Урок № 1,2
Тема: Биология как наука. Методы биологических исследований. Значение биологической науки для человека. Свойства живых организмов. Уровни организации живой материи.
Цель: обобщить знания учащихся о биологических науках и показать связь между ними; ознакомить учащихся с задачами современной биологии, обобщить знания о методах биологических исследований, полученных при изучении предыдущих разделов биологии.
Задачи:
-Обобщить и закрепить знания учащихся о биологии как комплексе наук; изучить методы биологических исследований. Рассмотреть свойства живых организмов и уровни организации живой материи. Способствовать развитию умения мыслить логически и владеть биологическими терминами; переходу от формального – логического восприятия материала данной темы к образно-логическому мышлению с использованием разноуровневых, посильных и нестандартных ситуаций.
- Развить навыки наблюдения, выявления ошибок, умения выделять главное, сравнивать изучаемые факты, логично излагать мысли и делать выводы; учить размышлять, делать предположения, прогнозировать.
-Содействовать формированию основных мировоззренческих идей через познавательную активность и творческую самостоятельность учащихся.
-Воспитывать умения работать самостоятельно с применением само- и взаимоконтроля. Показать связь изучаемой темы с жизнью. Воспитывать научное мировоззрение на основе взаимосвязи свойств и строения.
Оборудования и материалы: фотографии, рисунки, таблицы, учебник.
Базовые понятия и термины: моделирование, статистика, эксперимент, биологические науки, система.
Тип урока: изучение нового материала.
Ход урока.
I. Организационный этап.
II. Актуализация опорных знаний.
1. Что изучает наука биология?
2. С какими разделами биологической науки вы ознакомились раньше?
3. Какие науки составляют систему биологических знаний?
III. Изучение нового материала.
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 г. независимо друг от друга французский ученый Жан-Батист Ламарк (1744–1829) и немецкий – Готфрид Рейнхольд Тревиранус (1766–1837).
Биология тесно связана с другими естественными и гуманитарными науками. В результате взаимодействия с химией возникла биохимия, а с физикой – биофизика. Биогеография – комплексная наука о распространении живых организмов на Земле – разработана усилиями нескольких поколений ученых, которые изучали флору, фауну, надвидовые сообщества в различных географических областях нашей планеты. Во всех отраслях биологии применяют математические методы обработки собранного материала. В результате взаимодействия экологии с гуманитарными науками возникла социоэкология (изучает закономерности взаимосвязей человеческого общества и окружающей среды), а биологии человека с гуманитарными науками – антропология, которая исследует появление и эволюцию человека как особенного биосоциального вида, человеческие расы и др.
Философия биологии – наука, которая возникла в результате взаимодействия классической философии с биологией. Она изучает проблемы мировоззрения в свете достижений биологии. Данные биологических наук о человеке (анатомии, физиологии, генетики человека и т. п.) служат теоретической базой медицины (науки о здоровье человека и его сохранении, заболеваниях, методах их диагностики и лечения). Во второй половине ХХ ст. благодаря успехам разных естественных наук (физики, математики, кибернетики, химии и проч.) 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 разнообразных технических систем и приборов;
радиобиология – наука о влиянии разных видов ионизирующего излучения на живые системы;
криобиология – наука о влиянии на живую материю низких температур.
• Основные методы биологических исследований. Живую материю на разных уровнях организации изучают с помощью различных методов, основные из которых – сравнительно-описательный, экспериментальный, мониторинг и моделирование. Полученные результаты обрабатывают математически с помощью методов статистического анализа.
Сравнительно-описательный метод служит для описания организмов, процессов или явлений. Его основал древнегреческий ученый Аристотель.
Экспериментальный метод заключается в том, что исследователи активно вмешиваются в строение объектов исследований, ход естественных процессов или явлений и наблюдают результаты такого вмешательства. Эксперименты бывают полевые и лабораторные.
Мониторинг – постоянное наблюдение за ходом определенных процессов в отдельных популяциях, экосистемах, биосфере в целом или за состоянием определенных биологических объектов. Его осуществляют в основном на популяционно-видовом, биогеоценотическом или биосферном уровнях. Мониторинг позволяет не только определять состояние определенных объектов, но и прогнозировать возможные изменения, анализировать их последствия.
Моделирование – метод исследования и демонстрации структур, функций, процессов с помощью их упрощенной имитации. Моделирование является обязательным этапом многих научных исследований, потому что позволяет изучать объекты и процессы, которые невозможно непосредственно наблюдать или воспроизводить экспериментально. Любая модель неминуемо упрощена.
Математическое моделирование в биологии – совокупность математических методов анализа сложных количественных взаимосвязей и закономерностей в биологических системах. Его осуществляют с помощью компьютерной техники, которая позволяет хранить огромные объемы данных и быстро их обрабатывать с помощью специальных программ. Математическое моделирование дает возможность наблюдать за возможными вариантами хода событий, выделять отдельные связи, комбинировать их.
Статистический метод. Любой накопленный материал, полученный в результате наблюдений, экспериментов или моделирования, нуждается в статистической (математической) обработке. Математическая обработка необходима для определения степени достоверности и правильного обобщения полученных результатов. Статистически достоверную закономерность в биологии можно считать правилом либо научным законом.
• Задачи современной биологии в первую очередь заключаются в решении важнейших проблем человечества: увеличение продовольственного потенциала планеты; улучшение экологического состояния среды обитания человека, сохранения его здоровья и долголетия; получение альтернативных источников энергии. Поэтому актуальными в ближайшем будущем будут такие направления исследований:
– установление контроля над самовоспроизведением биоресурсов;
– создание искусственных биологических систем с нужными человеку компонентами, без нарушения экологического равновесия;
– изучение сложных физиолого-генетических функций организма для лечения и предупреждения онкологических и других опасных заболеваний человека;
– использование генетически модифицированных организмов для получения от них белков, антител, ферментов, гормонов, вакцин для нужд пищевой промышленности, медицины и ветеринарии;
– изучение энергетических и синтетических процессов в клетке для внедрения их в промышленные биотехнологии.
• Свойства живой материи. Хотя биология исследует разные проявления жизни в течение многих столетий, даже на современном этапе ее развития трудно дать четкое и лаконичное определение понятия «жизнь». Поэтому перечислим основные свойства, присущие живой материи. Большинство из них вам известны из предыдущих разделов курса биологии.
Каждое живое существо, или организм, состоит из отдельных частей – клеток. Неживые предметы (за исключением остатков организмов) клеточного строения не имеют. Таким образом, клетка – это структурно-функциональная единица организации живых организмов. Неклеточные формы жизни – вирусы – способны проявлять жизнедеятельность лишь внутри клеток организмов, в которых они паразитируют.
Организмы и неживые объекты отличаются соотношением химических элементов, входящих в их состав. В состав живых существ входят те же химические элементы, из которых состоят и неживые объекты. Однако химический состав всех организмов более-менее подобен, тогда как у разных компонентов неживой природы он отличается. Например, в водной оболочке Земли (гидросфере) преобладают водород и кислород, в газообразной (атмосфере) – кислород и азот, в твердой (литосфере) – кремний, кислород и т. п. В составе всех живых существ преобладают четыре химических элемента:
водород, углерод, азот и кислород.
Живой материи присущ обмен веществами и энергией с окружающей средой. Организмы способны создавать органические соединения, причем многие из них синтезируют эти вещества из неорганических (растения, цианобактерии, некоторые бактерии и одноклеточные животные).
Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность физических и химических процессов, которые происходят как в отдельных клетках, так и в целостном многоклеточном организме. Конечные продукты обмена веществ организмы выводят в окружающую среду. Туда же выделяется и часть энергии. Следовательно, любой организм является открытой системой. Это значит, что он может длительное время функционировать лишь при условиях поступления извне энергии, питательных и других веществ.
Каждая биологическая система способна к саморегуляции. Поддержание гомеостаза обеспечивают системы, регулирующие жизненные функции. У многих животных к регуляторным системам относятся нервная, иммунная и эндокринная, у растений – отдельные клетки, которые выделяют биологически активные вещества (фитогормоны, фитонциды и др.). Все процессы жизнедеятельности клетки или организма согласованы между собой.
Биологическим системам присуща способность к поддержанию своей специфической структуры. Например, многие многоклеточные организмы способны к регенерации – восстановлению потерянных или поврежденных частей. Иногда способность к регенерации может быть очень ярко выражена: некоторых губок можно растереть в ступке до кашицеобразного состояния; при помещении такой «кашки» в водную среду отдельные клетки опять объединяются, формируя целостный организм. Из прикопанного небольшого побега ивы со временем вырастает новое дерево.
Характерная черта организмов – способность к движениям. Движения свойственны не только животным, но и растениям. Различные микроскопические одноклеточные водоросли, животные или бактерии двигаются в воде с помощью органелл движения – жгутиков.
Живой материи присуща раздражимость – способность воспринимать раздражители внешней и внутренней (то есть те, которые возникают внутри живой системы) среды и определенным образом на них реагировать. У животных реакции на раздражители, осуществляемые при участии нервной системы, называют рефлексами.
Все биологические системы способны к самовоспроизведению (производить себе подобных). Организмы могут воспроизводить себе подобных, то есть размножаться. Благодаря способности к размножению существуют не только отдельные виды, но и жизнь в целом.
Живые организмы способны к росту и развитию. Благодаря росту они увеличивают свои размеры и массу. При этом одни организмы (например, растения, рыбы) растут в течение всей жизни, другие (например, птицы, млекопитающие, человек) – на протяжении лишь определенного времени.
Существование организмов тесно связано с сохранением наследственной информации и ее передачей потомству при размножении. Это обеспечивает стабильность существования видов, ведь потомки обычно похожи на своих родителей. В то же время живым существам присуща также изменчивость – способность приобретать новые признаки во время индивидуального развития. Благодаря изменчивости организмы способны приспосабливаться к изменениям окружающей среды.
Биологические системы способны к адаптациям. Напомним, что адаптациями называют появление приспособлений у живых систем в ответ на изменения, происходящие в их внешней или внутренней среде. Таким образом, организмы и надорганизменные формы организации живой материи – это целостные биологические системы, способные к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.
Живая материя может находиться на разных уровнях организации, которые сформировались в процессе ее исторического развития.
• Уровни организации живой материи. Различают такие уровни организации живой материи: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный, или биогеоценотический, и биосферный.
Запомните: все уровни организации живой материи взаимосвязаны между собой: низшие уровни входят в состав более высоких.
