生物学科学研究方法范文1
在我国，还没有出现与初中生物教学完全所适应的科学方法体系，就必然会使教师在教学过程中没有借鉴的依据，教师就会很少或基本放弃对学生进行科学方法的训练。对于初中生物的教学来说，授课过程中的举例是必不可少的。例如在学显微镜的如何使用时，教师先要举例介绍显微镜的发展历史，然后再用不同的显微镜观察放大的红细胞的形态时，借此来引出结构与其放大的原理，使学生的学习过程变得生动有趣，充分体现科学方法教育在课堂中的实践。
一、科学方法教育对初中生物的作用分析
在生物教育研究中，科学方法教育自始至终都是着重研究的课题，不管是从提高民族的整体素质角度还是当前的课程改革的时间来讲，做好生物科学教育的方法的教学工作，都具有深刻的时代意义。
教育不断改革的今天，非常有必要对中学生进行科学方法教育，自己动手试验，这样可以使学生以最好的学习方式，主动接受最新的授课知识。例如在探究非生物因素对某种动物的影响时，教师能引导学生总结生物生存所需要的因素、作出假设、设计实验、进行试验、作出假设，然后在小组内交流讨论，这样，不仅可以让学生知道实验不仅仅只有大科学家才能做，学生也可以，而且在实验过程中可以让学生找到学习的乐趣。
在整个生物教学中，教师和学生是一个不可分割的整体。对于学生来说，包括学生在观察生物现象、形成生物认识、认识生物规律以及分析解决科学问题的过程中，所涉及的认知结构以及有关知识内容和科学方法基础的准备程度等都与科学的方法教育有着极大的联系。
对于教师来说，科学的方法教育表现为教师教学设计时，能够对学生学习的内容了解，针对每个单元列出详细的科学方法目标，并且能在最好的时机将科学方法教育带到初中生物的教学之中。比如在学习植物的绿叶光照下可以制造有机物的过程中，教师必须根据教材先找出可以进行此实验的素材，如天竺葵，而其他的植物如白薯叶也可以进行这个实验，而如果教师考虑使用菠菜叶就不可以，原因是菠菜叶不可以积累淀粉，所以不能使用。所有的授课，都需要教师的精心准备才可以的。
二、结合教材对科学方法教育在生物教学实践的研究
苏教版教材体现了以学生为主的教学理念，用科学方法教育把学生带到学习中做学习的主人，培养和发展学生的主体性，这是苏教版教材的教学的根本任务。对此，在生物的学习授课过程中，可以借鉴其优点，发展学生的学习主体性。以学生为中心的理念要在课程中充分体现，根据学生的思想与认知程度，在课堂中设计问答、思考与讨论等多种形式的活动，使学生全身心投入课堂，真正做学习的主人。
在新的一轮课程改革中，我国已将教学目标从过去的一维发展到三维。苏教版教材一将科学方法教育带到了教学实践当中，取得了良好的效果。据此，将科学方法教育带到生物的教学实践中，会进一步提高学生的科学素养，提高教师授课知识的效率，为学生终身发展、应对现代社会未来的发展的挑战奠定了基础。
例如对于《种子的萌发条件》这节课程，重点在于让学生了解种子萌发条件及其内部变化。这就需要教师引导学生进行探究实验，得出结论，让他们在实验中观察现象。根据科学方法教育的理论，教师在设计思想的时候可以采取实验与讨论的教学方法，让学生在课前充分预习，并且能够在课前试验，得出种子萌发所需的内部条件。在课堂上，教师可以让学生做课堂的主人，讨论观察的结果，引导学生的思考，并得出结论。随后，教师可以让学生讲述自己所学种子萌发这一课的方法、过程、结论，将科学的方法教育在初中生物课堂上实践起来。
对于初中生物的教学来说，将科学方法教育运用到其教学的实践中的要点就是将两者做到有效地结合。根据初中生物授课内容的特点与初中生的思维特点来设计教学方案的主要目标是科学方法教育在生物教学中的发展主线。在实践中沿着主线走，在授课中跟着科学方法教育走，是科学方法教育真正融入到初中生物教学的重要保证
生物学科学研究方法范文2
关键词 运动生物力学 竞技体育 现状 趋势
一、前言
运动生物力学以其多学科的交叉应用性的研究成果应用于指导体育运动实践；特别是竞技体育的科学训练的需要，运动生物力学在测量技术上不断取得新突破，在改进和完善动作技术，选择和设计优化的动作技术方案等的方面产生了积极的影响。运动生物力学在技术原理方面的研究为运动员的技术诊断和改进训练方法的理论依据。此外，运动生物力学在运动创伤的防治、康复器械的改进，仿生机械等方面也有重要作用；同时也为运动员选材提供了依据。
二、运动生物力学在竞技体育中的研究现状
（一）竞技体育中运动装备、训练器械、测试仪器的研究现状
在竞技体育中对运动装备、训练器械、测试仪器的研究是直接为提高运动成绩服务的，这就对运动生物力学在竞技体育中的科研提出了很高的要求。但就目前的运动生物力学测试仪器来说，测试仪器越来越多样化、测试结果也越来越精确。而且，许多新的现代化的技术装备也被应用到运动生物力学研究上，如运动器械等的研究如运动鞋、训练器材等，近些年对运动器械、仪器设备的研发方面的研究比较少，这类研究有比较好的前景，若利用得当，将大大推动学科的发展，同时对经济的增长也有很大作用[1]。
（二）运动员选材方面的研究现状
运动员选材已从单一方面研究深入到全面展示不同项目运动员身体形态、生理机能、运动力学生物力学等方面的综合的研究，这些学科需要多种方法综合运用，以达到理想的效果。对于竞技体育选材的问题，要从多学科交叉研究才能完成。而运动生物力学的研究更加依赖高新技术运动生物力学的研究，而当前竞技体育中相对缺乏高科技多学科的综合，测试方法上的局限于现有方法的应用，且缺乏较高水平的运动生物力学在运动员选材方面研究；在选材内容上偏重于以往的仪器测试，在选材项目上比较局限，展开的项目不多，也没有进行深入研究。
（三）运动损伤及其康复的研究现状
运动生物力学研究竞技体育中运动训练引起损伤机制，了解与认识其病因、探讨预防、治疗及康复措施一直是运动医学与运动生物力学在竞技体育研究中要解决的重点问题之一。在竞技体育中用运动生物力学的方法研究运动损伤及康复的研究也越来越受到重视，而且与运动专项结合更加紧密。运动损伤相关研究包括对正常运动系统的研究，由于运动创伤中以韧带、软骨的损伤为主，故韧带与软骨成为研究的重点，尤其是软骨，此外对运动损伤相关研究还包括运动损伤及修复与重建后相关组织的生物力学研究，运动损伤及修复与重建后关节的整体生物力学特性研究也是研究重点[2]。
（四）技术动作的研究现状
竞技体育项目动作的技术分析研究是目前运动生物力学研究成果最多的，这些研究成果为运动成绩的提高作了重大的贡献。但是在技术动作的研究中也出现了一些问题，田径、武术等项目研究得比较多，而技术稳定性差，对抗性及灵活性强的项目研究的比较少，这也许是由于像田径等稳定性强的动作技术容易进行分析研究，而技术稳定性弱的项目技术动作不易分析研究而造成的。运动生物力学在技术研究中目前最先要解决的是怎样将生物力学的有关理论尽快地运用到体育实践中解决技术训练中存在的具体问题。
（五）人体运动模型研究及计算机模拟与仿真的模拟现状
经计算机实现对人体运动的模拟仿真，这类研究是目前处于人体运动研究的最前沿的理论方法，它不仅能用电脑全过程模拟人体各种复杂运动并用三维动画方式完整地显示，而且能对人体尚未实现的运动预测其可能性和技术要点[3]。这一方法将是今后运动生物力学研究的重要方面。这些方法在竞技体育中能得以应用将会对我国竞技体育的发展将会有着重大的意义。目前我国在这个方面研究的不是很多主要是应用于高难度，高危险性的技术的方面的项目，如：跳水项目，郝卫平等建立了跳水运动的三维人体运动仿真与显示平台――数字化三维跳水专项运动仿真系统，这种系统的建立可以对运动技术与连接方式进行精确的分析研究，有效的指导技术训练。
（六）运动生物力学的理论研究与实验测试结合的研究现状
目前运动生物力学的理论研究成果还比较少，研究成果不够丰富，从而成为制约我国运动生物力学在竞技体育中发展的瓶颈。测试报告复杂难懂：通过运动生物力学测试，我们提供给教练的测试报告大多数都是数字、曲线等比较抽象的材料，由于教练和运动员自身的生物力学知识水平受限，他们对科研人员提供的数据和材料难以理解，很难将科研成果吸收和消化、时间长就丧失了对科研的兴趣，科研训练实践严重脱节[4]。
三、运动生物力学在竞技体育中的发展趋势
（一）运动装备、训练器械、测试仪器设备的研究日益引起重视
运动装备、训练器械、测试仪器设备是与竞技体育的发展是密不可分的，当今竞技体育的发展对装备、器械、测试仪器提出了更高的要求。近年来运动生物力学与其它学科的指标进行交叉运用使测试仪器的功能、准确度等不断的提高。器材与测试仪器出现专项化，测试和训练的计算机化，专项技术的专用测试仪器以及运动员的服装，器械的研究不断的增强。随着科学训练的不断普及化，技术测试仪器专项化等在竞技体育研究中得到充分应用并不断向科学化和合理化的方向发展。运动生物力学在设计、研究、改进体育仪器、运动装备、训练器械等历来是研究的一个重要方面，运动生物力学在未来的竞技体育科研中应以机械、电子、材料、计算机等的专家积极交流，在竞技体育的仪器、器材设备、和设施的科研、开发和应用方面，发挥自己的作用。
（二）运动生物化学在运动员选材中将扮演更加重要的作用
运动生物力学中的许多测试仪器可用来收集、分析和评价运动员与器材运动的信息，高速摄影仪，测力台、肌电图、关节测角仪等这些仪器精确度高，效果好。且这些仪器是科研人员的在竞技体育研究中的重要研究工具，运动员选材在竞技体育中是非常重要的，随着科学训练的普及化，有些仪器也被教练员及科研人员使用来进行运动员选材并且在选材过程中扮演中重要的作用
（三）运动损伤及康复的研究将更加的深入
预防运动损伤是运动员取得更好的成绩有着重要的意义，并且在实践研究中找出导致损伤的因素及提出预防措施，使运动损伤的风险降至最低，为运动员取得最佳成绩打下了基础。近年来我国在运动损伤及康复的研究也越来越受到重视且与运动专项结合不断加强。预防运动损伤与康复的研究要多方法、多学科结合的研究，所以加强多学科的交叉对预防运动员伤病与康复的研究是运动生物力学研究的发展趋势。
（四）技术动作的分析研究增多
竞技体育动作技术研究是运动生物力学主要研究的领域之一。用运动生物力学原理优化的训练方法与技术动作应用在竞技体育中，可以有效延长运动寿命还可以预防运动的损伤，为运动员取得理想的成绩奠定了基础。目前研究技术动作最多的项目有田径、武术等技术稳定性的项目，而集体项目、对抗性项目等项目研究的较少。而今后竞技体育的动作技术研究的发展趋势主要有：从几个运动项目的研究向众多运动项目的研究扩展；从单人项目向集体项目向对抗性项目发展；从单纯技术研究向战术研究发展；从单项指标的测试研究向多项指标的综合测试；从单一的运动学指标测试研究向运动学、动力学、生物学多项指标的综合测试研究发展；从单学科研究向多学科综合研究发展；从单一的运动生物力学研究向生物力学、运动生理生化、运动心理等多学科的综合测试研究方向迈进[5]。
（五）人体运动模型研究及计算机模拟与仿真
计算机实现对人体运动模型的研究是目前处于人体运动研究的最前沿的理论方法，此种方法不仅能用电脑全过程模拟人体各种运动并用三维动画方式完整地显示出来，而且还能对人体尚未实现的运动预测其可能性和技术要点，这个方法是运动生物力学今后研究的重要领域之一。但是随着电子计算机在运动生物力学研究中的普遍利用，运动生物力学研究中很多困难已逐步得到解决，因此，建立各种运动模型进行模拟试验是运动生物力学研究方法的又一发展趋势。在建立人体运动模型的基础上，对运动过程进行模拟与仿真是目前也是目前运动生物力学探索的难点及运动生物力学尖端研究课题。国家体育总局科研所郝卫亚等[6]研究并实现了一个适合于跳水运动的三维人体运动仿真与显示平台――数字化三维跳水专项运动仿真系统。通过该系统，可以对竞技体育动作技术进行生物力学的分析且利用三维动画对运动员的动作技术进行模拟仿真，进而促进科学化训练。
（六）运动生物力学的基础理论研究与训练实验的结合不断加强
运动生物力学的研究旨在更好的进行科学训练，目前最先要解决的是怎样将生物力学的有关理论和测试方法等研究尽快地运用到竞技体育实践中解决运动训练的具体问题，为此根据目前训练的需要应将研究的报告简单化、形象化、实用化，以提高运动训练的实效性，帮助运动员提高运动成绩。
四、小结
（一）对运动技术研究在今后运动生物力学在竞技体育研究中仍然是研究的重点，竞技体育动作技术研究是今后运动生物力学研究的重要领域之一。
（二）运动装备、训练器械、测试仪器设备的研制增多，且运用高新技术研制生物力学的测试仪器是运动生物力学研究者不断研究的内容。
（三）运动生物力学在运动员的选才过程中将扮演中重要的作用，随着科学训练的普及化，运动生物力学中的许多测试仪器经常应用于运动员的选材。
（四）运动损伤与康复的研究将更加得到重视，应广泛结合其它学科的交叉研究共同解决运动生物力学在竞技体育研究中的有关问题，而且与运动专项结合更加紧密的研究以期来减少在训练中的运动损伤。
（五）加强多学科的合作，研究与训练实践的更好结合，促进运动生物力学的科研更好地为训练服务，以提高运动训练的实效性，促进运动员成绩的提高。
（六）人体运动模型及计算机模拟仿真等高新技术使运动生物力学的研究手段得到大幅度提高，适时运用高新技术来研制测试仪器是运动生物力学研究的一个重要课题。
参考文献：
[1]路慧娟.我国近十年运动生物力学的研究进展及发展趋势[J].科技创新导报.2010.2.2.
[2]刘平.生物力学在运动医学领域应用现状和展望[J].医用生物力学.2008.2(23):99.
[3]华立君.运动生物力学的研究现状与展望[J].牡丹江师范学院学报.2006.4:41-42.
[4]华立君.运动生物力学的研究现状与展望[J].牡丹江师范学院学报.2006.4:41-42.
生物学科学研究方法范文3
一、在知识的传授过程中，渗透方法教育
八年级物理教材（沪科版）在《献给同学们》之序言中，介绍教材的主要特点时即说：“注重将科学研究的各主要环节渗透于不同章节，让大家在科学研究的过程中，不仅学习物理知识与技能，还将体验探究的过程，学习探究的方法，养成科学精神与科学态度。”这一表述，至少有两点含义：第一，学生的物理学习首先是知识与技能的学习；第二，学习过程中，还要学习探究方法，并在这一过程中养成科学精神与科学态度。将学生对物理知识与方法的学习放在一起表述，充分说明了二者的紧密关联。换言之，脱离了物理知识的物理研究方法，犹如空中楼阁，失去其存在基础；而没有物理研究方法指导的物理知识，则犹如散砖烂瓦，毫无意义。所以，物理研究方法要以物理知识为基础，物理知识要以物理研究方法为纽带。因而，教师在教学过程中，引导、帮助学生掌握知识的同时，也要善于挖掘教材，寻求知识与方法的最佳结合点，一边帮助学生学习知识，一边渗透方法教育。
渗透物理研究方法教育，应体现在具体的认知过程中，符合学生的认知规律。只有把认知过程的点点面面全面、充分而合理地展示、呈现，学生才能够科学地把握到科学问题的提出及其提出角度，注意到其解决方法的科学性，进而对这一研究方法进行学习。因此，教师在教学物理概念和规律时，要认真研究其形成过程，以认知规律为指导，合理进行教学设计并开展教学。以“密度”概念的引入为例，给学生一些体积相同但材料不同的小正方体，通过测量，使学生悟出一个物质的特殊性质，即“体积相同时，不同的物质的质量不同；质量相同时，不同物质的体积不同”。进而通过引导，使学生明白有必要引入新的知识——以单位体积的质量——来表达物质的新的特性，由此，密度概念产生。这个过程中，物质的密度是不可以为人的感官所感知到的，但可以通过直接或间接测量，进而通过计算得知。教师要引导学生认识到，这是一种量的转化，且是等效转化，并未改变事物的效果。教师不必明确向学生说明这种研究方法就是等效代替法，但事实上却渗透了关于这种方法的教育。
二、在讲解物理学史中，渗透方法教育
物理学史是人类对自然界中各种物理现象的认识史，既记载了大量的研究成果，也记载了科学家进行物理研究的方法。虽然对于初学物理的学生来说，教师没有必要也没有大量的时间来讲述物理学史，但结合教材内容，抓住典型事例，将科学家在创造性劳动中所采用的相关研究方法告诉学生还是有必要的。毕竟，方法论的重要性连科学家自己也不否认，巴甫洛夫就说过“方法远比成果价值更大”一类的话。而今天，培养创新型人才的一个有效途径，就是结合重要物理史料用模拟科学认识过程开展物理教学的方法。
八年级物理教材（沪科版）第七章第一节在教学“科学探究：牛顿第一定律”时，即采用了这一研究方法。教材以学生错误的物理前概念导入，随之即提出了古希腊哲学家亚里士多德的观点与学生的物理前概念相呼应，似乎一切均是自然正确。紧随其后，教材又出示了意大利物理学家伽利略对亚里士多德观点的质疑及其理想实验推演过程，实际也是对学生的错误的前概念的质疑，从而将学生置身于一对矛盾之中，引发学生探究的兴趣。教材引入这段物理学史中的公案，并非仅仅是为开展后面的新课程做学习导入，也包含有让学生认识到伽利略之所以敢于质疑、批判亚里士多德的学说，是因为他此前已进行过长期的实验研究，进而培养学生的“科学精神与科学态度”。教材并无明确、简略的文字谈及伽利略的研究方法，对此，教师可以适时穿插必要的说明，“观察——假设猜想——实验验证——合理外推”在物理学史上的重要性，对于学生加深对物理学习与研究方法的理解也是一种熏陶。
三、在物理实验教学中，渗透方法教育
物理是一门以实验为基础的学科，实验是科学探究过程的一个缩影。所以，通过物理实验渗透科学方法教育也是物理方法教育的一个重要途径。具体到物理实验教学，教师首先应帮助学生正确认识实验仪器（包括构造、原理、使用、注意事项等），其次是对学生进行实验方法指导。这种方法指导可以结合教学内容在不同层次上进行。例如，以用温度计测量温度，教师可以适当进行如下方法论教育：1.平衡原理，即温度计与被测物体达到热平衡时，温度计指示数字停止变化即为被测物体稳度；2.转化原理，被测物体温度变化转化为温度计内液柱变化；3.放大原理，温度计内径很小，便于观察其变化。
也可以是某一常用研究方法的指导。例如，建立理想化模型的方法，即突出起主要作用的性质或条件，忽略其他，以使问题得到简单、优化处理。具体如研究光的传播时，直接把光看成是有方向的直线，而忽略其颜色、强弱等次要因素；研究原子结构时，直接将其看成是球形模型，忽略电荷电性与数量，等等。
生物学科学研究方法范文4
论文摘 要:科学方法在中学物理教学中具有重要意义,通过物理实验教学可以渗透科学方法,借助物理实验方法和训练等途径可以实施科学方法教育。
《普通高中物理课程标准》明确指出:高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养,从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生,为学生终身发展和应对未来发展的挑战奠定基础。
在物理实验教学中应把科学方法的教育作为课堂教学的重要目标,重视对学生科学方法的培养,让学生掌握科学的方法比单纯地传授知识更为重要。在实验教学中渗透科学研究方法是科学方法教育的一个重要途径,很多的科学研究方法在实验教学中都有所体现。下面是我在高中物理实验教学过程中渗透科学方法教育的一些体会,敬请同行斧正。
一、高中物理实验教学渗透科学方法的教育意义
1.科学方法教育比知识教学更具有长远意义。
2.科学方法教育能使物理教学达到更高的境界。
3.科学方法教育使知识教学和能力培养的结合具有可操作性。
4.科学方法教育具有德育功能,有助于学生树立辩证唯物主义的世界观。
二、高中物理实验教学中常见的科学方法
观察和实验方法侧重观察实验法和实验数据处理等;分析和综合方法侧重定性分析、定量分析和因果分析;比较和分类方法侧重异中求同、同中求异的研究;归纳和演绎方法侧重简单枚举归纳和演绎;方法主要用比值定义物理量和物理规律,也经常运用图像描述物理现象和规律;理想化方法主要包括理想实验和理想模型等;另外,还有类比方法、等效方法和非思维方法等。这些方法在科学认识过程中起着不同的作用,他们相得益彰,共同构成了物科科学方法教育的内容体系。
三、高中物理实验教学渗透科学方法的途径
1.在实验教学中培养理论联系实践的科学研究方法
物理学常遵循着实践、理论、再实践的途径来研究和解决问题:观察实验——猜想假设——
实验验证——实践验证理论,不断循环上升。例如在研究自由落体的运动中,让学生先猜想实验结果然后观察实验现象:一个重物和一张张开的纸同时从同一高度下落,哪一个先落地;然后把刚才的纸团成一团,再让它与重物同时下落,再观察哪一个先落地。实验现象引发了学生思考:同样重的纸张为什么有不同的现象?比较两个实验的不同点可以知道,这是空气阻力作用的原因。这时自然地提出假设和猜想,如果物体只受重力作用做自由落体运动,下落的速度是不是可能与物体的重力无关呢?接着用牛顿管实验来验证假设,并建立起自由落体运动的规律。
2.在实验教学中培养科学的观察方法
观察在物理学的发展中起到了很重要的作用,如牛顿定律是从天体运动的观察开始的,观察宇宙射线是研究高能粒子的重要方法。学生通过学习使观察的方法更加科学,培养良好的观察习惯。因此,培养学生学会观察、勤于观察的习惯,对学习物理会有较大的帮助,平时,在教学中教师还要重视教给学生研究物理问题的实验思想和方法。另外,实验教学还经常采用“放大法”“替代法”和“比较法”等科学方法,以培养学生科学的思想、方法、严谨的科学态度和求实精神。
3.在实验教学中渗透控制变量的科学研究方法
控制变量的方法是指有多个因素同时作用、共同影响某一物理量时,分别独立地研究其中某一因素的影响,这时暂时保持其他因素不变,以便排除其他因素的干扰,更好地研究这一因素与研究量之间的关系,最后再通过综合分析得出规律。例如:牛顿第二定律、欧姆定律、电阻定律等,都采用了控制变量法设计实验而研究出来的。科学方法的教学既能使学生产生兴趣,又能使学生摸清学习物理的科学方法,使学生由“学会”变为“会学”,提高了学生的学习能力,达到素质教育的目的。
4.在实验教学中渗透理想化的科学研究方法
理想化的方法是在已有的实践基础上,根据逻辑法则,经过推论、判断得出的理想条件下的物理规律和“理想模型”;重点考虑主要的因素、性质或条件,而常常忽略其他次要的性质和条件,理想化的方法能使问题得到简化处理,它能更深刻地反映现象的本质。伽利略的斜面实验是物理学史上着名的理想化实验。再例如,弹簧振子、单摆等是理想化模型;
总之,领会科学方法重在“潜移默化”和“渗透”,让学生通过物理实验学到研究问题和解决问题的方法,将科学方法迁移到其他领域,促进学生终身发展,使学生终身受益。因此,不断探索科学方法教育的内容和方式是素质教育的一个重要课题。
参考文献:
[1]张宪魁,王欣.物理学方法论.西安:陕西人民教育出版社,1995.
生物学科学研究方法范文5
一门科学的内涵和定义至少有四个属性:
整体和局部性科学是一个复杂的知识体系,好比一块蛋糕。为了便于研究,要把它切成大、中、小块。首先切成自然科学、技术科学和社会科学三大块。在自然科学中,又有许多切法。一种传统的切法是分为物理学、化学、生物学、天文学、地理学等一级学科。近年来又有切成物质科学、生命科学、地球科学、信息科学、材料科学、能源科学、生态环境科学、纳米科学、认知科学、系统科学等的分类方法。化学是从科学整体中分割开来的一个局部,它和整体必然有千丝万缕的联系。这是它的第一个属性。
学科之间的关联和交叉如果把科学整体看成一条大河,那么按照各门科学研究的对象由简单到复杂,可以分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游科学,化学是中游科学,生命科学、社会科学等是下游科学。上游科学研究的对象比较简单,但研究的深度很大。下游科学的研究对象比较复杂,除了用本门科学的方法以外,如果借用上游科学的理论和方法,往往可以收到事半功倍之效。所以“移上游科学之花,可以接下游科学之木”。具有上游科学的深厚基础的科学家,如果把上游科学的花,移植到下游科学,往往能取得突破性的成就。例如1994年诺贝尔经济奖授予纳什,他在1950年得数学博士学位,1951-1958年任美国麻省理工学院数学讲师、副教授,后转而研究经济学,把数学中概率论之花,移到经济学中来,提出预测经济发展趋势的博弈论,因而获得诺贝尔经济奖。
发展性化学的内涵随时代前进而改变。在19世纪,恩格斯认为化学是原子的科学(参见《自然辩证法》),因为化学是研究化学变化,即改变原子的组合和排布,而原子本身不变的科学。到了20世纪,人们认为化学是研究分子的科学,因为在这100年中,在《美国化学文摘》上登录的天然和人工合成的分子和化合物的数目已从1900年的55万种,增加到1999年12月31日的2340万种。没有别的科学能像化学那样制造出如此众多的新分子、新物质。现在世纪之交,我们大家深深感受到化学的研究对象和研究内容大大扩充了,研究方法大大深化和延伸了,所以21世纪的化学是研究泛分子的科学。
定义的多维性一门科学的定义,按照从简单到详细的程度可以分为:(1)一维定义或X-定义,X是指研究对象。(2)二维定义或XY-定义。Y是指研究的内容。(3)三维定义或XYZ-定义。Z是指研究方法。(4)四维定义或WXYZ定义,W是指研究的目的。(5)多维定义或全息定义。一门科学的全息定义还要说明它的发展趋势、与其他科学的交叉、世纪难题和突破口等等。这样才能对这门科学有全面的了解。下面以化学为例加以说明。
化学的一维定义
21世纪的化学是研究泛分子的科学。泛分子的名词是仿照泛太平洋会议等提出的。泛分子是泛指21世纪化学的研究对象。它可以分为以下十个层次:(1)原子层次,(2)分子片层次,(3)结构单元层次,(4)分子层次,(5)超分子层次,(6)高分子层次,(7)生物分子和活分子层次,(8)纳米分子和纳米聚集体层次,(9)原子和分子的宏观聚集体层次,(10)复杂分子体系及其组装体的层次。
化学的二维定义化学是研究X对象的Y内容的科学。具体地说,就是:化学是研究原子、分子片、结构单元、分子、高分子、原子分子团簇、原子分子的激发态、过渡态、吸附态、超分子、生物大分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态,直到分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应,制备、剪裁和组装,分离和分析,结构和构象,粒度和形貌,物理和化学性能,生理和生物活性及其输运和调控的作用机制,以及上述各方面的规律,相互关系和应用的自然科学。
化学的三维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容的科学。化学的研究方法和它的研究对象及研究内容一样,也是随时代的前进而发展的。在19世纪,化学主要是实验的科学,它的研究方法主要是实验方法。到了20世纪下半叶,随着量子化学在化学中的应用,化学不再是纯粹的实验科学了,它的研究方法有实验和理论。现在21世纪又将增加第三种方法,即模型和计算机虚拟的方法。化学的四维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容以达到W目的的科学。化学的目的和其他科学技术一样是认识世界和改造世界,但现在应该增加一个“保护世界”。化学和化学工业在保护世界而不是破坏地球这一伟大任务中要发挥特别重要的作用。造成污染的传统化学向绿色化学的转变是必然的趋势。21世纪的化工企业的信条是五个“为了”和五个“关心”:为了社会而关心环保;为了职工而关心安全、健康和福利;为了顾客而关心质量、声誉和商标;为了发展而关心创新;为了股东而关心效益。
化学的多维定义———21世纪化学研究的五大趋势
1、更加重视国家目标,更加重视不同学科之间的交叉和融合在世纪之交,中国和世界各国政府都更加重视国家目标,在加强基础研究的同时,要求化学更多地来改造世界,更多地渗透到与下述十个科学郡的交叉和融合:1数理科学,2生命科学,3材料科学,4能源科学,5地球和生态环境科学,6信息科学,7纳米科学技术,8工程技术科学,9系统科学,10哲学和社会科学。这是化学发展成为研究泛分子的大化学的根本原因。所以培养21世纪的化学家要有宽广的知识面,多学科的基础。
2、理论和实验更加密切结合
1998年,诺贝尔化学奖授予W.Kohn和J.A.Plple。颁奖公告说:“量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具,将化学带入一个新时代,在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯粹的实验科学了。”所以在21世纪,理论和计算方法的应用将大大加强,理论和实验更加密切结合。
3、在研究方法和手段上,更加重视尺度效应
20世纪的化学已重视宏观和微观的结合,21世纪将更加重视介乎两者之间的纳米尺度,并注意到从小的原子、分子组装成大的纳米分子,以至微型分子机器。
4、合成化学的新方法层出不穷合成化学始终是化学的根本任务,21世纪的合成化学将从化合物的经典合成方法扩展到包含组装等在内的广义合成,目的在于得到能实际应用的分子器件和组装体。合成方法的十化:芯片化,组合化,模板化,定向化,设计化,基因工程化,自组装化,手性化,原子经济化,绿色化。化学实验室的微型化和超微型化:节能、节材料、节时间、减少污染。从单个化合物的合成、分离、分析及性能测试的手工操作方法,发展到成千上万个化合物的同时合成,在未分离的条件下,进行性能测试,从而筛选出我们需要的化合物(例如药物)的组合化学方法。
5、分析化学已发展成为分析科学分析化学已吸收了大量物理方法、生物学方法、电子学和信息科学的方法,发展成为分析科学,应用范围也大大拓宽了。分析方法的十化:微型化芯片化、仿生化、在线化、实时化、原位化、在体化、智能化信息化、高灵敏化、高选择性化、单原子化和单分子化。单分子光谱、单分子检测,搬运和调控的技术受到重视。分离和分析方法的连用,合成和分离方法的连用,合成、分离和分析方法的三连用。
生物学科学研究方法范文6
整体和局部性科学是一个复杂的知识体系，好比一块蛋糕。为了便于研究，要把它切成大、中、小块。首先切成自然科学、技术科学和社会科学三大块。在自然科学中，又有许多切法。一种传统的切法是分为物理学、化学、生物学、天文学、地理学等一级学科。近年来又有切成物质科学、生命科学、地球科学、信息科学、材料科学、能源科学、生态环境科学、纳米科学、认知科学、系统科学等的分类方法。化学是从科学整体中分割开来的一个局部，它和整体必然有千丝万缕的联系。这是它的第一个属性。
学科之间的关联和交叉如果把科学整体看成一条大河，那么按照各门科学研究的对象由简单到复杂，可以分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游科学，化学是中游科学，生命科学、社会科学等是下游科学。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很大。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可以收到事半功倍之效。所以“移上游科学之花，可以接下游科学之木”。具有上游科学的深厚基础的科学家，如果把上游科学的花，移植到下游科学，往往能取得突破性的成就。例如1994年诺贝尔经济奖授予纳什，他在1950年得数学博士学位，1951－1958年任美国麻省理工学院数学讲师、副教授，后转而研究经济学，把数学中概率论之花，移到经济学中来，提出预测经济发展趋势的博弈论，因而获得诺贝尔经济奖。
发展性化学的内涵随时代前进而改变。在19世纪，恩格斯认为化学是原子的科学（参见《自然辩证法》），因为化学是研究化学变化，即改变原子的组合和排布，而原子本身不变的科学。到了20世纪，人们认为化学是研究分子的科学，因为在这100年中，在《美国化学文摘》上登录的天然和人工合成的分子和化合物的数目已从1900年的55万种，增加到1999年12月31日的2340万种。没有别的科学能像化学那样制造出如此众多的新分子、新物质。现在世纪之交，我们大家深深感受到化学的研究对象和研究内容大大扩充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世纪的化学是研究泛分子的科学。
定义的多维性一门科学的定义，按照从简单到详细的程度可以分为：（1）一维定义或X－定义，X是指研究对象。（2）二维定义或XY－定义。Y是指研究的内容。（3）三维定义或XYZ－定义。Z是指研究方法。（4）四维定义或WXYZ定义，W是指研究的目的。（5）多维定义或全息定义。一门科学的全息定义还要说明它的发展趋势、与其他科学的交叉、世纪难题和突破口等等。这样才能对这门科学有全面的了解。下面以化学为例加以说明。
化学的一维定义
21世纪的化学是研究泛分子的科学。泛分子的名词是仿照泛太平洋会议等提出的。泛分子是泛指21世纪化学的研究对象。它可以分为以下十个层次：（1）原子层次，（2）分子片层次，（3）结构单元层次，（4）分子层次，（5）超分子层次，（6）高分子层次，（7）生物分子和活分子层次，（8）纳米分子和纳米聚集体层次，（9）原子和分子的宏观聚集体层次，（10）复杂分子体系及其组装体的层次。
化学的二维定义化学是研究X对象的Y内容的科学。具体地说，就是：化学是研究原子、分子片、结构单元、分子、高分子、原子分子团簇、原子分子的激发态、过渡态、吸附态、超分子、生物大分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态，直到分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应，制备、剪裁和组装，分离和分析，结构和构象，粒度和形貌，物理和化学性能，生理和生物活性及其输运和调控的作用机制，以及上述各方面的规律，相互关系和应用的自然科学。
化学的三维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容的科学。化学的研究方法和它的研究对象及研究内容一样，也是随时代的前进而发展的。在19世纪，化学主要是实验的科学，它的研究方法主要是实验方法。到了20世纪下半叶，随着量子化学在化学中的应用，化学不再是纯粹的实验科学了，它的研究方法有实验和理论。现在21世纪又将增加第三种方法，即模型和计算机虚拟的方法。化学的四维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容以达到W目的的科学。化学的目的和其他科学技术一样是认识世界和改造世界，但现在应该增加一个“保护世界”。化学和化学工业在保护世界而不是破坏地球这一伟大任务中要发挥特别重要的作用。造成污染的传统化学向绿色化学的转变是必然的趋势。21世纪的化工企业的信条是五个“为了”和五个“关心”：为了社会而关心环保；为了职工而关心安全、健康和福利；为了顾客而关心质量、声誉和商标；为了发展而关心创新；为了股东而关心效益。
化学的多维定义———21世纪化学研究的五大趋势
1、更加重视国家目标，更加重视不同学科之间的交叉和融合在世纪之交，中国和世界各国政府都更加重视国家目标，在加强基础研究的同时，要求化学更多地来改造世界，更多地渗透到与下述十个科学郡的交叉和融合：1数理科学，2生命科学，3材料科学，4能源科学，5地球和生态环境科学，6信息科学，7纳米科学技术，8工程技术科学，9系统科学，10哲学和社会科学。这是化学发展成为研究泛分子的大化学的根本原因。所以培养21世纪的化学家要有宽广的知识面，多学科的基础。
2、理论和实验更加密切结合
1998年，诺贝尔化学奖授予W．Kohn和J．A．Plple。颁奖公告说：“量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具，将化学带入一个新时代，在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯粹的实验科学了。”所以在21世纪，理论和计算方法的应用将大大加强，理论和实验更加密切结合。
3、在研究方法和手段上，更加重视尺度效应
20世纪的化学已重视宏观和微观的结合，21世纪将更加重视介乎两者之间的纳米尺度，并注意到从小的原子、分子组装成大的纳米分子，以至微型分子机器。
4、合成化学的新方法层出不穷合成化学始终是化学的根本任务，21世纪的合成化学将从化合物的经典合成方法扩展到包含组装等在内的广义合成，目的在于得到能实际应用的分子器件和组装体。合成方法的十化：芯片化，组合化，模板化，定向化，设计化，基因工程化，自组装化，手性化，原子经济化，绿色化。化学实验室的微型化和超微型化：节能、节材料、节时间、减少污染。从单个化合物的合成、分离、分析及性能测试的手工操作方法，发展到成千上万个化合物的同时合成，在未分离的条件下，进行性能测试，从而筛选出我们需要的化合物（例如药物）的组合化学方法。
5、分析化学已发展成为分析科学分析化学已吸收了大量物理方法、生物学方法、电子学和信息科学的方法，发展成为分析科学，应用范围也大大拓宽了。分析方法的十化：微型化芯片化、仿生化、在线化、实时化、原位化、在体化、智能化信息化、高灵敏化、高选择性化、单原子化和单分子化。单分子光谱、单分子检测，搬运和调控的技术受到重视。分离和分析方法的连用，合成和分离方法的连用，合成、分离和分析方法的三连用。
