高中生物教材中的科学发展史及科学研究方法

高中生物教材中的科学发展史及科学研究方法

必修一：

一、细胞学说的建立：

1、1543 年，比利时的维萨里指出：器官是由低一层次的结构“组织”构成。

2、1665 英国人虎克(Robert Hooke)用自己设计与制造的显微镜（放大倍数为 40-140 倍)观察了软木的薄片，第一次描述了植物细胞的构造，并首次用拉丁文 cella（小室)这个词来对“细胞”命名。

3、1680 荷兰人列文虎克（A. van Leeuwenhoek），首次观察到活细胞，观察过原生动物、人类精子、 鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌等。

4、19 世纪 30 年代德国人施莱登、施旺提出“细胞学说（Cell Theory)” 主要内容：

（1）细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成

（2）细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对其他细胞共同组成的整体的生命起作用

（3）新细胞可以从老细胞中产生

意义：它揭示了细胞结构的统一性和生物体结构的统一性。

5、1858 年德国的魏尔肖：新细胞是通过分裂获得。

二、对生物膜结构的探索历程：

1、1895 年 欧文顿（E.Overton） ：发现脂质更容易通过细胞膜，膜是由“脂质”组成的。 2、20 世纪初分离出哺乳动物红细胞膜主要化学成分分析，得出膜的主要化学成分是“蛋白质和脂质” 。

3、1925 年荷兰科学家 Gorter 和 Grendel 实验：从细胞膜中提取脂质，在水面上铺成单层分子，发现面积 是细胞膜的 2 倍，提出假说：细胞膜中的磷脂是双层的。

4、20 世纪 40 年代，有学者推测蛋白质是覆盖在“磷脂双分子层”的两侧。

5、1959 年罗伯特森（J.D.Robertsen）实验：提出生物膜是由“蛋白质---脂质---蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构。

6、1970 年 Larry Frye 等实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂交细胞 的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。提出假说：细胞膜具有流动性。

7、1972 年桑格和 尼克森提出： “流动镶嵌模型” 。

三、酶的发现：

1、1783 年，意大利科学家斯巴兰让尼用实验证明：胃具有化学性消化的作用；

2、1836 年，德国科学家施旺从胃液中提取了胃蛋白酶；

3、巴斯德之前：发酵是纯化学反应，与生命活动无关。

4、1875 年巴斯德（法、微生物学家） ：发酵与活细胞有关；发酵是整个细胞。

5、同年利比希（德、化学家） ：酵母细胞死亡并裂解释放出某种物质，引起发酵。

6、同年比希纳（德、化学家） ：获得不含酵母细胞的提取液，但未能分离鉴定出酶。

7、1926 年美、科学家萨姆纳：从刀豆种子提纯出来的脲酶是一种蛋白质。

8、20 世纪 80 年代，美国科学家切赫与奥特曼（美、科学家） ：少数 RNA 具有生物催化功能。

四、光合作用的探究历程：

1、1648 年海尔蒙脱(比利时)，把一棵 2.3kg 的柳树苗种植在一桶 90.8kg 的土壤中，然后只用雨水浇灌而 不供给任何其他物质，5 年后柳树增重到 76.7kg，而土壤只减轻了 57g。指出：植物的物质积累来自水

2、1771 年英国科学家普里斯特利发现，将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在密闭的玻璃罩内，蜡烛不容易 熄灭；将小鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内，小鼠不容易窒息而死，证明：植物可以更新空气。

3、1779 年荷兰医生英格豪斯，做了 500 多次实验，发现普里斯特利的实验只有在阳光下才能成功。

4、1785 年，由于空气组成的发现，人们明确了绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳。

5、1845 年，德国科学家梅耶根据能量守恒和转化定律指出，植物进行光合作用时，把光能 转换成化学能储存起来。

6、1864 年,德国科学家萨克斯把绿叶放在暗处理的绿色叶片一半暴光，另一半遮光（半叶法） 。过一段时 间后，用碘蒸气处理叶片，发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化，曝光的那一半叶片则呈深蓝色。

证明：绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。

7、1880 年，德国科学家恩吉尔曼把水绵和好氧型细菌放在没有空气的黑暗环境中，用极细的光束照射水绵。证明：叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，氧是叶绿体释放出来的。 8、1939 年代美国科学家鲁宾卡门采用放射性同位素标记法研究了光合作用，追踪水中的氧和二氧化碳中的氧。第一组相植物提供 H218O 和 CO2，释放的是 18O2；第二组提供 H2O 和 C18O，释放的是 O2。光合作用释放的氧全部来自来水。

9、20 世纪 40 年代，美国科学家卡尔文用放射性同位素方法标记 14C 做实验：探明 CO2 中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳。

五、植物细胞的全能性：

1958 年美国科学家斯图尔德将胡萝卜韧皮部中的一些细胞培养，由于细胞分化最终发育成完整的植株。

必修二：

一、遗传方面的科学家

1、1866 年 奥地利生物学家孟德尔用豌豆做实验材料，发表论文“植物杂交试验”，用“假说-演绎”思想提出了遗传学的分离定律、自由组合定律和遗传因子学说。

2、1903 年 美国细胞学家萨顿研究蝗虫减数分裂，用“类比-推理”思想发现了： 遗传因子与染色体的平行关系，提出了遗传的染色体学说。

3、1915 年 美国生物学家摩尔根通过果蝇眼色遗传，用“假说-演绎”思想证明了：基因在染色体上及基因在染色体上呈线性排列，创立了现代遗传学的基因学说。

4、18世纪英国著名的化学家和物理学家道尔顿，第1个发现了色盲症，也是第1个被发现的色盲症患者。

二、DNA是主要的遗传物质

1、1928年，英国科学家格里菲思通过实验推想，已杀死的S型细菌中，含有某种“转化因子”，使R型细菌转化为S型细菌。（体内转化实验）

2、1944年，美国科学家艾弗里和他的同事，通过实验证明上述“转化因子”为DNA，也就是说DNA才是遗传物质。（体外转化实验）

3、1952年，赫尔希和蔡斯，通过噬菌体侵染细菌的实验证明，在噬菌体中，亲代和子代之间具有连续性的物质是DNA，DNA是遗传物质。（同位素标记实验 32P 35S）

三、DNA分子的结构和复制

1、1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克提出DNA分子双螺旋结构模型。1957年克里克提出中心法则.提出DNA半保留复制的假说。（同位素标记法 密度梯度离心）

2、尼伦伯格和马太成功破译了第一个遗传密码。

四、进化：

1、1888 年拉马克提出以“用进废退”和“获得性可遗传”为核心的生物进化论。

2、1859 年英国博物学家达尔文提出以“自然选择学说”为核心的生物进化论。 环境与稳态：（必修三）

一、促胰液素的发现：（最先发现的激素）

（1）沃泰默的研究狗胰液分泌：研究思路正确，但理解错误，坚持促进胰液分泌是一个神经调节过程。

（2）斯他林和贝利斯提出假设：在盐酸的作用下，小肠黏膜产生了促进胰腺分泌胰液的化学物质。

（3）巴浦洛夫的研究：曾认为盐酸导致胰液分泌属于神经反射，后来认同以上两科学家的结论。

二、生长素的发现：

（1）1880 年达尔文胚芽鞘向光性实验：单侧光照射使胚芽鞘的尖端产生某种刺激，当这种刺激传递到下部伸长区时，造成背光侧生长快，植物表现向光生长。

（2）1910 年詹森实验：胚芽鞘尖端产生的刺激可透过琼脂片传递给下部，造成胚芽鞘弯曲生长。

（3）1914 年拜尔实验：顶尖产生的刺激在其下部分布不均，造成胚芽鞘弯曲生长。

（4）1928 年温特实验：（琼脂实验）造成胚芽鞘弯曲的刺激是一种化学物质，并命名为生长素。

（5）1934 年及以后郭葛的分离、提纯、鉴定：生长素的化学本质是吲哚乙酸。（IAA）

三、种群与生态系统

1、高斯：生态学家。他通过实验发现草履虫种群数量增长的S型曲线。

2、林德曼：美国人，生态学家。他通过对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行的定量分析，发现生态系统的能量流动具有单向流动、逐级递减两个特点，能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%～20%。

选修

1、动物细胞工程 1976年，阿根廷科学家米尔斯坦和德国科学家柯勒，通过细胞融合制备出单克隆抗体。

2、斯图尔得用胡萝卜韧皮部的细胞培养成了胡萝卜植株，证明了高度分化的植物细胞具有全能性。

3、韦尔穆特等在体外条件下将羊体细胞培养成了成熟个体，证明了哺乳动物体细胞核具有全能性。

高中生物科学研究方法：

分离各种细胞器的方法：研究细胞内各种细胞器的组成成分和功能，需要将这些细胞器分离出来。常用的方法是差速离心法：将细胞膜破坏后，形成由各种细胞器和细胞中其他物质组成的匀浆;将匀浆放入离心管中，用高速离心机在不同的转速下进行离心，利用不同的离心速度所产生的不同离心力，就能将各种细胞器分离开。

模型方法：模型是人们为了某种特定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。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等。以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，这种模型就是物理模型。沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模型，就是物理模型，它形象而概括地反映了所有DNA分子结构的共同特征。

提出假说：膜的成分和结构的初步阐明，最初都是先根据实验现象和有关知识，提出假说，而不是通过实验观察直接证实的。假说的提出要有实验和观察的依据，同时还需要严谨的推理和大胆的相像。假说需要通过观察和实验进一步验证和完善。

控制变量：实验过程中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量称做自变量，上述实验中氯化铁溶液和肝脏研磨液，都属于自变量，随着自变量的变化而变化的变量称做因变量，上述实验中过氧化氢分解速率就是因变量。除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。

除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。实验中只有反应条件是改变的，对照实验一般要设置对照组和实验组，在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同。

对比实验：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，这样的实验叫对比实验。

同位素标记法：同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。

孟德尔豌豆杂交实验： （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，则说明假说是错误的。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。

萨顿假说： （类比推理） 这是科学研究中常用的方法之一。他将看不见的基因与看得见的染色体的行为进行类比，根据其惊人的一致性，提出基因位于染色体上的假说。应当注意的是，类比推理得出的结论并不具有逻辑的必然性，其正确与否，还需要观察和实验的检验。

荧光标记法确定基因在染色体上：现代分子生物学技术能够用特定的分子，与染色体上的某一个基因结合，这个分子又能被带有荧光标记的物质识别，通过荧光显示，就可以知道基因在染色体上的位置。

样方法：估算种群密度最常用的方法之一，在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估计值。

标志重捕法：在被调查种群的生存环境中，捕获一部分个体，将这些个体进行标志后再放回原来的环境，经过一段时间后进行重捕，根据重捕中标志个体占总捕获数的比例来估计该种群的数量。是种群密度的常用调查方法之一。