(共31张PPT)
第二节 生物科学的学习过程
学习目标：1.列举说出一个科学研究的事例
2．了解病毒研究的历程
能力目标：1.概述科学家探究的基本过程
2．学会根据实例总结科学家探究的基本过程
情感目标：1.通过本节学习，激发学生学习生物科学的兴趣和探究愿望
课标领航
2．通过学习科学家进行科学探究的事实，使学生体验到科学探究工作的复杂性、艰巨性和严谨性，领悟出科学探究的基本过程，进而充分发展学生的观察力、思维力、想像力和创造力等，培养学生的创新精神和科学探究能力，发展学生的个性，提高学生分析问题、解决问题的能力
情景导引
席卷全球的可怕的瘟疫——甲流感的病原体H1N1是一种病毒，其危害程度比上一世纪初的大流感爆发要小的多。病毒是如何被人类发现和征服的？科学探究的过程又是怎样的？
核心要点突破
实验探究创新
知能过关演练
第二节
基础自主梳理
基础自主梳理
一、科学家不断研究：征服致病病毒路漫漫
1．伊凡诺夫斯基的烟草实验
伊凡诺夫斯基在发现病毒的过程中提出的问题是“世界上是不是存在一类比_________________”；作出的假设是“该病也可能是由_______引起的”；设计实验的变量是“对患病烟草叶片______是否过滤”；设计对照实验的关键是____________，即分别用过滤后的滤液和未过滤的叶片浆液去侵染健康的烟草植株，同时注意除变量外的其余因子都应始终____________。
细菌还小的生物
细菌
浆液
控制变量
保持不变
2．伊凡诺夫斯基的创新之处
伊凡诺夫斯基在多次采用常规的显微镜观察未发现病原菌的情况下，采用了一种非常精密的过滤器(滤孔比细菌还要小)过滤患病烟草叶片浆液，目的是除去患病烟草叶片浆液中的_________。
思考感悟
以RNA为遗传物质的病毒，如艾滋病病毒，很难研制出疫苗来进行预防的原因是什么？
【提示】 RNA是单链结构，不稳定易发生基因突变。
病原菌
二、科学探究的基本过程
收集证据
作出假设
观察
验证假设
实施实验
按照设计的实验步骤
是否支持假设
表格
曲线图
重复实验
核心要点突破
病毒的发现
1．伊凡诺夫斯基发现烟草花叶病毒
伊凡诺夫斯基的发现：能引起烟草花叶病的病原体是一种滤过性病毒，简称病毒。
其发现过程如下：
2．伊凡诺夫斯基在“烟草的怪病”研究中是如何提出问题、作出假设、设计实验变量和对照实验的
第一轮探索：1892年，俄国发生烟草花叶病，提出问题(病因是什么？)→作出假设(猜想病原体一定是某种细菌)→设计实验(把患病烟草叶片磨碎，放在显微镜下观察，寻找细菌)→实施实验(显微镜下观察)→分析证据(没有找到细菌，没有获取到证据)。
第二轮探索：实验创新→换一种实验方法获取证据(用一种非常精密的过滤器过滤患病烟草叶片的浆液，然后再去侵染烟草)→实施实验(烟草仍患病)。
第三轮探索：提出新问题(世界上是不是存在一类比细菌还小的生物呢？)→通过探索发现了比细菌还小的、能引起烟草花叶病的病原体(滤过性病毒)。
例1
(2011年新疆昌吉高二检测)伊凡诺夫斯基发现病毒的过程是从研究烟草花叶病的过程中发现的，其实验步骤有如下各步组成，顺序正确的是( )
①假设病原体是某种细菌
②假设病原体是由某种细菌释放的毒素引起的
③假设病原体是比细菌还要小的生物，可以通过过滤性的细孔
④把患病叶片磨碎，显微观察，始终没有观察到病原菌
⑤一代一代接种，毒素致病作用应该越来越小，但实验结果不支持
⑥实验证明存在能通过过滤性细孔，比细菌还小，能引起烟草花叶病的病原体，并把这种致病因子叫做滤过性病毒
A．①②③④⑤⑥
B．①④②⑤③⑥
C．①③⑤②④⑥
D．①⑤②⑥③④
【尝试解答】 B
【解析】 ①、②、 ③是三个假设，其中伊凡诺夫斯基在考察患病烟草地后，首先作出的假设是①，接着④进行观察，没有发现病原菌，说明①假设是错误的，重新作假设②，做实验并没有得到验证(即⑤)，再作③假设，从而得出结论⑥。
跟踪训练 为证明烟草花叶病是由病毒引起而非细菌引起的，伊凡诺夫斯基采取了什么重要举措
( )
A．使用显微镜观察
B．磨碎叶片，提取浆液
C．使用精密的过滤器
D．设计了对照实验
解析：选C。烟草花叶病是由病毒引起而非细菌引起的，伊凡诺夫斯基使用精密的过滤器过滤患病烟草叶片浆液，能够滤过比细菌小的物质。
科学研究的基本过程
1．提出问题
科学研究是从提出一个科学探究的问题开始的。科学探究的问题是指能够通过收集证据而回答的问题。
2．作出假设
假设是对实验结果的预测，是对问题作出的尝试性解释；假设必须以已有的知识、既往的经验或证据为依据；假设的真实性能够被检验；假设通常采用“如果……那么……”的句式陈述。
3．设计实验
(1)设计实验的目的是验证假设。
(2)实验设计的重要内容是控制变量。变量是指实验中可以变化的因子，其中人为改变的因子称为调节变量，随着调节变量变化而变化的因子称为应变量。应变量是为了得到实验数据而需要观察或测量的指标。
设置对照实验，即除单因子变量外，其他因素保持不变的实验组合。
(3)必要时，设置平行重复的实验。
(4)确定实验步骤要完整、有序、可操作。
(5)实验准备是实验的起始步骤；控制变量的方法步骤是主要方面；观察和记录实验数据是终结。
4．实施实验
实施实验是科学研究的重要阶段之一。按照设计的实验步骤进行实验，并细致而客观地收集实验中观察到的各种现象和测量到的数据。有时需要重复实验以确保数据的准确性和可靠性。
5．分析证据
搜集足够的实验数据是科学研究的关键环节之一。
(1)数据是实验观察和测量结果的统称。
(2)测量必须依照国际标准计量单位。
(3)描述和绘图是搜集数据的主要方法。
(4)数据记录在事先准备的表格中。
6．得出结论
(1)结论就是对实验研究所得的总结。
(2)进行交流评价，就是与他人交换看法、分享信息的过程。
罗伯特·科赫(Robert Koch,1843～1910)是一名内科医生，我们今天的许多培养、染色、灭菌和处理细菌的技术都是他设计的。他第一次应用动物胶作为固体培养基，从而使分离和培养纯种细菌成为可能。1881年，他第一个发现了人类结核杆菌。科赫采用一定的步骤来鉴定细菌，这个程序是用来证明一种疾病是由特定的细菌引起的，叫科赫原理。其步骤包括：①注入细菌以产生同原来一样的疾病；②从许多病例中分离到同样的细菌；③从感染的动物体得到同原来一样的细菌；④将这种细菌进行纯培养。以上步骤正确的顺序是( )
例2
A．①→④→②→③
B．①→②→③→④
C．②→④→①→③
D．②→①→④→③
【尝试解答】 C
【解析】 这是一道实验设计题，考查能否用科学的实验思想方法对生物学事实进行简单的验证和分析的能力。实验中得到目的细菌后需要进一步验证，要培养该细菌，注入实验动物中看能否产生同样的疾病，获得同样的细菌。
跟踪训练 (2011年陕西渭南高二检测)下面是最早发现抗生素——青霉素的弗莱明先生所进行的探索过程。
观察及对问题的认识：培养细菌的培养基中偶然生出青霉菌，在其周围的细菌没有生长。为什么出现这种现象？
假设：_______________________________________。
进行实验：把青霉菌放在培养液中培养后，观察这些培养液对细菌生长的影响。
结果：培养液阻止了细菌的生长和繁殖。
结论：青霉菌可产生一种阻止细菌繁殖的物质。弗莱明在持续的研究中分离出了这种物质，分析出它的特征并将之命名为青霉素。
据上述探索过程，请回答下列问题：
(1)作为这一实验的假设，下列最为恰当的是
( )
A．青霉菌能产生有利于人类的物质
B．青霉菌污染了细菌生长的培养基
C．青霉菌可能产生了有利于细菌繁殖的物质
D．青霉菌可能产生了不利于细菌繁殖的物质
(2)为了证明青霉素确实由青霉菌产生而不是培养液和培养基产生的，则应进一步设计________实验，其实验方法是： ___________________。若实验结果为：________________________，则能充分证明青霉菌确实能产生可阻止细菌繁殖的物质。
解析：探究的第一步观察现象提出具有研究性的问题是进行科学。对于所作的假设正确性的检验，需通过实验来完成，通过安排对照实验加强实验的可靠性。
答案：(1)D (2)对照 把没有放青霉菌的培养液加入培养基中，观察对细菌的影响 细菌正常生长
实验探究创新
实验设计中变量的控制
为了研究阳光对大豆发芽的影响，张华同学设计了一个实验。在①和②两个花盆中种了大豆，并对阳光、温度、水加以控制(见下表)。王明同学看了设计后提出了下列意见，其中正确的是
( )
花盆 阳光 温度 水
① 向阳处 20 ℃ 充足
② 暗室 20 ℃ 不充足
A. 两个花盆都应放在向阳处
B．两个花盆的温度都应维持在0 ℃
C．两个花盆都应保持充足的水分
D．两个花盆都应放在暗室中
【解析】 选C。在实验设计中，实验组和对照组的处理，应按照“单一变量原则”，只能有一项条件不同于其他条件。研究阳光对大豆发芽的影响，阳光是变量，应控制两个花盆都保证充足的水分，并且温度保持适宜、一致。
【实验链接】 实验的单一变量原则
在实验设计中，通常要把研究探讨的条件作为单一变量，其他条件应完全一样。如所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等要尽量相同，所用实验器具要相同，试剂的成分、浓度、体积(等量的问题)要相同。处理方法要相同。
【名师点睛】 关于处理方法，有时尽管某种处理对对照实验来说似乎是无意义的，但依然还是要做同样的处理。
知能过关演练
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第一节 身边的生物科学
学习目标：1.了解生物多样性丧失的原因
2．说出科学合理地保护动物的措施
能力目标：通过资料分析，初步学会得出正确的结论的方法
情感目标：通过本节学习，增强学生保护动物、服务人类的社会责任感，促使学生形成正确的世界观和价值观
课标领航
情景导引
20世纪有以下10种珍稀动物在我国灭绝：新疆虎、白头鹳、普氏野马、高鼻羚羊、冠麻鸭、台湾云豹、豚鹿、直隶弥猴、小齿灵猫、镰翅鸡。生物多样性丧失的原因是什么？人们应如何保护生物多样性？
核心要点突破
实验探究创新
知能过关演练
第一节
基础自主梳理
基础自主梳理
一、生物多样性丧失(物种绝灭的原因)
1．内因：___________或_____________的丧失往往是物种绝灭的内在原因。
2．外因：
(1)直接原因之一：_______________。
(2)重要原因
①___________________；②外来物种的入侵；③___________；④自然灾害。
物种特化
功能基因
乱捕滥猎
栖息地的破坏和丧失
环境污染
思考感悟
1．我国某些物种濒危或绝灭的重要原因是什么？
【提示】 生存环境的改变或破坏。
二、科学合理地保护动物
1．科学合理地______和______动物，实现人与动物的和谐共处。
2．营造全社会保护动物的氛围。
3．依靠生物科学与技术来保护动物
(1)建立_____________________。
保护
利用
野生动物保护区
(2)采用____________技术。
(3)实施_____________。
(4)科学______。
4．积极开展濒危动物的____________学研究。
5．寻求广泛的国际合作，引进资金、技术和先进经验等。
思考感悟
2．麻雀经常偷吃庄稼，因此，人们可以大量捕杀麻雀从而保护庄稼。这种做法正确吗？如果不正确应该怎么做？
【提示】 不正确。我们要科学地认识动物，合理地保护动物以维持生态平衡。
人工繁殖
再引进工程
引种
生物资源
核心要点突破
生物多样性丧失
1．生物多样性
生物多样性包括地球上所有的植物、动物、微生物和它们所拥有的基因以及由这些生物和环境所构成的生态系统。
2．物种绝灭的原因
(1)物种特化或功能基因的丧失(是物种绝灭的内在原因)。
(2)乱捕滥猎(是物种濒危和绝灭的直接原因之一)。
(3)栖息地的破坏和丧失(是导致物种濒危和绝灭的重要原因)。
(4)外来物种入侵。
(5)环境污染。
(6)自然灾害。
总之，物种绝灭的原因既有自然因素，又有人为因素。人为因素是物种绝灭的主要原因。
3．生物多样性与人类的关系
生物多样性是人类社会赖以生存和发展的基础。经济的可持续发展必须以良好的生态环境和生物多样性为基础。
生物多样性给我们提供了食品、医药、衣服和住房等，它不仅是农、林、牧、副、渔业的主要对象，还是重要的工业原料。除此之外，生物多样性在保持水土、涵养水源、调节气候、维持生态系统的稳定性等方面也具有重要的作用。
【名师点睛】 物种绝灭的内因及特点
(1)物种特化
①含义：一个物种在长期的进化过程中，适应了某种特定的栖息环境而产生了特别的习性，使其难以再适应变化的环境或其他环境。
②特点：特化是对环境的超强适应，但这种适应可能是致命的。
(2)功能基因丧失
①含义：一些野生动物在长期进化过程中，由于种种原因使遗传力和生活力下降，从而使种群数量减少而趋于濒危。
②特点：功能基因丧失是无法弥补的，只能在人工条件下尽量繁殖较多濒危动物，但长期人工饲养和近亲繁殖，又会使某些功能基因丧失而加快其绝灭过程。
例1
(2011年河南信阳高二检测)据统计，素有“东方宝石”之称的朱鹮在全球仅存300只左右，且其野生数量极少，为防止其绝灭，在我国陕西洋县建成了朱鹮野化实验基地以保护这种珍禽。造成朱鹮绝灭的内在原因是( )
A．物种特化
B．乱捕滥猎
C．功能基因丧失
D．栖息地被破坏
【尝试解答】 C
【解析】 物种绝灭的内在原因有物种特化或功能基因的丧失，朱鹮由于长期人工饲养和近亲繁殖，导致某些野外生存的功能基因丧失。乱捕滥猎是物种濒危和绝灭的直接原因之一，栖息地的破坏和丧失是重要原因。
【互动探究】 汶川大地震对大熊猫的生存造成的影响属于上述选项中的哪一项？大熊猫绝灭的内在原因属于上述选项中的哪一项？
【提示】 D A
跟踪训练 分析以下几个事实材料，回答物种多样性受到威胁的原因。
事实一 我国某海岛的天然林覆盖率在1956年为25.7%,1964年为18.7%,1981年仅为8.53%，并且因遮蔽地面程度大大降低，从而导致了坡垒等珍稀树种濒临绝灭，有的珍贵药用植物已经绝迹。
事实二 我国西北某县野生甘草的面积在1967年为4万多公顷，30年后已有一半被挖尽。我国的野马已经绝迹，野骆驼等野生动物也濒临绝灭。
事实三 一种原产日本的林业害虫，于20世纪80年代侵入我国华东沿海地区，并且由于缺少天敌而迅速蔓延开来。据1990年统计，这种害虫使该地区13万多公顷的马尾松林受到危害。
(1)事实一说明：野生生物濒危或绝灭的原因是______________________。
(2)事实二说明：造成这些野生生物资源明显减少或绝迹的原因是生态环境被________和________的开发利用。
(3)事实三说明：由于________入侵或引种到________的地区，使得这些地区原有物种受到威胁。
解析：物种多样性丧失的原因是多方面的，此题是通过所给材料分析其具体的原因。事实一反映的是生物栖息地的丧失；事实二说明的是生态环境破坏，人类的行为对生物的影响；事实三说明的是外来物种及不恰当的引入所造成的危害。
答案：(1)栖息地的改变和破坏
(2)破坏 乱捕滥猎、滥采乱伐的掠夺式
(3)外来物种 缺少天敌
外来物种和生物入侵
1．外来物种入侵的理解
(1)概念
外来物种入侵就是某种物种从它的原产地，通过非自然途径迁移到新的生态环境的过程。
(2)实例
这些被称为生物入侵者的物种或外来种，其中一部分是有益的，如玉米、马铃薯等，已被世界公认；另一部分是有害的，如水葫芦、大米草、紫茎泽兰等。
(3)危害
这些侵入种对原有生态系统产生的影响有：破坏原有生态系统的稳定性或生态平衡；使原有生态系统的生物多样性受到威胁。
2．外来物种入侵引发生态危机的原因
(1)占据一定的生态位。
(2)侵入种具有顽强的生命力，传播能力强，一旦传入，能迅速传播蔓延开来，在短期内呈现种群数量的“J”型增长，如松材线虫等。
(3)迁入地环境条件适宜。
(4)侵入种对环境适应性强。
(5)缺少天敌的控制。
3．防止外来物种入侵的措施
(1)防止生物入侵，最方便、简捷的方法是采取优先选择的措施。尚未经过科学研究的物种，决不轻易让其进入，如要引入也应有预防措施，要充分考虑其实际和潜在的不利影响，特别是引入到一些孤立的栖息地和生态环境，例如岛屿、湖泊等。
(2)要从生物多样性安全的角度加强边界检疫和控制，依法拦截和阻止已知的或可能对本地生物多样性有不利影响的外来物种的引入。如我国举办的昆明世界园艺博览会，为了严防危险性有害生物随参展传入，检疫人员运用了先进的分子生物学技术手段来阻止外来生物入侵。
(3)万一出现无意的引入，应立即采取迅速有效的行动来根除和控制。要清除外来物种，最好能及时发现，在其入侵的早期阶段迅速根除的方法有机械防治、生物防治、化学防治或综合防治等。如果一些物种一时还不宜采用根除方法，则应采用控制的方法，以抑制入侵物种种群的发展，减轻其所引起的危害。
【名师点睛】 各种野生动物都是大自然的一部分，在其当地生态系统乃至整个生物圈中都占有一定的地位(生态位)，在千百万年的进化过程中，它们与自然界的无机环境和其他生物之间，经过长期“磨合”，建立了较为稳定的相互依赖、相互制约的关系，共同维持着当地生态环境的相对稳定状态。对某种我们认为有害的动物赶尽杀绝，可能会影响到生态环境的稳定，从而影响生物多样性。天敌的引入，如果不经过严密的实验，有可能会造成新的外来物种入侵。
我国海关对入境的进口货物都进行严格检疫，严禁境外有害生物(包括虫卵和微生物)流入境内，若有害生物一旦流入境内适宜的环境中，结果是( )
①有害生物的种群数量在一段较长时间内呈“J”型增长②其天敌数量较多 ③境内生物多样性受到威胁 ④很快被淘汰
A．①② B．③④
C．①③ D．②④
例2
【尝试解答】 C
【解析】 本题考查生物多样性面临威胁的原因。外来物种入侵到适宜环境中，一般缺少天敌，得到较好的生存条件，不仅不被淘汰，种群数量反而在相当长一段时间内快速增长。而外来物种的大量繁殖，将会对入侵地区的生物多样性造成严重威胁，可见结果是①③。
跟踪训练 水葫芦这一外来物种在我国太湖流域疯长，且每年以极快的速度向北蔓延。下列有关说法错误的是( )
A．水葫芦到北方水域会因不适应环境而很快被淘汰
B．水葫芦疯长会使我国生物多样性受到威胁
C．水葫芦在一段时间内种群数量会大量增长
D．水葫芦在我国缺少天敌
解析：选A。水葫芦是外来物种，适应我国水域环境，不会很快被淘汰。
实验探究创新
如何进行较完整的实验设计
洗洁精是家庭中普遍使用的洗涤剂，它随着生活污水进入自然水域后会造成水域污染，对草履虫、变形虫等水生生物的生存产生不利的影响。某研究性学习小组的同学在老师的带领下以此为课题展开探究活动。请完成实验设计和分析。
探究课题：观察不同浓度的洗洁精对草履虫生存的影响。
器材：洗洁精、草履虫、清洁的河水、培养皿、解剖镜、计数器等。
实验步骤：
第一步：取7个培养皿，编号1～7号。
第二步：用清洁的河水分别配制稀释倍数为5倍、10倍、15倍、20倍、25倍、30倍的洗洁精溶液。
第三步：_____________________________________。
第四步：_____________________________________。
以下是该实验小组所得到的实验结果：
培养皿编号 1 2 3 4 5 6 7
洗洁精稀释倍数 5 10 15 20 25 30 清洁的河水
草履虫存活数 1 3 7 11 13 18 25
(1)根据以上实验结果可得到的实验结论为：
________________________________________。
(2)对于水域污染，请写出2条防治措施：
①____________________________________。
②_____________________________________。
【解析】 本题主要考查梯度实验的分析与设计。本实验的目的是利用不同浓度的洗洁精溶液来测定草履虫的存活数量，从而证明洗洁精和水体污染是否存在关系。梯度实验解答时需注意浓度不同，结果就会存在差异。在本题中，第二步配制完实验后，在遵循等量原则和空白对照原则的前提下，往培养皿中加入不同浓度的洗洁精，再用此培养皿培养相同生理状况的草履虫，培养一段时间后观察，记录结果。根据表格数据得出实验结论：洗洁精浓度越大，草履虫存活数量越少。防治水域污染的措施有很多，其中主要的有以下几种方法：尽量减少含磷洗衣粉及洗涤剂的使用量，建造更多的污水处理工厂等。
【答案】 第三步：将等量的上述洗洁精溶液分别加入到1～6号培养皿中，7号培养皿中加入等量清洁的河水
第四步：在上述培养皿中各加入25只生活状况良好的草履虫，在相同条件下，培养一段时间后观察、记录
(1)洗洁精浓度越大，对草履虫生存的危害越大
(2)①控制污染(如减少洗洁精的用量)
②用物理方法或化学方法或生物方法对废水进行净化处理(答案合理即可)
【实验链接】 一个较完整的实验设计方案所包含的内容
(1)实验课题，即研究的内容。
(2)实验原理，即理论依据。
(3)假设，即对可见现象提出一种可检测的解释，但未经证实的论题。假设一般分为两个步骤：第一步提出假设，即依据发现的事实材料和已知的科学原理，通过思维，提出初步假设。第二步作出推断，即依据提出的假设，推理得出假定性结论。
(4)实验步骤的设计。
(5)观察和数据的收集，即定时、定期观察实验过程发生的现象或采集数据并如实记录。
(6)分析与结论，即对实验中收集到的现象、结果、数据进行整理归纳，有的可以处理成图表等形式。最后通过分析，得出结论。若结果符合预期设想，则假设成立，得出肯定结论；若结果不符合预期设想，则得出否定结论。
知能过关演练
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