第一章 生物科学发展史
考试目的要求
1．了解生物学科发展的历史和现状，关注生物学科的最新进展。
2．掌握生物学科学研究的原则及一般方法等，运用生物学基本原理和基本研究方法分析和解决生活、生产、科学技术发展以及环境保护等方面的问题。
重点和难点
1．在历年考试中，生物学科的发展重在了解。
2生物学科学研究的概念、原则及其一般方法及应用解决实际问题是考查重点。
主要知识点
第一节 生物学科的发展
一、学科重大发现的历史
（一）文艺复兴时期
生物学是生物技术专业的主干学科。生物学(Biology)是自然科学的一个重要分支。生物学的发展具有悠久的历史。
文艺复兴时期，意大利著名画家达·芬奇摆脱了神学偏见，提出人体运动是骨骼和肌肉的作用，抛弃了盖伦关于血管起始于肝脏的见解，认为一切血管均起始于心脏。
1543年，比利时人A ．维萨里的解剖学巨著《人体构造》出版，震惊了整个科学界和宗教界。1553年，西班牙的宗教改革者和医生M ．塞尔韦图斯出版了《基督教的复兴》一书，摒弃了盖伦有关血液运行的观点，提出了肺循环的推测。以后，A ．维萨里的助手与继承者R ．哥伦布用观察和实验方法证明了肺循环的存在。
（二）经典生物学时期
从17世纪到19世纪中期，随着欧洲工业革命的蓬勃发展，生物学逐渐从博物学中独立出来。经典生物学时期以分门别类、观察描述为主要特点，人们从多样性的生物大千世界寻找统一性的理论概括，这是生物学发展过程中第一次从分析到综合的阶段。
1628年，英国医生、生理学家w ．哈维出版《动物心血运动的研究》一书，阐明血液在体内不断循环的新概念，指出心脏是主动收缩、被动舒张的；血液从心脏经动脉流向全身，是由于心脏收缩的机械力而不是缓慢的渗透过程，建立了血液循环学说。
1665年，英国物理学家R ．胡克用自制的复合显微镜观察软木薄片，发现有许多蜂窝状小空室并称之为细胞(cell)。这个名词一直沿用至今。
1660年，意大利解剖学家M. 马尔比基在研究蛙时，发现血液是通过毛细血管从动脉进入静脉。
1675—1683年，荷兰显微镜学家列文·虎克证实并完善了M ．马尔比基提出的关于毛细血管的发现。极其严格地证明了毛细血管连接着动脉与静脉。
1735年，瑞典植物学家C ．von 林奈出版了《自然系统》一书，把自然物分为植物、动物、矿物3大界，确定双名命名法，首先实现了植物和动物分类范畴的统一，增强了生物科学的整体性。18世纪后叶，德国人沃尔弗(Caspar F'rederick．Wolff ，1733—1794年) 用显微镜研究细胞，指出一个原来性质纯一的胚子怎样逐渐分化而形成各种器官，创立胚胎发育的后成学说。
l798年，英国医生詹纳公布了牛痘法，这是人类历史上第二次真正制服天花的伟大发明。1822年法国生理学家F ．马让迪发现脊神经的感觉和运动机能是彼此独立的。与英国C ．贝尔提出的观点相同。证明脊髓神经的前根向外传导运动冲动．而后根则从周缘传递感觉至中枢神经系统．这就是著名的贝尔-马让迪定律。
1827年，冯·贝尔发表了《论哺乳动物和人卵的起源》一文，第一次准确地报告了哺乳动物的卵，从而推翻了每一卵子都包含具体而微小动物的旧学说。冯·贝尔指出细胞的增殖与分裂是一切胚胎发展的共同过程，后来更认识到在整个动物界里，发育都是按这个过程进行的，把发育过程总结成胚层理论。
1838年左右，德拉托尔和施旺发现发酵过程中的酵母是一些微小的植物细胞．而发酵液体中的化学变化在某种程度上是这些细胞的生活造成的。施旺还发现腐败也是一个类似的过程。
1855年，德国生物学家R ．雷马克对贝尔的胚层进行重新命名．即沿用至今的外胚层、中胚层和内胚层。冯·贝尔还发现脊椎动物在胚胎发育过程中曾出现过脊索，还提出了“生物发生律”或“相应阶段律”。由于冯·贝尔的出色工作，使他被公认为近代胚胎学的奠基人。
1859年11月24日，达尔文的《物种起源》出版，生物进化成为整个科学界讨论的中心话题和全社会共同关注的焦点，对生物学及其他有关学科的发展产生了巨大影Ⅱ向，使宗教的基本信念发生了动摇。
（三）实验生物学时期
从19世纪中期到20世纪中期大约100年的时间里，随着数学、物理学、化学等学科的发展及其与生物学的交叉渗透，经典生物学逐渐步入实验生物学时期，相继取得一系列引人注目的成就。
1865年，奥地利布隆修道院的神父孟德尔在经过连续8年的豌豆杂交试验之后，写出了一篇题为《植物杂交试验》的论文。他以精确的实验数据和严密的数理分析，揭示了遗传学的基本规律：“遗传因子的分离和自由组合定律”，为遗传学成为独立的生物分支学科奠定了基础。法国生理学家C 贝尔纳发现了葡萄糖的异生作用，糖原、糖原的生成和分解作用等，这些研究导致了“内分泌”概念的产生。他还进一步提出内环境的恒定是自由和独立的生命赖以维持的条件．这是对生理学研究具有指导意义的原理．
1869年，瑞士的J ．F ．米舍尔用胃蛋白酶水解脓细胞，得到一种不同于蛋白质的含磷物质，他称之为“核素”，以后因核素呈酸性故又称为“核酸”。科赫(Koch)于1876年发现炭疽杆菌的孢子的抵抗性比杆菌本身更强，1882年又发现了造成结核病的微生物。
1878—1879年，巴斯德发现经连续培养可减低鸡霍乱病菌毒性，使鸡得病而不死亡。由此试制鸡霍乱疫苗获得成功。
1881—1884年采用病原菌毒素的接种法防治一些疾病，开创了医学免疫学。1888年，俄国的梅契尼科夫发现吞噬细胞与吞噬过程，指出“血球具有保护有机体防止感染性物质侵袭的作用”。他的工作引导人们对细胞因子和体液因子在免疫中的作用有了新的认识。
1892年，俄国微生物学家伊万诺夫斯基发现烟叶可被能通过过滤器过滤的花叶病汁所感染。
1897年，德国细菌学家F ．A ．J ．勒夫勒证明引起牲畜口蹄疫的也是一种可通过过滤
器过滤的病毒。这是揭开非细胞微生物——病毒奥秘的开端。
1896年，法国的卡莱特发现甲状腺是含碘的组织，从而获得治甲状腺机能失调的方法。1894年E ．H ．菲舍尔证实酶的专一性，并用“锁钥原理”解释酶与底物之间的关系。
（四）血液分类学时期
1900年，奥地利的兰斯坦纳发现人类的A 、B 、O 血型，建立了血液分类学的基础。俄国的巴甫洛夫提出条件反射学说。
1901年，荷兰的德弗里斯提出了突变学说。
1902．年，德国的尤·伯恩斯坦提出细胞膜电位理论，以说明生物电现象。德国的艾贝尔首次获得结晶肾上腺素。德国的弗里本发现放射线能引起癌肿。
1903年，丹麦的威·约翰逊提出遗传学中的“纯系学说”。
1905年，英国的斯塔林、贝利斯发现一种无管腺体分泌物定名为荷尔蒙激素。
1909年，丹麦学者提出了遗传因子是“基因”的概念。
1910年，美国的托·摩尔根首先发现了果蝇的伴性遗传，随后又提出了同源染色体间的基因连锁交换学说，进而总结出一套完整的“染色体遗传理论”，指出基因在染色体上呈直线排列，同一染色体上基因间的重组值就是基因间的距离，以此画出的基因在染色体上的图谱称为遗传学图。为揭示生物遗传与变异的奥秘开辟了一个划时代的研究领域。
1915一1917年，加拿大的托特和法国的铎埃雷发现了噬菌体。1919年，德国的赫尔兹费尔特发现人种不同，血型的分布也不同。
1920年，美国的加纳：阿拉德发现植物的光周期现象。
1922年，加拿大的班丁、白斯特从动物组织提取出胰岛素。
1924年，苏联的赫洛特内和荷兰的范恩脱首次提取出植物激素。
1925年，英国的凯林发现细胞色素，并指出其在活组织生物氧化过程中起电子传递作用。1926年，日本的黑泽发现赤霉素。
1928年，英国的亚·弗来明发现有杀菌作用的青霉素，作为最知名的抗生素-青霉素挽救了无数的生命。
1935年，美国的斯坦来和英国的鲍登首次提纯烟草花叶病毒，并获得病毒体的结晶体，确认病毒能在细胞中再生。
1937年，英籍德国人克勒勃斯发现三羧酸循环即Krebs 循环。
1938年，英国的希尔发现在铁盐液中叶绿体在照光时的放氧反应，从此开始了细胞外离体的光合作用研究。
1940年，奥地利的兰德斯坦勒等发现RH 血型因子。
1941年，德国的弗·李普曼发现三磷酸腺苷(ATP) 的高能键在生物体碳水化合物代谢过程中所起的重要作用．认为A TP 是生命体的能源．
1944年，加拿大的爱威瑞用肺炎双球菌的转化实验，第一次证明了遗传的物质基础是脱氧核糖核酸(DNA)。
1945年，美国的比得尔、塔特姆、莱德伯格提出“一个基因一个酶”的假说，来解释基因在代谢中的作用，由此开创生化遗传学。
1945年，美国的莱德伯格发现细菌可以杂交。
1948年，美国的加尔文用14C 阐明植物中二氧化碳的同化作用，到i957年进而提出光合作用的蓝图。 1952年，美国的赫希、恰赛发现病毒的核酸部分对感染寄主起主要作用。
5．分子生物学时期
1953年，J ．watsoll 和F ．crick 在Nature 杂志上发表了“核酸的分子结构”论文，揭示了遗传物质DNA 是由四种核苷酸排列的双链螺旋结构，从此开创了分子生物学的研究领域，使生物学的发展从此进入了一个崭新的、迅猛发展的分子生物学阶段，一系列令人惊叹
的新成就接踵而来。
1954年，美籍俄国人伽莫夫首次提出三个核苷酸编成一个遗传密码的“三联密码说”。 1955—1956年，美籍西班牙人奥巧阿和美国的孔勃首次用酶促法人工合成核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(：DNA) 。
1956年，英国的英格兰姆发现人类镰刀状红血球贫血症是血红蛋白中单个氨基酸的变异造成的，由此开创了人类分子病和分子进化的研究。
1957年关于遗传信息流“中心法则”的提出，1961年探讨基因调控的“乳糖操纵子模型”的建立，
1966年“遗传密码”的破译等，都是人类在揭示生命之谜的征途中所取得的重大突破。 1973年被称为基因工程元年．由S ．Coheno 领导的小组开创了体外重组DNA 并成功转化大肠杆菌的先河。
1975年Kohler ＆ Milstein 成功开创了淋巴细胞杂交瘤技术，在生物医学领域树起了一座新的里程碑。此后以基因工程为核心的生物技术显现出强大的生命力，成为当今世界最令人瞩目的高新技术之一，是许多国家产业结构调整的战略重点。
1997年，Dollv 羊的克隆再一次震撼了人类社会。
1990年启动的“人类基因组计划”于2000年宣告人类基因组工作框架已经测序完成，这部“生命天书”的破译及其随后的各种“组学”研究，使人类首次在分子水平上全面认识自我，无疑对生命科学的发展产生巨大的推动作用。按着人类的意愿有计划地改造生物已成为可能，人们从而把世界上日益严重的人口、环境、粮食、资源、健康等与人类生存和发展密切相关的诸多重大社会问题的解决，寄希望于生命科学与生物技术的进步。
二、生物学科的现状与趋势
生物学是研究生命现象的本质并探索其规律的科学。近半个世纪以来，生物学的理论成就为自然科学的发展作出了巨大的贡献。遗传物质DNA 双螺旋结构的阐明被认为是20世纪自然科学的重大突破之一。20世纪后期，随着物理、化学、数学等相关学科的理论和技术的进步，有力地推动了生物学的飞速发展．生物学不再仅仅是宏观的描述学科，在DNA 水平和蛋白质水平上探索生命的奥秘已经成为现实。
现代生物学不但在生长、发育、遗传、进化等基本生命现象的研究上已深入到分子水平，取得举世瞩目的成就，而且对脑功能、感觉和认知等高级复杂系统的活动与功能的研究方面也有重大进展。生物科学与生物技术的发展将直接关系到人类所面临的粮食、医药、人口、能源和环境等重大问题的解决。基因工程、蛋白质工程、微生物工程、细胞工程等高新生物技术已成为推动世界新技术革命的重要力量，以基因信息为基础的巨大的知识经济产业正在形成，它将使人类进入一个能改造和创建新的生物的崭新时代。基因药物、基因治疗、转基因作物等一大批高科技含量的商品开始在市场显露头角，并产生了巨大的社会效益和商业价值。生物学研究的成果已逐渐从实验室走出来，生物科技产业已逐步成为社会经济结构重要的支柱产业。
由于基因组计划的进展、克隆技术的突破，基因工程创造的经济价值等生物学成果正不断涌现，加之数学、物理、化学等学科与生物学的交叉并引发了科学研究新的生长点。同时，也由于地球上物种的急速消亡，人类生存环境的逐步恶化，人类可用资源的日渐衰竭，人类逐渐认识到生物科学不可估量的发展前景和忽视生物科学引发的潜在危机，促使社会逐渐聚焦到生物科学领域中来，使生物学受到了前所未有的关注。
从科学研究的投入来看，发达国家对生命科学研究的投入要远大于其他学科，生物学的进步不仅对数学、物理、化学以及技术科学提出许多新问题，对人类生存和世界经济的可持续发展具有极重要的意义。同时也是对破除迷信、反对唯心论、树立科学的世界观、促进精神文明建设，影响人的世界观、价值观和伦理观，促进自然、社会、经济的协调发展，推动
知识创新以及精神文明发展，都将起到越来越大的作用，日益显示出生物学成为21 世纪的一门带头学科的强大趋势。
课后提示
本节为理解内容，主要了解生物科学发展史、现状、发展趋势以及主要成就。
第二节 科学研究
一、概念精要
科学探究需要通过观察和实验等多种途径来获得事实和证据。设置对照实验，控制单一变量，增加重复次数等是提高实验结果可靠性的重要途径。
二、概念内涵
实验是验证假说和解决问题的最终途径，实验是指在人为控制的条件下研究事物的变化的一种方法。实验变量，也称自变量，是指实验中由操作者所控制的因素或条件。反应变量，也称因变量，是实验过程中由于实验变量而引起的变化或结果。实验变量和反应变量二者具有因果关系。在科学探究中，常常要注意以下原则：
（一）对照原则
对照原则是指对照实验只有一个变量，按对照的内容和形式的不同，一般有以下几种类型：
（1）空白对照：是指不做任何实验处理的对象组。例如，在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中，向甲试管溶液加入试剂，而乙试管溶液不加试剂，一起进行沸水浴，比较它们的变化。这时甲试管为实验组，乙试管为对照组，且乙试管为典型的空白对照。
（2) 自身对照：是指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。当我们采用单组法和轮组法开展实验时．实验中就包含有自身对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验，就是典型的自身对照。自身对照的关键是要看清楚实验处理前后现象或数据、证据变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。
(3)条件对照：是指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。例如，采用等组实验法开展“动物激素饲喂小动物”实验时，甲组饲喂甲状腺激素(实验组) ；乙组饲喂甲状腺抑制剂(条件对照组) ；丙组不饲喂药剂(空白对照组) 。那么，乙组为条件对照。该实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，更能充分说明实验变量——甲状腺激素能促进动物的生长发育。
（4）相互对照：是指不另设对照组，而是几个实验组相互对比，在等组实验法中，大都是运用相互对照的方法．如“植物的向性，，的等组实验中，5个实验组所采用的就是相互对照，较好地平衡了无关变量的影响．实验结果也更具有说服力。对照实验是科学研究常
用的实验方法，目的是通过对比实验的结果，找到想要研究的因素对实验的影响作用，从而为科学研究提供数据或证据。
(二) 重复原则
实验设计过程中必须遵循的又一个重要原则是重复原则。由于个体差异等影响因素的存在，同一种处理对不同的受试对象所产生的效果不尽相同，其具体指标的取值必然有高低之分，只有在大量重复实验的条件下．该处理的真实效应才会比较确定地显露出来。一般认为重复5次以上的实验才具有较高的可信度。
（三）随机原则
除了对照和重复之外，在实验研究中，还要求各组间除了处理因素外，其他可能产生混杂效应的非处理因素尽可能保持一致。贯彻随机原则是提高组间均衡性的一个重要手段，也是资料统计分析时进行统计推断的前提。在实验设计中贯彻随机原则的重点在于如何保证每个实验对象都有同等的机会被随机分配到对照组和实验组，以便减少外在因素和人为因素的干扰。
三、科学探究的过程
科学探究的过程，如图1-1所示。
图1-1科学探究的过程
四、科学研究方法的主要类型
生物学科学研究的一般方法有观察法、实验法、调查法、模型研究法、分类法、文献法等。根据《标准》的内容要求，下面介绍常用的生物学科学研究方法：
（一）观察法
观察法是指通过有目的、有选择地观察获取科学事实的自然信息的活动方法。科学的观察不仅仅是感觉和观看．而是有目的、有选择，并能与思维相结合的观察。只有当观察的目的明确，选择的对象准确，才会使观察的注意力更加集中，使观察更加全面和典型。在观察中要注意从多方面、多层次、多角度来审视观察对象．不能以局部代替整体，不能以主观代替客观事实，还要注意抓住事物的本质特征，不能被表面现象所迷惑。例如，对于生态考察、动物行为观察的活动常采用观察法。
（二）实验法
实验法是根据研究目的．利用一定的仪器设备．在人为控制、干预或模拟下，使某一事物或过程重复发生，从而获取科学知识或探索自然规律的活动方法。和观察法相比，实验法能够简化和纯化复杂的自然现象或自然过程．使事物的本质特征从众多非本质特征的背景中显现出来。实验法能使在自然条件下不易观察到的现象通过人为控制和引发反复再现．使事物的本质特征得到强化。所以，实验法成为人类科学研究的主要方式。其主要步骤是：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。例如，要防治杨尺蠖(一种危害杨树的昆虫) ，就要了解它的生活史，而在自然环境中观察它的生活史很困难(杨树很高，难以上树观察) 。采用实验法在实验室里人工饲养杨尺蠖，全面了解它的生活史，就能为防治杨尺蠖寻找突破口。
（三）调查法
调查法是指通过一定的途径，深入实际了解特定事物以获得第一手资料并完成科技活动的方式。在实际运用中调查法包括实地调查和文献调查两类。采角调查法也要讲究方法，例如，在进行生物科技、农业科技、环境科技活动时，由于自然现象复杂、人的精力有限等原因，不可能全部实地调查，常常采取从总体中抽取部分对象进行调查的抽样法。作为实地调查的补充，采用文献调查可以事半功倍地从历史上、从发展上、从全貌上更加深入地了解调查事物的本质，从而总结出一定的科学规律，如调查某种遗传病。
（四）模型研究法
常用的生物模型有以下几种：
（1）生物模型：又叫模式生物，如大肠杆菌、果蝇、小鼠等。
（2）物理模型：又叫机械和电子模型，如细胞立体结构模型、人体结构模型、花的结构模型等。
（3）数学模型：又叫抽象模型，如细菌分裂生殖数量变化模型等。
知识拓展
调查法的步骤
确定调查课题一制定调查计划—搜集材料一整理材料—撰写调查报告。
在具体设计某项科学研究活动方案时，常常需要选用各种方法，但无论采用何种方法，都应广开思路．独辟蹊径，这是由科学研究活动的核心是创造性的特点所决定的。例如，奥地利传教士孟德尔在研究豌豆相对性状的遗传规律时，摒弃了传统的生物科学研究方法，史无前例的采用数理统计的方法，在大量实验和观察的基础上，总结出生物遗传的分离规律和自由组合规律，开创了现代遗传学科。
在按计划实施科学研究活动方案的过程中，要重视观察、实验和调查结果等方法的记录，还要根据情况修正甚至重新制定方案，直至科学研究取得相应的成果。
五、教学案例
探究生命的方法
【教材分析】
理解科学探究的一般过程可以为以后的探究性学习提供一定的探究思路。科学探究是探索生命的主要方法，也是学生主动学习、获取知识的重要途径。初一学生好奇心强、探究兴趣浓，但动手能力差、生活经验不足，也缺乏对事物本质的探究经验。
(一) 教学重点
掌握科学探究的一般方法，体验科学探究过程，学会确定变量和设计对照实验。
(二) 教学难点
理解提出问题、作出假设、确定变量及设计对照实验在科学探究中的重要性。
【课前准备】
教师准备：制作CAI(计算机辅助教学) 课件，搜集科学家进行科学探究的小故事。 实验器材：实物投影仪1台，玻璃板8块，硬纸板8块，培养皿、镊子、放大镜各8个。
学生准备：预习“探索生命的方法”的内容，分组尝试探究“蛆是从哪里来的? ”实验，写出探究报告。捕捉并饲养蚯蚓。
【教学流程】
1．创设情境，导入新课
经过前几节的学习，我们学会了使用显微镜和制作临时装片，并利用显微镜观察了临时装片，使我们看到了肉眼看不见的微观世界，扩大了眼界，开阔了视野。但要学好生物学，光会这些还不够．我们还必须掌握探索生命的方法——科学探究法。
（设计思路：回忆旧知识唤起记忆，激发对新知识的渴求，积极投入到新知识的学习中。）
2．设计案例，讲授新课
活动一：分析科学家进行科学探究的故事，感悟科学探究（课件展示细菌学家弗莱明发现青霉素过程的录像) ，引导学生观察、思考，围绕下列问题讨论、交流。
弗莱明是怎样发现问题、产生疑问并提出问题的? 弗莱明对偶然发现的问题有没有视而不见? 他针对发现的问题作出了怎样的假设? 弗莱明是怎样验证他的假设的? 经过多次实验，弗莱明得出了怎样的结论? 青霉素的发现对人类医学有什么重大的影响?
(设计思路：不直接告诉学生科学探究的一般过程，让学生带着教师精心设计的问题去寻求答案．引导学生感悟科学探究过程，激发科学探究热情，增强科学探究意识，鼓励学生与他人沟通交流。)
讨论和交流后，小组汇报讨论结果，并对问题作出相应回答。
教师要根据学生的回答和所提出的疑义进行归纳总结：弗莱明在研究细菌的实验中发现培养基表面几乎布满了葡萄球菌，唯独青霉孢子落下的地方葡萄球菌没有蔓延，于是产生了疑问，并作出了假设。
然后经过反复的实验验证了假设，得出“青霉能产生杀死葡萄球菌的物质”的结论。这个过程就是科学家 长期探索未知世界的方法，叫“科学探究”。下面请同学们总结一下科学探究的一般过程(学生总结．教师利用课件打出) 。
学生总结科学探究的一般过程：提出问题——作出假设——制订计划——实施计划——得出结论——表达交流。
活动二：解疑激趣，引导科学探究。
上节课布置同学们课后探究“蛆是从哪里来的? ”问题，同学们完成得怎么样了? 请各组代表展示和表达你们的成果。
经过归纳，各小组的探究方案大概有以下五种情况（表1-1），利用实物投影展示探究
报告，供学生讨论、交流。
表1-1 五种探究方案
(设计思路：初中一年级的课余时间还比较宽松．课后让学生进行大胆假设和探究是比较可行的。这满足了学生的好奇心，激发了学生的探究欲望，培养了探究意识，在此基础上进一步理解科学探究的一般方法，熟悉科学探究的一般过程。)
教师评价引导：通过上述的表达、讨论和交流，看出各组准备很充分，设计各具特色，表达得也很清楚。但实验中也发现很多问题。例如，有的实验结果不支持假设；有的实验结果与客观事实不符；有的由于缺乏生活经验和相关知识，作出的假设不符合客观规律；有的没有设计对照实验和控制变量，得出的结论不科学，甚至得出错误结论。
针对上述问题，教师不要急于作出肯定或否定的评价，而是抓住有利时机，引导学生结合已有知识和经验，发表见解，倾听建议，分析原因，共同研讨、评价。
最后，教师总结：通过上述讨论、交流，我们应该知道在进行科学探究时，对未知问题作出假设要合理，绝不可以毫无根据的猜想。另外，设计对照实验和控制实验变量也是必不可少的。希望同学们在今后的科学探究中进一步感悟和理解科学探究。
课堂小结：通过本节课的学习和体验，请同学们谈谈感受和收获。
(设计思路：引导学生反思、总结，培养学生的归纳能力。)
3．教师结语
通过本节学习，看得出你们对科学探究很感兴趣，希望你们在今后的学习中能将科学探究继续运用下去，以便发现自然界中更多的奥秘．创造出生命科学的奇迹。
点评：
《义务教育生物学课程标准(2011年版) 》(以后统称《标准》) 对科学探究提出了5项重要概念．包括“科学探究是人们获取科学知识、认识世界的重要途径”“提出问题是科学探究的前提，解决科学问题常常需要作出假设”“科学探究需要通过观察和实验等多种途径来获得事实和证据。设置对照实验，控制单一变量，增加重复次数等是提高实验结果可靠性的重要途径”等重要概念。
本案例的特色是设计了一些活动，例如，提供“细菌学家弗莱明发现青霉素过程，的录像，引导学生观察、思考，进而总结出弗莱明在研究细菌的实验中发现培养基表面几乎布满了葡萄球菌，唯独青霉孢子落上的地方葡萄球菌没有蔓延，于是产生了疑问，并作出了假设，然后经过反复的实验验证了假设。得出“青霉能产生杀死葡萄球菌的物质”的结论。并从理论上得出科学探究的一般过程。再如，案例设计了学生课前探究“蛆是从哪里来的? ”问题，课堂中则进行深入的分析和归纳，让学生进一步熟悉科学研究的一般过程。这样的活动可以在家庭环境中开展，很有创意。
司以商榷：学生课前所探究的“蛆是从哪里来的? ”问题，花费了不少时间和精力，也有许多创新想法，而教师对于学生课前所做的探究没有进行认真的、有针对性的分析和评价。再如，针对方案3和方案4的处理完全相同但结果完全相反的原因，教师不应笼统地说“有的没有设计对照实验和控制变量，得出的结论不科学，甚至得出错误结论”，而应明确地指出对照组是“肉被敞开”的组，实验组是“肉用纱布隔开”的组；“变量”是肉和外界的蝇能否直接接触；“控制无关变量”包括放在温暖环境中，但应肯定有蝇的出入。只有这样，学生才能理解《标准》提出的“设置对照实验，控制单一变量，增加重复次数等是提高实验结果可靠性的重要途径”等重要概念。
课后提示
【考例提示】1．科学研究是本章的重点内容，考生要全面理解相关概念。
【考例提示】2．科学研究在历年考试中，大多以与学科基础知识相结合的形式进行考查，题型覆盖全面。
课后思考
【考点思考】（2015·上半年）某老师在“探究空气（氧气）对小鱼呼吸频率的影响”的实验教学中，设计的实验过程和得到的实验结果如下：
实验准备：学生四人一组，做好组员分工和数据记录，每组一只水杯、一条小活鱼、一
块玻璃板。 实验步骤：
1．把小活鱼放进盛水的杯内，数一数自然状态下小鱼1min 鳃盖或口的开口次数。
2．用玻璃板把水杯盖严，不让外界空气进入杯内，盖的时间长短视杯的大小和杯内水的多少而定。原则是被子大些或被内空气多些的应多盖一段时间。盖上盖的目的是让小鱼把杯内的空气（氧气）通过呼吸作用消耗掉。
3．过一段时间再数小鱼1min 鳃盖或口的开口次数。
实验结果：盖上盖以后，绝大数与鳃盖或口的开合都增加。
结论：水中空气（氧气) 含量对小鱼的呼吸频率是有影响的，一般情况下，水中含氧最高，鱼呼吸慢，含氧低则呼吸快。
问题：
（1）根据科学研究的基本原则分享该探究实验方案存在哪些问题？
（2）对存在的问题进行改进。
【答案要点】
（1）根据科学探究的基本原则分析来看，该实验探究方案主要的问题是没有遵循控制变量的单一性原则和设置对照组实验。
（2）针对本探究实验作如下改进：
实验观察前选大小相同的两个容器，分别贴上：“家玻璃板”和“不加玻璃板”的标签，向“不加玻璃板”的容器中注入清水，向“加玻璃板”的容器注入等量的清水，并盖上玻璃板。
实验时，选两条活力相近的鱼，分别放入2个容器中，两个容器至于同样的条件下，避免其他因素造成实验结果产生误差。
分别仔细观察各容器中鱼的各种行为表现并做好记录。
分析实验结果，得出结论：鱼在”不加玻璃板”的容器中呼吸和活动比较正常，在“家玻璃板”的容器中，呼吸频率很快，并最终死亡，进而得出空气（氧气）对小鱼呼吸频率是有影响的。
本章小结
一、生物学科的发展
（一）学科重大发现的历史
1．文艺复兴时期
生物学的发展具有悠久的历史。
2．经典生物学时期
从17世纪到19世纪中期，生物学逐渐从博物学中独立出来。
3．实验生物学时期
从19世纪中期到20世纪中期，经典生物学逐渐步入实验生物学时期，相继取得一系列引人注目的成就。
4．血液分类学时期
1900年，奥地利的兰斯坦纳发现人类的A 、B 、O 血型，建立了血液分类学的基础。
5．分子生物学时期
1953年，J ．watsoll 和F ．crick 在Nature 杂志上发表了“核酸的分子结构”论文，揭示了遗传物质DNA 是由四种核苷酸排列的双链螺旋结构，从此开创了分子生物学的研究领域。
（二）生物学科的现状与趋势
20世纪后期，随着物理、化学、数学等相关学科的理论和技术的进步，有力地推动了生物学的飞速发展。生物学不再仅仅是宏观的描述学科，在DNA 水平和蛋白质水平上探索生命的奥秘已经成为现实。
现代生物学不但在生长、发育、遗传、进化等基本生命现象的研究上已深入到分子水平，取得举世瞩目的成就，而且对影响人的世界观、价值观和伦理观，促进自然、社会、经济的协调发展，推动知识创新以及精神文明发展，都将起到越来越大的作用，日益显示出生物学成为21 世纪的一门带头学科的强大趋势。
二、科学研究
（一） 概念精要
科学探究需要通过观察和实验等多种途径来获得事实和证据。设置对照实验，控制单一变量，增加重复次数等是提高实验结果可靠性的重要途径。
（二）概念内涵
实验是验证假说和解决问题的最终途径，实验是指在人为控制的条件下研究事物的变化的一种方法。在科学探究中，常常要注意以下原则：对照原则、重复原则、随机原则。
（三）科学探究的过程
提出问题→做出假设→制定计划→实施计划→得出结论→表达交流
（四）科学研究方法的主要类型
生物学科学研究的一般方法有观察法、实验法、调查法、模型研究法、分类法、文献法等。
习题自测
1．探究“光对鼠妇生活的影响”时，一般采取的研究方法是( ) 。
A ．模拟实验法 B ．调查法
C ．见察实验法 D ．资料分析法
2．将人体按功能分解成八个系统来研究，这种研究方法主要是( ) 。
A ．分析法 B ．综合法
C ．归纳法 D ．调查法
3．要了解马与驴在外形上的相同或不同之处，应采用( ) 。
A ．观察法 B ．调查法
C ．归纳法 D ．文献法
4．在了解鱼的尾鳍在游泳中的作用，如果单凭观察难以得出结论，可采用的方法是( ) 。
A ．归纳法 B ．观察法
C ．调查法 D ．实验法
5．获得科学知识和生物学研究的重要途径是( ) 。
A ．分类 B 观察
C ．调查 D ．实验探究
6．生物科学研究的基本方法是( ) 。
①观察法 ②实验法 ③分析法 ④调查法
A ．①②③ B ．①③④ C ．②③④ D ．①②④
7．什么方法的运用使生物学进入实证科学的行列?( )
A ．调查法 B ．观察法 C ．实验法D ．比较法
8．在生物实验设计中，下列不能作为一组对照的是( ) 。
A ．有水分和无水分 B ．有阳光和无阳光
C ．有空气和无空气 D ．温度和湿度
9．在开展调查某市常见传染病的活动时，下列哪一项不是开始调查就能完成的?( )
A ．确定调查目标 B ．制定调查方案
C ．得出调查结论 D ．选取调查对象
10．使人类首次在分子水平上全面认识自我的科学成就是（ ）。
A ．1859年，达尔文的《物种起源》出版，提出生物进化论
B ．1953年，J ．watsoll 和F ．crick 在Nature 杂志上发表了“核酸的分子结构”论文
C ．1997年，英国成功克隆出羊Dolly ，克隆技术诞生
D ．1990年启动“人类基因组计划”，人类基因组工作框架于2000年测序完成
参考答案
1．C 【解析】要想探究“光对鼠妇生活的影响”，需要通过实验和观察才能获得实验结论。
2．C 【解析】归纳法是从个别事实走向一般的结论、概念的思维方法。
3．A 。
4．D 。
5．D 【解析】实验探究是获得科学知识和生物学研究的重要途径。而调查、观察和分类是常用的具体方法．
6．D 【解析】生物科学是实验科学，基本的研究方法包括观察法、实验法和调查法，不包括分析法。
7．C 【解析】通过实验的直观结果证明我们的假设，这是实验法的突出优点。
8．D 【解析】一组对照需要针对一个探究条件设置变量，而温度和湿度是两个条件。
9．C 【解析】得出调查结论是需要调查活动结束后充分分析调查情况和数据后才能完成的环节。
10．D 【解析】“人类基因组计划”于1990年启动，人类基因组工作框架于2000年已经宣告测序完成，这部“生命天书”的破译及其随后的各种“组学”研究，使人类首次在分子水平上全面认识自我，对生命科学的发展产生巨大的推动作用。