生物科学和我们
学 习 目 标
核 心 素 养
1.说出解决粮食问题的重要性。知道我国粮食减产的原因，分析我国粮食问题的解决措施。(重点)
2.了解农业生物技术的重要性及其带来的巨大社会效益和经济效益。(难点)
3.了解进化论的创立和完善过程及科学思维的基本过程。(重难点)
1.通过联系生产生活实际，也可以从各种媒体收集一些资料，了解我国面临的粮食危机问题。
2.结合教材具体实例，概述科学思维的基本过程。
一、人类面临的问题之一：粮食问题
1．二战后世界粮食生产状况
国别项目
发达国家
发展中国家
人口
占世界人口的1/4
占世界人口的3/4
粮食产量
占世界粮食总量的1/2
占世界粮食总量的1/2
特点
人均产粮多、消费少
人均产粮少、消费多
由于发展中国家的人口增长速度过快，粮食问题日益严重。
2．我国粮食生产状况及产生原因
现状→占世界7%的耕地养活占世界22%的人口
↓
面临的问题→粮食缺口巨大
↓
原因→人口增长迅速、资源短缺、环境恶化
3．生物科学与技术在解决粮食问题中的应用
(1)技术运用：转基因技术。
(2)实例：1993年，世界首例转基因产品——延熟保鲜番茄在美国批准上市。
(3)我国转基因技术的应用与发展
“七五”计划：掌握了植物转基因的全套技术，获得了抗虫烟草等转基因植物
↓
“八五”计划：获得了抗病毒、抗细菌、抗盐碱、抗虫、抗除草剂等转基因植物
↓
“九五”计划：获得一批具有自主知识产权的新基因
4．现代农业生物技术的价值
二、像科学家一样思考：科学思维
科学思维的过程(连线)
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．由于发达国家粮食消费过多，粮食问题日益严重。 ( )
2．在解决资源匮乏、环境恶化、粮食短缺、疾病等问题时，生物技术将发挥重大作用。 ( )
3．转基因农作物抗病、抗虫、高产，不存在安全问题。 ( )
4．推理是根据现象做出合理解释的过程。 ( )
5．建立模型能帮助人们理解无法直接观察到的事物。 ( )
提示：1.× 粮食问题日益严重的主要原因是发展中国家人口增长过快。
2．√
3．× 转基因生物可能存在安全问题。
4．√ 5.√
人类面临的问题之一：粮食问题
[问题探究]
民以食为天，粮食问题始终是人类生存发展面临的首要问题。近些年来，转基因农作物在抗病、抗虫和增产方面都有显著成效。请思考：
1．转基因技术在应对粮食危机方面有什么作用？
提示：(1)提高产量；(2)减少环境污染。
2．转基因作物有哪些优点？
提示：：(1)降低污染和对人畜的危害；(2)抗逆性强，产量高；(3)投资少，回报多，经济效益高。
3．转基因技术在农业上的应用对生态环境有什么影响？
提示：减少了农药、化肥的使用量，减轻了环境污染。
[归纳总结]
1．世界粮食问题的实质
(1)表面上，世界人均粮食产量呈现增长趋势，且粮食生产的增长速度快于人口的增长速度。
(2)实际上，世界粮食问题的实质并不是粮食总产量不足，而是粮食生产地区分布不均衡和国家间分配不均。
①不同国家与地区的经济发展不均衡，导致一些发展中国家的粮食问题很严重，而且有越来越严重的趋势。
②世界范围内的人口剧增，导致人均粮食产量增加不明显，而且粮食总量增加的空间有限，人口的增长势头迅猛，使得世界范围内的粮食问题愈发严重，导致粮食问题成为困扰人类社会发展的主要问题。
③在发达国家，由于政府提供的农业补贴较多和农业基础设施完善、科学技术发展水平高等原因，因此人均粮食产量高、消费少；在发展中国家，由于政府提供的农业补贴有限和农业基础设施薄弱、科学技术发展水平相对较低，因此，人均粮食产量低、消费多。
由此，我们认为，未来一阶段，发展中国家的粮食问题要比发达国家更严重。因此，我们更应关注发展中国家和地区的粮食问题。
2．我国粮食问题
(1)我国粮食短缺的原因
(2)应对粮食危机的现实措施
①实行计划生育，控制人口增长。
②保护和治理环境，防止环境恶化。
③减少建筑用地。
④培育和推广转基因作物。
3．转基因作物和普通作物相比具有的优点和不足
(1)优点
①减少了化学农药对环境的污染和对人畜的危害，具有明显的生态价值。
②抗逆能力强、产量高，能缓解粮食危机；高维生素含量的转基因作物将为数亿贫困人口的健康带来福音。
③投入少、回报多，具有明显的经济价值。
(2)不足
①生物中转入的新基因可能会对其他生物造成危害，从而使自然界的生物多样性锐减。
②生物中转入的新基因可能对生态环境造成基因污染，并且这种污染难以消除。
③转基因农作物和转基因食品可能对人体健康造成威胁。
1．在解决粮食危机的过程中，要兼顾粮食生产和环境保护，实现农业的可持续发展，当前科学有效的方法是( )
①合理开发海洋，寻找新的食物来源
②控制人口增长，协调人与自然和谐发展
③增加化肥和农药的使用，提高作物产量
④开荒辟地，围湖造田，扩大粮食种植面积
⑤利用现代生物技术，培育具有较高光合效率的作物品种
A．①②③ B．①②⑤
C．①③④ D．③④⑤
B [可持续发展是生态、经济、社会三位一体的发展，是指生态、经济和社会三者的协调发展，包括减少化肥和农药的使用，不得随意改造、破坏生态环境，还包括控制环境污染和改善环境质量，保护生物多样性，保证以可持续发展的方式使用可再生资源。]
(1)不选择③的理由是什么？
提示：增加化肥和农药的使用，尽管可以提高产量，但是会对环境造成污染，破坏生态环境。
(2)⑤目前常采用的现代生物技术是什么？
提示：基因工程。
2．某机构曾预测：到2050年，我国人口将达到16.4亿，而耕地面积将下降到7 300万公顷，按人均年消费粮食600 kg计算，我国年需粮食9.84亿吨，需要每公顷耕地产粮约13.5吨，也就是说，到2050年我国粮食单产同现在相比需要增长约2.7倍。上述材料说明( )
A．造成我国粮食危机的原因是人口增加
B．2050年我国粮食需要大量进口
C．控制人口、保护耕地对我国人民的生存和发展具有十分重要的意义
D．到2050年我国粮食单产将会同步增长
C [由题干可获取的信息是我国的人口数量不断增加，不断增加的人口和有限的耕地之间的矛盾是造成我国粮食危机的主要原因，A错误。题干所述内容不能说明2050年我国粮食需要大量进口，B错误。到2050年我国粮食单产是否与人口同步增长受多方面因素的制约，题干信息不能说明粮食单产是否会同步增长，D错误。]
像科学家一样思考：科学思维
[问题探究]
有一个9岁孩子对父亲说：“我想世界上肯定还有许多未被人们发现的奥秘，我将来要周游世界，进行实地考察。”他就是写出了《物种起源》一书的达尔文。《物种起源》体现了以自然选择学说为核心的达尔文进化理论。请思考：
1．达尔文进化理论的形成，体现了科学思维的什么过程？
提示：观察与推理。
2．在观察中要注意哪些问题？
提示：(1)要明确观察目的。
(2)要选择适当的观察对象。
(3)要采用适当的观察手段。
(4)观察完毕后要进行比较、分析和归纳。
3．拉马克在观察到长颈鹿的特殊形态后，提出了“用进废退”的生物进化观点，判断拉马克采用何种思维方式得出这一结论及得出该结论的理由。
提示：(1)推理。
(2)拉马克通过对观察到的现象做出自己的解释，作出推论，是一种推理过程。
[归纳总结]
1．观察的类型和常用方法
观察类型
定性
观察
用文字或术语而不是用数字进行描述，包括对颜色、形态、气味等变量的客观性描述
定量
观察
通过对变量的计数或测量而得到的数值，通常需要使用一些仪器
观察方法
顺序
观察
一般来说，生物学中的观察要遵循由表及里、由上到下、从前到后、从整体到局部的原则
对比
观察
通过对比观察来发现事物之间的区别和联系，从而达到同中求异、异中求同
基本
要求
①学会带着问题进行观察。②直接观察与问题相关的对象。③既要观察局部，也要观察整体；既要观察事物，也要观察环境。④观察要细致、准确。⑤尽可能将观察到的现象或事物描述出来
2.推理的常用方法
(1)因果推断：即判断两个事件之间是否存在因果关系的推理形式。
(2)归纳法：是指从个别事物的性质、特点和关系中概括出一类事物的性质、特点和关系的推理形式。
(3)演绎法：从一般原理推导出特殊事例的过程。
3．建立模型
(1)模型的类型
①物理模型：用具体的实物或其他形象化的手段建构的模型，包括实物模型、图画模型等。这种模型主要用于反映真实物体的形状和三维结构等。例如，手工制作的真核细胞模型。
②概念模型：以文字叙述的形式建构的模型，可以反映事物的活动规律。例如，对渗透作用的叙述和解释。
③数学模型：以体现数量关系的曲线、表格等手段建构的模型，可以定量地反映事物的活动规律。例如，环境中CO2浓度对光合作用速率的影响曲线。
(2)模型的建立
①根据目的或任务选择模型类型。例如，研究温度对酶活性的影响，可选择数学模型。
②根据目的或任务对事物的属性进行简化处理，即确定本质属性，忽略次要属性。如研究pH对酶活性的影响，可假设温度是适宜的且始终恒定；研究细胞的基本结构时，不必关注细胞的真实大小。
③根据本质属性，制定模型。如根据DNA的双螺旋结构属性，制作出DNA双螺旋结构模型。
1．下列关于科学思维的基本过程说法错误的是( )
A．观察必须如实地反映所感知的事物
B．推论不一定完全正确
C．建立模型能帮助人们理解无法直接观察到的事物
D．根据不同点将事物划分为较大的不同类群，再根据相同点将事物划分为较小类群
D [科学家通常通过比较，识别出事物之间的异同点，根据共同点将事物划分为较大的不同类群，再根据差异点将事物划分为较小的类群。]
(1)观察时可以借助一定的工具仪器吗？
提示：可以。例如观察细胞结构时往往需要借助显微镜。
(2)始祖鸟化石是否属于生物学模型？
提示：始祖鸟化石不属于生物学模型。始祖鸟化石是实物，不是用来说明事物或过程的表现手段。
2．下面操作实例和科学思维过程的组合，正确的是( )
A．使用显微镜看细胞的结构：推理
B．对显微镜下人的血细胞显微照相：建立模型
C．蓝藻和细菌都无核膜，故属于原核细胞：交流
D．根据不同光照强度对光合作用速率影响的实验数据画曲线：建立模型
D [使用观察工具去收集有关信息和数据，属于观察，A错误；显微照相没有对事物的属性进行简化处理，所以不属于建立模型，B错误；根据蓝藻和细菌的共同属性“无核膜”，把它们归为原核细胞，属于分类，C错误；画曲线属于建立模型的过程，D正确。]
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
1.发达国家人口少，人均产粮多；发展中国家人口多，人均产粮少。
2.我国粮食问题产生的原因主要是人口快速增长、资源短缺和环境恶化等。
3.现代农业生物技术诞生的标志是转基因植物的培育成功。
4.转基因作物可以提高作物的品质。
5.转基因作物可以减少农药和化肥的使用，有利于环境保护。
6.科学思维的基本过程是观察→推理→分类→建立模型→交流。
1．下面关于我国粮食生产状况和导致这一状况的原因组合正确的是( )
A．粮食过剩；人均占有耕地居世界首位
B．粮食过剩；粮食产量增长速度大于人口增长速度
C．粮食短缺；粮食总产量太低
D．粮食短缺；人口居世界首位且仍在增长
D [粮食过剩与短缺是粮食生产状况的两种表现，粮食过剩或短缺的参数是人均粮食占有量；人口数量众多、人口增长速度过快是我国的基本国情，这使我国人均粮食占有量很低且仍有下降的趋势，所以我国是粮食短缺国家，故A、B、C项与客观事实不符，D项符合。]
2．抗虫棉是利用现代农业生物技术培育出的转基因农作物，它被广泛推广种植，其优越性主要表现在( )
A．抗虫棉所结棉絮的纤维素含量高
B．抗虫棉结的棉桃多
C．抗虫棉抗病毒，减少了化学农药的使用量，减少对环境的污染和对人、畜的危害
D．抗虫棉具有抗虫性状，减少了化学农药对环境的污染
D [抗虫棉与一般棉花相比只多了抗虫性状，而不是抗病毒性状或其他性状。抗虫棉的推广，减少了化学农药的使用，有利于环境保护。]
3．下列对观察的表述，不正确的是( )
A．当你用一种或多种感官去收集有关信息时，就是在观察
B．观察和思维活动是紧密结合的
C．通过观察得到的信息称为证据或数据
D．观察不能借助其他仪器设备，否则就不能称为观察
D [当你用一种或多种感官去收集有关信息时，就是在观察，A正确；科学观察是指有目的、有计划地和思维活动紧密结合的考察研究方法，B正确；通过观察得到的信息称为证据或数据，C正确；观察通常需要借助各种仪器设备，必须真实、准确，即必须如实地反映所感知的事物，D错误。]
4．建立模型是显示事物或过程的表现手段，能帮助人们理解无法直接观察到的事物，下面属于建立模型的是( )
A．达尔文发现甲虫的翅非常发达或无翅与海风有关
B．细菌培养时，细菌个数每2小时增加一倍
C．多数人的右手比左手力量大些
D．栽培植物与野生植物有相似也有差异
B [题中A、C、D三项是观察现象，建立模型是帮助人们理解无法直接观察到的事物。]
5．某同学将100 mL酵母溶液放在适宜的温度下培养，并且于相同时间间隔等量均匀地先后取样5次，分别测定样品中酵母菌的数量，结果如表所示。
样品
酵母菌数量(个·mm－3)
1
820
2
1 000
3
1 210
4
1 210
5
760
根据表中数据回答下列问题：
(1)表中所示数据为________________(填科学思维过程)的结果。
(2)请以另一种建模方式——坐标系表示酵母菌数量随时间的动态变化过程。
(3)从以上建模过程中，你能得出怎样的结论？
[解析] (1)表中所示数据为某同学在相同时间间隔取样、测定的结果，即科学思维过程中观察的结果。(2)以时间为横坐标、酵母菌数量为纵坐标建立坐标系。(3)当培养条件适宜时，酵母菌会不断增殖，而酵母菌在生长、繁殖过程中也会产生一些有害代谢产物，同时由于空间和营养有限，当酵母菌数量过多时会导致种内斗争加剧，从而使酵母菌种群数量不再增加，甚至一段时间后会下降。
[答案] (1)观察 (2)如图所示
(3)在一定时间内，酵母菌数量不断增加；超过一定时间后，酵母菌数量下降。
[教材课上思考答案](教师用书独具)
积极思维(P2)
分析提示：①控制人口。②对资源合理的开发利用，走可持续发展的道路。③保护环境，阻止一切不利于环境保护的活动。④利用现代农业生物技术，培育新品种。
[教材课后习题答案]
评价指南(P6)
1．世界人口的迅速增长、耕地的减少以及粮食生产的地域不平衡性，导致了粮食问题日益凸显出重要性。粮食问题是保障人类生存的重要问题。
2．我国是一个农业大国，用占世界7%的耕地养活了占世界22%的人口，然而，由于我国人口的迅速增长、资源短缺和环境恶化等原因，我国粮食生产以及人民的生活环境已面临着严峻的考验。据预测，2030年我国人口将达到16亿，全国年需粮食将达到7.2×1012～8.0×1012 kg，而那时的粮食产量可能只能达到5.5×1012～6.0×1012 kg，粮食的缺口巨大，因而我国面临的粮食问题也日益严峻。
3．提示：可以列举达尔文提出自然选择学说的过程，也可以是生活中的一些事例的探究，如害虫抗药性增强的探究。
4．与常规育种技术相比，转基因技术在应用上更高效方便。但转基因作物中有可能出现一些在常规育种中不曾遇到过的新组合、新性状。人们对这些新组合、新性状会不会影响人类健康和生态环境还缺乏足够的认识和经验。(答案合理即可)
课件58张PPT。第一章 生物科学和我们生物科学和我们
1/41/2少少多人口增长资源短缺粮食缺口延熟保鲜番茄转基因自主知识产权全套技术抗虫烟草病毒除草剂生态效益经济效益人类面临的问题之一：粮食问题 像科学家一样思考：科学思维 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(一)
(建议用时：35分钟)
[合格基础练]
1．下列关于粮食问题的叙述，正确的是( )
A．发达国家不存在粮食问题
B．凡是人口多的国家，人均粮食产量都少
C．人口众多的发展中国家是世界粮食匮乏的地区
D．粮食问题的实质是粮食总产量不足
C [粮食问题是世界性的，与人口、耕地分布密切相关。人口众多的发展中国家是世界粮食匮乏的地区，但并不是人口多的国家，人均粮食产量就少。粮食问题的实质并不是粮食总产量不足，而是粮食生产的地区分布不平衡和国家间分配不均。]
2．下面关于转基因作物的叙述，错误的是( )
A．1993年，世界首例转基因产品——延熟保鲜番茄在美国批准上市
B．中国是世界上转基因作物种植面积最大的国家
C．抗逆转基因作物易维持较高的产量
D．抗虫棉的推广应用有利于环境的保护
B [1993年，世界首例转基因产品——延熟保鲜番茄在美国批准上市，A正确。美国是世界上转基因作物种植面积最大的国家，B错误。抗逆转基因作物能适应较差的土壤和气候条件，因此易维持较高的产量，C正确。抗虫棉的推广应用减少了农药的使用，因此有利于环境的保护，D正确。]
3．在我国云南澄江动物化石群中发现了“海口虫”化石，科学家发现海口虫具有头的特征和原脊椎构造，并据此提出了脊椎动物起源的新观点，这一过程主要体现科学思维过程中的( )
A．观察 B．推理
C．分类 D．交流
B [科学家经过观察之后，对观察到的现象作出了解释，这一过程应是推理。]
4．下列关于科学思维的说法，不正确的是 ( )
A．科学思维的起点是观察，即用一种或多种感官去收集有关信息
B．推理是对所观察到的现象做出完全合理的解释
C．建立模型是科学思维过程中重要的一环
D．分类法可使许多杂乱的信息变得清晰，是总结归纳的有效手段
B [推理可能正确，也可能错误，正确与否需要设计相关实验加以验证。]
5．下列关于推理研究的有关说法中，错误的是( )
A．推理是根据现象提出合理的假设过程
B．通过推理所得结论必须是完全正确的
C．推理过程必须符合基本的逻辑关系
D．通过对现象的推理可得出多种结论
B [推理是对观察到的现象所做出的解释，是一种合理的假设。由推理所得到的推论可能是正确的，也可能是错误的，这需要通过实验加以验证。]
6．下列有关建构模型的说法中，不正确的是( )
A．模型包括物理模型、概念模型、数学模型等
B．在构建细胞模型中，科学性、准确性应该是第一位的
C．细胞结构模型属于物理模型
D．拍摄口腔上皮的显微照片就是建构了细胞的物理模型
D [拍摄的口腔上皮的显微照片，是通过显微镜直接观察事物。而建立模型是帮助人们理解无法直接观察到的事物。]
[等级过关练]
7．下列实例属于“分类”的是( )
A．一些有识之士预言，生物技术在诸多威胁人类生存的难题上将发挥重大作用
B．对延熟保鲜番茄的营养成分进行检测
C．按照分化的方向，干细胞分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞
D．用流程图表示光合作用与细胞呼吸的关系
C [把某些特征相似的事物归类到一起的逻辑方法称为分类。根据共同点将事物划分为较大的不同类群，再根据差异点将事物划分为较小的类群。因此C项符合分类，A、B、D三项分别符合推理、观察和建立模型。]
8．下列哪项不是转基因食物潜在的安全隐患( )
A．转基因植物有可能合成出对人体有直接毒性或潜在毒性的蛋白质
B．转基因植物合成的某些新的蛋白质有可能成为新的过敏原
C．某些转基因生物可以合成干扰素，进入人体后可增强相应细胞的免疫力
D．某些基因会使植物体内某些代谢途径发生变化，导致转基因农作物营养成分的改变
C [担心转基因食物安全性的主要理由如下：对食物的安全性检测不够；担心出现滞后效应；担心出现新的过敏原；担心营养成分改变等。A、B、D三项都属于转基因食物潜在的安全隐患，C项是基因工程在制药方面的应用。]
9．我国北方具有大面积的平原，是粮食的重要生产基地，但气温普遍较低，粮食作物经常遭受冻害。要提高粮食产量，可以采取的措施是( )
A．将农作物引入温室种植
B．将北方农作物与野生抗寒植物杂交培育抗寒新品种
C．用不同农作物杂交育种
D．寻找抗寒基因培育转基因农作物
D [将抗寒基因通过基因工程导入农作物体内培育出含有抗寒基因的农作物，可以解决粮食作物遭受冻害的问题。]
10．某科学家到某地进行生态考察，发现该地区的鸟类数量急剧减少，为查明原因，科学家应采取的科学的研究方法是( )
A．调查→分析调查结果→得出结论
B．实地考察→分析可能的原因→初步判断→得出结论
C．观察、提出问题→分析、提出假说→设计完成实验→分析讨论→得出结论
D．初步分析、提出假说→进行实验、观察验证→进一步分析、得出结论
C [科学思维始终贯穿于科学研究之中，而科学研究很重要的一个方面就是通过开展科学实验来验证假说或得出结论。虽然并不是所有的实验都遵循相同的步骤和顺序，但其基本模式却是相似的，即提出问题→做出假设→设计实验→分析数据→得出结论。]
