Значение практической биологии

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА

Тема урока: Практические аспекты биологии

Цели урока:

1) образовательные: сформировать у учащихся четкое представление о современных проблемах общей биологии и понимание актуальности биологических исследований для человека и общества.

2) воспитательные: сформировать понятие о единстве живого мира на планете и их биологической роли (таким образом продолжить формирование научного мировоззрения), а также о значении биологических знаний в жизни человека.

3) развивающие: сформировать умение анализировать значение биологических знаний для нормального существования человека и всего общества в целом, выявлять практические аспекты биологической науки и их значение; продолжить отрабатывать умение анализировать текст и рисунки, выявлять существенные факты и закономерности и представлять их графически в виде таблицы или схемы.

Задачи урока:

• актуализировать знания, полученные учащимися на предыдущем уроке.

• сформировать понятия: живая природы как источник незаменимых питательных веществ для человека, культурные и дикие растения, процесс окультуривания, генная инженерия, биотехнология, бионика, значение биологии для охраны окружающей среды.

• подчеркнуть значимость биологии, биотехнологии и бионики в жизни человека.

• раскрыть понятие о многообразии современных методов биологии и их значении в теоретической и практической науке, а также разнообразии профессий, связанных с биологической наукой.

• акцентировать внимание на значении практических аспектов биологии, их равенстве с общими теоретическими положениями.

• закрепить сформированные в течение урока понятия.

Оборудование: карточки с индивидуальными заданиями для проверки домашнего задания, таблицы по ботанике и зоологии, отражающие многообразие сортов и пород организмов; изображения растений и животных, полученных в результате биотехнологических экспериментов.

Методы: беседа, рассказ, метод работы с учебной книгой.

Ход урока:

1. Организационный момент. (1 мин.)

• приветствие учителя

• проверка готовности детей к уроку

• проверка отсутствующих

(Ученики готовятся к уроку и приветствуют учителя)

2. Повторение и проверка ранее изученного (5-7 мин.)

Давайте вспомним, о чем вы говорили на прошлом уроке. Троих из вас я попрошу выполнить короткие задания на карточках (трое учащихся получают задания на карточках):

Вариант 1. 1. Охарактеризуйте ос-новные компоненты и процессы, происходящие на молекулярном уровне биосистемы. 2. К какому уровню био-системы можно отнести такие компоненты, как клетки, ткани и органы многоклеточного орга-низма? Опишите основные процессы, характерные для данного уровня организации живой материи.

Вариант 2. 1. К какому уровню био-системы можно отнести такие компоненты, как группы родственных особей? Опишите основные процессы, характерные для данного уровня организации живой материи. 2. Охарактеризуйте ос-новные компоненты и процессы, происходящие на клеточном уровне биосистемы.

Вариант 3. 1. Охарактеризуйте ос-новные компоненты и процессы, происходящие на популяционно-видовом уровне биосистемы. 2. К какому уровню био-системы можно отнести такие компоненты, как биогеоценозы и антропо-генное воздействие? Опишите основные про-цессы, характерные для данного уровня организации живой материи.

После того, как дети получили карточки с индивидуальными заданиями, у доски учитель предлагает учащимся осветить следующие вопросы:

• что понимают под уровнями организации жизни? каковы их общие характеристики?

• назвать уровни организации жизни и охарактеризовать их

Ответы учащихся при необходимости дополняются комментариями одноклассников. Учитель комментирует ответы учеников и называет отметки за ответы. После чего учитель собирает карточки с выполненными заданиями.

3. Изучение нового материала. (25 мин.)

Сегодня на уроке мы с вами попробуем понять, нужна ли биология как наука современному обществу и каждому человеку в отдельности. Тема нашего урока (записывается на доске): “Практические аспекты биологии”.

Как вы думаете, какова роль биологии в современной жизни? Какова роль биологических знаний в нашей жизни? (Ученики отвечают)

Согласны ли вы с утверждением, что биология — ведущая наука XXI века? (Ученики отвечают)

Вспомните, какие крупные биологические открытия были сделаны за последние годы (клонирование, генная инженерия, расшифровка ДНК и т. д.)? (Ученики отвечает)

Как вы думаете, для решения каких глобальных задач человечества необходимы знания биологии? (Ученики отвечают)

Вспомните, люди каких профессий связываю свою жизнь с биологическими исследованиями? (Дети отвечают) Действительно, практически любая профессия может быть связана с биологическими исследованиями. Так, например, инженеры могут разрабатывать специальные устройства для проведения биологических исследований, врачи используют новые разработки в области биологии для спасения человеческих жизней, фармацевты синтезируют новые лекарственные препараты и т. д.

Действительно, современная наука биология незаменима в жизни общества и каждого человека в частности. Как вы думаете, какой из разделов биологии наиболее полно охватывает все стороны практической деятельности человека? (Ученики отвечают) Действительно, речь идет об общей биологии. Именно поэтому мы с вами изучаем ее, уже имея большой запас знаний. Химия и физика, ботаника и зоология, история и география, анатомия и математика — нельзя отделить эти науки друг от друга. Эти и многие другие науки помогут нам разобраться в вопросах общей биологии и выяснить, каково практическое значение биологии. Вспомните, какие задачи общей биологии вы знаете? (Ученики отвечают) Действительно, основной задачей общей биологии является выявление и объяснение общих свойств и многообразия живых организмов, нахождение общих закономерностей в живой природе.

Сегодня мы с вами попробуем более подробно познакомиться с вопросом о практическом значении биологии. В течение 8-10 минут я предлагаю вам выполнить задания по группам, в первую группу попадают те ребята, которые сидят на первом ряду, во вторую — на втором, в третью — на третьем. Ваша задача, воспользовавшись материалом §5, кратко и четко ответить на вопросы, посвященные определенной проблеме и составить краткую и четкую схему по вашему вопросу. Через 10 минут каждая из групп представит свою схему и прокомментирует ее. Таким образом, у вас полностью будет отражен вопрос о назначении практической биологии и истории становления практической биологии.

Задание для группы 1: История становления знаний человечества о выращивании и культивировании растений. Значение культивирования растений в историческом контексте. Какие профессиональные сферы непосредственно занимаются этой проблемой? В чем заключается их деятельность?

Задание для группы 2: Явление интродукции (акклиматизации), его значение; конкретные примеры интродукции.

Задание для группы 3: Понятия генной инженерии и бионики, их значение для развития современной биологии и медицины, примеры растений и животных, полученных в результате биологических экспериментов.Какие профессиональные сферы непосредственно занимаются этой проблемой? В чем заключается их деятельность?

(Через 7-10 мин. каждая группа представляет свою схему, при необходимости она дополняется учителем; после обсуждения всех трех схем ученики записывают их в тетради)

4. Закрепление и обобщение. (7-10 мин.)

Сегодня на уроке мы с вами узнали, каково практическое значение биологии. Какие сферы профессиональной деятельности непосредственно связаны с биологическими исследованиями? Приведите примеры. Как выдумаете, используются ли знания биологии для охраны окружающей среды? Приведите примеры. (Ученики отвечают)

Вспомните материал сегодняшнего урока и ответьте, что понимают под интродукцией? Приведите примеры. (Ученики отвечают)

5. Задание на дом (2 мин.)

§5 читать, знать основные понятия, согласно составленному конспекту в тетрадях; напишите в тетрадях небольшое эссе на тему “Благодаря знанию основ биологии я могу…”

Разработки уроков — Биология и экология

Егорова Елена 5.0

Отзыв о товаре ША PRO Анализ техники чтения по классам
и четвертям

Хочу выразить большую благодарность от лица педагогов начальных классов гимназии «Пущино» программистам, создавшим эту замечательную программу! То, что раньше мы делали «врукопашную», теперь можно оформить в таблицу и получить анализ по каждому ученику и отчёт по классу. Великолепно, восторг! Преимущества мы оценили сразу. С начала нового учебного года будем активно пользоваться. Поэтому никаких пожеланий у нас пока нет, одни благодарности. Очень простая и понятная инструкция, что немаловажно! Благодарю Вас и Ваших коллег за этот важный труд. Очень приятно, когда коллеги понимают, как можно «упростить» работу учителя.

Наговицина Ольга Витальевна

5.0

учитель химии и биологии, СОШ с. Чапаевка, Новоорский район, Оренбургская область
Отзыв о товаре ША Шаблон Excel Анализатор результатов ОГЭ
по ХИМИИ

Спасибо, аналитическая справка замечательная получается, ОГЭ химия и биология. Очень облегчило аналитическую работу, выявляются узкие места в подготовке к экзамену. Нагрузка у меня, как и у всех учителей большая. Ваш шаблон экономит время, своим коллегам я Ваш шаблон показала, они так же его приобрели. Спасибо.

Чазова Александра 5.0

Отзыв о товаре ША Шаблон Excel Анализатор результатов ОГЭ по
МАТЕМАТИКЕ

Очень хороший шаблон, удобен в использовании, анализ пробного тестирования занял считанные минуты. Возникли проблемы с распечаткой отчёта, но надо ещё раз разобраться. Большое спасибо за качественный анализатор.

Лосеева Татьяна Борисовна 5.0

учитель начальных классов, МБОУ СОШ №1, г. Красновишерск, Пермский край
Отзыв о товаре Изготовление сертификата или свидетельства конкурса

Большое спасибо за оперативное изготовление сертификатов! Все очень красиво. Мой ученик доволен, свой сертификат он вложил в портфолио. Обязательно продолжим с Вами сотрудничество!

Язенина Ольга Анатольевна 4.0

учитель начальных классов, ОГБОУ «Центр образования для детей с особыми образовательными потребностями г. Смоленска»
Отзыв о товаре Вебинар Как создать интересный урок:
инструменты и приемы

Я посмотрела вебинар! Осталась очень довольна полученной информацией. Всё очень чётко, без «воды». Всё, что сказано, показано, очень пригодится в практике любого педагога. И я тоже обязательно воспользуюсь

полезными материалами вебинара. Спасибо большое лектору за то, что она поделилась своим опытом!

Арапханова Ашат 5.0

ША Табель посещаемости + Сводная для ДОУ ОКУД

Хотела бы поблагодарить Вас за такую помощь. Разобралась сразу же, всё очень аккуратно и оперативно. Нет ни одного недостатка. Я не пожалела, что доверилась и приобрела у вас этот табель. Благодаря Вам сэкономила время, сейчас же составляю табель для работников. Удачи и успехов Вам в дальнейшем!

Дамбаа Айсуу 5.0

Отзыв о товаре ША Шаблон Excel Анализатор результатов ЕГЭ по
РУССКОМУ ЯЗЫКУ

Спасибо огромное, очень много экономит времени, т.к. анализ уже готовый, и особенно радует, что есть варианты с сочинением, без сочинения, только анализ сочинения! Превосходно!

1.2 Научный процесс – Концепции биологии – 1-е канадское издание

Перейти к содержанию

Глава 1: Введение в биологию

К концу этого раздела вы сможете:

• Определять общие характеристики естественных наук
• Понимать процесс научного исследования
• Сравните индуктивное рассуждение с дедуктивным умозаключением
• Опишите цели фундаментальной и прикладной науки

Посмотрите видео о научном методе. Рис. 1.14. Ранее называемые сине-зелеными водорослями, (а) цианобактерии, видимые в световой микроскоп, являются одними из древнейших форм жизни на Земле. Эти (б) строматолиты вдоль берегов озера Фетида в Западной Австралии представляют собой древние структуры, образованные наслоением цианобактерий на мелководье.

Подобно геологии, физике и химии, биология — это наука, собирающая знания о мире природы. В частности, биология изучает жизнь. Открытия в биологии делаются сообществом исследователей, которые работают индивидуально и вместе, используя согласованные методы. В этом смысле биология, как и все науки, является общественным предприятием, как политика или искусство. Методы науки включают тщательное наблюдение, ведение записей, логические и математические рассуждения, экспериментирование и представление выводов на рассмотрение другим. Наука также требует значительного воображения и творчества; хорошо спланированный эксперимент обычно называют элегантным или красивым. Как и политика, наука имеет большое практическое значение, и некоторые науки посвящены практическим приложениям, таким как профилактика болезней.

Другая наука развивается в основном из любопытства. Какова бы ни была ее цель, несомненно, что наука, включая биологию, изменила человеческое существование и будет продолжать это делать.

Рис. 1.15. Биологи могут выбрать для изучения Escherichia coli (E. coli), бактерию, которая в норме обитает в нашем пищеварительном тракте, но иногда также является причиной вспышек болезней. На этой микрофотографии бактерия визуализируется с помощью сканирующего электронного микроскопа и цифровой окраски.

Посмотрите видео о редукционном подходе западной науки.

 

Биология — это наука, но что такое наука? Что объединяет изучение биологии с другими научными дисциплинами? Наука (от латинского scientia, — «знание») можно определить как знание о мире природы.

Наука — это очень специфический способ изучения или познания мира. История последних 500 лет показывает, что наука — очень мощный способ познания мира; он в значительной степени ответственен за технологические революции, которые произошли за это время.

Однако есть области знаний и человеческого опыта, к которым нельзя применить научные методы. К ним относятся такие вещи, как ответы на чисто моральные вопросы, эстетические вопросы или вопросы, которые в целом можно отнести к категории духовных вопросов. Наука не может исследовать эти области, потому что они находятся вне сферы материальных явлений, явлений материи и энергии, не могут быть наблюдаемы и измерены.

Научный метод — это метод исследования с определенными этапами, который включает эксперименты и тщательное наблюдение. Шаги научного метода будут подробно рассмотрены позже, но одним из наиболее важных аспектов этого метода является проверка гипотез. Гипотеза – это предполагаемое объяснение события, которое можно проверить. Гипотезы или предварительные объяснения , как правило, производятся в контексте научной теории.

научная теория — это общепринятое, тщательно проверенное и подтвержденное объяснение совокупности наблюдений или явлений. Научная теория является основой научного знания. Кроме того, во многих научных дисциплинах (в меньшей степени в биологии) существуют научные законы, часто выраженные в математических формулах, которые описывают, как элементы природы будут вести себя в определенных конкретных условиях. Нет эволюции гипотез через теории к законам, как если бы они представляли некоторый рост уверенности в отношении мира. Гипотезы — это повседневный материал, с которым работают ученые, и они разрабатываются в контексте теорий. Законы — это краткие описания частей мира, поддающиеся формульному или математическому описанию.

Естественные науки

Что вы ожидаете увидеть в музее естествознания? Лягушки? Растения? Скелеты динозавров? Экспонаты о том, как работает мозг? Планетарий? Драгоценные камни и минералы? А может все перечисленное? Наука включает в себя такие разнообразные области, как астрономия, биология, информатика, геология, логика, физика, химия и математика. Однако те области науки, которые связаны с физическим миром и его явлениями и процессами, считаются естественными науками.

Таким образом, музей естественных наук может содержать любой из перечисленных выше предметов.

Рисунок 1.16 Некоторые области науки включают астрономию, биологию, информатику, геологию, логику, физику, химию и математику.

Нет полного согласия, когда речь заходит об определении того, что включают в себя естественные науки. Для некоторых специалистов естественными науками являются астрономия, биология, химия, науки о Земле и физика. Другие ученые предпочитают делить естественные науки на науки о жизни, которые изучают живые существа и включают биологию, и физические науки, которые изучают неживую материю и включают астрономию, физику и химию. Некоторые дисциплины, такие как биофизика и биохимия, основаны на двух науках и являются междисциплинарными.

Научное исследование

Одна вещь является общей для всех форм науки: конечная цель «познать». Любопытство и исследование являются движущими силами развития науки. Ученые стремятся понять мир и то, как он устроен. Используются два метода логического мышления: индуктивное рассуждение и дедуктивное рассуждение.

Индуктивное рассуждение — это форма логического мышления, которая использует связанные наблюдения, чтобы прийти к общему заключению. Этот тип рассуждений распространен в описательной науке. Специалист по жизни, такой как биолог, делает наблюдения и записывает их. Эти данные могут быть качественными (описательными) или количественными (состоящими из чисел), а исходные данные могут быть дополнены рисунками, картинками, фотографиями или видео. Из многих наблюдений ученый может сделать выводы (индукции), основанные на доказательствах. Индуктивное рассуждение включает в себя формулирование обобщений, сделанных на основе тщательного наблюдения и анализа большого количества данных. Исследования мозга часто работают таким образом. Многие мозги наблюдают, пока люди выполняют задачу. Часть мозга, которая загорается, указывая на активность, затем демонстрируется как часть, контролирующая реакцию на эту задачу.

Дедуктивное рассуждение или дедукция — это тип логики, используемый в науке, основанной на гипотезах. В дедуктивных рассуждениях модель мышления движется в противоположном направлении по сравнению с индуктивными рассуждениями. Дедуктивное рассуждение — это форма логического мышления, использующая общий принцип или закон для прогнозирования конкретных результатов. Исходя из этих общих принципов, ученый может экстраполировать и предсказать конкретные результаты, которые будут верны до тех пор, пока верны общие принципы. Например, прогноз может заключаться в том, что если климат в регионе становится теплее, распределение растений и животных должно измениться. Были проведены сравнения между распределениями в прошлом и настоящем, и многие обнаруженные изменения согласуются с потеплением климата. Обнаружение изменения в распределении свидетельствует о том, что вывод об изменении климата является верным.

Оба типа логического мышления связаны с двумя основными направлениями научного исследования: описательной наукой и наукой, основанной на гипотезах. Описательная (или исследовательская) наука направлена ​​на наблюдение, исследование и открытие, в то время как наука, основанная на гипотезах, начинается с конкретного вопроса или проблемы и потенциального ответа или решения, которое можно проверить. Граница между этими двумя формами исследования часто размыта, потому что большинство научных усилий сочетают оба подхода. Наблюдения приводят к вопросам, вопросы приводят к формированию гипотезы как возможного ответа на эти вопросы, а затем гипотеза проверяется. Таким образом, описательная наука и наука, основанная на гипотезах, находятся в постоянном диалоге.

Биологи изучают живой мир, задавая вопросы о нем и ища научно обоснованные ответы. Этот подход характерен и для других наук, и его часто называют научным методом. Научный метод применялся еще в древние времена, но впервые он был задокументирован английским сэром Фрэнсисом Бэконом (1561–1626), который разработал индуктивные методы для научных исследований. Научный метод используется не только биологами, но может применяться практически ко всему как метод логического решения проблем.

Рис. 1.17 Сэр Фрэнсис Бэкон считается первым, кто задокументировал научный метод.

Научный процесс обычно начинается с наблюдения (часто проблемы, которую нужно решить), которая приводит к вопросу. Давайте подумаем о простой задаче, которая начинается с наблюдения, и применим научный метод для ее решения. Однажды утром в понедельник ученик приходит в класс и быстро обнаруживает, что в классе слишком жарко. Это наблюдение также описывает проблему: в классе слишком тепло. Затем ученик задает вопрос: «Почему в классе так тепло?»

Напомним, что гипотеза — это предполагаемое объяснение, которое можно проверить. Для решения проблемы можно предложить несколько гипотез. Например, одной из гипотез может быть: «В классе тепло, потому что никто не включал кондиционер». Но могут быть и другие ответы на вопрос, и поэтому могут быть предложены другие гипотезы. Второй гипотезой может быть: «В классе тепло, потому что отключилось электричество, и поэтому кондиционер не работает».

После выбора гипотезы можно сделать прогноз. Прогноз похож на гипотезу, но обычно имеет формат «Если . . . затем . . . ». Например, предсказание для первой гипотезы может быть таким: « Если ученик включит кондиционер, затем , в классе не будет слишком жарко.

Гипотеза должна быть поддающейся проверке, чтобы убедиться, что она верна. Например, гипотеза, основанная на том, что думает медведь, не поддается проверке, потому что никогда нельзя узнать, что думает медведь. Он также должен быть фальсифицируемым, то есть его можно опровергнуть экспериментальными результатами. Примером неопровержимой гипотезы является «Боттичелли Рождение Венеры прекрасно». Нет никакого эксперимента, который мог бы показать, что это утверждение ложно. Чтобы проверить гипотезу, исследователь проведет один или несколько экспериментов, направленных на устранение одной или нескольких гипотез. Это важно. Гипотеза может быть опровергнута или исключена, но никогда не может быть доказана. Наука не занимается доказательствами, как математика. Если в ходе эксперимента не удается опровергнуть гипотезу, то мы находим подтверждение этому объяснению, но это не означает, что в будущем не будет найдено лучшего объяснения или будет найден более тщательно спланированный эксперимент, опровергающий гипотезу.

В каждом эксперименте будет одна или несколько переменных и один или несколько элементов управления. Переменная — это любая часть эксперимента, которая может варьироваться или изменяться в ходе эксперимента. Контроль – это часть эксперимента, которая не изменяется. Найдите переменные и элементы управления в следующем примере. В качестве простого примера можно провести эксперимент для проверки гипотезы о том, что фосфат ограничивает рост водорослей в пресноводных прудах. Ряд искусственных прудов наполняется водой, и половина из них обрабатывается путем добавления фосфата каждую неделю, а другая половина обрабатывается путем добавления соли, которая, как известно, не используется водорослями. Переменной здесь является фосфат (или отсутствие фосфата), экспериментальные или лечебные случаи — это пруды с добавлением фосфата, а контрольные пруды — это пруды с добавлением чего-то инертного, например, соли. Простое добавление чего-то также является контролем против возможности того, что добавление дополнительного вещества в пруд может иметь эффект. Если в обработанных прудах наблюдается меньший рост водорослей, то мы нашли подтверждение нашей гипотезы. Если нет, то мы отвергаем нашу гипотезу. Имейте в виду, что отказ от одной гипотезы не определяет, могут ли быть приняты другие гипотезы; он просто исключает одну неверную гипотезу. С помощью научного метода отвергаются гипотезы, противоречащие экспериментальным данным.

Рис. 1.18 Научный метод представляет собой серию определенных шагов, включающих эксперименты и тщательное наблюдение. Если гипотеза не подтверждается данными, может быть предложена новая гипотеза.

В приведенном ниже примере научный метод используется для решения повседневной проблемы. Какая часть в приведенном ниже примере является гипотезой? Какой прогноз? По результатам эксперимента подтверждается ли гипотеза? Если это не подтверждается, предложите несколько альтернативных гипотез.

1. Мой тостер не поджаривает мой хлеб.
2. Почему мой тостер не работает?
3. Что-то не так с электрической розеткой.
4. Если что-то не так с розеткой, моя кофеварка тоже не будет работать при подключении к ней.
5. Я включаю кофеварку в розетку.
6. Моя кофеварка работает.

На практике научный метод не такой жесткий и структурированный, как может показаться на первый взгляд. Иногда эксперимент приводит к выводам, благоприятствующим изменению подхода; часто эксперимент ставит перед головоломкой совершенно новые научные вопросы. Во многих случаях наука не работает линейно; вместо этого ученые постоянно делают выводы и делают обобщения, находя закономерности в ходе своих исследований. Научное рассуждение сложнее, чем предполагает сам по себе научный метод.

 

Посмотрите видео о прогрессе науки.

Последние несколько десятилетий в научном сообществе ведутся споры о ценности различных видов науки. Стоит ли заниматься наукой просто ради получения знаний, или научные знания имеют ценность только в том случае, если мы можем применить их для решения конкретной проблемы или улучшения нашей жизни? Этот вопрос фокусируется на различиях между двумя типами науки: фундаментальной наукой и прикладной наукой.

Фундаментальная наука или «чистая» наука стремится расширить знания независимо от краткосрочного применения этих знаний. Он не ориентирован на разработку продукта или услуги, представляющих немедленную общественную или коммерческую ценность. Непосредственной целью фундаментальной науки является знание ради знания, хотя это не означает, что в конечном итоге оно не может привести к применению.

Напротив, прикладная наука или «технология» направлена ​​на использование науки для решения реальных проблем, что позволяет, например, повысить урожайность, найти лекарство от конкретной болезни или спасти животных, которым угрожает естественная опасность. катастрофа. В прикладной науке проблема обычно определяется для исследователя.

Некоторые люди могут воспринимать прикладную науку как «полезную», а фундаментальную науку как «бесполезную». Вопрос, который эти люди могут задать ученому, выступающему за приобретение знаний, будет звучать так: «Зачем?» Однако внимательное изучение истории науки показывает, что базовые знания привели к множеству замечательных и очень ценных применений. Многие ученые считают, что перед разработкой приложения необходимо иметь базовое понимание науки; поэтому прикладная наука опирается на результаты, полученные с помощью фундаментальной науки. Другие ученые считают, что пора отходить от фундаментальной науки и вместо этого искать решения актуальных проблем. Оба подхода действительны. Это правда, что есть проблемы, которые требуют немедленного внимания; однако немногие решения были бы найдены без помощи знаний, полученных благодаря фундаментальной науке.

Один из примеров того, как фундаментальная и прикладная наука могут работать вместе для решения практических задач, произошел после того, как открытие структуры ДНК привело к пониманию молекулярных механизмов, управляющих репликацией ДНК. Нити ДНК, уникальные для каждого человека, находятся в наших клетках, где они дают инструкции, необходимые для жизни. Во время репликации ДНК создаются новые копии ДНК незадолго до деления клетки с образованием новых клеток. Понимание механизмов репликации ДНК позволило ученым разработать лабораторные методики, которые сейчас используются для выявления генетических заболеваний, выявления лиц, находившихся на месте преступления, и установления отцовства. Без фундаментальной науки маловероятно существование прикладной науки.

Другим примером связи между фундаментальными и прикладными исследованиями является проект «Геном человека», исследование, в ходе которого каждая хромосома человека была проанализирована и нанесена на карту для определения точной последовательности субъединиц ДНК и точного местоположения каждого гена. (Ген — это основная единица наследственности; полная коллекция генов человека — это его или ее геном.) Другие организмы также изучались в рамках этого проекта, чтобы лучше понять хромосомы человека. Проект «Геном человека» основывался на фундаментальных исследованиях, проведенных с нечеловеческими организмами, а затем и с геномом человека. В конечном итоге важной конечной целью стало использование данных для прикладных исследований в поисках лекарств от генетически связанных заболеваний.

Рис. 1.19 Проект «Геном человека» — это 13-летняя совместная работа исследователей, работающих в нескольких различных областях науки. Проект был завершен в 2003 году.

Несмотря на то, что исследования как в фундаментальной, так и в прикладной науке обычно тщательно планируются, важно отметить, что некоторые открытия делаются по счастливой случайности, то есть благодаря счастливой случайности или счастливому сюрпризу. Пенициллин был открыт, когда биолог Александр Флеминг случайно оставил чашку Петри с Бактерии Staphylococcus открыты. Нежелательная плесень выросла, убивая бактерии. Плесень оказалась Penicillium , и был открыт новый антибиотик. Даже в высокоорганизованном мире науки удача — в сочетании с наблюдательным и любопытным умом — может привести к неожиданным прорывам.

Независимо от того, является ли научное исследование фундаментальной наукой или прикладной наукой, ученые должны делиться своими открытиями с другими исследователями, чтобы расширять и развивать свои открытия. Коммуникация и сотрудничество внутри и между поддисциплинами науки являются ключом к продвижению научных знаний. По этой причине важным аспектом работы ученого является распространение результатов и общение с коллегами. Ученые могут обмениваться результатами, представляя их на научном собрании или конференции, но такой подход может охватить лишь ограниченное число присутствующих. Вместо этого большинство ученых представляют свои результаты в рецензируемых статьях, которые публикуются в научных журналах. Рецензируемые статьи — это научные статьи, которые рецензируются, как правило, анонимно коллегами ученого или коллегами. Эти коллеги являются квалифицированными специалистами, часто экспертами в той же области исследований, которые судят о том, подходит ли работа ученого для публикации. Процесс рецензирования помогает гарантировать, что исследование, описанное в научной статье или заявке на получение гранта, является оригинальным, значимым, логичным и тщательным. Предложения о грантах, которые представляют собой запросы на финансирование исследований, также подлежат экспертной оценке. Ученые публикуют свои работы, чтобы другие ученые могли воспроизвести свои эксперименты в аналогичных или других условиях, чтобы расширить результаты. Экспериментальные результаты должны согласовываться с выводами других ученых.

Многие журналы и популярные издания не используют систему рецензирования. В настоящее время доступно большое количество онлайн-журналов с открытым доступом, журналы со статьями, доступными бесплатно, многие из которых используют строгие системы рецензирования, но некоторые из них этого не делают. Результаты любых исследований, опубликованных на этих форумах без рецензирования, ненадежны и не должны служить основой для другой научной работы. В одном из исключений журналы могут разрешить исследователю цитировать личное сообщение другого исследователя о неопубликованных результатах с разрешения цитируемого автора.

Биология — это наука, изучающая живые организмы и их взаимодействие друг с другом и с окружающей их средой. Наука пытается описать и понять природу Вселенной полностью или частично. Наука имеет много областей; те области, которые связаны с физическим миром и его явлениями, считаются естественными науками.

Гипотеза – это предварительное объяснение наблюдения. Научная теория — это хорошо проверенное и последовательно проверенное объяснение ряда наблюдений или явлений. Научный закон — это описание, часто в форме математической формулы, поведения аспекта природы при определенных обстоятельствах. В науке используются два типа логических рассуждений. Индуктивное рассуждение использует результаты для получения общих научных принципов. Дедуктивное рассуждение — это форма логического мышления, которая предсказывает результаты, применяя общие принципы. Общей чертой всех научных исследований является использование научного метода. Ученые представляют свои результаты в рецензируемых научных статьях, публикуемых в научных журналах.

Наука может быть фундаментальной или прикладной. Основная цель фундаментальной науки — расширить знания, не ожидая краткосрочного практического применения этих знаний. Однако основной целью прикладных исследований является решение практических задач.

прикладная наука: форма науки, которая решает проблемы реального мира

фундаментальная наука: наука, которая стремится расширить знания независимо от краткосрочного применения этих знаний

контроль: часть эксперимента, которая не меняется в ходе эксперимента стремится наблюдать, исследовать и находить вещи

фальсифицируемые: могут быть опровергнуты экспериментальными результатами

гипотеза : предполагаемое объяснение события, которое можно проверить

наука, основанная на гипотезах: форма науки, которая начинается с конкретного объяснения, которое затем проверяется : область науки, например биология, изучающая живые существа

естествознание: область науки, изучающая физический мир, его явления и процессы

рецензируемая статья: научный отчет, который рецензируется коллегами ученого перед публикацией : знание, которое охватывает общие истины или действие общих законов, особенно когда они получены и проверены научным методом

научный закон: описание, часто в форме математической формулы, поведения некоторых аспектов природы при определенных условиях

научный метод: метод исследования с определенными этапами, который включает эксперименты и тщательное наблюдение

научная теория: тщательно проверенное и подтвержденное объяснение наблюдений или явлений изменить или изменить

Атрибуция СМИ

• Рисунок 1. 14
  • Цианобактерии НАСА © Public Domain
  • Строматолиты на озере Фетида Рут Эллисон © CC BY-NC (Attribution NonCommercial)
• Рисунок 1.15 Эрика Эрбе, цифровая раскраска выполнена Кристофером Пули, оба из USDA, ARS, EMU. © Общественное достояние
• Рисунок 1.16 создан редактором изображений © CC BY (С указанием авторства)
• Рисунок 1.17 Поля ван Сомера I © Public Domain
• Рисунок 1.19 – Министерство энергетики США, проект «Геном человека» © Public Domain

License

Concepts of Biology — 1st Canadian Edition Чарльза Молнара и Джейн Гейр распространяется по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License, если не указано иное.

Поделиться этой книгой

Поделиться в Твиттере

Представление данных – Графики и таблицы – Основы биологии

Перейти к содержимому

Существуют различные типы данных, которые можно собирать в ходе эксперимента. Как правило, мы пытаемся разработать эксперименты, которые собирают объективные количественные данные.

Цель  данные основаны на фактах, поддаются измерению и наблюдению. Это означает, что если два человека проведут одно и то же измерение с помощью одного и того же инструмента, они получат одинаковый ответ. Измерение определяется объектом, который измеряется. Длина червяка, измеренная линейкой, является объективным измерением. Наблюдение, что химическая реакция в пробирке изменила цвет, является объективным измерением. Оба эти факта являются наблюдаемыми.

Субъективные данные основаны на мнениях, точках зрения или эмоциональных суждениях. Субъективные данные могут давать два разных ответа, если их собирают два разных человека. Измерение определяется субъектом, который делает измерение. Опрос людей о том, какое из двух химических веществ пахнет хуже, является субъективным измерением. Оценка качества презентации является субъективным измерением. Оценка вашего относительного счастья по шкале от 1 до 5 является субъективным измерением. Все это зависит от человека, который проводит наблюдение — кто-то другой может провести эти измерения по-другому.

Количественные измерения собирают числовые данные. Например, измерение червя длиной 5 см является количественным измерением.

Качественные измерения описывают качество, а не числовое значение. Утверждение, что один червь длиннее другого, является качественным измерением.

	Количественный	Качественный
Объектив	В результате химической реакции образовались пузыри диаметром 5 см.	В результате химической реакции образовалось много пузырьков.
Субъективный	Я даю количеству пузырьков 7 баллов по шкале от 1 до 10.	По-моему, пузыри красивые.

После того, как вы собрали данные в ходе эксперимента, вам нужно найти лучший способ представить эти данные осмысленным образом. В зависимости от типа данных и истории, которую вы пытаетесь рассказать, используя эти данные, вы можете представлять свои данные по-разному.

Самый простой способ упорядочить данные — поместить их в таблицу данных. В большинстве таблиц данных независимая переменная (переменная, которую вы намеренно тестируете или изменяете) находится в столбце слева, а зависимые переменные — в верхней части таблицы.

Обязательно:

• Пометьте каждую строку и столбец, чтобы таблицу можно было интерпретировать
• Включить единицы, которые используются
• Добавить описательный заголовок для таблицы

Пример

Вы оцениваете влияние различных видов удобрений на рост растений. Вы сажаете 12 растений помидоров и делите их на три группы, где в каждой группе по четыре растения. К первой группе вы не добавляете удобрения и растения поливаете обычной водой. Вторую и третью группы поливают удобрениями двух разных марок. Через три недели вы измеряете рост каждого растения в сантиметрах и рассчитываете средний рост для каждого вида удобрений.

Влияние различных марок удобрений на рост растений томата в течение трех недель

Лечение	Номер завода
	1	2	3	4	Средний
Без обработки	10	12	8	9	9,75
Марка А	15	16	14	12	14.25
Марка Б	22	25	21	27	23,75

Обзор научного метода:  Можете ли вы определить ключевые части научного метода из этого эксперимента?

• Независимая переменная – Тип обработки (марка удобрения)
• Зависимая переменная – рост растения в см
• Контрольная группа (группы) – Растения, обработанные без удобрений
• Экспериментальная группа (группы) – Растения, обработанные удобрениями разных марок

Графики используются для отображения данных, потому что легче увидеть тенденции в данных, когда они отображаются визуально, по сравнению с числовым отображением в таблице. Сложные данные часто легче отображать и интерпретировать в формате графика, чем в виде таблицы данных.

На графике ось X проходит горизонтально (из стороны в сторону), а ось Y — вертикально (вверх и вниз). Как правило, независимая переменная отображается на оси X, а зависимая переменная — на оси Y (точно так же, как вы учились на уроке математики!).

Линейный график

Линейные графики лучше всего подходят для отображения изменений чего-либо в непрерывном диапазоне. Например, вы можете использовать линейный график для отображения изменения температуры во времени. Время – это непрерывная переменная, поскольку оно может иметь любое значение между двумя заданными измерениями. Он измеряется вдоль континуума. Между 1 минутой и 2 минутами находится бесконечное количество значений, например 1,1 минуты или 1,93456 минут.

Изменения в нескольких разных образцах можно показать на одном графике с помощью линий, различающихся по цвету, символу и т. д.

Рисунок 1: Изменение высоты пузырьков в сантиметрах за 120 секунд для трех образцов, содержащих разное количество фермента. Образец A не содержал фермента, образец B содержал 1 мл фермента, образец C содержал 2 мл фермента.

Гистограмма

Гистограммы используются для сравнения измерений между различными группами. Гистограммы следует использовать, когда ваши данные не являются непрерывными, а разделены на разные категории. Если бы вы подсчитали количество птиц разных видов, каждый вид птиц был бы своей собственной категорией. Между «робином» и «орлом» нет значения, поэтому эти данные не являются непрерывными.

Рисунок 2. Окончательная высота пузырьков через 120 секунд для трех образцов, содержащих разные комбинации ингредиентов. Образец А содержит фермент, но не содержит субстрат, образец В содержит субстрат, но не содержит фермент, образец С содержит субстрат и фермент.

Точечная диаграмма

Точечные диаграммы используются для оценки взаимосвязи между двумя различными непрерывными переменными. На этих графиках сравниваются изменения двух разных переменных одновременно. Например, вы можете посмотреть на взаимосвязь между ростом и весом. И рост, и вес являются непрерывными переменными. Вы не можете использовать точечную диаграмму, чтобы посмотреть на взаимосвязь между количеством детей в семье и весом каждого ребенка, потому что количество детей в семье не является непрерывной переменной: в семье не может быть 2,3 ребенка.

Рисунок 3. Отношение между ростом (в метрах) и весом (в килограммах) членов женской команды по софтболу. «Пример диаграммы рассеяния веса и роста OLS» от Stpasha находится в общественном достоянии

.

Как построить график

1. Определите независимые и зависимые переменные.
2. Выберите правильный тип графика, определив, является ли каждая переменная непрерывной или нет.
3. Определите значения, которые будут идти по осям X и Y. Если значения непрерывны, они должны быть равномерно распределены в зависимости от значения.
4. Подпишите оси X и Y, включая единицы измерения.
5. График ваших данных.
6. Добавьте описательный заголовок к диаграмме. Обратите внимание, что таблицы данных имеют заголовок над рисунком, а графики — под ним.

Пример

Давайте вернемся к данным нашего эксперимента с удобрениями и используем их для построения графика. Я решил изобразить на графике только средний рост четырех растений, потому что это самая важная часть данных. Включение каждой отдельной точки данных сделало бы график очень запутанным.

1. Независимая переменная – тип обработки, а зависимая переменная – рост растения (в см).
2. Тип лечения не является непрерывной переменной. Среднего значения между марками удобрений нет (марка A 1/2 не имеет смысла). Рост растений является непрерывной переменной. Имеет смысл разделить сантиметры на более мелкие значения. Поскольку независимая переменная является категориальной, а зависимая переменная непрерывна, этот график должен быть гистограммой.
3. Рост растений (зависимая переменная) должен располагаться по оси Y, а тип обработки (независимая переменная) — по оси X.
4. Обратите внимание, что значения по оси Y непрерывны и равномерно распределены. Каждая линия соответствует увеличению на 5 см.
5. Обратите внимание, что обе оси X и Y имеют метки, которые включают единицы измерения (при необходимости).
6. Обратите внимание, что график имеет описательный заголовок, который позволяет фигуре стоять отдельно без дополнительной информации, полученной в результате процедуры: вы знаете, что этот график показывает среднее значение измерений, снятых с четырех растений томата.

Рисунок 4: Средний рост (в см) растений томата при обработке различными марками удобрений. В каждой группе было по четыре растения томатов (n = 4).

Все рисунки, представляющие данные, должны стоять отдельно друг от друга — это означает, что вы должны иметь возможность интерпретировать информацию, содержащуюся на рисунке, не обращаясь ни к чему другому (например, к разделу, посвященному методам). Это означает, что все рисунки должны иметь описательный заголовок, который дает информацию о независимой и зависимой переменной.