Методика и организация биологического исследования

Методика и организация биологического исследования
Леонид Николаевич Харченко

В учебном пособии на примере энтомологических исследований показаны ключевые моменты организации и методики проведения полевых и лабораторных исследований по биологии. Пособие имеет своей целью научно-исследовательскую подготовку биологов и адресовано студентам, магистрантам, аспирантам, преподавателям биологических факультетов вузов, учителям школ, педагогам системы дополнительного образования, биологам-любителям.

Леонид Харченко

Методика и организация биологического исследования

Об авторе:

Харченко Леонид Николаевич – доктор педагогических, кандидат биологических наук, профессор кафедры ботаники, зоологии и общей биологии и профессор кафедры теории и практики управления образованием Северо-Кавказского федерального университета, действительный член Международной академии наук педагогического образования и Международной академии наук (секция «Экология и здоровье»), трехкратный победитель международного конкурса «Соросовской образовательной программы в области точных наук» (номинация биология), член нескольких диссертационных советов по педагогике, эксперт фонда «Новая Евразия», удостоен звания «Почетный работник высшего профессионального образования».

Сфера научных интересов: проблемы экологии, биоэтики, педагогики высшей школы, инноватики. Автор более 220 научных работ, в том числе 16 монографий, более 30 учебных пособий по проблемам биологии, экологии, педагогики. Подготовил 12 кандидатов и 2 докторов наук. Руководит научной работой 8 аспирантов и 3 докторантов.

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие к курсу «Методика и организация биологического исследования», предусмотренному учебным планом подготовки магистров по специальности 03.00.09 – «Биология» очной и заочной форм обучения, имеет своей целью развитие научно-исследовательской компетентности биологов и адресовано студентам, магистрантам, аспирантам, преподавателям биологических факультетов вузов, а также учителям школ, педагогам системы дополнительного образования, биологам-любителям.

В учебном пособии на примере энтомологических исследований показаны ключевые моменты организации и методики проведения полевых и лабораторных исследований по биологии. При этом понятие «методика» нами понимается как совокупность методов обучения чему-либо, практического выполнения чего-нибудь, а понятие «организация» как совокупность процессов и действий, ведущих к образованию и совершенствованию взаимосвязей между частями целого.

Предлагаемое пособие по изучению курса «Методика и организация биологического исследования» способствует достижению двух задач: 1) вооружение обучающихся системными знаниями по методике и организации биологического исследования в рамках профессионально-биологической подготовки; 2) решение индивидуальных исследовательских задач при выполнении собственной дипломной (квалификационной) работы.

Пособие включает в себя изучение шести глав, отражающих логику организации и подбора методик биологического исследования: методология как средство познания природы, методы сбора организмов, оборудование для полевых исследований, методика и организация исследований экологических аспектов жизнедеятельности организмов, методика изучения биологических объектов по следам жизнедеятельности, описание и представление результатов биологического исследования.

В виду того, что данный курс имеет теоретико-практическую направленность и в качестве основных форм организации учебно-исследовательской деятельности помимо лекций предложены практические занятия, экскурсии в природу, а также предусматривается самостоятельная работа обучающихся, включающая реферирование основной и дополнительной литературы, подготовку выступлений и пр. Поэтому, напечатанный в конце пособия список литературы, облегчит обучающимся поиск необходимой информации для выполнения заданий самостоятельной работы, подготовки к зачету или экзамену.

Курс «Методика и организация биологического исследования» в рамках ныне действующего ФГОС ВПО третьего поколения изучается на первом году обучения в магистратуре в объеме 60 аудиторных часов учебного времени: из них 28 лекционных и 32 практических.

Автором для иллюстрации основных методических и организационных составляющих биологического исследования использованы примеры из энтомологической области знаний, поскольку насекомые и наука о них энтомология («Энтомология» – наука о насекомых, населяющих нашу планету) – одна из интереснейших областей знания. Почему? Да, потому, что куда бы ты не взглянул, куда бы не пошел – всюду тебя окружают насекомые: докучая, иногда даже мешая, но, тем не менее, все-таки, украшая нашу природу.

Для большинства из нас насекомые представляются чем-то маленьким, невзрачным, вроде надоедливых комаров да мошек. Действительно, величина жука Трихоптеригида не превышает четверти миллиметра, а наездник Трихограмма эванесценс – и того меньше. Но как тогда назвать южноамериканскую бабочку Тизанию агриппину, которая размером с добрую ворону. По сравнению с ней, даже семнадцатисантиметровый жук Дровосек-титан просто меркнет. Насекомые настолько разнообразны, вездесущи и многочисленны (статистика свидетельствует, что на каждого человека планеты приходится, примерно, 250.000.000 насекомых), что человек вынужден постоянно делить с ними жизненное пространство, природные ресурсы, продукты своего труда, собственное жилище и даже отстаивать неприкосновенность своего собственного тела.

Исключительна роль насекомых в почвообразовании, в увеличении разнообразия биоценозов, в установлении в них устойчивого равновесия, а цветковые энтомофильные растения целиком обязаны своим существованием опыляющим их насекомым. И вместе с тем, история знает печальные случаи гибели миллионов людей от малярии, чумы, тифа, кожных заболеваний, возбудителей которых переносят кровососущие насекомые. А всепожирающие налеты саранчи и других растительноядных? Это все те же насекомые. Невозможно представить окружающий нас мир без насекомых. Вклад их в биосферу огромен. Транспорт биосферы, ее пульт управления, кондиционер и ассенизационное устройство – вот, что такое насекомые в биосфере. Кроме того, за насекомыми очень легко наблюдать в природе, а при необходимости, их можно поймать с помощью нехитрых устройств, или просто руками. Численность, плотность, видовой и экологический состав насекомых в водной, наземно-воздушной, почвенной средах – это показатели их качества, пригодности для жизни.

Таким образом, насекомые – это, пожалуй, самые «удобные» членистоногие животные, используя которых можно проводить комплексные биологические исследования.

Автор пособия обращает внимание исследователей биологов на то, что в естествознании и естественнонаучном образовании в настоящее время происходят следующие перемены:

? изменяется характер объектов исследования (ими все чаще становятся саморазвивающиеся открытые сложные «человекоразмерные системы») и усиливается роль междисциплинарных, комплексных программ в их изучении;

? укрепляется «парадигма целостности», т.е. осознается необходимость глобального, всестороннего взгляда на мир. Отсюда – сближаются естественные и социальные науки (обмениваются своими методами), происходит взаимопроникновение понятий культуры и экологии. Все более характерным явлением современной науки становится методологический плюрализм;

? формы получения и передачи знаний об окружающем мире приобретают все более гуманный характер, предполагающий не нарушение взаимосвязей в природе, не разрушение биосистем, а комплексное их изучение с помощью аудиовизуальных, статистических и этико-эмоциональных научно-педагогических средств;

? во все науки широко внедряются идеи и методы синергетики и теории систем, распространяются идеи развития – «историзация», «диалектизация», «экологизация» науки;

? происходит соединение объективного мира и мира человека, все более усиливается роль «антропного принципа», устанавливающего связь между Вселенной и эволюцией жизни человека на Земле;

? повышается уровень материализации научных теорий, увеличивается их абстрактность и сложность, возрастает роль философских выводов; иррациональное становится частью рационального, утверждается их единство;

? все большее значение приобретают «понимающие методики» (аппарат герменевтики), «личностные методы», ценностные и информационные подходы, ориентация на смыслы в их индивидуализированной форме, количественные и статистически-вероятные приемы и средства познания.

Поэтому, начиная биологические исследования, необходимо снова и снова обращаться к прочтению и анализу вышеперечисленных тенденций.

В тоже время, автору не хотелось бы, чтобы начинающий, да и маститый биолог-энтомолог, совершая свой путь в науке, поставил перед собой задачу как можно больше наловить насекомых и поместить их в свои коллекции. Это, в определенных случаях, тоже нужно, но это не самоцель. Поэтому, прежде чем начать любое экспериментальное энтомологическое исследование, необходимо ясно представить себе цель эксперимента.

Цель может состоять в проверке гипотезы, такой, например, как: «Для развития бабочки Поликсены необходимо кормовое растение Кирказон», или в проведении более широкого исследования, например: «Как влияет фотопериод на развитие личинок колорадского жука?». В обоих случаях программу исследований необходимо составить таким образом, чтобы она была выполнима, а полученные данные были достоверными и ими могли успешно использоваться для того, чтобы прийти к тем или иным выводам.

Программа исследований должна содержать как общие, так и конкретные задачи. Например:

1) развить и закрепить любознательность и пытливость исследователя;

2) развить способность планировать исследования, выдвигать гипотезы и проектировать эксперимент;

3) развить способность формулировать вопросы и собирать соответствующие качественные и количественные данные для получения ответа на поставленные вопросы;

4) совершенствовать наблюдательность и практические навыки в использовании аппаратуры и определительных таблиц для идентификации видов;

5) развить способность правильно записывать данные;

6) развить способность применять имеющиеся знания для объяснения полученных данных;

7) развить критическое отношение к данным, способность оценивать обоснованность данных и сделанных из них выводов;

8) развить способность переносить биологическую информацию в таблицы и графики, делать устные и письменные сообщения;

9) совершенствовать умения определять и хранить организмы;

10) научиться оценивать связи между различными организмами, между организмами и окружающей их средой, а также понимать динамический характер развития природных процессов.

Задачи биологического (энтомологического) исследования необходимо формулировать таким образом, чтобы они были конкретные, измеримые, достижимые, определены во времени, соотнесены с имеющимися ресурсами (с наличием научно-исследовательского оборудования, научной литературы, опытного консультанта и пр.) для осуществления исследования.

ГЛАВА I.

МЕТОДОЛОГИЯ КАК СРЕДСТВО ПОЗНАНИЯ ПРИРОДЫ

§ 1.1. Сравнительный анализ методологий, существующих в науке

Наука – это особая сфера целенаправленной человеческой деятельности, которая включает ученых с их знаниями и способностями, научные учреждения, программы научных исследований, органы управления наукой и имеет своей задачей исследование (на основе определенных методов познания) объективных законов развития природы, общества и мышления для предвидения и преобразования действительности в интересах общества. Главная миссия науки и научной деятельности – это получение знаний о реальности, т.е. научных знаний.

Рост научного знания можно представить в виде модели (по К. Попперу):

1) наука начинается с проблем;

2) научными объяснениями проблем выступают гипотезы;

3) гипотеза является научной, если она в принципе фальсифицируема;

4) фальсификация гипотез обеспечивает устранение выявленных научных ошибок;