A. 古代的生物学大多用哪种研究方法
古代的生物学大多用的研究方法是“观察法”。
用现在的话说,就是通过形态学来研究生物。晌迅对动物还有行为学。
古代此世的生物学大多以简单的观察法为研究方法,对每一类群的形态结构等特征进行科学的描述,以弄清不同类群之间的亲缘关系和进化关系。对植物主要是观察其形态、结构、生长规律等,来进行分类和研究;对动物还要加上观察其生活习性。宴扒此
B. 生物数学涉及什么领域
生物数学是在生物学的不同领域中应用数学工具对生命现象进行研陆首究的学科。其一般方法液悉岁是建立被研究对象的数学模型并对其进行定性和定量研究,主要应用的数学方法有:微分方程、概率论和数理统计、抽象代数、拓扑学、突变理论等,电子计算机的发展使生物数学的研究又有了新的突破。
生物数学的分支学科较多,从生物学的应用去划分,有数量分类学、数量遗传学、数量生态学、数量生理学和生物力学等;从研究使用的数学方法划分,又可分为生物统计学、生物信息论、生物系统论、生物控制论和生物方程等分支。这些分支与前者不同,它们没有明确的生物学研究对象,只研究那些涉及生物学应用有关的数学方法和理论。
生物数学具有丰富的数学理论基础,包括集合论、概率论、统计数学、对策论、微积分、微分方程、线性代数、矩阵论和拓扑学,还包括一些近闹睁代数学分支,如信息论、图论、控制论、系统论和模糊数学等。
C. 数学生态学详细资料大全
数学生态学是生物数学的一个以数学的理论和方法研究生态学的重要分支,它包括生态数学模型、生态系统分析、统计生态学、生态模拟等内容。
数学生态学是生物数学中较为基础的分支,它的发展可以追溯到20世纪上半叶生态学家罗基卡和数学家伏尔特拉关于捕食者和食饵模型的研究。而今该学科在理论、实验和套用研究方面都有着很大的进展。
数学生态学虽然形成学科较晚,但在短短的年代里已显示出它的作用。限于生态过程中变数繁多,相互联系,相互制约的关系错综复杂,而且常表现为非线性的,因此不大可能找出现成的数学理论和方法,轻而易举地给以表达。另一些现有的模型还需要继续核验与修正。如何使这门学科更有效地套用到生态学实际,还需要在数学方面作更多的努力。
D. 生物科学常用的研究方法有哪三种
科学探究常用的方法有观察法、实验法、调查法和资料分析法等.
(1)观察法是科学探究的一种基本方法.观察法是在自然状态下,研究者按照一定的目的和计划,用自己的感官外加辅助工具,对客观事物进行系统的感知、考察和描述,以发现和验证科学结论.观察时要全面、细致、实事求是,并及时记录下来;要有计划、要耐心;要积极思考,及时记录;要交流看法、进行讨论.
(2)实验法是现代生物学研究的重要方法.实验法是利用特定的器具和材料,通过有目的、有步骤的实验操作和观察、记录分析,发现或验证科学结论.一般步骤:①发现并提出问题;②收集与问题相关的信息;③作出假设;④设计实验方案;⑤实施实验并记录;⑥分析实验现象;⑦得出结论.
(3)调查是科学探究的常用方法之一.调查时首先要明确调查目的和调查对象,制订合理的调查方案.调查过程中有时因为调查的范围很大,就要选取一部分调查对象作为样本.调查过程中要如实记录.对调查的结果要进行整理和分析,有时要用数学方法进行统计.
(4)收集和分析资料也是科学探究的常用方法之一.收集资料的途径有多种.去图书管查阅书刊报纸,拜访有关人士,上网收索.其中资料的形式包括文字、图片、数据以及音像资料等.对获得的资料要进行整理和分析,从中寻找答案和探究线索.
E. 生物数学的研究内容
根据生命科学的需要,生物数学的内容分为以下几个主要方面。 所谓生命现象数量化,就是以数量关系描述生命现象。数量化是利用数学工具研究生物学的前提。生物表现性状的数值表示是数量化的一个方面。生物内在的或外表的,个体的或群体的,器官的或细胞的,直到分子水平的各种表现性状,依据性状本身的生物学意义,用适当的数值予以描述。数量化还表现在引进各种定量的生物学概念,并进行定量分析。如体现生物亲缘关系的数值是相似性系数。各种相似性系数的计算方法以及在此基础上的聚类运算构成数量分类学表征分类的主要内容。遗传力表示生物性状遗传给后代的能力,对它的计算以及围绕这个概念的定量分析是研究遗传规律的一个重要部分。多样性,在生物地理学和生态学中是研究生物群落结构的一个抽象概念,它从种群组成的复杂和紊乱程度体现群落结构的特点。多样性的定量表示方法基于信息理论。
数量化的实质就是要建立一个集合函数,以函数值来描述有关集合。传统的集合概念认为一个元素属于某集合,非此即彼、界限分明。可是生物界存在着大量界限不明确的、“软”的模糊现象,如此“硬”的集合概念不能贴切地描述这些模糊现象,给生命现象的数量化带来困难。1965年L.A.扎德提出模糊集合概念,模糊集合适合于描述生物学中许多“软”的模糊现象,为生命现象的数量化提供了新的数学工具。以模糊集合为基础的模糊数学已广泛应用于生物数学。 为了研究的目的而建立,并能够表现和描述真实世界某些现象、特征和状况的数学系统,称为数学模型。数学模型能定量地描述生命物质运动的过程,一个复杂的生物学问题借助数学模型能转变成一个数学问题,通过对数学模型的逻辑推理、求解和运算,就能够获得客观事物的有关结论,达到对生命现象进行研究的目的。
例如描述种群增长最简单的模型是马尔萨斯方程:(图一)(常数r>0)式中N表示种群的数量;r是种群增长的相对速率。方程的解为(图二)式中N0表示时间为t0时初始种群大小。这个模型简单地描述种群按几何级数增长的过程。从数学模型获得的结果应该符合实际情况,否则对模型应进行修改,使之尽可能正确地表达生命物质运动的真实情况。模型的不断完善是对生命现象认识逐渐深入的过程。上述模型的解,种群随时间推后无限增大,这个结果显然不合理。如果考虑有限生存条件的限制,改进之后的模型有费尔许尔斯特-珀尔方程,又称Logistic方程 (图三)。 (常数a,b>0)如果初始值取(图四),方程的解(图五)当t→∞,解的渐近值是a/b,它表示种群受生存条件限制不可能超过的极限。这个模型比较正确地表示种群增长的规律,具有广泛用途。描述捕食与被捕食两个种群相克关系的数学模型是洛特卡-沃尔泰拉方程:(图六)常数a1、a2、b1和b2>0)其中N1和N2分别表示被捕食和捕食种群的大小。方程的解是
a2lnN1+α1lnN2-b2N1-b1N2=C其中C为积分常数,由初始条件(初始两个种群大小)确定。不同的初始条件得到相应的曲线簇,从曲线的形状可以看出种群此起彼落周期性的变化(图1)。对模型的进一步分析可知,如果捕食与被捕食种群以相同的比例减小,将有利于被捕食种群大量增长。这个结果从理论上说明了不适当地使用农药,在毒杀害虫的同时也杀死了害虫的天敌,而常常导致害虫更猖獗地发生。利用方程的解,还可算出种群变化的近似周期和振幅等十分有意义的结果。A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎从生物膜上电离子的迁移阐明神经兴奋传导的机理。他们建立的模型属于二阶偏微分方程,称霍奇金-赫胥黎方程(H-H方程): (图七)
其中V表示神经纤维膜电位,R是轴向电阻率,α是轴突半径,x表示神经纤维轴向距离。等式左边代表膜电容产生的电流分量;右边第一项代表神经纤维横截面电流变化率;右边其余三项分别代表钾、钠和其他离子产生的电流分量。霍奇金曾以枪乌贼神经纤维为实验材料,根据H-H方程计算得到的曲线与实验结果吻合得很好(见生物膜离子通道)。
一种比H-H方程更一般的方程类型,称为反应扩散方程。作为数学模型这一类方程在生物学中广为应用,它与生理学、生态学、群体遗传学、医学中的流行病学和药理学等研究有较密切的关系。 多元分析适应生物学等多元复杂问题的需要、在统计学中分化出来的一个分支领域。它是从统计学的角度进行综合分析的数学方法。多元统计的各种矩阵运算体现多种生物实体与多个性状指标的结合,在相互联系的水平上,综合统计出生命活动的特点和规律性。
系统论和控制论 以系统和控制的观点,进行综合分析的数学方法。
例如有一个生态系统,包括水、一个水生植物种群和一个草食动物种群,研究物质磷在系统中的变化过程。水、水生植物和草食动物含有磷的数量是系统的基本变量,分别以x1、x2和x3表示,称为状态变量;以u表示磷从流水中带进系统的速率,称为输入量;分别以y1和y2表示磷从水中流失和草食动物带出系统的速率,称为输出量。系统内部磷的变化关系见图2。考虑每个状态变量的变化,得到描述该系统的方程,称为状态方程:(图八)其中Ci(i=1,2,…,6)是一组参数。当参数值、输入、输出以及初始状态给定以后,物质磷在系统中的变化可由方程完全确定。对方程进行分析或者利用电脑求解,就可以认识磷在系统中变化的规律。
实际情况远比这个虚构的例子复杂。一个系统可以是多输入、多输出,状态变量的个数可大到几十,甚至上百,它显示生命活动异常复杂的情形。
可控系统的最优控制是控制理论的中心问题。所谓最优控制,就是从实际需要出发设计适当的性能指标,在一定的约束条件下选取输入u(t),使性能指标取最小值。寻求生物系统最优控制的方法常常采用庞特里雅金最小值原理和贝尔曼的动态规划,有关农业、林业、医学和环境问题的最优控制可望获得解决。 概率与统计方法的应用还表现在随机数学模型的研究中。原来数学模型可分为确定模型和随机模型两大类。如果模型中的变量由模型完全确定。
这里举出一种离散的随机数学模型,称为马尔科夫链。考虑具有两个等位基因A与α的群体,如果相应的基因频率分别是p和q,三种基因型AA,Aa和aa在群体中的分配比率构成向量【PHQ】(P+H+Q=1)。在一定的假设条件下,按马尔科夫链的数学模型,描述该群本随机交配的遗传过程。经过第一代随机交配,基因型分配比率将从向量【PHQ】转变为(图九) 等式左边的矩阵是转移矩阵,不难验证该马尔科夫链是正则的,不动点向量就是【p22pqq2】。 这个结果说明基因频率的不变性,也就是群体遗传学中的哈迪-魏因贝格定律:随机交配的群体在没有外界迁入、定向选择、基因突变和遗传漂变的条件下,基因频率保持不变。
马尔科夫链数学模型不仅对遗传学重要,如果使状态变量代表不同的意义,它还能适用于更广泛的生物学问题,如生态、环境和医学等。下面是一个流行病学的例子。讨论某地区某种传染病的流行,分4个状态:敏感者、患病者、免疫者和死亡。建立的马尔科夫链数学模型可以由转移图的形式表示(图3)。这是一个吸收马尔科夫链,利用这个模型可以分析疾病流行的规律。 不连续性是一切物质存在的基本属性。首先物质和能量两个最基本的概念是不连续的;再看生命现象,物种、个体、细胞、基因等等都是生命活动不连续的最小单位,不连续性表现尤其突出。因此,不连续的数学方法在生物数学中占有重要地位。再举单一种群增长的生态模型讨论。若考虑个体生活年龄,按年龄单位将个体分属于不同年龄组。令Nit代表在时刻t,年龄为i的个体数;Pi表示年龄在i能活到i+1的存活率;Fi表示年龄在i的增殖率。则新增殖的个体数(图十),其中m代表该群体年龄可能达到的上界。于是种群变化的规律可以用下面的矩阵运算表示,(图十一) 这就是着名的莱斯利模型。这个模型是离散的,它不仅表示种群增长的速度,而且还显示出年龄分布状况,从年龄分布的结构上展示整个种群变化的规律。因而远远胜过前面所举单一种群增长连续模型。
描述生命现象的离散模型有两态和多态之分。马尔科夫链和莱斯利模型都属于多态;两态的模型应生物学的二元表现状态而产生。如神经兴奋沿着神经细胞的轴突,经过突触在阀的控制下传给另一个神经细胞,兴奋波的通过与否就是一个二元表现状态。1943年W.S.麦卡洛克和W.皮茨在布尔代数的基础上,首次给出描述神经传递现象的离散模型。此模型不断改进,并借助电脑加以实现,已做到模拟许多较复杂的神经功能,成为探索人类大脑思维奥秘的一个重要手段(见人工智能)。
不连续数学方法还表现在对连续方法的补充。微积分学的基本理论指出,函数的可微性蕴涵着连续性。因此以微分运算为基础的数学模型都是连续的。这些模型只能适用于连续变化范围,对于连续函数出现不连续点或奇点(包括导函数不连续点)情形,将无能为力。而恰恰在这些破坏了连续性的区域,却常常是生物学需要研究的课题。
60年代末,法国数学家R.托姆从拓扑学提出一种几何模型,能够描绘多维不连续现象,他的理论称为突变论。
继R.托姆之后,跃变论不断地发展。例如E.C.塞曼又提出初级波和二级波的新理论。
上述各种生物数学方法的应用,对生物学产生重大影响。20世纪50年代以来,生物学突飞猛进地发展,多种学科向生物学渗透,从不同角度展现生命物质运动的矛盾,数学以定量的形式把这些矛盾的实质体现出来。从而能够使用数学工具进行分析;能够输入电脑进行精确的运算;还能把来自各方面的因素联系在一起,通过综合分析阐明生命活动的机制。生物数学在农业、林业、医学、环境科学、社会科学和人口控制等方面的应用,已经成为人类从事生产实践的手段。
当今的生物数学仍处于探索和发展阶段。生物数学的许多方法和理论还很不完善,它的应用虽然取得某些成功,但仍是低水平的、粗略的、甚至是勉强的。许多更复杂的生物学问题至今未能找到相应的数学方法进行研究。因此,生物数学还要从生物学的需要和特点,探求新方法、新手段和新的理论体系,还有待发展和完善。
F. 生物学研究的基本方法有观察、调查、分类、实验等方法.______
(1)观察是科学探究的一种基本方法.科学观察可以直接用肉眼,也可以借助放大镜、显微镜等仪器,或利用照相机、录像机、摄像机等工具,有时还需要测量.科学的观察要有明确的目的;观察时要全面、细致、实事求是,并及时记录下来;要有计划、要耐心;要积极思考,及时记录;要交流看法、进行讨论。
(2)调查是科学探究的常用方法之一.调查时首先要明确调查目的和调查对象,制订合理的调查方案.调查过程中有时因为调查的范围很大,就要选取一部分调查对象作为样本.调查过程中要如实记录.对调查的结果要进行整理和分析,有时要用数学方法进行统计。
(3)分类:根据生物的相似程度(包括形态结构和生理做御功能)把生薯胡举物划分为种属不同的等级,并对每一类群的形态结构和生理功能等特数碧征进行科学的描述。
(4)实验法是生物研究的主要方法.一般步骤:发现并提出问题;收集与问题相关的信息;作出假设;设计实验方案;实施实验并记录;分析实验现象;得出结论。
G. 生物研究的几种科学方法
1.类比法
类比法是将陌生的事物与熟悉的事物作比较,以加深对陌生事物的认识和理解的研究方法。这种联系生活经验,将熟悉的事物与不熟悉的、有待了解的事物相类比的处理方法,有助于突破认知上的难点。
2.模型法
模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述,这种描述可以是定性的,也可以是定量的。有的借助于具体的实物或其他形象化的手段,有的则通过抽象的形式来表达。模型包括物理模型、概念模型和数学模型等。
3.实验法
实验法是人们根据研究目的和任务,利用科学仪器设备,人为地、有效地控制或模拟自然现象,排除非实验因素的干扰,突出主要因素,在比较有利的条件下探索客观事物规律性的一种有效的科学研究方法。
(1)对照实验法:通过比较来研究、提示实验对象的某种特性的实验方法称为对照实验法。
(2)模拟实验法:在科学实验中因受客观条件限制而无法对某些自然现象进行直接实验时,人们便寻求间接实验的方法。如利用“渗透作用的实验装置”模拟成熟植物细胞渗透吸水和失水的过程。
4.显微观察法
显微观察法常用于用肉眼看不到,必须借助于显微仪器(如显微镜)才能看清形态结构的实验中。显微观察让人们的观察角度从宏观世界转向微观世界,从而更进一步认识生命现象及生命基本特征。
5.数学方法
在科学研究中针对研究对象不同的特点,运用数学概念、方法和技巧,对研究对象进行量的分析、描述、计算和推导,从而找出能以数学形式表达事物的量的规律性的方法。
6.假说演绎法
在观察和分析基础上提出问题以后,通过推理和想象提出解释问题的假说,根据假说进行演绎推理,再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符,就证明假说是正确的,反之,则说明假说是错误的,要重新修正。
7.化学分析法
就是依据物质的化学性质和变化去认识物质的方法,具体来说,就是利用化学手段测定物质的组成、含量以及结构的方法,如酶解法。
8.染色法
将所要观察或研究的对象,用染色剂处理,达到容易辨别的目的。
9.差速离心法
由低速到高速逐渐沉降分离,将不同大小的颗粒分开的方法。如利用细胞质中的各种结构质量差异,采用不同的离心速度所产生的不同离心力,将各种亚细胞组分和各种颗粒分开。
10.同位素标记法
利用放射性同位素标记化合物来示踪化学反应的详细过程的方法。如利用18O2和14CO2追踪光合作用中氧原子和碳原子的转移途径。
11.调查法
调查法是通过直接接触、询问研究对象或现场观察等手段来获得事实材料的一种科学研究方法。分为普遍调查和取样调查等类型。普遍调查是对某一范围内所有研究对象无一遗漏地进行全面的调查,简称“普查”。取样调查是从被调查的总体全部单位中抽取一部分单位(样本)来进行调查,并以样本特征值来推算总体特征值的调查方法。如标志重捕法、样方法。
H. 生物数学是什么
数学和生物学互相渗透形成 的学科。按研究对象和任务的不 同,又分为数学生物学和生物数 学。数学生物学指生物学不同领 域中应用数学方法所产生的一些 新的生物学分支,例如数值分类 学、数量进化论、数量仿生学等; 生物数学指用于生物科学研究中 的数学理论和方法,例如生物统 计学、生物概率论、生物微分方 程、生物系统分析、生物数学模 型、电子计算机的应用、运筹对 策等。
I. 生物科学的研究方法
生物科学的研究方法为观察描述的方法、比较的方法和实验的方法等。
观察描述的方法在17世纪,近代自然科学发展的早期,生物科学的研究方法同物理学研究方法大不相同。生物科学的研究是考察那些将不同生物区别开来的、往往是不可测量的性质。生物科学用描述的方法来记录这些性质,再用归纳法,将这些不同性质的生物归并成不同的类群。
比较的方法。18世纪下半叶,生物科学不仅积累了大量分类学材料,而且积累了许多形态学、解剖学、生理学的材料。在这种情况下,仅仅作分类研究已经不够了,需要全面地考察物种的各种性状,分析不同物种之间的差异点和共同点,将它们归并成自然的类群。比较的方法便被应用于生物科学。
实验的方法前面提到的观察和描述的方法有时也要对研究对象作某些处理,但这只是为了更好地观察自然发生的现象,而不是要考察这种处理所引起的效应。实验方法则是人为地干预、控制所研究的对象,并通过这种干预和控制所造成的效应来研究对象的某种属性。
(9)生物数学的研究方法有哪些内容扩展阅读:
生物科学的进展有:
20世纪70年代以来,生物科学的新进展,新成就层出不穷。从总体上看,当代生物科学主要朝着微观和宏观两个方面发展:在微观方面,生物学已经从细胞水平进入到分子水平去探索生命的本质;在宏观方面,生态学的发展正在为解决全球性的资源和环境等问题发挥着重要作用。
生物工程方面生物工程(也叫生物技术)是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性的科学技术。也就是说,它是以生物科学为基础,运用先进的科学原理和工程技术手段来加工或改造生物材料,如DNA、蛋白质、染色体、细胞等,从而生产出人类所需要的生物或生物制品。
参考资料来源:网络—生物科学
J. 什么是现代生物学研究的重要方法
实验法。
科学探究常用的方法有观察法、实验法、调查法和分类法等.实验法:是利用特定的器具和材料,通过有目的、有步骤的实验操作和观察、记录分析,发现或验证科学结论.是现代生物学研究的重要方法.观察法:是在自然状态下,研究者按照一定的目的和计划,用自己的感官外加辅助工具,对客观事物进行系统的感知、考察和描述,以发现和验证科学结论.调查法:一般是在自然的过程中进行的,通过访问、座谈、问卷、测验和查阅书面材料等方式去搜集反映研究对象的材料.调查时首先要明确调查目的和调查对象,制订合理的调查方案.调查过程中有时因为调查的范围很大,就要选取一部分调查对象作为样本.调查过程中要如实记录.对调查的结果要进行整理和分析,有时要用数学方法进行统计.分类法:根据生物的相似程度(包括形态结构和生理功能)把生物划分为种属不同的等级,并对每一类群的形态结构和生理功能等特征进行科学的描述.对科学探究的认识.因此,实验法。考点:此题主要考查是现代生物学研究的重要方法。点评:对于此类题目,学生应该知道生物学研究的方法,实验法。