2022年高中生物《生物科學(xué)的學(xué)習(xí)過程》學(xué)案3 蘇教版必修2

2022年高中生物生物科學(xué)的學(xué)習(xí)過程學(xué)案3 蘇教版必修2學(xué)習(xí)目標(biāo)：說明學(xué)習(xí)生物科學(xué)需要正確的方法嘗試像科學(xué)家一樣地實(shí)驗(yàn)為了促進(jìn)細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展與國際交流而成立的世界性細(xì)胞生物學(xué)國際聯(lián)盟，從1976年開始，每4年舉行一次代表大會(huì)，會(huì)議論文反映了細(xì)胞生物學(xué)研究的最新進(jìn)展。國際上還有Cell等學(xué)術(shù)刊物，用以發(fā)表細(xì)胞生物學(xué)的最新研究成果。透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡的發(fā)明，推動(dòng)了細(xì)胞生物學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展?？茖W(xué)家不斷實(shí)驗(yàn)：挑戰(zhàn)“自然發(fā)生說”雷迪的實(shí)驗(yàn)17世紀(jì)，雷迪設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)來回答“蛆是從哪兒來的”問題。實(shí)驗(yàn)中，他考察單一變量，即蒼蠅是否與肉接觸。他還將設(shè)計(jì)對(duì)照的思想引入實(shí)驗(yàn)，結(jié)果是與蒼蠅接觸的肉上出現(xiàn)了蛆。雷迪根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，蒼蠅是由親代蒼蠅在腐肉上產(chǎn)的卵發(fā)育而來的；無論是蒼蠅還是蛆都不會(huì)從腐肉中自然發(fā)生。他相信，地球上自從有了原始生命，所有生物都來自生殖。他很謹(jǐn)慎，沒有說自然發(fā)生不可能，只是說自然發(fā)生還未證實(shí)。尼達(dá)姆的實(shí)驗(yàn)當(dāng)列文虎克發(fā)現(xiàn)微生物后，關(guān)于生物發(fā)生的爭(zhēng)論又開始了。很多人同意雷迪的意見，認(rèn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物必然由親代產(chǎn)生，但這種看法不能用于微生物。他們發(fā)現(xiàn)一瓶肉湯放置幾天，即使看不見任何東西進(jìn)去，也會(huì)從中找到微生物，肉湯最后會(huì)變濁變臭。18世紀(jì)，英國微生物學(xué)家尼達(dá)姆是自然發(fā)生說的支持者。他煮沸羊肉湯以殺死微生物，然后用軟木塞塞緊瓶口，認(rèn)為這樣應(yīng)該不會(huì)有微生物出現(xiàn)了吧？可是幾天之后，肉湯中還是滋生了大量微生物。這會(huì)不會(huì)是肉湯本身造成的呢？改用植物種子和杏仁煮湯也得到了同樣的結(jié)果。尼達(dá)姆的實(shí)驗(yàn)使許多生物學(xué)家相信，微生物的確能自然發(fā)生。積極思維：生命會(huì)自然發(fā)生嗎？事實(shí)：意大利科學(xué)家斯巴蘭扎尼對(duì)尼達(dá)姆的意見持反對(duì)態(tài)度。首先，他對(duì)尼達(dá)姆在實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)肉湯加熱的時(shí)間是否足夠長(zhǎng)表示懷疑；其次，他認(rèn)為微生物可能通過軟木塞進(jìn)入瓶?jī)?nèi)；他還推斷，如果對(duì)盛有肉湯的密封燒瓶在沸水中煮的時(shí)間足夠長(zhǎng)，則能夠殺死全部微生物。放置一段時(shí)間后，肉湯也不會(huì)被污染。為了驗(yàn)證他的推斷，斯巴蘭扎尼做了如圖1-2所示的實(shí)驗(yàn)：在燒瓶中盛入肉湯，一組塞上軟木塞，另一組熔化玻璃密封瓶口；再進(jìn)行不同時(shí)間的加熱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了斯巴蘭扎尼的推斷。于是，他向科學(xué)界宣布，如果密封肉湯并長(zhǎng)時(shí)間加熱，就能夠阻止燒瓶外的微生物進(jìn)入并殺死燒瓶?jī)?nèi)的全部微生物。這樣就不會(huì)有生命自然發(fā)生了。分析：有人認(rèn)為，斯巴蘭扎尼的燒瓶中缺乏足夠的空氣，因而不能否定“自然發(fā)生說”。你贊同這種觀點(diǎn)嗎？巴斯德的實(shí)驗(yàn)爭(zhēng)論繼續(xù)進(jìn)行，科學(xué)家們繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。巴斯德不同意尼達(dá)姆的結(jié)論，對(duì)自制的酵母菌浸液和果汁進(jìn)行了消毒，他堅(jiān)信只要不受空氣污染，就決不會(huì)自然發(fā)生微生物。他想到：高山中的空氣中塵土和微生物比較少，就將一些裝有消毒過的酵母菌浸液的瓶子帶到阿爾卑斯山，在山頂冰川處暴露一會(huì)兒，然后又密封。4年后他向科學(xué)院展示這些種子，多數(shù)瓶子保持無菌。其中有幾個(gè)瓶子經(jīng)過100多年依然保持無菌，今天仍在巴黎陳列著。巴斯德又設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)：將裝有浸液的瓶子消毒，然后不是簡(jiǎn)單地把瓶口密封，而是將玻璃瓶頸拉成彎曲的鵝頸狀，使外邊的塵埃沉積在曲頸部而不致進(jìn)入瓶中。這些瓶子雖未密封，也能保持無菌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次證明微生物不能自然發(fā)生。像科學(xué)家一樣實(shí)驗(yàn)：科學(xué)實(shí)驗(yàn) 在對(duì)生物科學(xué)的探究過程中，會(huì)遇到各種各樣的問題，而問題的解決往往要通過實(shí)驗(yàn)，只有學(xué)會(huì)像科學(xué)家一樣運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，我們才能透過生命的現(xiàn)象考察生命的本質(zhì)。觀察當(dāng)你用一種或多種感官去收集有關(guān)這個(gè)世界的信息時(shí)，就是在觀察?？茖W(xué)家為了提高感官的靈敏度，有時(shí)還需要使用一些輔助儀器，比如望遠(yuǎn)鏡、光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡等，使觀察更為深入。觀察必須真實(shí)、準(zhǔn)確，即必須如實(shí)反映所感知的事物或現(xiàn)象。在科學(xué)探究中，要把觀察到的內(nèi)容如實(shí)地記錄在筆記本上，這些記錄就是證據(jù)或者是數(shù)據(jù)。例如，雷迪通過自己的仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)在腐肉上產(chǎn)卵后才會(huì)發(fā)生“腐肉生蛆”的現(xiàn)象。觀察結(jié)果不一定正確，要真正否定“腐肉生蛆”還需要做實(shí)驗(yàn)。測(cè)量通過感官或儀器觀察，有時(shí)難以得到精確的數(shù)據(jù)，而測(cè)量則能對(duì)被測(cè)量的對(duì)象用比較精確的數(shù)據(jù)加以表示。通過測(cè)量，科學(xué)家能把觀察的結(jié)果表達(dá)得更加精確，從而在交流時(shí)給出更多的信息。科學(xué)家的測(cè)量應(yīng)力求精確，因而要多次測(cè)量求其平均值。學(xué)習(xí)正確使用測(cè)量工具，如使用量筒（圖1-3）是保證測(cè)量精確的基礎(chǔ)。此外，記錄測(cè)量結(jié)果時(shí)應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位（表1-3）。表1-3部分標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位長(zhǎng)度米（m）質(zhì)量千克（Kg）體積升（L）面積公頃（hm2）能量焦（J）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)技能實(shí)際上是根據(jù)現(xiàn)有證據(jù)和既往實(shí)驗(yàn)對(duì)將來的事件做出推論。由于預(yù)測(cè)是推論的一種，所以它也可能出錯(cuò)。必須通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)預(yù)測(cè)的正確與否。那么，該怎樣來檢驗(yàn)?zāi)?？巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是生物科學(xué)研究中檢驗(yàn)預(yù)測(cè)正確性的最佳途徑。例如，雷迪用一個(gè)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)一項(xiàng)因素肉和蒼蠅接觸或肉和蒼蠅不接觸，并用一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)做比較。由于二者只有一項(xiàng)因素不同，這樣雷迪就能把不同的結(jié)果歸因于這一項(xiàng)可變的因素。再如，當(dāng)巴斯德知道許多科學(xué)家不承認(rèn)斯巴蘭扎尼的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，是因?yàn)樵谒膶?shí)驗(yàn)中密封了盛有肉湯的燒瓶而使燒瓶中缺乏了空氣，就巧妙地設(shè)計(jì)了彎曲的鵝頸狀燒瓶，讓它通過彎曲的長(zhǎng)頸可空氣連通，終于使人們信服微生物不能自然發(fā)生。收集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)把分類、觀察或測(cè)量得到的內(nèi)容如實(shí)地記錄下來的過程稱為數(shù)據(jù)收集。再運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)（如統(tǒng)計(jì)學(xué)方法）整理、分析、歸納各種數(shù)據(jù)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)事物的內(nèi)在規(guī)律，得出獨(dú)到的見解，并通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式與他人交流。例如，斯巴蘭扎尼通過4組實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真收集實(shí)驗(yàn)過程中的各種數(shù)據(jù)，在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得出，只要密封肉湯并長(zhǎng)時(shí)間加熱煮沸便能殺滅全部微生物，就不會(huì)有生命自然發(fā)生的結(jié)論。安全實(shí)驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要確保實(shí)驗(yàn)安全。只有完全理解并能自覺遵守實(shí)驗(yàn)安全守則才能確保實(shí)驗(yàn)安全。例如，使用護(hù)目鏡、安全圍裙或外套等是實(shí)驗(yàn)穿著的規(guī)定；在實(shí)驗(yàn)室中試管口切勿朝向自己或他人等是加熱及用火安全的規(guī)定；不要隨意把化學(xué)藥品倒進(jìn)水槽等是化學(xué)藥品安全使用的規(guī)定；安全使用銳器和實(shí)驗(yàn)用動(dòng)植物、安全進(jìn)行野外觀察或?qū)嶒?yàn)等也是實(shí)驗(yàn)安全的規(guī)定。邊做邊學(xué) 觀察池塘水中的“生命世界”實(shí)踐：1、每組用量筒量取10ml池塘水，并用溫度計(jì)、PH試紙測(cè)量水的溫度和酸堿度。2、用滴管吸取1滴池塘水，制作臨時(shí)玻片標(biāo)本。安全使用各種玻璃器皿3、分別用顯微鏡的低倍鏡和高倍鏡觀察臨時(shí)玻片標(biāo)本，描述觀察結(jié)果，結(jié)果是否相同？4、仔細(xì)觀察并客觀記錄各種生物的數(shù)量及形態(tài)結(jié)構(gòu)特征。5、變形蟲、草履蟲、眼蟲和衣藻是池塘水中比較常見的單細(xì)胞生物。（圖1-4）。討論： 如何向其他小組同學(xué)匯報(bào)觀察得到的各種數(shù)據(jù)？怎樣才能在實(shí)驗(yàn)過程中獲得更多的數(shù)據(jù)？評(píng)價(jià)指南1、試比較雷迪與巴斯德的實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)要說明他們?cè)谔魬?zhàn)“自然發(fā)生說”的歷程中做出的貢獻(xiàn)。2、在你的生活和學(xué)習(xí)中，是否曾經(jīng)對(duì)某種生命現(xiàn)象產(chǎn)生過疑問？若有，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行探究。繼續(xù)探究調(diào)查顯示，我國許多地區(qū)的水質(zhì)受到工業(yè)和生活廢棄物的嚴(yán)重污染。探究在污染和清潔的水域中動(dòng)植物種類的不同。建議：采用野外調(diào)查、樣本采f集和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的方法。