人教版高中生物教材中的研究方法
高中生物教材中常用的研究方法
1、差速离心法——分离各种细胞器的方法
研究细胞内各种细胞器的组成成分和功能，需要将这些细胞器分离出来。常用的方法是差速离心法：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，用高速离心机在不同的转速下进行离心，利用不同的离心速度所产生的不同离心力，就能将各种细胞器分离开。
其他实例：体验制备细胞膜的方法中，细胞破裂后细胞内容物流出，细胞膜和细胞质中的物质质量不一样，可以采用不同转速离心的方法（差速离心法），将细胞膜与其他物质分开，得到较纯的细胞膜。
2、密度梯度离心法：利用精密的密度梯度超离心技术可使切割适当片段的不同DNA按密度大小分布开来。密度梯度离心后15N/15N—DNA位于下部（重带），15N/14N—DNA位于中部（中带），14N/14N—DNA 位于上部（轻带）。
3、模型方法：物理模型、概念模型、数学模型等
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。
（1）物理模型：以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征的模型。
典型分析：沃森和克里克制作的DNA分子双螺旋结构模型，就是物理模型，它形象而概括地反映了所有DNA分子结构的共同特征。
其他实例：尝试制作真核细胞的三维结构模型；利用废旧物品制作生物膜流动镶嵌模型；建立减数分裂中染色体变化的模型；制作DNA分子双螺旋模型；构建人体细胞与外界环境的物质交换模型；建立血糖调节的模型等。
（2）数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式。
研究方法：①观察研究对象，提出问题；②作出合理的假设；③进行数学表达；④检验/修正。
表达方式：①数学方程式（数学表达式）；②坐标曲线图。
典例分析：种群数量增长的“Ｊ”型数学模型（模型假设：在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下，种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。建立
模型：Ｎ
t =N
λt）
其他实例：细胞进行有丝分裂产生子细胞数的计算即X=2n；DNA分子复制产生子代DNA分子数的计算即X=2n；种群数量增长的“S”型曲线；探究培养液中酵母菌种群数量的变化（计数方法：抽样检测法）等。
（3）概念模型：是指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型。
典例分析：达尔文自然选择学说的解释模型（必修2：P111）
其他实例：对真核细胞结构共同特征的文字描述；尝试画出生态系统的结构模型；研究生态系统的反馈调节过程；生态系统能量流动模型等。4、提出假说：膜的成分和结构的初步阐明，最初都是先根据实验现象和有关知识，提出假说，而不是通过实验观察直接证实的。假说的提出要有实验和观察的依据，同时还需要严谨的推理和大胆的想象。假说需要通过观察和实验进一步验证和完善。
5、控制变量：自变量、因变量、无关变量
实验过程中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称做自变量；随着自变量的变化而变化的变量称做因变量；除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。
典例分析：比较过氧化氢在不同条件下的分解实验中，氯化铁溶液和肝脏研磨液，都属于自变量；过氧化氢分解速率就是因变量；过氧化氢的浓度、过氧化氢的剂量、氯化铁溶液和肝脏研磨液的新鲜程度、实验室温度等是无关变量。
6、对照实验：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。
实验中只有反应条件是改变的，对照实验一般要设置对照组和实验组，在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。
方法特点：①一般要设计对照组；②对照组的实验结果是事先知道的；③实验结论是通过实验组与对照组的对照而得出的。
典例分析：酶化学本质的实验验证
（1）证明某种酶是蛋白质
实验组：待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应
对照组：已知蛋白液+双缩脲试剂→出现紫色反应
（2）证明某种酶是RNA
实验组：待测酶液+吡罗红染液→是否出现红色
对照组：已知RNA液+吡罗红染液→出现红色
其他实例：比较过氧化氢在不同条件下的分解；验证酶的本质及催化作用实验；验证酶的专一性实验；探究影响酶活性因素的实验；探究影响光合作用因素的实验；探究影响呼吸作用因素的实验；植物细胞质壁分离与复原实验；糖类、脂肪、蛋白质的鉴定与区别；生长素发现的实验；验证生长素生理作用的实验等。
7、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，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫对比实验。
方法特点：①不需单独设计对照组；②实验组的结果都是事先未知的；③实验结论是通过比较实验结果而得出的。
典例分析：探究酵母菌细胞呼吸的方式采用对比实验法，本实验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，通过对比看出氧气条件对细胞呼吸的影响。实验思路是：提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→得出结论。
其他实例：肺炎双球菌的转化实验；艾弗里证明DNA是遗传物质的实验；生物体维持pH稳定的机制，采用对比实验的方法，通过向自来水、缓冲液、生物材料中加入酸或碱溶液引起的pH不同变化，定性说明人体内液体环境与缓冲液相似而不同于自来水。
8、同位素标记法：同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法，也叫同位素示踪法。
典例分析：光合作用的暗反应中碳的转移途径：CO
2+C
5
→ 2C
3
→（CH
2
O）+ C
5
其他实例：分泌蛋白的合成、分泌过程；有氧呼吸的产物水中的氧全部来自于氧气中的氧；探究光合作用的产物氧气中的氧全部来自于水中的氧；研究细胞有丝分裂的细胞周期；噬菌体侵染细菌实验；探究DNA分子半保留复制（同位素标记法、密度梯度离心法）；分子杂交法（探针）等。
9、活体染色法：用于观察线粒体。健那绿染液是将活细胞中线粒体染色的专一性染料，可以使活细胞中线粒体呈现蓝绿色，而细胞质接近无色。线粒体能在健那绿染液中维持活性数小时，通过染色，可以在高倍显微镜下观察到生活状态的线粒体的形态和分布。
10、纸层析法：用于分离叶绿体中的色素。各种色素在层析液中溶解度不同，从而随着层析液在滤纸上的扩散速度不同。溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散越快，扩散速度大小为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b。
11、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。这是现代科学研究中常用的一种科学方法，叫做假说——演绎法。
典例分析：孟德尔豌豆杂交实验，总结了遗传因子的分离定律和自由组合定律。孟德尔用豌豆做了大量的杂交实验，在对实验结果进行观察、记载和进行数学统计分析的过程中，发现杂种后代中出现一定比例的性状分离，两对及两对以上相对性状杂交实验中子二代出现不同性状自由组合现象。他通过严谨的推理和大胆的想象而提出假说，并对性状分离现象和不同性状自由组合现象作出尝试性解释。然后他巧妙地设计了测交实验用以检验假说，测交实验不可能直接验证假说本身，而是验证由假说演绎出的推论，即：如果遗传因子决定生物性状的假说是成立的，那么，根据假说可以对测交实验结果进行理论推导和预测；然后，将实验获得的数据与理论推导值进行比较，二者一致证明假说是正确的。
孟德尔科学研究的一般思路：观察现象，提出问题（豌豆杂交实验）→分析问题，提出假设（对分离/自由组合现象的解释）→演绎推理（测交实验的分析图解）→实验检验（测交实验）→得出结论（假说正确）→总结规律（分离/自由组合定律）
其他实例：摩尔根利用果蝇证明基因在染色体上的实验；DNA复制方式的提出与证实；中心法则的提出与证实；遗传密码的破译等。
12、类比推理法：这是科学研究中常用的方法之一。他将看不见的基因与看得见的染色体的行为进行类比，根据其惊人的一致性，提出基因位于染色体上的假说。应当注意的是，类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否，还需要观察和实验的检验。
方法解释：类比是指根据两个研究对象的相同或相似方面来推断它们在其他方面一致性的一种思维方法和推理形式。将未知事物同已知事物的性质类比，依据其相似性，提出关于未知事物某些性质的假说。
典例分析：萨顿利用类比推理法提出基因在染色体上的假说。美国科学家萨顿观察蝗虫精子和卵细胞的形成过程时发现，孟德尔所说的遗传因子（基因）的分离过程和细胞中同源染色体的分离过程非常相似。萨顿根据基因和染色体行为之间明显的平行关系，提出假说：基因是由染色体携带着从亲代传递给子代的，也就是说，基因位于染色体上。美国遗传学家摩尔根曾经明确表示过不相信孟德尔的遗传理论，也怀疑萨顿的假说，后来他做了大量的果蝇杂交实验，用实验把一个特定的基因和一条特定的染色体——X染色体联系起来，从而证实了萨顿的假说。
13、荧光标记法：现代分子生物学技术能够用特定的分子，与染色体上的某一个基因结合，这个分子又能被带有荧光标记的物质识别，通过荧光显示，就可以知道基因在染色体上的位置。
典型实例：现代分子生物学技术用荧光标记法将基因定位在染色体上。
其他实例：利用荧光标记法进行人鼠细胞融合实验证明细胞膜的流动性，即用绿色和红色荧光的染料分别标记小鼠和人细胞表面的蛋白质分子，进行细胞融合实验，在37℃下40min后，两种颜色的荧光均匀分布。
14、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，以免由于设计不周，盲目开展实验而造成人力、物力和财力的浪费。预实验也必须像正式实验一样认真进行才有意义。
典例分析：探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度采用预实验法，通过设置一定浓度梯度的生长素类似物进行预实验，可确定最适浓度所在的范围。
15、样方法：估算种群密度最常用的方法之一，在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估计值。样方法用于调查植物和活动力弱、活动范围小的动物(如昆虫卵、蚜虫、跳蝻、蚯蚓、蜗牛、田螺等)。
典型实例：用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度。
16、标志重捕法：在被调查种群的生存环境中，捕获一部分个体，做上标记后再放回原来的环境，经过一段时间后进行重捕，根据重捕到的动物中标记个体数占总捕获个体数的比例，来估计种群密度。标志重捕法用于调查活动能力强、活动范围大的动物，如野兔、鲫鱼等。
典型实例：调查某种鼠的种群密度
17、调查法：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。选择合适的调查对象作为样本；调查过程中要如实记录；对调查的结果要进行整理和分析，得出调查结论。例如，土壤中小动物类群丰富度的研究（取样方法：取样器取样法；统计方法：记名计算法、目测估计法）。
问卷调查法：它是以书面提出问题的方式搜集资料的一种研究方法，即调查者就调查项目编制成表式，分发或邮寄给有关人员，请示填写答案，然后回收整理、统计和研究。实例：调查人群中的遗传病；调查当地农田生态系统中的能量流动情况。
18、模拟实验法：在科学研究中，有时不能对研究对象直接进行控制或干预性的操作，需要设计和构想出研究对象的替代物，通过对替代物的实验来获取经验性材料，这种方法称为模拟法。
典例分析：细胞大小与物质运输的关系实验——通过模拟实验看出，细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞物质运输的效率就越低。
其他实例：性状分离比的模拟实验；生物体维持pH稳定的机制实验；设计并制作生态缸，观察生态系统的稳定性。
19、统计学方法：是指有关收集、整理、分析和解释统计数据，并对其所反映的问题作出一定结论的方法。
典例分析：孟德尔豌豆杂交实验——运用统计学方法分析F2的表现型，发现F2的性状分离比接近9：3：3：1。
其他实例：林德曼对赛达伯格湖的能量流动进行的定量分析，发现生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减的特点。