導學案-像科學家一樣思考：科學思維

第一章生物科學和我們像科學家一樣思考：科學思維【高效導航】1．學習目標：

（1）通過生物進化理論的建構和發(fā)展歷程回答了如何進行生物科學的學習。（2）通過對進化理論不斷完善的發(fā)展歷程的了解來建構科學研究的基本過程。（3）掌握觀察、推理、分類、建立模型以及交流在生物科學的探究過程中的價值與作用。（4）理解探究是認識生命世界、學習生物科學的重要方法。（5）樹立實事求是的科學態(tài)度，培養(yǎng)不斷探索，勇于創(chuàng)新的科學精神。2．學習重點：通過對進化理論不斷完善的發(fā)展歷程的了解來建構科學研究的基本過程。3．學習難點：通過對進化理論不斷完善的發(fā)展歷程的了解來建構科學研究的基本過程?！翱础薄R經緯生物科學的學習過程“導”—自主預習一、科學家不斷思考：進化理論的創(chuàng)立和完善1．法國博物學家拉馬克研究了法國近郊不同地質年代地層中的____________，于1802年提出了__________的理論。拉馬克的主要結論：（1）______________________________________。（2）__________________________________。（3）_____________________________________。2．英國博物學家達爾文在環(huán)球考察中發(fā)現，加拉帕戈斯群島的地雀的形態(tài)逐漸發(fā)生變化，說明________________________。3．達爾文把這種保留和淘汰物種的過程稱為__________。4．20世紀60年代以后，隨著分子生物學的發(fā)展，日本學者木村資生提出了“__________”進化理論，簡稱“中性學說”。該學說認為，生物進化的主導因素不是__________，而是__________的隨機固定。每種生物的__________都有一定的進化速率。例如，組成血紅蛋白分子α鏈的氨基酸每年都以大約×10－9的速率發(fā)生置換。二、像科學家一樣思考：科學思維1．科學觀察是指__________________和__________緊密結合的考察研究方法。觀察必須______、______。通過觀察得到的信息稱之為______________。2．推理：當你對觀察到的現象____________時，就是在進行________。它不一定完全正確，它只是對現象的多種可能______中的一種。3．分類：____________________________________________________________。拉馬克就是通過______的方法發(fā)現古代生物和__________既相似又相異，從而得出物種不是不變的這一科學結論。4．建立模型：________________________________，如畫圖、列表等。5．交流：____________________________________。“學”—互動探究探究一科學家不斷思考:進化理論的創(chuàng)立和完善閱讀課本P6-9相關內容，結合圖1－4，思考并小組討論下列問題：1．以達爾文創(chuàng)立生物進化理論的過程為例，歸納總結科學思維的基本過程。提示：達爾文以博物學家的身份隨“貝格爾號”海軍勘探船進行了歷時5年的環(huán)球考察，在考察過程中，他進行了大量的觀察，發(fā)現了許多令他激動的事例，達爾文把觀察到的事例進行分類，進行了認真的思考和推理，建立了以“自然選擇”為中心內容的進化理論。為了讓世人了解他的觀點，他和華萊士等科學家進行了討論，1859年，他發(fā)表了曠世巨著《物種起源》。從以上介紹可以看出，科學思維的基本過程是：觀察→推理→分類→建立模型→交流。2．達爾文在進行環(huán)球考察的過程中，發(fā)現大部分海島上昆蟲的翅從很發(fā)達到不發(fā)達之間存在著許多過渡類型，而在風非常大的克格倫島上，達爾文觀察到的550種昆蟲中，有200種昆蟲的翅不發(fā)達或無翅，其他的昆蟲有發(fā)達的翅。根據科學思維的基本過程，你能對此現象作出解釋嗎？提示：在很久以前，克格倫島上的昆蟲類型也應該和其他島上一樣，有很多中間過渡類型。由于克格倫島上的風很大，現在保存下來的生物類型都應該是能夠適應大風這種環(huán)境的；而現在不存在的類型，很可能是由于不適應克格倫島上的大風環(huán)境而在長期的自然選擇過程中被淘汰了。3．分類是科學思維中很重要的環(huán)節(jié)，試以拉馬克“用進廢退”的進化理論為例，說明分類在科學思維中的作用。提示：在科學思維的過程中，對所觀察到的事物進行歸類，可以使它們之間的關系變得清晰，從而發(fā)現其中的規(guī)律。4．為什么說這一進化理論揭示了分子水平的進化規(guī)律，而且和達爾文的進化理論是相互補充的？提示：不矛盾。中性學說揭示了分子水平的進化規(guī)律，和達爾文的理論相互補充，更好地揭示了生物進化的本質。5．拉馬克的進化理論與達爾文的進化理論的各自不足是什么？提示：①“用進廢退”學說的觀點缺乏科學證據的支持，過于強調環(huán)境的變化直接導致物種的改變，過于強調“生物內在的自我改進力量”，認為動物的變異是由動物本身的意愿決定的。②達爾文進化學說的核心：生物的遺傳和變異是生物進化的內在因素，生存斗爭是生物進化的動力。定向的自然選擇決定生物進化的方向。【經典回眸】下列對“用進廢退”、“自然選擇”、“中性學說”三種進化理論的描述中，錯誤的是（）A．用進廢退理論開辟了進化理論的先河B．自然選擇學說是達爾文在很多事實的基礎上思考得出的C．中性學說是對自然選擇學說的否定D．對科學的熱愛，堅持長期探索，勤于觀察和收集事實是達爾文獲得成功的原因【解析】“用進廢退”理論由拉馬克提出，開辟了進化理論的先河，為科學進化理論的發(fā)展鋪平了道路?！爸行詫W說”揭示了分子水平的進化理論，和達爾文的理論相互補充，更好地揭示了生物進化的本質，而不是否定。【答案】C【變式訓練】1．按照達爾文進化論學說，下列敘述正確的是（）A．生活在地穴水中的盲螈，因長期不用眼睛而失去視覺B．食蟻獸的長舌是因為長期舔食樹縫中的螞蟻反復伸長所致C．鹿和狼在長期的生存斗爭中相互選擇，結果發(fā)展了自己的特征D．春小麥連年栽種可以變成冬小麥，這是環(huán)境影響的結果探究二像科學家一樣思考——科學思維閱讀課本P8－9相關內容，并結合圖Ⅰ－5，思考并小組討論下列問題：1．概述科學思維的基本過程。試舉一例說明推理在建立科學理論中的作用。提示：生命科學研究離不開科學思維，科學思維促進科學理論的發(fā)展，了解科學家的科學思維過程，像科學家一樣進行科學思維，也是我們的學習目標之一?？茖W思維的基本過程：觀察→推理→分類→建立模型→交流。當你對觀察到的現象做出解釋時，就是在進行推理，或者說做出推論。推論不一定完全正確，它只是對現象的多種可能解釋中的一種。例如，拉馬克在觀察到長頸鹿的長頸和長的四肢是因為長頸鹿希望吃到高處的樹葉而產生“伸長”的愿望的結果，并形成了“用進廢退”的進化觀點。事實上，這種觀點并不正確。后來長頸鹿的特殊形態(tài)通過達爾文的正確推論而被解釋。2．根據探究一的所問，我們是否能說所有的科學，都是以上那些過程呢？提示：不是所有的科學思維都必須依照這些環(huán)節(jié)，例如，有些科學思維過程可用驗證性試驗對所建立的模型進行檢驗。3．“每一項觀察都是科學思維的第一步”這種說法準確嗎？提示：不準確。當你用一種或多種感官去收集有關信息時，就是在觀察。而科學的觀察是指有目的、有計劃地和思維活動緊密結合的考察研究方法。4．只有經過科學的思維才能得出科學的結論。試以木村資生提出中性突變進化理論為例，說明推理環(huán)節(jié)在建立科學理論中的作用。提示：積極的科學思維能指引科學家找到正確的研究方向，篩選正確的研究方法，從而得出科學的結論。5．在科學思維的過程中，最重要的環(huán)節(jié)是哪一個呢？提示：科學思維有其基本的過程和環(huán)節(jié)，雖然不同的科學思維過程都有其不同的側重環(huán)節(jié)，比如有的側重推理，有的側重驗證，也有的側重分析，但在整個科學思維的過程中，每一個環(huán)節(jié)都很重要。【經典回眸】某同學將100mL酵母菌培養(yǎng)液放在適宜的溫度下,并且于相同時間間隔等量均勻地先后取樣5次，分別測定樣品中酵母菌的數量和pH，結果如下表：樣品酵母菌數量（個/mm3）pH18202100031210412105760根據以上數據回答下列問題：（1）圖中所示數值為________的結果。（填科學思維過程）（2）以另一種建模方式（坐標系）表示出酵母菌數量隨時間的動態(tài)變化過程。（3）從以上建模過程中，你能得出怎樣的結論？（時間與酵母菌數量的關系）___________________________?！窘馕觥浚?）圖中所示數值為某同學在相同時間間隔均勻地取樣、測定的結果，即科學思維過程中觀察的結果。（2）圖中所示數值與一個量有關，可用坐標系表示,如時間—酵母菌數量。（3）當培養(yǎng)條件適宜時，酵母菌會增殖，而酵母菌在生長繁殖過程中也會產生一些代謝產物影響環(huán)境條件。由于空間和營養(yǎng)有限，當酵母菌數量過多時會導致種內斗爭激烈而數量不再增加，甚至一段時間后數量會下降?！敬鸢浮浚?）觀察（2）（3）在一定時間內酵母菌數量增加，超過一定時間，酵母菌數量反而下降【實驗鏈接】通過實例體會科學思維中建模的重要意義。通過建?？梢允挂恍┝闵⒌臄祿砸欢ǖ囊?guī)律呈現，幫助人們理解無法直接觀察到的事物或過程。特別提醒：有些植物的種子中雖然沒有胚乳，但并不意味著沒有胚乳的發(fā)育，而是在種子發(fā)育的后期，胚乳養(yǎng)分被子葉吸收了。【變式訓練】2．下列關于推理研究的有關說法中，錯誤的是（）A．推理是根據現象提出合理的假設過程B．通過推理所得結論必須是完全正確的C．推理過程必須符合基本的邏輯關系D．通過對現象的推理可得出多種結論解析：選B。推理是對觀察到的現象所作出的解釋,即是一種合理的假設，由推理所得到的結論既可能是正確的，也有可能是錯誤的，這就需要通過實驗等加以驗證。3．下列不屬于生物學模型的是（）A．DNA分子雙螺旋模型B．胰島素空間結構模型C．始祖鳥化石D．有絲分裂FLASH課件【變式訓練參考答案】CBC“思”—課堂小結同學們，通過這節(jié)課學習，你有哪些收獲和體會，存在哪些疑問，請把它填在下面的表格中，以便及時總結、彌補知識缺漏，不吃夾生飯，不做欠賬人。收獲內容疑點內容“練”—當堂檢測1．“中性學說”認為進化的主導因素是（）A．自然選擇B．中性突變的隨機固定C．用進廢退D．適者生存2．列敘述中，屬于達爾文的進化理論觀點的是（）A．生物的器官是用進廢退B．自然選擇，適者生存C．生物是上帝創(chuàng)造的D．10-9是分子進化的標準速率3．生物科學的研究離不開科學思維，反過來科學思維又促進科學理論的發(fā)展，科學思維的基本過程是（）A.觀察→思考→再觀察→再思考B．觀察→假設→推理→實驗驗證→得出結論C．觀察→思考→總結→分析→統(tǒng)計D．觀察→推理→分類→建立模型→交流4．科學家發(fā)現?？谙x具有頭的特征和原脊椎構造，提出真正脊椎動物的進化可能是從?？谙x開始的。這一結論的提出體現出科學思維中的（）A．交流B．觀察C．分類D．推理5．科學家探究問題的基本過程一般包括提出問題、作出假設、實驗驗證、得出結論、表達交流等，科學思維往往貫穿在科學探究的整個過程中。閱讀下面的資料，分析回答：1796年，因國醫(yī)生愛德華·詹納注意到①擠牛奶的女工經常與患牛痘的奶牛接觸，她們手上會出現牛痘膿皰，但在天花流行時，卻從不感染天花。受這一現象的啟發(fā)；②詹納認為牛痘豆?jié){可能使人體獲得抵抗天花的能力。為