高中生物学:教材中的科学方法(全部)
人教版教材必修一
P5 归纳法
归纳法是指由一系列具体事实推出一般结论的思维方法。例如,从观察到植物的花粉、胚珠、柱头等的细胞都有细胞核,得出植物细胞都有细胞核这一结论,运用的就是归纳法,归纳法分为完全归纳法和不完全归纳法。根据部分植物细胞都有细胞核而得出植物细胞都有细胞核这一结论,实际上就是运用了不完全归纳法。如果观察了所有类型的植物细胞,并发现它们都有细胞核,才得出植物细胞都有细胞核的结论,就是完全归纳法。科学研究中经常运用不完全归纳法。由不完全归纳得出的结论很可能是可信的,因此可以用来预测和判断,不过,也需要注意存在例外的可能。
P44 提出假说
细胞膜结构模型的探索过程,反映了提出假说这一科学方法的作用。科学家首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说,再用进一步的观察与实验对已建立的
假说进行修正和补充。一种假说最终被接受或被否定,取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。(萨顿提出基因在染色体上便是利用的提出假说的科学方法)
P47 分离细胞器的方法——差速离心法
差速离心主要是采取逐渐提高离心速率分离不同大小颗粒的方法。如在分离细胞中的细胞器时,将细胞膜破坏后,形成由各种细胞器和细胞中其他物质组成的匀浆,将匀浆放入离心管中,采取逐渐提高离心速率的方法分离不同大小的细胞器。起始的离心速率较低,让较大的颗粒沉降到管底,小的颗粒仍然悬浮在上清液中。收集沉淀,改用较高的离心速率离心上清液,将较小的颗粒沉降,以此类推,达到分离不同大小颗粒的目的。(注意与DNA半保留复制的实验证据中所用的密度梯度离心法进行区分,还有噬菌体侵染细菌的实验中普通的离心法进行区分)
P51 同位素标记法
在同一元素中,质子数相同、中子数不同的原子为同位素,如160与180,12C和14C。同位素的物理性质可能有差异,但组成的化合物化学性质相同。用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向,就是同位素标记法。同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律通过追踪同位素标记的化合物,可以弄清楚化学反应的详细过程。生物学研究中常用的同位素有的具有放射性,如14C、32P、3H、35S等;有的不具有放射性,是稳定同位素,如15N、180等。
区分同位素标记和荧光标记
同位素标记法用的是某个元素的同位素作为标记,荧光标记法使用荧光蛋白等荧光物质作为标记。如果再进一步,可以说前者多为原子水平的标记,后者多是分子水平的标记。
(1)教材中用到同位素标记法的地方
放射性同位素
①《必修1》P51“分泌蛋白的合成和运输”(3H标记亮氨酸)。
②《必修1》P104探究CO2如何转变为糖类(14C标记CO2)。
③《必修2》P44经典实验“噬菌体侵染细菌的实验”(35S和32P分别标记噬菌体蛋白质外壳和DNA)。
稳定同位素
④《必修1》P102“探索光合作用原理的部分实验”(18O分别标记H2O、CO2)。
⑤《必修2》P54“证明DNA半保留复制的实验”(15N标记DNA)。
此外
⑥《选择性必修3》P50利用“同位素或荧光标记的单克隆抗体”作为诊断试剂。
(2)教材中用到荧光标记法的地方
①《必修1》 P43“细胞融合实验”:这一实验很有力地证明了细胞膜具有流动性。
②《必修2》P87利用红色荧光标记野生马铃薯的染色体组成。
③《选择性必修3》P50利用“同位素或荧光标记的单克隆抗体”作为诊断试剂。
④《选择性必修3》P93“从社会中来”利用荧光蛋白进行生命活动的检测、肿瘤的示踪研究。
P57 建构模型
模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述,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。模型的形式很多,包括物理模型、概念模型、数学模型等。以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征,这种模型就是物理模型。沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模型,就是物理模型,它形象而概括地反映了 DNA分子结构的共同特征。你下面将要制作的细胞模型是物理模型,需要尽量准确地概括真核细胞的特征。(直接拍摄的照片不是物理模型,数学模型典型的例子是种群的“S”“J”形增长曲线)
P78 控制变量和设计对照实验
实验过程中的变化因素称为变量。其中人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量,上述实验中加热、加FeCl溶液、加肝脏研磨液,是对过氧化氨溶液的不同处理,温度和催化剂都属于自变量;因自变量改变而变化的变量叫作因变量,上述实验中过氧化氨分解速幸就是因变量。除自变量外,实脸过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素,叫作无关变量,如上述实验中反应物的浓度和反应时间等。除作为自变量的因素外,其余因素(无关变量)都保持一致,并将结果进行比较的实验叫作对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组,上述实验中的1号试管就是对照组,2号、3号和4号试管是实验组。本实验的对照组未作任何处理,这样的对照纽叫作空白对照。(空白对照的意义:排除无关变量的干扰)(对照实验需要遵循对照原则,但不是所有对照实验都有对照组,例如探究酵母菌的呼吸方式中,两个都是实验组,没有对照组,称为对比实验)
P92 对比实验
设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素对实验对象的影响,这样的实验叫作对比实验,也叫相互对照实验。在本节课的探究活动中,需要设置有氧和无氧两种条件,探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式,这两个实验组的结果都是事先未知的,通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。
人教版必修二
P7 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,推出预测的结果,再通过实验来检验。如果实验结果与预测相符,就可以认为假说是正确的,反之,则可以认为假说是错误的。这是现代科学研究中常用的一种科学方法,叫作假说—演绎法。(在孟德尔的实验中,预测测交实验结果的过程为演绎推理的过程,摩尔根证明基因在染色体上、证明DNA的半保留复制也是用的假说—演绎法)
P46 自变量控制中的“加法原理”和“减法原理”
在对照实验中,控制自变量可以采用“加法原理”或“减法原理”。与常态比较,人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例如,在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中,与对照纽相比,实验组分别作加温、滴加FeCl,溶液、滴加肝脏研磨液的处理,就利用了“加法原理”。与常态比较,人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例如,在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特并性地去除了一种物质,从而鉴定出DNA是遗传物质,就利用了“减法原理”。(研究激素的作用中,摘除法、注射法、移植法分别对应着减法原理、加法原理、加法原理)
人教版选择性必修一
P102 预实验
在进行科学研究时,有时需要在正式实验前先做一个预实验。这样可以为进一步的实验摸索条件,也可以检验实验设计的科学性和可行性,例如,在探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度时,通过预实验确定有效浓度的大致范围,可为确定最适浓度打下基础。预实验也必须像正式实验一样认真进行才有意义(预实验中需要设置空白对照,正式实验可以不设置空白对照)
人教版选择性必修二
P7 建立数学模型
数学模型是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。建立数学模型一般包括以下步骤
(以“问题探讨”中的素材为例):
数学模型:是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。常见的有两种,①曲线图:如种群增长的“J”形曲线和“S”形曲线,DNA、RNA、染色体的数目变化的坐标曲线。优点:形象、直观。②数学公式:如“J”形增长模型,t年后,种群数量为Nt=N0λt。优点:比较准确
P22 视角决定问题--以群落和种群研究为例
种群水平的研究重点在于种群的数量动包括种群密度、出生率、死亡率、年龄结构、态,性别比例等。在群落水平上研究的是另外一些问题。
分析上图可以看出,同样是对生物群体的研究,种群和群落是不同水平的研究对象,也可以作为研究者的不同视角。研究种群是研究群落的基础;从群落的视角出发,将群落作为一个整体来研究,又会发现新的问题,获得新的认识。
人教版选择性必修三
无