Определение биологии как науки. Связь биологии с другими науками

Вопрос 1. Введение в биологию

1. Определение биологии

Биология – наука о жизни . Она изучает жизнь как особую форму движения материи, законы ее существования и развития. Предметом изучения биологии являются живые организмы, их строение, функции, их природные сообщества. Термин «биология», предложенный в 1802 г. впервые Ж.Б. Ламарком, происходит от двух греческих слов: bios - жизнь и logos – наука. Вместе с астрономией, физикой, химией, геологией и другими науками, изучающими природу, биология относится к числу естественных наук. В общей системе знаний об окружающем мире другую группу наук составляют социальные, или гуманитарные (лат. humanitas – человеческая природа), науки, изучающие закономерности развития человеческого общества.

2. Современная биология

Классификацией живых существ занимается систематика.

Ряд биологических наук изучает морфологию, т. е. строение организмов, другие – физиологию, т. е. процессы, протекающие в живых организмах, и обмен веществ между организмами и средой. К морфологическим наукам относятся анатомия, изучающая макроскопическую организацию животных и растений, и гистология – наука о тканях и о микроскопическом строении тела.

Многие общебиологические закономерности являются предметом изучения цитологии, эмбриологии, геронтологии, генетики, экологии, дарвинизма и других наук.

3. Наука о клетке

Цитология – наука о клетке. Благодаря применению электронного микроскопа, новейших химических и физических методов исследования современная цитология изучает строение и жизнедеятельность клетки не только на микроскопическом, но и на субмикроскопическом, молекулярном уровне.

4. Эмбриология и генетика

Эмбриология изучает закономерности индивидуальности развития организмов, развитие зародыша. Геронтология – учение о старении организмов и борьбе за долголетие.

Генетика – наука о закономерностях изменчивости и наследственности. Она является теоретической базой селекции микроорганизмов, культурных растений и домашних животных.

5. Экологические науки

6. Палеонтология. Антропология

Палеонтология изучает вымершие организмы, ископаемые останки прежней жизни.

Дарвинизм , или эволюционное учение, рассматривает общие закономерности исторического развития органического мира.

Антропология – наука о происхождении человека и его рас. Правильное понимание биологической эволюции человека невозможно без учета закономерностей развития человеческого общества, поэтому антропология является не только биологической, но и социальной наукой.

7. Связь биологии с другими науками

Во всех теоретических и практических медицинских науках используются общебиологические закономерности.

Вопрос 2. Методы биологических наук

1. Основные методы биологии

Основными частными методами в биологии являются:

Описательный,

Сравнительный,

Исторический,

Экспериментальный.

Для того чтобы выяснить сущность явлений, необходимо прежде всего собрать фактический материал и описать его. Собирание и описание фактов были главным приемом исследования в ранний период развития биологии , который, однако, не утратил значения и в настоящее время.

Еще в XVIII в. получил распространение сравнительный метод, позволяющий путем сопоставления изучать сходство и различие организмов и их частей. На принципах этого метода была основана систематика и сделано одно из крупнейших обобщений – создана клеточная теория. Сравнительный метод перерос в исторический , но не потерял своего значения и сейчас.

2. Исторический метод

Исторический метод выясняет закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функций. Утверждением в биологии исторического метода наука обязана Ч. Дарвину.

3. Экспериментальный метод

Экспериментальный метод исследования явлений природы связан с активным воздействием на них путем постановки опытов (экспериментов) в точно учитываемых условиях и путем изменения течения процессов в нужном исследователю направлении. Этот метод позволяет изучать явления изолированно и добиваться повторяемости их при воспроизведении тех же условий. Эксперимент обеспечивает не только более глубокое, чем другие методы, проникновение в сущность явлений, но и непосредственное овладение ими.

Высшей формой эксперимента является моделирование изучаемых процессов. Блестящий экспериментатор И.П. Павлов говорил: «Наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что он хочет».

Комплексное использование различных методов позволяет наиболее полно познать явления и объекты природы. Происходящее в настоящее время сближение биологии с химией, физикой, математикой и кибернетикой, использование их методов для решения биологических задач оказались весьма плодотворными.

Вопрос 3. Этапы развития биологии

1. Эволюция биологии

Развитие каждой науки находится в известной зависимости от способа производства , общественного строя, потребностей практики, общего уровня науки и техники. Первые сведения о живых организмах начал накапливать еще первобытный человек. Живые организмы доставляли ему пищу, материал для одежды и жилища. Уже в то время появилась необходимость знать свойства растений и животных, места их обитания и произрастания, сроки созревания плодов и семян, особенности поведения животных. Так постепенно не из праздной любознательности, а вследствие насущных повседневных потребностей накапливались сведения о живых организмах. Приручение животных и начало возделывания растений потребовали более глубоких сведений о живых организмах.

Первоначально накапливающийся опыт передавался устно от одного поколения другому. Появление письменности способствовало лучшему сохранению и передаче знаний.

Информация становилась полней и богаче. Однако длительное время вследствие низкого уровня развития общественного производства биологической науки еще не существовало.

2. Изучение биологии в древности

Значительный фактический материал о живых организмах был собран великим врачом Греции Гиппократом (460–377 гг. до н. э.). Ему принадлежат первые сведения о строении животных и человека, описание костей, мышц, сухожилий, головного и спинного мозга. Гиппократ учил: «Необходимо, чтобы каждый врач понимал природу».

Естествознание и философия античного мира в наиболее концентрированном виде представлены в трудах Аристотеля (384–322 гг. до н. э.). Он описал более 500 видов животных и сделал первую попытку их классификации. Аристотель интересовался строением и образом жизни животных. Им были заложены основы зоологии. Аристотель оказал огромное влияние на дальнейшее развитие естествознания и философии. Работы Аристотеля в области изучения и систематизации знаний о растениях продолжил Теофраст (372–287 гг. до н. э.). Его называют «отцом ботаники». Расширением знаний о строении человеческого тела античная наука обязана римскому врачу Галену (139–200 гг. н. э.) производившему вскрытие обезьян и свиней. Труды его оказывали влияние на естествознание и медицину в течение ряда веков. Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар , живший в I в. до н. э., в поэме «О природе вещей» выступил против религии и высказал мысль о естественном возникновении и развитии жизни.

3. Упадок науки в Средневековье

На смену рабовладельческому обществу в результате развития производительных сил и производственных отношений пришел феодализм, охватывающий период Средневековья. В эту мрачную эпоху утвердилось господство церкви с ее мистикой и реакционной идеологией. Наука переживала упадок, стала, по выражению К. Маркса , «служанкой богословия». Церковь канонизировала и объявила незыблемой истиной сочинения Аристотеля, Галена , во многом исказив их. Утверждалось, что в естествознании все проблемы уже решены учеными древности, поэтому в изучении живой природы нет необходимости. «Мудрость мира – есть безумие перед богом», – поучала церковь. Библия была объявлена книгой «божественного откровения». Все объяснения явлений природы не должны были противоречить ни Библии, ни сочинениям древних. Церковь жестоко карала всех прогрессивных мыслителей и исследователей, поэтому накопление знаний в эпоху Средневековья шло очень медленно.

4. Эпоха Возрождения и развитие науки

Важным рубежом в развитии науки являлась эпоха Возрождения (XIV–XVI вв.). С этим периодом связано зарождение нового общественного класса – буржуазии. Развивающиеся производственные силы требовали конкретных знаний. Это привело к обособлению ряда наук о природе. В XV–XVIII вв. выделились и интенсивно развивались ботаника, зоология, анатомия, физиология. Однако развивающемуся естествознанию нужно было еще отстаивать свои права на существование, вести жестокую борьбу с церковью. Еще продолжали пылать костры инквизиции. Мигель Сервет (1511–1553 гг.), открывший малый круг кровообращения, был объявлен еретиком и сожжен на костре.

5. Учение Ф. Энгельса

Характерной чертой естествознания того времени было изолированное изучение объектов природы. «Надо был исследовать предметы, прежде чем можно было приступить к исследованию процессов», – писал Ф. Энгельс . Изолированное изучение объектов природы порождало представления о ее неизменности, в том числе неизменности видов. «Видов столько, сколько их создал творец», – считал К. Линней . «Но что особенно характеризует рассматриваемый период, так это – выработка своеобразного общего мировоззрения, центром которого является представление об абсолютной неизменяемости природы», – писал Ф. Энгельс . Этот период в развитии естествознания он называл метафизическим.

Однако, как указывает Ф. Энгельс , уже тогда в метафизических представлениях начинают возникать первые бреши. В 1755 г. появилась «Всеобщая естественная история и теория неба» И. Канта (1724–1804 гг.), в которой он развил гипотезу о естественном происхождении Земли. Через 50 лет эта гипотеза получила математическое обоснование в работе П.С. Лапласа (1749–1827 гг.).

В борьбе с идеалистическими представлениями большую положительную роль сыграли французские материалисты XVIII в. – Ж. Ламетри (1709–1751 гг.), Д. Дидро (1713–1784 гг.) и др.

6. Необходимость нового подхода к изучению природы

В период быстрого развития промышленности и роста городов, потребовавшего резкого увеличения продуктов сельскохозяйственного производства, возникла необходимость в научном ведении земледелия. Потребовалось раскрытие закономерностей жизнедеятельности организмов, истории их развития. Для решения этих задач нужен был новых подход к изучению природы. В науку начинают проникать идеи о всеобщей связи явлений, изменяемости природы, эволюции органического мира.

Академик Российской академии наук К.Ф. Вольф (1733–1794 гг.), исследуя зародышевое развитие животных, выяснил, что индивидуальное развитие связано с новообразованием и преобразованием частей эмбриона. По словам Ф. Энгельса, Вольф произвел в 1759 г. первое нападение на теорию постоянства видов. В 1809 г. Ж.Б. Ламарк (1744–1829 гг.) выступил с первой теорией эволюции. Однако фактического материала для обоснования теории эволюции еще было недостаточно. Ламарку не удалось открыть основные закономерности развития органического мира, и его теория не была признана современниками.

7. Возникновение новых наук

В первой половине XIX в. возникли новые науки – палеонтология, сравнительная анатомия животных и растений, гистология и эмбриология. Знания, накопленные естествознанием в первой половине XIX в., явились прочной основой для эволюционной теории Ч. Дарвина. Его труд «Происхождение видов» (1859 г.) знаменовал собой переломный момент в развитии биологии: с него началась новая эпоха в истории естествознания. Вокруг учения Дарвина возникает ожесточенная идеологическая борьба, но идея эволюционного развития быстро завоевывает всеобщее признание. Вторая половина XIX в. характеризуется плодотворным проникновением идей дарвинизма во все области биологии.

8. Распад науки на отдельные отрасли

Для биологии ХХ в. характерны два процесса. Во-первых, вследствие накопления огромного фактического материала прежние единые науки начинают распадаться на отдельные отрасли. Так, из зоологии выделились энтомология, гельминтология, протозоология и многие другие отрасли, из физиологии – эндокринология, физиология высшей нервной деятельности и т. д. Во-вторых, намечается тенденция к сближению биологии с другими науками : возникли биохимия, биофизика, биогеохимия и др. Появление пограничных наук указывает на диалектическое единство многообразных форм существования и развития материи, способствует преодолению метафизического разобщения в изучении форм ее существования. В последние десятилетия в связи с бурным развитием техники и новейшими достижениями в ряде областей естествознания возникли молекулярная биология, бионика, радиобиология, космическая биология.

Молекулярная биология – область современного естествознания. Используя теоретические основы и экспериментальные методы химии и молекулярной физики, она дает возможность исследовать биологические системы на молекулярном уровне.

Бионика изучает функции и строение организмов с целью использования тех же принципов при создании новой техники. Если до настоящего времени биология была одной из теоретических основ медицины и сельского хозяйства, то ныне становится также одной из основ техники будущего.

Появление радиобиологии – учения о действии ионизирующих излучений на живые организмы – связано с открытием биологического действия рентгеновских и гамма-лучей, особенно после обнаружения природных источников радиоактивности и создания искусственных источников ионизирующих излучений.

До недавнего прошлого биология оставалась чисто земной наукой, изучающей формы жизни только на нашей планете. Однако успехи современной техники, позволившие создать летательные аппараты, способные преодолевать земное притяжение и выходить в космическое пространство, поставили перед биологией ряд новых задач, являющихся предметом космической биологии . В решении вопросов сегодняшнего дня вместе с биологами принимают участие математики, кибернетики, физики, химики и специалисты в других областях естествознания.

Вопрос 4. Роль биологии в системе медицинского образования

1. Связь биологии с медициной

Важность изучения биологии для медика определяется тем, что биология – это теоретическая основа медицины. «Медицина, взятая в плане теории, – это прежде всего общая биология», – писал один из крупнейших теоретиков медицины И.В. Давыдовский. Успехи медицины связаны с биологическими исследованиями, поэтому врач постоянно должен быть осведомлен о новейших достижениях биологии. Достаточно привести несколько примеров из истории науки, чтобы убедиться в тесной связи успехов медицины с открытиями, сделанными, казалось бы, в чисто теоретических областях биологии.

2. Учение Л. Пастера

Исследования Л. Пастера (1822–1895 гг.), доказавшие невозможность самопроизвольного зарождения жизни в современных условиях, открытие того, что гниение и брожение вызываются микроорганизмами, произвели переворот в медицине и обеспечили развитие хирургии. В практику были введены сначала антисептика (предупреждение заражения раны посредством химических веществ), а затем асептика (предупреждение загрязнения путем стерилизации предметов, соприкасающихся с раной). Это же открытие послужило стимулом к поискам возбудителей заразных болезней, а с обнаружением их связаны разработка профилактики и рационального лечения инфекционных болезней. Открытие клетки и изучение микроскопического строения организмов позволили глубже понять причины возникновения болезненного процесса, способствовали разработке методов диагностики и лечения. То же самое следует сказать об изучении физиологических и биохимических закономерностей. Изучение И.И. Мечниковым процессов пищеварения у низших многоклеточных организмов способствовало объяснению явлений иммунитета. Его исследования по межвидовой борьбе у микроорганизмов привели к открытию антибиотиков, используемых для лечения многих болезней.

3. Филогенетический принцип

Следует помнить, что человек выделился из животного мира. Структура и функции человеческого организма, в том числе защитные механизмы, – результат длительных эволюционных преобразований предшествующих форм. В основе патологических процессов также лежат общебиологические закономерности. Необходимой предпосылкой для понимания сущности патологического процесса является знание биологии.

Филогенетический принцип , учитывающий эволюцию органического мира, может подсказать правильный подход к созданию живых моделей для изучения и незаразных болезней и для испытания новых лекарственных препаратов. Этот же метод помогает найти правильное решение при выборе тканей для заместительной трансплантации, понять происхождение аномалий и уродств, найти наиболее рациональные пути реконструкции органа и т. д.

4. Роль генетики в медицине

Большое число болезней имеет наследственную природу. Профилактика и лечение их требуют знания генетики. Ненаследственные болезни протекают неодинаково, а их лечение проводится в зависимости от генетической конституции человека, чего не может не учитывать врач. Многие врожденные аномалии возникают вследствие воздействия неблагоприятных условий среды. Предупредить их – задача врача, вооруженного знаниями биологии развития организмов. Здоровье людей в большой мере зависит от среды, в частности от той, которую создает человечество. Знание биологических закономерностей необходимо для научно обоснованного отношения к природе, охране и использованию ее ресурсов, в том числе с целью лечения и профилактики заболеваний. Как уже говорилось, причиной многих болезней человека являются живые организмы, поэтому для понимания патогенеза (механизма возникновения и развития болезни) и закономерностей эпидемического процесса (т. е. распространения заразных болезней) необходимо изучение болезнетворных организмов.

Вопрос 5. Обмен веществ и энергии

1. Совокупность закономерностей

К числу закономерностей, совокупность которых характеризует жизнь, относятся:

Самообновление, связанное с потоком вещества и энергии;

Самовоспроизведение, обеспечивающее преемственность между сменяющими друг друга генерациями биологических систем, связанное с потоком информации;

Саморегуляция, базирующаяся на потоке вещества, энергии и информации.

Перечисленные закономерности обусловливают основные атрибуты жизни: обмен веществ и энергии, раздражимость, гомеостаз, репродукцию, наследственность, изменчивость, индивидуальное и филогенетическое развитие.

2. Обмен веществ и энергии

Характеризуя явление жизни, Ф. Энгельс писал: «Жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

Важно отметить, что обмен веществ может иметь место и между телами неживой природы . Однако обмен веществ как свойство живого качественно отличается от обменных процессов в неживых телах. Для того чтобы показать эти отличия, рассмотрим ряд примеров.

Горящий кусок угля находится в состоянии обмена с окружающей природой: происходит включение кислорода в химическую реакцию и выделение углекислого газа. Образование ржавчины на поверхности железного предмета является следствие обмена со средой. Но в результате этих процессов неживые тела перестают быть тем, чем они были. Наоборот, для тел живой природы обмен с окружающей средой является условием их существования. В живых организмах обмен веществ приводит к восстановлению разрушенных компонентов, замене их новыми, подобными им, т. е. к самообновлению и самовоспроизведению , построению тела живого организма за счет усвоения веществ из окружающей среды.

Из сказанного следует, что организмы существуют как открытые системы. Через каждый организм идут непрерывные потоки вещества и энергии. Осуществление этих процессов обусловлено свойствами белков, особенно их каталитической активностью.

3. Места обитания микроорганизмов

Благодаря тому, что организмы – открытые системы, они находятся в единстве со средой , а физические, химические и биологические свойства окружающей среды обусловливают осуществление всех процессов жизнедеятельности. Каждый вид организмов приспособлен к обитанию лишь в определенных условиях. Это те условия, в которых происходило развитие данного вида, к которым он приспособился. Одни виды обитают только в воде, другие – на суше, одни – лишь в полярных широтах, другие – в экваториальном поясе, различные организмы приспособлены к обитанию в степях, пустынях, лесах, глубинах океанов или на вершинах гор. Немало таких, для которых средой обитания служат другие организмы (их кишечник, мышцы, кровь и т. д.).

4. Изменение окружающей среды

Не только организмы зависят от среды, но и сама окружающая среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов. Первобытный облик нашей планеты значительно изменился под воздействием организмов: она приобрела атмосферу со свободным кислородом и почвенный покров. Из свободного кислорода образовался озон, препятствующий проникновению ультрафиолетового излучения к поверхности Земли; так возник «озоновый экран», обеспечивающий существование жизни на поверхности суши. Из зеленых растений, накопивших в себе солнечную энергию в прошлые геологические эпохи, сформировались огромные запасы богатых энергией горных пород, таких как уголь и торф. Органическое происхождение имеют известняки, мел и многие другие минералы. Растительный покров влияет на климат, древесная растительность делает его более мягким, уменьшает колебания температуры и других метеорологических факторов. Влияние неживой природы на организмы и организмов на неживые тела указывает на единство всей природы.

План работы:

1. Понятие о биологии, её связь с другими науками………………..2

14. Особенности строения растительной клетки……………………7

30. Проникновение питательных веществ в клетку. Понятие о тургоре, плазмолизе, плазмоплизе микроорганизмов……………...13

45. Антибиотики и ингибирующие вещества. Пути попадания и влияния их на качество молока. Меры предотвращения попадания их в молоко……………………………………………………………15

50. Микрофлора растений и кормов………………………………...18

66. Охарактеризовать возбудителей туберкулёза и бруцеллёза…..22

1. Понятие о биологии, её связь с другими науками.

Наука - это сфера исследовательской деятельности, направленная на получение новых знаний о предметах и явлениях. Наука включает знания о предмете изучения, ее основная задача - полнее и глубже познать его. Главная функция науки - исследование. Предметом исследования методики обучения биологии являются теория и практика обучения, воспитания и развития учащихся по данному предмету.

Методика обучения биологии как любая наука познает объективные законы процессов и явлений, которые она изучает. Выявление их общих закономерностей позволяет ей объяснить и предсказать ход событий и действовать целенаправленно.

Основными признаками науки, как правило, являются цели, предмет ее изучения, методы познания и формы выражения знаний (в виде фундаментальных научных положений, принципов, законов, закономерностей, теорий и фактов, терминов). Имеют значение также история становления и развития науки, имена ученых, обогативших ее своими открытиями.

Цели, стоящие перед методикой обучения биологии, лежат в русле общих педагогических целей и задач. Поэтому данная методика - особая область педагогики, обусловленная спецификой предмета исследования.

Методика обучения биологии базируется на общих педагогических положениях применительно к изучению биологического материала. Вместе с тем она интегрирует специальные (естественно-научные и биологические), психолого-педагогические, мировоззренческие, культурологические и другие профессионально-педагогические знания, умения и отношения.

Методика обучения биологии определяет цели образования, содержание учебного предмета "Биология" и принципы его отбора.

Цели образования наряду с содержанием, процессом и результатом образования являются важным элементом любой педагогической системы. Образование учитывает как социальные цели, так и цели личности. Социальные цели определяются потребностями развивающегося общества. Личностные цели учитывают индивидуальные способности, интересы, потребности в образовании, самообразовании.

Уровень образованности, т. е. овладение биологическими знаниями, умениями и навыками, способствующими активному и полноценному включению в учебную, трудовую, общественную деятельность;

Уровень воспитанности, характеризующий систему мировоззренческих взглядов, убеждений, отношение к окружающему миру, природе, обществу, личности;

Уровень развития, определяющий способности, потребность в саморазвитии и совершенствовании физических и умственных качеств. Цель общего среднего биологического образования определяется с учетом названных ценностей и таких факторов, как:

Целостность человеческой личности;

Прогностичность, т. е. ориентация целей биологического образования на современные и будущие биологические и образовательные ценности. Таким образом общее среднее биологическое образование становится более открытым для обновления и корректировки;

Преемственность в системе непрерывного образования.

Методика обучения биологии также отмечает, что одна из важнейших целей биологического образования - формирование научного мировоззрения, базирующегося на целостности и единстве природы, ее системном и уровневом построении, многообразии, единстве человека и природы. Кроме того, биология ориентирована на формирование знаний о структуре и функционировании биологических систем, об устойчивом развитии природы и общества в их взаимодействии.

Объект и предмет исследования - важнейшие понятия любой науки. Они представляют собой философские категории. Объект выражает содержание реальности, не зависящей от наблюдателя.

Предметами научного познания являются зафиксированные в опыте и включенные в процесс практической деятельности различные аспекты, свойства и отношения объекта. Объект исследования методики обучения биологии - учебно-воспитательный (образовательный) процесс, связанный с данным предметом. Предметом исследования методики являются цели и содержание образовательного процесса, методы, средства и формы обучения, воспитания и развития учащихся.

В развитии науки, ее практическом приложении и оценке достижений достаточно существенная роль принадлежит методам научного исследования. Они являются средством познания изучаемого предмета и способом достижения поставленной цели. Ведущие методы обучения биологии следующие: наблюдение, педагогический эксперимент, моделирование, прогнозирование, тестирование, качественный и количественный анализ педагогических достижений. Названные методы основаны на опыте, чувственном познании. Однако эмпирическое познание не является единственным источником достоверного знания. Выявить сущность предмета и явления, их внутренние связи помогают такие методы теоретического познания, как систематизация, интеграция, дифференциация, абстрагирование, идеализация, системный анализ, сравнение, обобщение.

Научно обоснована структура содержания методики обучения биологии. Она разделяется на общую и частные, или специальные, методики обучения: природоведению, по курсам "Растения. Бактерии. Грибы и Лишайники", по курсу "Животные", по курсам "Человек", "Общая биология".

Общая методика обучения биологии рассматривает основные вопросы всех биологических курсов: концепции биологического образования, цели, задачи, принципы, методы, средства, формы, модели реализации, содержание и структуры, этапность, непрерывность, историю становления и развития биологического образования в стране и мире; мировоззренческое, нравственное и экокультурное воспитание в процессе обучения; единство содержания и методов обучения; взаимосвязь между формами учебной работы; целостность и развитие всех элементов системы биологического образования, которая обеспечивает прочность и осознанность знаний, умений и навыков.

Частные методики исследуют специальные для каждого курса вопросы обучения в зависимости от содержания учебного материала и возраста учащихся.

Общая методика обучения биологии тесно связана со всеми частными биологическими методиками. Ее теоретические выводы базируются на частнометодических исследованиях. А они, в свою очередь, руководствуются общеметодическими положениями для каждого учебного курса. Таким образом, методика как наука едина, в ней неразрывно сочетаются общая и специальные части.

СВЯЗЬ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ С ДРУГИМИ НАУКАМИ.

Методика обучения биологии, являясь педагогической наукой, неразрывно связана с дидактикой. Это раздел педагогики, изучающий закономерности усвоения знаний, умений и навыков и формирования убеждений учащихся. Дидактика разрабатывает теорию образования и принципы обучения, общие для всех предметов. Методика обучения биологии, давно сложившаяся как самостоятельная область педагогики, разрабатывает теоретические и практические проблемы содержания, форм, методов и средств обучения и воспитания, обусловленные спецификой биологии.

Следует отметить, что дидактика, с одной стороны, опирается в своем развитии на теорию и практику методики (не только биологии, но и других учебных предметов), а с другой - дает общие научные подходы к исследованиям в области методики, обеспечивая единство методологических принципов в исследовании процесса обучения.

Методика обучения биологии находится в тесной взаимосвязи с психологией, поскольку в своей основе опирается на возрастные особенности детей. Методика подчеркивает, что воспитывающее обучение может быть действенным только в том случае, если оно соответствует возрастному развитию учащихся.

Методика обучения биологии тесно связана с биологической наукой. Предмет "Биология" носит синтетический характер. Он отражает едва ли не все основные области биологии: ботанику, зоологию, физиологию растений, животных и человека, цитологию, генетику, экологию, эволюционное учение, происхождение жизни, антропогенез и пр. Для правильного научного объяснения природных явлений, распознавания растений, грибов, животных в природе, их определения, препарирования и экспериментирования необходима хорошая теоретическая и практическая подготовка.

Цель биологической науки - получить новые знания о природе путем исследования. Цель предмета "Биология" - дать знания учащимся (факты, закономерности), добытые биологической наукой.

Методика обучения биологии тесно связана с философией. Она способствует развитию самопознания человека, пониманию места и роли научных открытий в системе общего развития человеческой культуры, позволяет связать разрозненные фрагменты знаний в единую научную картину мира. Философия является теоретической основой методики, вооружает ее научным подходом к многообразным аспектам обучения, воспитания и развития.

Связь методики с философией тем более важна, поскольку изучение основ науки биологии о всевозможных проявлениях живой материи на разных уровнях ее организации ставит целью формирование и развитие материалистического мировоззрения. Эту важную задачу методика обучения биологии решает постепенно, от курса к курсу, с расширением и углублением биологических знаний, подводя учащихся к пониманию природных явлений, движения и развития материи, окружающего мира.

14. Особенности строения растительной клетки.

ВСТУПЛЕНИЕ

§ 1. СИСТЕМА БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК. СВЯЗЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК С ДРУГИМИ НАУКАМИ

Биология - комплексная наука о живой природе. Вы уже знаете, что биология исследует разные проявления жизни. Как самостоятельная естественная наука биология зародилась еще до нашей эры, а ее название предложили в 1802 году независимо друг от друга французский ученый Жан-Батист Ламарк (1744-1829) и немецкий Готфрид Рейнхольд Тревіранус (1766-1837).

В течение предыдущих лет обучения в школе вы уже ознакомились с основами таких биологических наук, как ботаника, микология, зоология, анатомия и физиология человека и др. В течение следующих лет вы узнаете и о достижения других биологических наук: биохимии, цитологии, вирусологии, биологии индивидуального развития, генетики, экологии, эволюционного учения, систематики, палеонтологии и тому подобное. Данные этих и многих других биологических наук позволяют изучать закономерности, присущие всем живым организмам. Рассмотрите рисунок 1.1 и ознакомьтесь с краткой характеристикой основных биологических наук. (Подумайте, какие из биологических наук, указанных на схеме, по вашему мнению, больше всего связаны между собой)

Биологию называют ведущей наукой ХХІ века. Без достижений биологии в настоящее время невозможен прогресс аграрных наук, здравоохранения и окружающей среды, биотехнологии и тому подобное.

Взаимосвязи биологии с другими науками. Биология тесно связана с другими естественными и гуманитарными науками. Вследствие взаимодействия с химией возникла биохимия, а с физикой - биофизика. Биогеография - комплексная наука о распространении живых организмов на Земле - разработана усилиями нескольких поколений ученых, изучавших флору, фауну, группировки видов в разных географических частях нашей планеты. Во всех отраслях биологии применяют математические методы обработки собранного материала.

Рис. 1.1. Краткая характеристика основных биологических наук

В результате взаимодействия экологии с гуманитарными науками возникла соціоекологія (изучает закономерности взаимодействия человеческого общества и окружающей природной среды), а взаимодействие биологии человека с гуманитарными науками сформировала антропологию - науку о происхождении и эволюции человека как особого біосоціального вида, человеческие расы и тому подобное.

Философия биологии - наука, возникшая вследствие взаимодействия классической философии с биологией. Она изучает проблемы мировосприятия в свете достижений биологии.

Данные биологических наук о человеке (анатомии, физиологии, генетики человека) служат теоретической базой медицины (науки о здоровье человека и его сохранении, заболеваниях, методах их диагностики и лечения).

Во второй половине ХХ века. благодаря успехам разных естественных наук (физики, математики, кибернетики, химии и других) сформировались новые направления биологических исследований:

Космическая биология - изучает особенности функционирования живых систем в условиях космических аппаратов и Вселенной;

Бионика - исследует особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания различных технических систем и приборов;

Радиобиология - наука о влиянии разных видов ионизирующего излучения на живые системы;

Криобиология - наука о влиянии на живую материю низких температур.

Современное общество часто сталкивается с проблемами, возникающими на стыке с другими науками. Например, для оценки последствий антропогенных воздействий на живые системы (радиационных, химических и т. п) нужны совместные усилия биологов, медиков, физиков, химиков и др. Создание биоинформационных технологий (например, для изучения структуры и функций наборов наследственной информации организмов) невозможно без специальных компьютерных программ. Изучение наследственных болезней человека - также задание для многих наук (генетики, биохимии, медицины и других).

Ключевые термины и понятия. Биология, система биологических наук.

Копотко о главном

Биология - комплекс наук, исследующих различные проявления жизни.

Название «биология» предложили в 1802 году французский ученый Ж.-Бы. Ламарк и немецкий - Г. Г. Тревіранус.

Биология имеет тесные связи как с другими естественными науками, так и с гуманитарными. Вследствие взаимодействия с другими науками возникли

биохимия, биофизика, биогеография, радиобиология и многие другие.

Человек как составная часть природы издавна стремилась изучать тех животных и растения, которые ее окружали, ведь от этого зависело ее выживание. Первые попытки упорядочить накопленные данные о строении животных и растений, процессы их жизнедеятельности и разнообразие принадлежат ученым Древней Греции - Аристотелю (рис. 1.2) и Теофрасту. Аристотель создал первую научную систему для около 500 видов известных в то время животных и заложил основы сравнительной анатомии (попробуйте определить задачи этой науки). Считал, что живая материя возникла из неживой. Теофраст (372-287 гг. к н. е.) описал разные органы растений и заложил основы ботанической классификации. Системы живой природы этих двух ученых стали основой для развития европейской биологической науки и существенно не менялись вплоть до VIII века. н. е.

В период средневековья (V - XV ст. н. е.) биология развивалась преимущественно как описательная наука. Накопленные факты в те времена часто были искаженными. Например, встречаются описания различных мифических существ, например «морского монаха», который будто появлялся морякам перед штормом, или морских звезд с лицом человека.

В эпоху Возрождения быстрое развитие промышленности, сельского хозяйства, выдающиеся географические открытия поставили перед наукой новые задачи, чем стимулировали ее развитие. Так, с изобретением светового микроскопа связано становление цитологии. Световой микроскоп с окуляром и объективом появился в начале XVII в., однако его изобретатель точно неизвестен; в частности, великий итальянский ученый Г. Галилей демонстрировал изобретенный им дволінзовий увеличительный прибор еще в 1609 г. А в 1665 году, изучая с помощью собственноручно усовершенствованного микроскопа тонкие срезы пробки бузины, моркови и др. Роберт Гук (рис. 1.3) открыл клеточное строение растительных тканей и предложил сам термин клетка. Примерно в это же время голландский натуралист Антони ван Левенгук (рис. 1.4) изготовил уникальные линзы с 150-300-кратным увеличением, через которые впервые наблюдал одноклеточные организмы (одноклеточные животные и бактерии), сперматозоиды, эритроциты и их движение в капиллярах.

Все накопленные научные факты о многообразии живого обобщил выдающийся шведский ученый XVIII века. Карл Линней (рис. 1.5). Он подчеркивал, что в природе существуют группы особей, которые напоминают друг друга за особенностями строения, требованиями к окружающей среды, заселяющих определенную часть поверхности Земли, способны скрещиваться между собой и давать плодовитых потомков. Такие группы, каждая из которых имеет определенные отличия от других, он считал видами. Линней положил начало современной систематике, а также создал собственную классификацию растений и животных. Он ввел латинские научные названия видов, родов и других систематических категорий, описал более 7500 видов растений и около 4000 видов животных.

Рис. 1.2. Аристотель (384-322рр. к н. е.)

Рис. 1.3. Роберт Гук (1635-1703)

Рис. 1.4. Антони ван Левенгук (1632-1723)

Рис. 1.5. Карл Линней(1707-1778)

Рис. 1.6. Теодор Шванн (1810-1882)

Рис. 1.7. Жан - Батист Ламарк (1744-1829)

Рис. 1.8. Чарльз Дарвин (1809-1882)

Важный этап в развитии биологии связан с созданием клеточной теории и развитием эволюционных идей. В частности, было обнаружено ядро в клетке: впервые его в 1828 году наблюдал в растительной клетке английский ботаник Роберт Броун (1773-1858), который впоследствии (1833) предложил термин «ядро». 1830 года ядро яйцеклетки курицы описал чешский исследователь Ян Пуркіне (1787-1869). Опираясь на труды этих ученых и немецкого ботаника Маттиаса Шлейдена (1804-1881), немецкий зоолог Теодор Шванн (рис. 1.6) в 1838 году сформулировал основные положения клеточной теории, впоследствии дополненные немецким цитологом Рудольфом Вірховим (1821-1902).

В начале XIX века. Жан-Батист Ламарк (рис. 1.7) предложил первую целостную эволюционную гипотезу (1809), обратил внимание на роль факторов окружающей среды в эволюции живых существ. Наиболее весомый вклад в последующее развитие эволюционных взглядов внес один из самых выдающихся биологов мира - английский ученый Чарльз Дарвин (рис. 1.8). Его эволюционная гипотеза (1859) положил начало теоретическую биологию и значительно повлияла на развитие других естественных наук. Учение Ч. Дарвина впоследствии было дополнено и расширено трудами его последователей и как завершенная система взглядов под названием «дарвинизм» окончательно сформировалось в начале ХХ века. Наибольшую роль в развитии дарвинизма того времени сыграл знаменитый немецкий ученый Эрнст Геккель (рис. 1.9), который, в частности, предложил в 1866 году название науки о взаимосвязи организмов и их сообществ с условиями среды жизни - экология. Он пытался выяснить и схематически изобразить пути эволюции различных систематических групп животных и растений, заложив основы филогении.

Важный вклад в развитие учения о высшей нервной деятельности и физиологии пищеварения позвоночных животных и человека сделали русские ученые Иван Михайлович Сеченов и Иван Петрович Павлов (рис. 1.10, 1.11), о чем вам уже известно из курса биологии 9-го класса.

Рис. 1.9. Эрнст Геккель (1834-1919)

Рис. 1.10. И. М. Сеченов (1829-1905)

Рис. 1.11. И. П. Павлов (1849-1936)

Рис. 1.12. Грегор Мендель (1822-1884)

Рис. 1.13. Томас Хант Морган (1866-1945)

Рис. 1.14. Джеймс Уотсон (1928 г. н.) (1) и Френсис Крик (1916-2004)(2)

В середине XIX века. были заложены основы науки о закономерностях наследственности и изменчивости организмов - генетики. Датой ее рождения считают 1900 год, когда три ученые, проводившие опыты по гибридизации растений, - голландец Гуго де Фриз (1848-1935) (ему принадлежит термин мутация), немец Карл Эрих Корренс (1864-1933) и австриец Эрих Чермак (1871-1962) независимо друг от друга наткнулись на забытую работу чешского исследователя Грегора Менделя (рис. 1.12) «Опыты над растительными гибридами», изданное еще 1865 года. Эти ученые были поражены тем, насколько результаты их опытов совпадали с полученными Г. Менделем. Впоследствии законы наследственности установленные Г. Менделем, восприняли ученые разных стран, а тщательные исследования показали их универсальный характер. Название «генетика» предложил в 1907 году английский ученый Уильям Бэтсон (1861-1926). Огромный вклад в развитие генетики внес американский ученый Томас Хант Морган (рис. 1.13) со своими сотрудниками. Итогом их исследований стало создание хромосомной теории наследственности, которая повлияла на дальнейшее развитие не только генетики, но и биологии в целом. Сейчас генетика стремительно развивается и занимает одно из центральных мест в биологии.

В конце XIX века. (1892) российский ученый Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920) открыл неклеточные формы жизни - вирусы. Это название вскоре предложил голландский исследователь Мартин Виллем Бейєринк (18511931). Однако развитие вирусологии стал возможен только с изобретением электронного микроскопа (30-е годы XX в.), способного увеличивать объекты исследований в десятки и сотни тысяч раз. Благодаря электронному микроскопу человек смог детально изучить клеточные мембраны, мельчайшие органеллы и включения.

В XX века. бурно развивались молекулярная биология, генетическая инженерия, биотехнология и др.. Американский ученый - биохимик Джеймс Уотсон, английские - биолог Френсис Крик (рис. 1.14) и биофизик Моррис Уилкинс (1916-2004) в 1953 году открыли структуру ДНК (за это им в 1962 году присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины), а впоследствии выяснили роль нуклеиновых кислот в сохранении и передаче наследственной информации.

Рис. 1.15. А.А. Ковалевский (1840-1901)

Рис. 1.16. И.И. Шмальгаузен (1884-1963)

Рис. 1.17. И.И. Мечников (1845-1916)

Рис. 1.18. С.Г. Навашин (1857-1930)

Два биохимики - испанец Северо Очоа (1905-1993) и американец Артур Корнберг (1918-2001) стали лауреатами Нобелевской премии в области физиологии и медицине 1959 года " за открытие механизмов биосинтеза РНК и ДНК. А в течение 1961-1965 годов благодаря работам лауреатов Нобелевской премии в области физиологии и медицины 1968 года американских биохимиков Маршалла Ніренберга (19272010), Роберта Холли (1922-1993) и индийского биохимика Хара Гобінда Хорани (1922-2010) был расшифрован генетический код и выяснена его роль в синтезе белков.

В разработке биотехнологических процессов часто применяют методы генетической и клеточной инженерии. Генетическая инженерия - это прикладная отрасль молекулярной генетики и биохимии, которая разрабатывает методы перестройки наследственного материала организмов изъятием или введением отдельных генов или их групп. Вне организма гены впервые синтезировал 1969 года Х.Г. Хорана. Того же года впервые удалось выделить в чистом виде гены бактерии - кишечной палочки. За последние десятилетия ученые расшифровали структуру наследственного материала различных организмов (мухдрозофіл, кукурузы и др.), и человека в частности. Это дает возможность решить много проблем, например, лечение различных болезней, увеличение срока жизни человека, обеспечение человечества продуктами питания и др.

За свои исследования в области биохимии получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1953 года два биохимики немецкого происхождения - английский Ханс Адольф Кребс (1900-1981) и американский Фриц Альберт Липман (1899-1986) за открытие цикла биохимических реакций во время кислородного этапа энергетического обмена (названный циклом Кребса). Американский химик Мелвин Калвин (1911-1997) изучил этапы преобразования карбон(II) оксида в углеводы во время темновой фазы фотосинтеза (цикл Кельвина), за что получил Нобелевскую премию по химии в 1961 году. 1997 года американскому врачу-биохимику Стэнли Прузінеру (1942 г. н.) была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за исследование прионов - белковых инфекционных частиц, способных вызывать смертельно опасные заболевания головного мозга человека и сельскохозяйственных животных («коровье бешенство» и др.).

Важный вклад в развитие биологии принадлежит украинским ученым. В частности, исследования Александра Онуфриевича Ковалевского (рис. 1.15) и Ивана Ивановича Шмальгаузена (рис. 1.16) сыграли важную роль в развитии сравнительной анатомии животных, филогении и эволюционных взглядов. Илья Ильич Мечников (рис. 1.17) открыл явление фагоцитоза и развил теорию клеточного иммунитета, за что ему была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине в 1908 году. Он также предложил гипотезу происхождения многоклеточных животных. А.А. Ковалевского и И.И. Мечникова справедливо считают основателями эволюционной эмбриологии. Всемирную славу украинской ботанической школе принес Сергей Гаврилович Навашин (рис. 1.18), который в 1898 году открыл процесс двойного оплодотворения у цветковых растений.

Рис. 1.19. В.И. Вернадский (1863-1945)

Трудно представить современное развитие экологии без трудов нашего выдающегося соотечественника - Владимира Ивановича Вернадского (рис. 1.19). Он создал учение о биосфере - единой глобальной экосистеме планеты Земля, а также ноосфере - новом состоянии биосферы, вызванное умственной деятельностью человека. Как это часто бывает, идеи.И. Вернадского опередили свое время. Только теперь его прогнозы о ноосфере рассматривают как своеобразную программу, призванную обеспечить гармоничное сосуществование человека и окружающей природной среды, которое опирается на экологизацию всех сфер деятельности человека: промышленности, транспорта, животноводства и полеводства. В.И. Вернадский основал новую науку - біогеохімію, что изучает биохимическую деятельность живых организмов с преобразовании геологических оболочек нашей планеты.

Рис. 1.20. Отечественные ученые-биологи: А.В. Фомин (1869-1935) (1); Н.Г. Холодный (1882-1953) (2); А.В. Палладин (1885-1972) (3); С.М. Гершензон (1906-1998) (4); О.А. Богомолец (1881-1946) (5); Д.К. Заболотный (1866-1929) (6); П.Г. Костюк (1924-2010) (7)

Во всех теоретических и практических медицинских науках используются общебиологические закономерности.

Вопрос 2. Методы биологических наук

Основные методы биологии

Основными частными методами в биологии являются:

Описательный,

Сравнительный,

Исторический,

Экспериментальный.

Исторический метод

Экспериментальный метод

Вопрос 3. Этапы развития биологии

Эволюция биологии

Задачи биологии

Они состоят в изучении закономерностей проявления жизни (строения и функции живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой); раскрытии сущности жизни; систематизации многообразия живых организмов.

Связь биологии с другими науками

Биология тесно связана с фундаментальными науками (математикой, физикой, химией), естественными (геологией, географией, почвоведением), общественными (психологией, социологией), прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы) и входит в комплекс естественных наук, т.е. наук о природе.

Предмет изучения биологии – все проявления жизни, а именно:

Строение и функции живых существ и их природных сообществ;

Распространение, происхождение и развитие новых существ и их сообществ;

Связи живых существ и их сообществ друг с другом и с неживой природой.

Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей и раскрытии сущности жизни. При этом в биологии используется ряд методов, характерных для естественных наук. К основным методам биологии относятся:

Наблюдение, позволяющее описать биологическое явление;

Сравнение, дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений;

Эксперимент, в ходе которого исследователь искусственно создает ситуацию позволяющую выявить глубоко лежащие (скрытые) свойства биологических объектов;

Исторический метод, позволяющий на основе данных о современном мире живого и о его прошлом, раскрывать законы развития живой природы.

Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс биологических наук, значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи.

Можно также говорить о трех направлениях биологии или трех образах биологии:

1. Традиционная или натуралистическая биология . Ее объектом изучения является живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности – «Храм природы», как называл ее Эразма Дарвина. Истоки традиционной биологии восходят к средним векам, хотя вполне естественно здесь вспомнить и работы Аристотеля, который рассматривал вопросы биологии, биологического прогресса, пытался систематизировать живые организма («лестница Природы»). Оформление биологии в самостоятельную науку – натуралистическую биологию приходится на 18-19 века. Первый этап натуралистической биологии ознаменовался созданием классификаций животных и растений. К ним относятся известная классификация К. Линнея (1707 – 1778), являющаяся традиционной систематизацией растительного мира, а также классификация Ж.-Б. Ламарка, применившего эволюционный подход к классифицированию растений и животных. Традиционная биология не утратила своего значения и в настоящее время. В качестве доказательства приводят положение экологии среди биологических наук а также во всем естествознании. Ее позиции и авторитет в настоящее время чрезвычайно высоки, а она в первую очередь основывается в принципах традиционной биологии, поскольку исследует взаимоотношений организмов между собой (биотические факторы) и со средой обитания (абиотические факторы).

2. Функционально-химическая биология, отражающая сближение биологии с точными физико-химическими науками. Особенность физико-химической биологии – широкое использование экспериментальных методов, которые позволяют исследовать живую материю на субмикроскопическом, надмолекулярном и молекулярном уровнях. Одним из важнейших разделов физико-химической биологии является молекулярная биология – наука изучающая структуру макромолекул, лежащих в основе живого вещества. Биологию нередко называют одной из лидирующих наук 21-го века.

К важнейшим экспериментальным методам, использующимся в физико-химической биологии, относятся метод меченых (радиоактивных) атомов, метолы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, методы фракционирования (например, разделение различных аминокислот), использование ЭВМ и др.

3. Эволюционная биология . Это направление биологии изучает закономерности исторического развития организмов. В настоящее время концепция эволюционизма стала, фактически, платформой, на которой происходит синтез разнородного и специализированного знания. В основе современной эволюционной биологии лежит теория Дарвина. Интересно и то, что Дарвину в свое время удалось выявить такие факты и закономерности, которые имеют универсальное значение, т.е. теория созданная им, приложима к объяснению явлений, происходящих не только в живой, но и неживой природе. В настоящее время эволюционный подход взят на вооружение всем естествознанием. Вместе с тем, эволюционная биология – самостоятельная область знания, с собственными проблемами, методами исследования и перспективой развития.

В настоящее время предпринимаются попытки синтеза этих трех направлений («образов») биологии и оформления самостоятельной дисциплины – теоретической биологии.

4. Теоретическая биология . Целью теоретической биологии является познание самых фундаментальных и общих принципов, законов и свойств, лежащих в основе живой материи. Здесь разные исследования выдвигают различные мнения по вопросу о том, что должно стать фундаментом теоретической биологии.

Э.С. Бауэр(1935г.) выдвинул в качестве основной характеристики жизни принцип устойчивой неравновесности живых систем.

Л. Берталанфи(1932г.) рассматривал биологические объекты как открытые системы, находящиеся в состоянии динамического равновесия.

Э. Щредингер (1945г.), Б.П. Астауров представляли создание теоретической биологии по образу теоретической физики.

С. Лем (1968г.) выдвинул кибернетическую интерпретацию жизни.

А.А. Малиновский (1960г.) предлагал в качестве основы теоретической биологии математические и системные методы.

Таким образом, задача построения теоретической биологии отличается чрезвычайной сложностью, комплексностью и многоплановостью. Создание такой теории – одна из важнейших задач современной науки. Вместе с тем ряд авторов подчеркивает, что основой теоретической биологии в любом случае служит развитие эволюционного подхода, и, таким образом, теоретическая биология может рассматриваться как дальнейшее развитие эволюционной биологии.