生命科学的研究方法及科学研究的一般过程教案

生命科学的研究方法及科学探究的一般过程（教案）
一、教学目标
知识目标
1.能够说出生命科学研究方法的三大类型；
2.能够说出科学探究的一般过程。

能力目标
1.形成科学探究的一般思维，尝试进行科学探究；
2.培养知识的概括能力和科学的逻辑思维能力。

情感目标
1.明确生命科学是一门综合性学科的意识，形成注重对各个学科的综合学习并相互联系意识；
2.体验科学探究的严谨性。

二、教学重难点
1.重点：生命科学研究方法三大类型及科学探究的一般过程。

2.难点：科学探究的一般过程。

三、课时安排
1课时。

四、教学设计
以教师讲述为主，结合多媒体课件，通过回顾生物科学史上一些科学家的科研过程，总结出科学研究方法的三大类型：观察和描述、生物实验法、生命现象的人工模拟；通过回顾讲述天花和牛痘的故事，总结出科学探究的一般过程：发现和提出问题——建立假设——设计实验方案（以验证假设）——实施实验并记录实验现象和结果——校验假设得出结论——交流及应用。

通过对本节课的讲解，主要是要让学生对生命科学的研究有一个整体了解，并形成科学研究的一般思维，这对学生对其他学科的学习以及日常生活都是有好处的。

五、教学过程
（生命科学的研究方法）
教师：生命科学是研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。

我们现阶段所学的生物，其实就是生命科学相关的一些基础知识。

今天，似乎很难找到哪一门学科像生命科学这样高度地调动了人类的各种认知和研究手段，创造了如此丰富多彩的实验技术。

在这方面不仅出版了大量的专著（如组织化学技术、分子克隆技术、试验胚胎技术等），而且也有不少的杂志（如Method in Cell Biology）发行。

设问：就广泛意义的科学方法而言，生命科学研究方法大致可以分为哪些类型？
（学生听讲，思考并回答问题，一般情况下在教师的引导提示下，学生能够答出前两种类型，而第三种则较难以答出）
教师总结学生答案，继续讲解：就广泛的科学方法而言，生命科学研究方法大致可分为以下三种类型：
1、观察与描述：对生命现象、生物体的结构和生命过程等进行直接的观察与描述。

观察与描述是研究生命现象的最基本的方法。

观察可以是针对大尺度的生态行为来进行，也可以对生命的细小部分借助仪器（如显微镜）来完成，可以对生命的活体过程进行观察（如胚胎发育过程），也可以将生命杀死固定并用特定方法（如染色、同位素标记）显示生命的瞬间结构和理化状态。

这些观察的结果往往要经数据和资料的分析或再处理后才能得到对生命真实过程的了解。

人们对生命现象的认识大量获自于观察，例如物种的生态分布和
地域、季节的迁移，胚胎的发育过程，细胞分裂时的染色体行为变化、细胞的超微结构等。

生命由自己的原理和定义，也有它的推导法则。

但是生命现象是如此的复杂，观察与描述的任务就显得格外突出，没有这一步，人们不可能进入对生命深刻认识的阶段。

科学观察的基本要求是客观的反映可观察的事物，并且是可以检验的。

观察结果必须是可重复的。

只有可重复的结果才是可检验的，从而才是可靠的结果。

观察需要有科学知识。

如果没有必要的科学知识，就说不上科学的观察。

科学的观察应该是从看热闹中逐渐深入而发现其中的“门道”。

但是另一方面，观察切不可为原有的知识所束缚。

当原有的知识和观察到的事实发生矛盾时，只要观察的结果是客观的而不是主观揣测的，那就说明原有知识不完全或有错误，此时就应修正原有知识而不应囿于原有知识而抹杀事实。

做科学观察时既要尊重已有的成果，又不能受已有成果的限制。

只有不断地修正观察的事实，才能使认识更接近于事实。

2、生物学实验：在实验室（场）人为地对条件进行控制，针对性的再现或阻断特定的生命
过程，以期了解生命活动的规律。

人们通常说的生物学实验实质上是一种人为条件控制下的生命过程的再现，这是生命科学研究的另一种要方法。

这一方法可以在条件控制的情况下，针对性地再现或阻定特定的生命过程，它的最大的优点是可以使人们对生命的机制过程有进一步的了解，生物实验设计是一项理论性、技巧性很高的工作。

生物实验设计的一个重要内容是对照组的设置,即在维持各种条件同一而仅单一因素改变的情况下，检查它对生命过程的影响。

实验方法在当今生命科学研究中占有着优势的比例和重要的地位。

一个好的实验的完成依赖于许多的因素，除了仪器设备、药品、资料的方便获得等条件外，实验者的素质条件也是很重要的。

实验者除了应该具有必要的生物学知识、及时掌握有关的研究动态，还要有精密的实验设计和敏锐的观察能力，要有良好的动手操作和分析归纳能力，更要有顽强不懈的意志修养。

3、生命现象的人工模拟：在观察、实验和科学假设的基础上，以等效或近似的人工模型模
拟生命过程，以求达到对生命现象的了解和预测。

人工模拟生命是又一类型的生物学研究方法。

在生物学研究中广泛应用的，建立各种实验模型的方法就会死对生命过程的一种模拟。

无论是物理的、化学的、还是数学的以至诸如经济学的方法和手段，都可以在一定的程度上借鉴用来模拟生命现象。

近年来已有用计算机手段直接模拟、探索思维活动规律的研究，如将生物信息输入计算机来分析高级神经活动的规律；函数化了的数学模型可以模拟许多生态结构变化的动力学过程，从而提示我们生态变迁的可能性并给出对她的预测；用计算机模拟生物生长发育过程的“实验”也有报道，实验者以生物发育过程中特定成分（如钙离子）浓度的分布为指标，在给定初始条件、作用法则和生长限定的情况下，通过计算机运算的迭代操作，直观地显现了一幅生动的伞藻顶端生长发育的画面，揭示了这一过程的动力学成因(B.Goodwin，1994)；用模拟远古地球表面可能存在的物理和化学环境的办法，在反映瓶里观察到简单的化学组成成分可以产生出多种重要的生物大分子（ler，1953）；用NK模型，即考察在对环境适应的过程中引起生物有序改变的内在总体因素（包括基因、蛋白质及其他）和他们之间的相互制约性来研究生命计划汇总的有序起源（S.A.Kauffman，1993），等等。

值得注意的是，近年选取生物材料模拟生命复杂动力学过程的尝试已经开始，例如在实验室里给出一定的促使生物发生系统改变合再自组织过程发生的条件，观察生物的“进化”潜能和模式，这一方法无疑有着重要的理论和现实意义。

教师强调：上述三种方法，虽然各有特点，但是，它们之间并不是各不相干的。

从认识的角度看，它们都不过是人们在研究生命现象及其规律时的手段，在整个现代生物科学
的研究中，都是不可缺少的。

（科学研究的一般过程）
教师：讲述天花和牛痘的故事，请学生总结琴纳科学探究的过程。

（学生听讲，思考并回答问题，教师归纳总结）
琴纳科学探究的过程：
1.提出问题：挤牛奶女工容易感染到牛痘的病，但为什么这些女工不会患上天花？
2.建立假设：可能先感染了牛痘就不会得天花
3.设计实验方案：先给人种牛痘，观察是否得天花
4.实施实验并记录实验现象和结果：在八岁男孩身上种牛痘结果孩子没得天花
5.校验假设得出结论：给许多人种牛痘结果可以预防天花
6.交流结论并应用：种牛痘可以预防天花
教师：归纳得出科学研究的一般过程：发现和提出问题——建立假设——设计实验方案（以验证假设）——实施实验并记录实验现象和结果——校验假设得出结论——交流及应用。

教师举例：台灯突然不亮了，引导学生针对这一现象进行科学探究：
1、提出问题：台灯为何不亮？
2、建立假设：可能是停电，灯泡坏了，电线断了，开关坏了，灯丝断了
3、设计实验方案：
4、实施实验，收集事实与证据：
5、检验假设得出结论：
6、交流：
教师：上述科学研究过程也体现在日常生活以及其他学科中，如给你一个密封的盒子，在不打开盒子的前提下，如何判断里面装的是什么东西？
（学生讨论，回答问题，教师总结）
教师继续讲解：物理学中有这样一个故事，伽俐略对比萨大教堂里的吊灯摆动发生了兴趣，开始思考吊灯摆动时是不是来回的时间都是一样呢？可是没有钟，更没有秒表，吊灯摆动很快，怎样才能测定这种短暂的时间呢？这位年轻的实验家想出了一种办法。

他一手按着自己的脉搏，数着跳动的次数，一边看着灯的运动。

结果发现了一条规律：摆幅尽管可大可小，而来回一次摆动中脉搏跳动的次数却是一样的，这个有名的测量可以说是第一个科学物理学的实验。

教师总结，升华：我们现在所学习的各种知识，正是科学家科学研究的结果。

科学研究的思维可以体现在学习生活的方方面面，如果你善于发现问题，敢于创新，大胆探究，你也可以成为一名科学家，让后人来学习你的故事。

作业：某户人家失窃，小偷已跳窗逃走，如果你是警察，你打算如何找到破案的线索，请探究：脚印的长度与人体的哪些因素有关？写一份探究报告，并于下节课课前交上来。