Экспериментальный метод (опыт) предполагает исследования живых объектов в условиях экстремального действия факторов среды – измененной температуры, освещенности или влажности, повышенной нагрузки, токсичности или радиоактивности, измененного режима или места развития (удаление или пересадка генов, клеток, органов, интродукция животных и растений, космические полеты и т.п.).

Экспериментальный метод позволяет выявить скрытые свойства, потенции, пределы адаптивных (приспособительных) возможностей живых систем, степень их гибкости, надежности, изменчивости.

Сравнительный (исторический) метод выявляет эволюционные преобразования биологических видов и их сообществ . Сопоставляют анатомическое строение, химический состав, структуру генов и другие признаки у организмов разного уровня сложности. При этом исследуются не только ныне живущие организмы, но и вымершие, сохранившиеся в виде окаменелых останков.

Эти методы требуют количественного учета и математического описания структур и явлений. Биология становится точной наукой, хотя выявляемые в ней закономерности носят вероятностный характер (стохастический, контринтуитивный) и описываются методами вариационной статистики.

На основе выявляемых статистических закономерностей можно осуществлять математическое моделирование биологических процессов и прогноз их развития .

Например, можно построить модель состояния жизни в водоеме через некоторое время при изменении одного, двух или более параметров (температуры, концентрации солей, наличия хищников и др.). Такие приемы стали возможны благодаря проникновению в биологию идей и принципов кибернетики - науки об управлении.

Теоретический (системный метод):

Этот метод, как и кибернетический подход, относится к категории новых методов исследования . Живые объекты рассматриваются как системы , то есть совокупности элементов с определенными отношениями. С учетом иерархичности живых систем каждый объект может рассматриваться одновременно как система и как элемент системы более высокого порядка. Поэтому принципы системной организации справедливы для всех уровней - от макромолекул до биосферы Земли .

Широкое развитие системного движения в современной науке, в том числе и в биологии, означает постепенный переход от анализа к синтезу . Анализ - это

дискретный подход, углубление в структуру и функции отдельных элементов системы - внутри клетки, внутри организма, внутри экологического сообщества. Синтез означает интегративный подход, изучение целостных характеристик системы - клетки, организма, биоценоза. Исследование всегда совершается сначала от общего к частному - анализ, а потом от частного к общему, но на новом уровне познания этого общего - синтез.

Аналитический подход в биологии открыл химическую и микроструктурную организацию живых объектов, выяснил видовое разнообразие среди животных, растений, микроорганизмов, выявил генетическую неоднородность организмов внутри популяций и другие внутренние характеристики систем.

Постепенно объем накопленных аналитических данных становился достаточным для перехода к их синтезу. Так возникли синтетическая теория эволюции, нейро - гуморальная физиология, современная иммунология, молекулярно-клеточная биология, новая мегасистематика организмов, основанная на их комплексной характеристике – от экологии и анатомии до молекулярной генетики.

Решается актуальная задача современного естествознания - создание целостной биологической картины мира.

Повышение интереса к синтезу в науке свидетельствует о переходе от эмпирической к теоретической стадии познания. От получения фактов , через их обобщение начинается выдвижение новых гипотез , далее обычно следует их повторная эмпирическая проверка (новые наблюдения, эксперименты, сравнения, моделирования). Эмпирическая проверка ведет либо к опровержению гипотезы, либо к ее подтверждению с той или иной степенью вероятности. Высоко достоверные гипотезы становятся законами , из них слагаются теории .