BÀI 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ HỌC TẬP MÔN SINH HỌC
Ảnh
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ HỌC TẬP MÔN SINH HỌC
Khởi động
Khởi động
Để nghiên cứu các đối tượng của sinh học cần có phương pháp và thiết bị phù hợp. Các thiết bị và phương pháp nào thường đuợc dùng trong nghiên cứu và học tập môn Sinh học?
Ảnh
Gợi ý
Ảnh
Ảnh
Kính hiển vi
Máy li tâm
Ảnh
Kính lúp
Các phương pháp thường được dùng trong nghiên cứu và học tập sinh học:
- Phương pháp quan sát - Phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm - Phương pháp thực nghiệm khoa học
Phương pháp nghiên cứu sinh học
1. Phương pháp quan sát
- Quan sát là sử dụng các giác quan và phương tiện hỗ trợ để thu thập thông tin về một hay nhiều đối tượng hoặc hiện tượng. - Quan sát đuợc thực hiện theo các buớc sau:
Ảnh
Ví dụ
* Ví dụ 1: Quan sát và phân loại hạt giống đậu xanh (đỗ xanh). Bước 1. Xác định mục tiêu - Mục tiêu: quan sát hình thái hạt đậu xanh và chọn được hai loại hạt đậu xanh theo tiêu chí: loại I (hạt to, mẩy, chắc, đường kính lớn hơn hoặc bằng 2 mm), loại II (hạt nhỏ, lép, đường kính nhỏ hơn 2 mm). - Đếm số lượng và cân tổng khối lượng hạt mỗi loại. - Đối lượng: hạt đậu xanh cùng giống (100 g). - Đặc điểm quan sát: kích thước hạt. Bước 2. Tiến hành - Phương tiện: kính lúp cầm tay, cân đĩa. - Cân 100 g hạt giống đậu xanh, dàn đều trên khay nhựa. - Dùng kính lúp quan sát các hạt đậu xanh và chọn hai loại hạt dựa theo tiêu chí: loại I (hạt to, mẩy, chắc, đường kính lớn hơn hoặc bằng 2 mm), loại II (hạt nhỏ, lép, đường kính nhỏ hơn 2 mm). - Đếm số lượng hạt và cân tổng khối lượng các hạt mỗi loại Buớc 3. Báo cáo.
Lập bảng báo cáo kết quả về số lượng hạt và khối lượng hạt loại I, loại II theo mẫu bảng dưới đây.
Hình vẽ
Loại hạt
Số lượng hạt
Khối lượng hạt
Loại hạt I
Loại hạt II
- Đưa ra nhận xét về số lượng hạt và khối lượng của các hạt loại I với loại
2. Phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm
Phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm là phương pháp nghiên cứu được thực hiện trong không gian giới hạn của phòng thí nghiệm. Khi làm việc trong phòng thí nghiệm, học sinh cần tuân thủ các quy định về an toàn thí nghiệm
Ảnh
a) Phương pháp đảm bảo an toàn khi làm việc trong phòng thí nghiệm
a) Phương pháp đảm bảo an toàn khi làm việc trong phòng thí nghiệm Người nghiên cứu cần tuân thủ các quy định để giữ an toàn cho bản thân và các thiết bị, tài sản của phòng thí nghiệm. - Các lưu ý về an toàn cháy nổ, an toàn về hoá chất: Khi làm việc với những hoá chất độc hại dễ bay hơi cần phải thực hiện ở nơi có tủ hút khí độc hoặc ở nơi thoáng khí. Tuân thủ các quy tắc pha hoá chất để tránh xảy ra cháy nổ, đặc biệt khi sử dụng acid hoặc những chất dễ cháy nổ như cồn. kiểm tra sự vận hành của các thiết bị phòng chống cháy nổ, các máy móc hút mùi, chống độc, các thiết bị cấp cứu khi có sự cố. - Vận hành thiết bị: Trước khi sử dụng bất cứ thiết bị nào trong phòng thí nghiệm, người nghiên cứu cần phải nắm được quy tắc vận hành máy móc, thiết bị để có thể thu được kết quả chính xác nhất và không làm hư hại máy móc, thiết bị. Cần ghi lại nhật kí làm việc và tình trạng hoạt động vận hành của máy móc. - Trang bị cá nhân: Tuỳ theo từng yêu cầu của nghiên cứu và mỗi người khi làm việc trong phòng thí nghiệm cần phải có các trang bị riêng biệt. Thông thường, để đảm bảo an toàn, người thực hiện nghiên cứu phải mặc áo choàng, đeo găng tay, kính bảo hộ hoặc mặt nạ để chánh tiếp xúc với hoá chất độc hại, vi sinh vật gây bệnh.
b) Môt số kỹ thuật trong phòng thí nghiệm
Chúng ta sẽ xem xét một số kĩ thuật phòng thí nghiệm đơn giản có thể thực hiện tại phòng thí nghiệm sinh học của trường Trung học phổ thông. - Phương pháp giải phẫu: Để tìm hiểu cấu trúc của cơ thể thay các bộ phận của tế bào, người ta thường phải tiến hành giải phẫu để quan sát các bộ phận cấu thành. Ví dụ: giải phẫu các bộ phận rễ, thân, lá của cây hay các bộ phận của cơ thể động vật. - Phương pháp làm tiêu bản tế bào/nhiễm sắc thể (NST): Có nhiều cách khác nhau để có thể quan sát được các tế bào hay các cấu trúc bên trong tế bào như NST. Để quan sát tế bào, mẫu mô cần cắt thành lát đủ mỏng để có thể quan sát tế bào hoặc cấu trúc của tế bào dưới kính hiển vi. - Để quan sát NST của tế bào, có thể quan sát bằng phương pháp làm tiêu bản tươi theo các bước: mẫu vật sống được cố định bằng hoá chất và nhuộm màu, chia nhỏ mẫu, dầm ép để phá vỡ tế bào giải phóng các NST
3. Phương pháp thực nghiệm khoa học
Thực nghiệm khoa học là phương pháp thu thập thông tin trên đối tượng nghiên cứu trong những điều kiện được tác động có chủ đích. Sinh học là môn khoa học thực nghiệm, vì vậy, có nhiều phương pháp thực nghiệm được sử dụng trong nghiên cứu sinh học, một số phương pháp thường được sử dụng như: - Phương pháp nghiên cứu, phân loại sinh vật: định danh dưạ trên hình thái của sinh vật, phân tích gene, phân lập ( đối với vi khuẩn ). - Phương pháp tách chiết: tách emzyme, gene, các chất có hoạt tính sinh học. - Phương pháp nuôi cấy: nuôi cấy vi khuẩn; nuôi cấy mô tế bào động vật, thực vật; nuôi động vật, thực vật trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa,...
Thực nghiệm khoa học đuợc thực hiện theo các bước sau.
Ảnh
II. Các thiết bị nghiên cứu và học tập môn sinh học
1. Kính hiển vi
Chia làm hai loại: - Kính hiển vi quang học: + Sử dụng nguồn ánh sáng điện hay ánh sáng mặt trời chiếu lên mẫu vật + Độ phóng đại tối đa 1500 lần, độ phân giải 200nm. - Kính hiển vi điện tử: + sử dụng nguồn ánh sáng là các chùm electron chiếu qua bề mặt của mẫu vật. + Độ phóng đại tối đa lên tới 50 triệu lần, độ phân giải nhỏ hơn 1A°
Ảnh
Ảnh
2. Máy ly tâm
Sử dụng trong kĩ thuật phân đoạn tế bào. Đây là kĩ thuật tách các loại bào quan dựa trên khối lượng của chúng. Để tách các loại bào quan dựa trên khối lượng của chúng. Để tách và phân lập các bào quan, chúng ta cần phá vỡ các tế bào, sau đó cho vào ống nghiệm đem li tâm trong máy li tâm. Lực li tâm ở các tốc độ vòng quay khác nhau làm cho các bộ phận tế bào có khối lượng khác nhau được tách riêng và nằm ở các vùng khác nhau của ống li tâm.
Ảnh
Máy ly tâm Hettich EBA 200/200s/270/280/280s
3. Các thiết bị khác
Ảnh
Luyện tập 1
Bài tập kéo thả chữ
Phương pháp quan sát Phương pháp quan sát Phương pháp quan sát... - là thu thập thông tin trên đối tượng nghiên cứu trong những điều kiện được tác động có chủ đích là nghiên cứu được thực hiện trong không gian giới hạn của phòng thí nghiệm. ||là sử dụng các giác quan và phương tiện hỗ trợ để thu thập thông tin về một hay nhiều đối tượng hoặc hiện tượng. ||
Bài tập kéo thả chữ
Phương pháp quan sát - ||à sử dụng các giác quan và phương tiện hỗ trợ để thu thập thông tin về một hay nhiều đối tượng hoặc hiện tượng.||
Bài kiểm tra tổng hợp
Phương pháp quan sát là gì ? - là thu thập thông tin trên đối tượng nghiên cứu trong những điều kiện được tác động có chủ đích - false - là nghiên cứu được thực hiện trong không gian giới hạn của phòng thí nghiệm - false - là sử dụng các giác quan và phương tiện hỗ trợ để thu thập thông tin về một hay nhiều đối tượng hoặc hiện tượng - true - false - false - false
III. Các kĩ năng trong tiến trình nghiên cứu khoa học
1. Quan sát, thu thập dữ liệu.
Mọi nghiên cứu đều bắt đầu từ những quan sát để thu thập dữ liệu. Điều quan trọng trong khi quan sát là cần rèn luyện đức tính kiên trì, thận trọng. Việc sử dụng các công cụ thích hợp cũng giúp các nhà nghiên cứu khoa học thu được các số liệu chính xác, nhanh chóng và hình thành nên các giả thuyết khoa học
2. Đặt câu hỏi
Ảnh
3. Hình thành giả thuyết
Các nhà khoa học sử dụng các suy luận logic ngược lại với quy nạp, đi từ cái chung đến cái riêng, được gọi là diễn giải. Suy luận diễn giải giúp chúng ta suy diễn từ giả thuyết hay nguyên lí chung ra những điều tất yếu sẽ xảy ra nếu giả thuyết hay nguyên lí đó là đúng. Những điều tất yếu sẽ xảy ra mà chúng ta có thể suy ra từ giả thuyết hay nguyên lí chung được gọi là các dự đoán. Dự đoán được diễn đạt dưới dạng ‘nếu…thì’
4. Thiết kế và tiến hành thí nghiệm kiểm chứng
Thí nghiệm kiểm chứng được chia làm hai lô : + Một lô là đối chứng. + Một lô được gọi là lô thí nghiệm. Đối tượng nghiên cứu trong hai lô phải giống nhau về số lượng cũng như mọi đặc điểm sinh học. Môi trường nuôi dưỡng và mọi yếu tố của môi trường ở hai lô đều giống nhau ngoại trừ yếu tố cần nghiên cứu.
5. Phân tích kết quả nghiên cứu và xử lí dữ liệu
Dữ liệu thu được từ các quan sát thực địa hay từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cần được xử lí thận trọng để có thể rút ra được những kết luận phù hợp. Dữ liệu thường được các nhà khoa học trình bày dưới dạng biểu, đồ thị khác nhau (đường thẳng, đường cong, dạng cột...). Đồ thị có hai thông số được ghi trên trục tung, trục hoành được gọi là các biến. Trục hoành thường biểu thị sự thay đổi của biến độc lập, loại thông số nghiên cứu có thể chủ động thay đổi. Trục tung thường thể hiện sự thay đổi của biến phụ thuộc.
Ví dụ
Để giải thích số liệu trên đồ thị cần phải trải qua các bước phân tích đồ thị chung như sau:
- Xác định biến nào là biến độc lập,phụ thuộc và các đơn vị trên trục tung và trục hoành tương ứng là gì.
- Giải thích sự thay đổi của các biến thế nào? Nhanh hay chậm? Có tuyến tính hay không?
- Rút ra kết luận, kết quả thí nghiệm ủng hộ hoặc bác bỏ giả thuyết.
Ảnh
Ví dụ: Đồ thị dạng cong thể hiện mối quan hệ giữa tần số người bị ung thư phổi với số lượng điếu thuốc lá hút mỗi ngày ở Mỹ
6. Rút ra kết luận
Kết quả nghiên cứu thường được thẩm định và công bố trên các tạp chí khoa học và các nhà khoa học có thể tiến hành các thí nghiệm tương tự trên các đối tượng sinh vật khác nhau nhằm tìm kiếm thêm các bằng chứng ủng hộ giả thuyết. Một giả thuyết được kiểm nghiệm ở nhiều đối tượng khác nhau bởi các nhà khoa học khác nhau trên thế giới và được giới khoa học thừa nhận thì sẽ trở thành học thuyết khoa học.
IV. Tin sinh học - công cụ nghiên cứu và học tập môn sinh học
a) Tin sinh học
Tin sinh học (Bioinformatics) là ngành khoa học sử dụng các phần mềm máy tính chuyên dụng, các thuật toán, mô hình để lưu trữ, phân loại, phân tích các bộ dữ liệu sinh học ở quy mô lắm nhằm sử dụng chúng một cánh có hiệu quả trong nghiên cứu khoa học.
Tin sinh học đòi hỏi sự cộng tác của các chuyên gia từ nhiều ngành khoa học khác nhau như các nhà sinh học phân tử, hoá học, vật lý, toán học và chuyên gia công nghệ thông tin.Một số ứng dụng của tin sinh học là dùng phần mềm máy tính tìm kiêm các gene trong hệ gene và so sánh các hệ gene của các loài với nhau để tìm hiểu mối quan hệ tiến hoá giữa các loài sinh vật.
Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo trong nghiên cứu y học còn đem lại nhiều ứng dụng tuyệt vời mà trước đây chúng ta khó có thể hình dung được. Ví dụ: Sử dụng trí tuệ nhân tạo để sử lí thông tin bệnh nhân giúp các bác sĩ đưa ra các biện pháp chữa bệnh hiệu quả nhất cho bệnh nhân.
b) Công cụ nghiên cứu và học tập môn Sinh học
Để học tập môn sinh học một cách có hiệu quả chúng ta có thể sử dụng các công cụ tin học đơn giản trong việc tìm kiếm, khai thác thông tin trên internet, sử dụng các chươn trình tin học hay tự lập trình phần mềm mô tả các quá trình sinh học phức tạp. Ví Dụ: - Học sinh cũng có thể học và tự lập trình các phần mềm mô tả quá trình tái bản DNA, phiên mã và dịch mã. - Sử dụng phần mềm xây dựng sơ đồ tư duy để hệ thống kiến thức cũng là cách tiếp thu kiến thức hiệu quả.
Sinh học là một ngành khoa học thực nghiệm. Nghiên cứu sinh học chính là tìm hiểu các quy luật vật lí và hóa học vận hành như thế nào để tạo nên các đặc điểm kì diệu của sự sống. Vì vậy, để học tốt sinh học, các em cần trang bị một nền tảng kiến thức vững chắc về khoa học tự nhiên như toán học, vật lí và hoá học.
Luyện tập 2
?1 Nêu một số vai trò và thành tựu của tin sinh học
– Vai trò: Tin sinh học hỗ trợ rất nhiều cho các nghiên cứu sinh học và học tập hiệu quả môn sinh học, làm xuất hiện chuyên ngành mới như sinh học hệ thống. – Thành tựu: + Dùng phần mềm máy tính tìm kiếm các gene trong hệ gene và so sánh các hệ gene của các loài với nhau để tìm hiểu mối quan hệ tiến hoá giữa các loài sinh vật. + Sử dụng trí tuệ nhân tạo để xử lý thông tin của bộ nh nhân giúp các bác sĩ đưa ra được biện pháp chữa bệnh hiệu quả nhất cho từng bệnh nhân
Luyện tập 2_tiếp
?2 Chúng ta có thể sử dụng các công cụ tin học trong học tập môn Sinh học như thế nào?
+ Tìm kiếm, khai thác thông tin trên internet; + Sử dụng các chương trình tin học hay tự lập trình phần mềm mô tả các quá trình sinh học phức tạp. Ví dụ: – Học sinh có thể học và tự lập trình các phần mềm mô tả quá trình tải bản DNA, phiên mã và dịch mã. – Sử dụng phần mềm xây dựng sơ đồ tư duy để hệ thống kiến thừ
Dặn dò và kết thúc
Dặn dò
Ảnh
- Làm bài tập cuối bài - Xem lại bài giảng - Chuẩn bị bài tiếp theo
DẶN DÒ VỀ NHÀ
Kết thúc
Ảnh