ВСТУПЛЕНИЕ. ВЕЩЕСТВА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

УРОК 2. МЕТОДЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ

Цели урока: ознакомить учащихся с основными методами биологических исследований, с основными свойствами живых организмов и уровнями их организации; проанализировать преимущества и недостатки этих методов; объяснить ситуации, в которых целесообразно использование основных методов биологических исследований; подробнее рассмотреть перспективные технологии проведения исследований; сравнить свойства живых и неживых систем.

Оборудование и материалы: рисунки или фотографии приборов для проведения биологических исследований, микроскопы, лупы, бинокли, таблицы с изображением схемы проведения биологических исследований, таблицы, иллюстрирующие основные свойства И особенности различных уровней организации живого, или мультимедийный проектор или интерактивная доска, на которых эти таблицы можно демонстрировать; фотографии или рисунки живых и неживых систем; учебник биологии.

Базовые понятия и термины: научный факт, теория, гипотеза, метод, эмпирические методы, теоретические методы, наблюдение, эксперимент, моделирование, математическая обработка, статистика, химический состав, уровни организации, раздражимость, размножение, развитие, обмен веществ.

ХОД УРОКА

I. Организационный этап

II. Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности учащихся

Вопросы для беседы

1. Какие особенности имело развитие биологии в древнем мире?

2. Почему эпоха Возрождения привела до интенсивного развития биологических дисциплин?

3. Какие отрасли биологии возникли в XIX веке?

4. Какие украинские ученые сделали существенный вклад в развитие мировой биологии?

III. Изучение нового материала

Рассказ учителя с элементами беседы

Основой научного познания является построение системы достоверного знания, основанного на фактах. Фактом является наблюдение или эксперимент, который может быть воспроизведен и подтвержден. Однако, толковать одно и то же наблюдение разные ученые могут по-разному.

Типичная последовательность этапов научного исследования такова:

• накопления определенных фактов;

• постановка проблемы;

• формулировка гипотезы, которая объясняет эти факты;

• проверка гипотезы с помощью новых фактов.

Если новые факты не подтверждают выдвинутую гипотезу, то выдвигается новая гипотеза. Если же гипотеза хорошо согласуется с имеющимися фактами и позволяет делать прогнозы, что впоследствии подтверждаются, то она становится научной теорией. Но возникновение научной теории не означает, что она является вечной. Новые данные, полученные в будущем, могут потребовать ее корректировки.

Для получения новых фактов и формирование гипотез и теорий современная биология использует разнообразные научные методи. их можно разделить на две большие группы - эмпирические и теоретические. В случае применения эмпирических методов биологи работают с природными объектами, определяя их свойства. К таким методам относят наблюдение и эксперимент. В ходе наблюдения исследователь лишь регистрирует ход природных процессов, не вмешиваясь в него. Если наблюдение за биологическим объектом проводится отдельно, то такой тип наблюдения называют описательным. Если же под время наблюдения ученый работает сразу с несколькими объектами, а затем сравнивает результаты, то такой тип наблюдения называют сравнительным. Преимущество описательных исследований в том, что наблюдатель не влияет на объект наблюдений. Но в этом случае ученому трудно определить влияние различных факторов на природные процессы.

В ходе эксперимента исследователь активно вмешивается в природные процессы. Он искусственно формирует условия, в которых происходит эксперимент. Это позволяет создать ситуацию, когда ученый может исследовать действие на биологические процессы только одного фактора, оставляя другие неизменными. Недостатком такого подхода является то, что искусственно созданные условия эксперимента могут отражаться на нормальном функционировании биологических объектов.

В случае теоретических методов исследования ученые не работают с объектом исследования непосредственно. Они исследуют физические или математические модели природных объектов. В теоретических методах выделяют моделирование и математическую обработку данных (статистический метод). Математическая обработка данных происходит после окончания наблюдения или эксперимента. Она позволяет на основе полученных данных выяснить связи между отдельными параметрами биологических систем, влияние отдельных факторов на биологические системы и особенности их взаимодействия.

Основой моделирования является создание определенной теории по той или иной биологической системы, содержащий правила, по которыми происходят изменения в анализируемых биологических системах. После создания такой теории задаются начальные параметры (то есть определяется начальное состояние системы). Потом, обычно с использованием мощных компьютеров, делается анализ - как будет меняться система в случае действия правил выдвинутой теории. Результаты сопоставляются с реальными фактами для существующих биологических систем. Если отклонение от природных процессов являются незначительными, то в теорию и модель вносят небольшие правки и продолжают исследования. Если же отклонения являются существенными, то созданную теорию отвергают и предлагают новую.

Моделирование широко используется в тех ситуациях, когда проведение реального эксперимента невозможно. Так, например, исследуют эволюционные процессы, изменения экосистем в планетарном масштабе и т.д.

Заполнение таблицы вместе с учениками

Основные свойства живого

Перед тем как перейти к рассмотрению уровней организации живых систем, следует напомнить учащимся определение понятия «система».

Система - это целое, состоящее из взаимосвязанных частей. Свойства системы не сводятся к сумме свойств ее составляющих. Так, живые системы являются живыми лишь как результат взаимодействия их составляющих. А каждый из элементов живой системы, выделен отдельно, живым быть не может. Особенность разноуровневой организации живых организмов заключается в том, что части биологических систем во многих случаях сами являются отдельными системами.

Главными уровнями организации живых систем считают следующие:

• молекулярный;

• клеточный;

• органо-тканевый;

• организменный;

• екосистемний;

• биосферный.

Интересно, что не всегда в биологических, системах можно выделить все из указанных уровней. Так, одноклеточные организмы не имеют органо-тканевого уровня организации, а их организменный уровень совпадает с клеточным.

Иногда для удобства ученые выделяют дополнительные уровни организации, например, уровень органелл, уровень систем органов, популяционный уровень и т.д. Необходимость такого выделения обычно определяется особенностью проведенных исследований или поставленных задач.

Следует обратить внимание учащихся на то, что особенности організменого и органо-тканевого уровней организации живых организмов они подробно изучали в предыдущих классах. В этом учебном году они будут рассматривать преимущественно молекулярный и клеточный уровни организации, а с екосистемним и биосферным более подробно познакомятся позже. Однако все уровни организации живых систем тесно связаны между собой, и во время изучения любого из них придется использовать знания о других уровне.

IV. Обобщение, систематизация и контроль знаний и умений учащихся

Дать ответы на вопросы:

1. Как формируются научные теории?

2. Какие методы исследований использует биология?

3. Когда рационально использовать моделирование?

4. Какие основные свойства живого вам известны?

5. Почему мы можем считать живые организмы системами?

6. Какие главные уровни организации живого выделяют ученые?

V. Домашнее задача