§ 2. Методы исследования в биологии

Определения и обозначения

Наблюдение — целенаправленное изучение объектов и явлений природы без вмешательства в их ход. Наблюдатель отмечает, что происходит, и какие признаки можно увидеть. Например, он может следить, когда раскрываются цветки. Записи помогают не полагаться только на память и позже сравнить увиденное.

Эксперимент — изучение объекта или явления в специально созданных и контролируемых условиях. В отличие от наблюдения, исследователь сам организует условия или меняет одно из них. Так можно проверить, влияет ли свет на рост растения. Контроль условий помогает связать результат именно с проверяемым изменением.

Измерение — определение численного значения признака с помощью измерительного прибора и единицы измерения. Так узнают, например, длину листа в сантиметрах или рост проростка в миллиметрах. Числа позволяют точнее сравнивать объекты и изменения. Чтобы результат был понятен, записывают и значение, и единицу измерения.

Описание — словесная или графическая фиксация особенностей объекта, которые обнаружили при изучении. Можно записать форму листа, его цвет и расположение жилок или сделать рисунок. Описание сохраняет признаки, которые не всегда удаётся выразить числами. Оно помогает представить объект и сопоставить его с другими.

Как это устроено

Исследование начинается с вопроса о живом объекте или явлении. Вопрос подсказывает, какие данные понадобятся для ответа: нужно ли следить за изменениями, сравнить условия или узнать точный размер. Поэтому сначала определяют цель, а уже потом выбирают метод. Если метод не подходит к вопросу, полученные сведения могут не помочь найти ответ.

Наблюдение позволяет следить за объектом в естественных условиях, то есть там, где он обычно живёт или развивается. Например, чтобы узнать, какие насекомые посещают цветок, не нужно менять условия на участке. Но наблюдателю важно заранее решить, за чем именно следить и как записывать увиденное. Иначе можно заметить одни события и пропустить другие, а результаты разных дней будет трудно сравнить.

Эксперимент нужен, когда требуется выяснить, как изменение одного условия влияет на живой организм. Например, можно сравнить рост проростков при разном освещении. Чтобы проверить именно влияние света, воду, почву и другие условия стараются оставить одинаковыми. Если одновременно поменять и свет, и количество воды, станет непонятно, что вызвало различие.

Измерение и описание дополняют наблюдение и эксперимент, потому что помогают фиксировать признаки разными способами. Измерение даёт число с единицей, а описание передаёт особенности словами или рисунком. Так исследователь может записать не только, что проросток стал выше, но и насколько он вырос, а также как выглядят его листья. Вместе такие записи дают более полное представление об объекте.

После исследования результаты записывают и сопоставляют, то есть сравнивают между собой. Затем формулируют вывод, который отвечает на исходный вопрос и опирается на собранные данные. Например, если проросток при одном освещении вырос больше, это наблюдение нужно подтвердить измерениями и сравнить с результатом другого проростка. Предположение до проверки не заменяет вывод: оно лишь помогает решить, что исследовать.

Методы исследования в биологии

Пользуйся таблицей так: сначала найди цель исследования, затем сравни, что делают при каждом методе. Для одного вопроса можно сочетать несколько методов, например наблюдать за ростом и регулярно измерять проросток. Выбирай способ записи, который поможет ясно сопоставить результаты.

Разбор задач

Задача 1. Нужно выяснить, какие насекомые посещают цветок на школьном участке. Условия участка специально менять не требуется: нужно узнать, что происходит в обычной обстановке. Значит, подходит наблюдение, а записи должны позволить сравнить посещения.

1. Выбери цветок или участок, за которым будешь следить, и заранее назначь время наблюдения. Постарайся проводить его регулярно, чтобы наблюдения можно было сопоставить. Не отпугивай насекомых и не меняй условия вокруг цветка.

2. При каждом посещении отмечай, какое насекомое прилетело и в какое время. Если вид насекомого неизвестен, опиши его заметные особенности, например размер и окраску. Так запись останется полезной, даже если ты пока не знаешь название.

3. Сравни записи и посмотри, какие насекомые встречались и когда. Не делай вывод о посещениях за всё время по одному короткому наблюдению. Учитывай только то, что действительно записано.

Ответ: проведи наблюдение и фиксируй виды насекомых (или их особенности) и время посещения цветка.

Задача 2. Два одинаковых проростка поместили в разные условия освещения. Нужно выяснить, влияет ли свет на их рост. Это проверка влияния условия, поэтому одного наблюдения недостаточно: потребуется эксперимент и измерения.

1. Оставь проростки в одинаковых горшках и обеспечь им одинаковые почву, воду и температуру. Изменяй только освещение, иначе результат нельзя будет связать именно со светом. Это делает сравнение более справедливым.

2. В начале запиши рост каждого проростка, а затем измеряй его регулярно одним и тем же способом. Записывай дату, значение и единицу измерения. Измерения покажут не только внешний вид, но и численное изменение.

3. Сравни, как менялся рост растений в одинаковые промежутки времени. Проверь, не отличались ли другие условия и не пропущены ли записи. Сделай вывод о влиянии света только в пределах полученных данных.

Ответ: проведи эксперимент, меняя только освещение, и регулярно измеряй рост обоих проростков.

Задача 3. Ученики предполагают, что семена быстрее прорастают в тепле. Чтобы проверить догадку, нужно сравнить семена при разных температурах. При этом остальные условия должны быть одинаковыми, а результат — записанным.

1. Подготовь одинаковые группы семян и создай для них разные температурные условия. Одинаковыми оставь воду, освещение и другие условия, важные для прорастания. Так температура будет главным различием между группами.

2. Регулярно проверяй семена и записывай, когда они начинают прорастать. Можно также отмечать число проросших семян в каждой группе в одни и те же дни. Записи позволяют сравнить ход прорастания, а не полагаться на память.

3. Сопоставь данные двух групп и проверь, действительно ли в более тёплых условиях прорастание шло быстрее. Если результаты не подтверждают догадку, нельзя объявлять её доказанной. Вывод должен соответствовать тому, что показали записи.

Ответ: сравни прорастание семян при разных температурах, сохранив остальные условия одинаковыми; вывод обоснуй записанными результатами.

Типичные ошибки

• Называть наблюдение экспериментом. При наблюдении условия специально не меняют, а в эксперименте их организуют и контролируют. Путаница возникает потому, что оба метода помогают изучать живые объекты. Проверь себя: задавал ли ты условия или только следил за происходящим?

• Менять в опыте сразу несколько условий. Тогда нельзя понять, какое именно изменение повлияло на результат. Так иногда поступают, желая быстрее проверить догадку. Перед опытом перечисли условия и убедись, что меняется только проверяемое.

• Записывать результаты выборочно или по памяти. Из-за этого можно пропустить событие или перепутать значения, а сравнение станет ненадёжным. Ошибку легко допустить, если кажется, что важные детали запомнятся. Проверь, есть ли запись каждого наблюдения и указаны ли дата, признак и единицы измерения, если они нужны.

• Считать предположение доказанным выводом. Догадка появляется до проверки, а вывод делают после изучения результатов. Их путают, когда ожидаемый ответ принимают за верный заранее. Спроси себя: какие именно данные подтверждают моё утверждение?

Связь с другими темами

Чтобы исследовать живую природу, полезно знать, что у организмов есть признаки, которые можно наблюдать и сравнивать. Например, можно сопоставить форму листьев или рост растений. Навыки наблюдения и описания пригодятся при изучении растений, грибов и бактерий. Эксперимент и измерение помогут позднее проверять предположения и получать результаты, которые можно сравнить.

Что запомнить

• В биологии используют разные методы исследования.
• Метод выбирают в зависимости от вопроса.
• Наблюдение проводят без намеренного изменения условий.
• Эксперимент позволяет изучать объект в специально созданных условиях.
• Измерение помогает получить численные данные.
• Результаты исследования нужно фиксировать.
• Вывод должен опираться на результаты.