作者：贺新义
生物学教学 2013年06期
在高中生物学教学中涉及多种生物科学探究的常用方法，学生在学习中不太注意这些方面，甚至有不少学生不知道存在这些科学探究的方法，还有较多的学生搞不清这些方法的内涵，这样对于知识的理解就存在着很大的障碍。为了有利于学生掌握教材、拓展思维，笔者归纳了生物学科学探究中常用的方法。
一、假说—演绎法
1.方法解释
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。
2.典例分析
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，如果两者一致证明假说是正确的，如果不一致则证明假说是错误的。
孟德尔科学研究的一般思路：观察现象→分析问题→提出假设→设计实验→验证假说→归纳综合→总结规律。
3.其他实例
①DNA复制方式的提出与证实；②中心法则的提出与证实；③遗传密码的破译；④孟德尔的豌豆杂交实验，总结了遗传因子的分离定律和遗传因子的自由组合定律。
二、类比推理法
1.方法解释
类比推理法是根据两个或两类对象在某些属性上相同，推断出它们在另外的属性上也相同的一种推理。与归纳和演绎不同的是，类比是从特殊到特殊、从一般到一般的推理。
2.典例分析
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。
3.其他实例
①细胞学说的建立过程中，施旺就运用了类比推理方法；②DNA模型建立的过程中，沃森和克里克运用了类比推理方法。
三、同位素标记法
1.方法解释
也叫做同位素示踪法，同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用示踪元素标记的化合物，其化学性质不会改变。借助同位素原子以研究有机反应历程的方法。科学家通过追踪示踪元素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。
2.典例分析
光合作用的暗反应中碳的转移途径：
3.其他实例
①探究DNA分子半保留复制；②分泌性蛋白的合成、加工、分泌过程；③噬菌体侵染大肠杆菌复制繁殖实验；④探究光合作用的产物氧气中的氧全部来自于水中的氧；⑤研究细胞有丝分裂的细胞周期；⑥有氧呼吸的产物水中的氧全部来自于氧气中的氧。
四、对照实验法
1.方法解释
对照实验是指两个或两个以上的相似组群进行比较，一个是“对照”组，作为比较的标准；另一个是实验组，是进行某种试验而采取的一些措施，通过一些实验步骤，然后观察其结果，与“对照”组进行比较，得出这种措施对研究对象所产生的影响。
不同于对比实验法：①一定要设计对照组；②实验结论是通过实验组与对照组的对照而得出的。
2.典例分析
酶化学本质的实验验证。①证明某种酶是蛋白质：待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应（实验组）；已知蛋白液+双缩脲试剂→出现紫色反应（对照组）；②证明某种酶是RNA，待测酶液+吡罗红染液→是否出现红色（实验组）；已知RNA液+吡罗红染液→出现红色（对照组）。
3.其他实例
①实验验证酶的本质及催化作用；②验证酶的专一性实验；③探究影响酶活性因素的实验；④植物细胞质壁分离与复原实验的拓展应用；判断细胞死活、测定细胞液浓度范围、鉴定不同溶液（如蔗糖溶液和溶液）等；⑤糖类、脂肪、蛋白质的鉴定与区别；⑥生长素发现的实验；⑦验证生长素生理作用的实验；⑧探究影响光合作用因素的实验；⑨探究影响呼吸作用因素的实验；⑩比较过氧化氢在不同条件下的分解。
五、对比实验法
1.方法解释
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的方法。
不同于对照实验法：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。
2.典例分析
例如探究酵母菌细胞呼吸的方式：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：提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→得出结论。
3.其他实例
①肺炎双球菌的转化实验；②艾弗里证明DNA是遗传物质的实验。
六、建构模型法
模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下，再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物。
模型具有两方面的含义：①抽象化；②具体化。
1.物理模型
具体如下：
（1）方法解释物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型。
（2）典例分析DNA双螺旋结构的发现过程：1953年沃森和克里克共同构建了DNA双螺旋结构模型。
（3）其他实例 ①利用废旧物品制作生物膜流动镶嵌模型；②“制作DNA分子双螺旋模型”；③尝试制作真核细胞的三维结构模型；④建立血糖调节的模型；⑤建立减数分裂中染色体变化的模型；⑥构建人体细胞与外界环境的物质交换模型。
2.数学模型
具体如下：
（1）方法解释含义：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检验或修正类型：a.数学方程式（数学表达式）；b.数学曲线图。
（2）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，种群的数量每年一定得到倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。
3.概念模型
具体如下：
（1）方法解释概念模型是指以文字表述来抽象地概括出事物本质特征的模型。
（2）典例分析 图解式解释模型——阐述达尔文自然选择学说的要点。
（3）其他实例①对真核细胞结构共同特征的文字描述；②尝试画出生态系统的结构模型等；③生态系统能量流动模型。
七、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。
1.样方法
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，求得每个样方的值，以所有样方种群密度的平均值作为该调查种群密度的平均值。
实例：①用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度；②土壤中小动物类群丰富度的研究。
2.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：①调查人群中的遗传病；②调查当地农田生态系统中的能量流动情况。
3.标志重捕法
在被调查种群的活动范围内，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个体数的比例，来估计种群密度。
实例：调查某种鼠的种群密度。
八、模拟法
1.方法解释
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。
2.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。细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。
3.其他实例
①性状分离比的模拟实验；②生物体维持pH稳定的机制实验。
作者介绍：贺新义，宁夏盐池高级中学（751500）。
作者：贺新义
生物学教学 2013年06期
在高中生物学教学中涉及多种生物科学探究的常用方法，学生在学习中不太注意这些方面，甚至有不少学生不知道存在这些科学探究的方法，还有较多的学生搞不清这些方法的内涵，这样对于知识的理解就存在着很大的障碍。为了有利于学生掌握教材、拓展思维，笔者归纳了生物学科学探究中常用的方法。
一、假说—演绎法
1.方法解释
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。
2.典例分析
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，如果两者一致证明假说是正确的，如果不一致则证明假说是错误的。
孟德尔科学研究的一般思路：观察现象→分析问题→提出假设→设计实验→验证假说→归纳综合→总结规律。
3.其他实例
①DNA复制方式的提出与证实；②中心法则的提出与证实；③遗传密码的破译；④孟德尔的豌豆杂交实验，总结了遗传因子的分离定律和遗传因子的自由组合定律。
二、类比推理法
1.方法解释
类比推理法是根据两个或两类对象在某些属性上相同，推断出它们在另外的属性上也相同的一种推理。与归纳和演绎不同的是，类比是从特殊到特殊、从一般到一般的推理。
2.典例分析
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。
3.其他实例
①细胞学说的建立过程中，施旺就运用了类比推理方法；②DNA模型建立的过程中，沃森和克里克运用了类比推理方法。
三、同位素标记法
1.方法解释
也叫做同位素示踪法，同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用示踪元素标记的化合物，其化学性质不会改变。借助同位素原子以研究有机反应历程的方法。科学家通过追踪示踪元素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。
2.典例分析
光合作用的暗反应中碳的转移途径：
3.其他实例
①探究DNA分子半保留复制；②分泌性蛋白的合成、加工、分泌过程；③噬菌体侵染大肠杆菌复制繁殖实验；④探究光合作用的产物氧气中的氧全部来自于水中的氧；⑤研究细胞有丝分裂的细胞周期；⑥有氧呼吸的产物水中的氧全部来自于氧气中的氧。
四、对照实验法
1.方法解释
对照实验是指两个或两个以上的相似组群进行比较，一个是“对照”组，作为比较的标准；另一个是实验组，是进行某种试验而采取的一些措施，通过一些实验步骤，然后观察其结果，与“对照”组进行比较，得出这种措施对研究对象所产生的影响。
不同于对比实验法：①一定要设计对照组；②实验结论是通过实验组与对照组的对照而得出的。
2.典例分析
酶化学本质的实验验证。①证明某种酶是蛋白质：待测酶液+双缩脲试剂→是否出现紫色反应（实验组）；已知蛋白液+双缩脲试剂→出现紫色反应（对照组）；②证明某种酶是RNA，待测酶液+吡罗红染液→是否出现红色（实验组）；已知RNA液+吡罗红染液→出现红色（对照组）。
3.其他实例
①实验验证酶的本质及催化作用；②验证酶的专一性实验；③探究影响酶活性因素的实验；④植物细胞质壁分离与复原实验的拓展应用；判断细胞死活、测定细胞液浓度范围、鉴定不同溶液（如蔗糖溶液和溶液）等；⑤糖类、脂肪、蛋白质的鉴定与区别；⑥生长素发现的实验；⑦验证生长素生理作用的实验；⑧探究影响光合作用因素的实验；⑨探究影响呼吸作用因素的实验；⑩比较过氧化氢在不同条件下的分解。
五、对比实验法
1.方法解释
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的方法。
不同于对照实验法：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。
2.典例分析
例如探究酵母菌细胞呼吸的方式：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：提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→得出结论。
3.其他实例
①肺炎双球菌的转化实验；②艾弗里证明DNA是遗传物质的实验。
六、建构模型法
模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下，再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物。
模型具有两方面的含义：①抽象化；②具体化。
1.物理模型
具体如下：
（1）方法解释物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型。
（2）典例分析DNA双螺旋结构的发现过程：1953年沃森和克里克共同构建了DNA双螺旋结构模型。
（3）其他实例 ①利用废旧物品制作生物膜流动镶嵌模型；②“制作DNA分子双螺旋模型”；③尝试制作真核细胞的三维结构模型；④建立血糖调节的模型；⑤建立减数分裂中染色体变化的模型；⑥构建人体细胞与外界环境的物质交换模型。
2.数学模型
具体如下：
（1）方法解释含义：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检验或修正类型：a.数学方程式（数学表达式）；b.数学曲线图。
（2）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，种群的数量每年一定得到倍数增长，第二年的数量是第一年的λ倍。
3.概念模型
具体如下：
（1）方法解释概念模型是指以文字表述来抽象地概括出事物本质特征的模型。
（2）典例分析 图解式解释模型——阐述达尔文自然选择学说的要点。
（3）其他实例①对真核细胞结构共同特征的文字描述；②尝试画出生态系统的结构模型等；③生态系统能量流动模型。
七、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。
1.样方法
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，求得每个样方的值，以所有样方种群密度的平均值作为该调查种群密度的平均值。
实例：①用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度；②土壤中小动物类群丰富度的研究。
2.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：①调查人群中的遗传病；②调查当地农田生态系统中的能量流动情况。
3.标志重捕法
在被调查种群的活动范围内，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个体数的比例，来估计种群密度。
实例：调查某种鼠的种群密度。
八、模拟法
1.方法解释
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。
2.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。细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。
3.其他实例
①性状分离比的模拟实验；②生物体维持pH稳定的机制实验。
作者介绍：贺新义，宁夏盐池高级中学（751500）。