高三生物二轮复习-第9专题生物学的科学研究方法ppt课件.ppt

方法规律一、概念图概念图是一种能够比较直观体现概念之间关系的图,它是一种以网络图的形式,用联系词把概念之间有意义的联系表示出来的图形,由概念、连线和联系词组成。联系词和概念能表达一句话或一个观点。概念图标注了概念间的具体联系,反映了具体事物与知识结构整体之间的关系以及具体事物、具体概念在结构中的位置和作用,促进了对知识结构的理解。不同学习者绘制的概念图结果可能不同,因为认知结构不同,如关于植物体、光合作用、太阳能三者之间的联系,就可能有下面两种(见下图)甚至更多形式。绘制概念图有助于学生理解概念及概念之间的关系,贯穿整合学习内容,绘图的要领如下:首先列出概念,尽量多地搜集相关的概念,把概念用方框或圆圈圈起来,每个概念只能用一次。排列出这些概念的层级关系,注意理清不同概念之间的区别。用线条连接这些概念,并用连接词在连线上注明两者之间的具体联系。例1(2011 福建理综)下表选项中,甲、乙、丙三者关系能用右下图表示的是()【解析】依据题干中提供的信息逐项分析相关概念之间的联系:若甲为消费者,其呼吸作用产生的CO2释放到CO2库,CO2库中的CO2又可以通过生产者(丙)的光合作用固定到有机物中,消费者通过摄食,碳元素又可进入消费者,故A 正确;若甲为血浆,根据题意中的箭头指向分析乙不可能为淋巴,故B 错;若图表示生态系统的能量流向,分解者(丙)中的能量不可能被消费者(乙)利用,故C 错;若图表示甲状腺激素分泌的分级调节,乙应该为垂体,丙为甲状腺,故D 错。【答案】A二、假说 演绎法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,则证明假说是错误的。这是现代科学研究中常用的一种科学方法,叫做“假说-演绎法”。上述过程可简明概括为:提出问题 作出假说 演绎推理 检验假说。下面以孟德尔一对相对性状的杂交实验为例,将孟德尔的研究过程与假说 演绎法对应起来。孟德尔的研究过程 假说演绎法用纯种高茎豌豆和纯种矮茎豌豆作亲本进行杂交,子一代都表现为高茎;子二代中高茎与矮茎数量比为31在观察和分析基础上提出问题:(1)子一代为什么都是高茎的?(2)为什么遗传性状在杂种后代中按一定的比例分离呢?提出生物的性状是由体细胞中成对的遗传因子决定的,它们在形成配子时分别进入不同的配子,并随雌雄配子的随机结合遗传给后代通过推理和想象作出解释问题的假说:(1)用显性原理解释子一代的性状表现。(2)用分离原理解释子二代的性状分离及比例设计测交实验,并根据假说对测交实验的结果进行理论预期根据假说进行演绎推理:子一代是杂合子,必然产生两种数量相等的配子,与隐性亲本类型相交,后代的性状分离比例必然是11进行测交实验,真实的实验结果与理论预期的实验结果相一致,证明假说是正确的根据实验结果检验假说的正确与否:如果结果与预期结论相符,就证明假说是正确的;反之,证明假说是错误的DNA 复制方式的提出与证实,是运用“假说 演绎法”的又一案例。沃森和克里克在发表DNA 分子双螺旋结构的著名论文后,紧接着提出了遗传物质自我复制的假说:DNA 分子复制时,双螺旋解开,解开的两条单链分别作为模板,根据碱基互补配对原则形成新链,因而每个新的DNA 分子中都保留了原来DNA 分子的一条链,这种复制方式称为半保留复制。1958 年,科学家以大肠杆菌为实验材料,运用同位素标记法设计了巧妙的实验,实验结果与根据假说 演绎法推导的预期现象一致,证实了DNA 的确是以半保留方式复制的。例2(1)孟德尔运用假说-演绎法发现了遗传的两个基本规律。在自由组合定律发现过程中,孟德尔在观察豌豆的 实验时,提出了问题;通过严谨的推理和大胆的想象,提出了对 进行解释的假说;并进行了演绎推理,巧妙地设计了 实验,检验了演绎推理的结论。其中孟德尔在自由组合定律中的演绎过程是。(2)请用假说-演绎法对果蝇性状的遗传进行研究。果蝇体表硬而长的毛称为刚毛。在一个自然繁殖的直刚毛果蝇种群中,偶然出现了一只卷刚毛雄果蝇。请回答下列问题。卷刚毛性状是如何产生和遗传的呢?有一种假说认为这是亲代生殖细胞中X 染色体上的基因发生显性突变,请尝试再写出两种假说:;。已知这只卷刚毛雄果蝇与直刚毛雌果蝇杂交,F1全部表现为直刚毛,F1雌雄果蝇随机交配,F2的表现型及比例是直刚毛雌果蝇 直刚毛雄果蝇 卷刚毛雄果蝇=2 1 1,此时最合理的假说是,依据这一假说进行演绎推理,设计一个最简单的验证实验,实验设计思路是,请绘出验证实验的遗传图解(直刚毛和卷刚毛受等位基因A 和a控制)。【解析】(1)假说-演绎法的基本程序是:提出问题 作出假设 演绎推理 检验假说。孟德尔在对两对相对性状的遗传实验的研究基础上运用假说-演绎法发现了基因的自由组合定律。(2)该直刚毛自然种群中,偶现一只卷刚毛雄蝇,其可能的原因是亲代产生生殖细胞的过程中发生了:a.伴X 显性突变,b.伴X 隐性突变,c.常染色体显性突变等。分析杂交实验的结果可知,最合理的解释是该性状的出现是亲代产生生殖细胞时X 染色体上基因发生隐性突变。这可通过F1中的直刚毛雌蝇的测交来验证。【答案】(1)两对相对性状遗传性状自由组合现象测交若F1产生配子时成对的遗传因子分离,不同对的遗传因子自由组合,则测交后代应出现四种表现型,其比例大约为1 1 1 1(2)亲代生殖细胞中X 染色体上基因发生隐性突变亲代生殖细胞中常染色体上基因发生显性突变 亲代生殖细胞中X 染色体上基因发生隐性突变选择F1中直刚毛雌果蝇与这只卷刚毛雄果蝇进行测交。三、类比推理类比推理是根据两个(或两类)对象在一系列属性上是相同(或相似)的,并且已知其中的一个(或一类)对象还有其他特定的属性,由此推出,另一个(或一类)对象也具有同样的其他特定属性的推理方法。类比推理的逻辑形式可以表示如下:B 对象也具有属性d上式中,“A”和“B”可以表示两个类,也可以指两个个体,还可以是其中一个指某类,另一个指不同类的个体。在科学研究中,类比推理是提出假说的重要途径,往往可以导致新发现、新理论。但是,应当注意的是,类比推理的结论可能是正确的,也可能是错误的,其正确与否,还须通过观察和实验来检验。例3 下列各项科学发现,都早于艾弗里等人证实“DNA 是遗传物质”的实验,其中哪项成果不能作为当时生物学家推测“DNA 可能是遗传物质”的证据()A.同一物种的不同个体的体细胞DNA 含量稳定,但不同物种的体细胞DNA 含量不同B.配子中DNA 含量是体细胞DNA 含量的一半C.诱发突变最有效的紫外线波长是2.6 10-7m,与DNA 分子的吸收峰值相同D.DNA 分子含磷酸、五碳糖、含氮碱基等化学成分【解析】组成DNA 分子的化合物种类不能作为DNA 可能是遗传物质的证据,如RNA、ATP 等也是由这三种成分组成的;同一生物体的不同细胞中遗传物质含量稳定,不同生物间遗传物质含量不同;导致遗传物质发生变化最有效的紫外线波长刚好与DNA 分子的吸收峰值相同,说明DNA 可能是遗传物质。【答案】D四、模型建构模型是人们为了某种特定的目的而对认识对象所作的一种简化的、概括性的描述,这种描述可以是定性的,也可以是定量的;有的借助于具体的实物或其他形象化的手段,有的则通过抽象的形式来表达。所谓建模,就是要寻找变量之间的关系,构建模型,然后依据模型进行推导、计算,做出预测、结论等。建立模型,可以简化许多复杂的程序,理顺混乱的线条,使复杂的事物简单化、抽象的事物形象化。模型一般可分为物理模型、数学模型和概念模型等。物理模型常以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征。如人工制作或绘制的DNA 分子双螺旋结构模型、真核细胞三维结构模型。数学模型指的是用来描述系统或它的性质和本质的一系列数学形式。具体来说,数学模型就是为了某种目的,用字母、数学方程及其他数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图像、框图等描述客观事物的特征及其内在联系的数学结构表达式。建构数学模型的一般过程为:模型准备:了解问题的实际背景,明确其实际意义,掌握对象的各种信息,提出问题并用数学语言来描述问题。模型假设:根据实际对象的特征和建模的目的,对问题进行必要的简化,并用精确的语言提出一些恰当的假设。模型建立:在假设的基础上,利用适当的数学工具来刻画各变量之间的数学关系,建立相应的数学结构。模型检验:将模型分析结果与实际情形进行比较,以此来验证模型的准确性、合理性和适用性。如果模型与实际较吻合,则要对计算结果给出其实际含义,并进行解释。如果模型与实际吻合较差,则应该修改假设,再次重复建模过程。概念模型就是以概念图的形式直观地体现概念之间的关系(详见本专题第一点)。例4 调查某草原田鼠数量时,在划出的1 公顷的调查区内,设置100 个捕鼠笼,一夜间捕获田鼠32 只,将捕获的田鼠经标志后在原地释放。数日后,在同一地方再放置同样数量的捕鼠笼,这次共捕获30 只,其中有上次标志的个体10 只。请回答下列问题:(1)求该地区田鼠种群的个体总数。(2)若某种群中有成鼠a 只(计算时作为亲代),每只雌鼠一生产仔16 只,各代雌雄性别比例均为1 1,子代幼鼠均发育为成鼠,所有个体的繁殖力均相等,则从理论上计算,第n 代产生的子代数是多少?【解析】(1)利用标志重捕法,据样本来估测调查区域内动物种群的个体数量,而标志重捕法的数学依据是正比例函数,因而,此类题可用正比例函数来求解。设该地区的田鼠种群个体总数为y 只,第一次捕获的数量为x 只(全部标记再放回),第二次再捕获的数量为a 只,其中带标志的的有b 只,有=y=x,因 为定值,所以y 是x 的正比例函数(由此也可说明在某一区域捕到的某种动物越多,在该区域此种动物存在的就越多)。把a=30,b=10,x=32 分别代入y=x 中,得y=96,即该地区田鼠种群的个体总数为96 只。(2)由题意可知,鼠的增长量符合理想条件下种群数量增长类型的“J”型曲线,而“J”型曲线表示一个指数函数:Nt=N0t,该数学模型反映的是理想条件下某种群初始数量为N0,经过一段时间t 后,以增长率 连续增长达到的种群总数Nt的过程,易得t=n,N0=a。所以,解决该题的关键是求出。由于一只雌鼠一生产仔16 只,且各代雌雄比例为1 1,而只有雌鼠才能产仔,即每只雌鼠一生都可产8 只雌鼠,故=8。所以,Nn=a 8n,即第n 代产生的子代数为a8n。【答案】(1)96(2)a8n