第3節(jié)

生物學(xué)研究的基本方法課程：初中生物學(xué)教材：初中生物學(xué)北師大版（2024）七年級上冊章節(jié)：第3節(jié)

生物學(xué)研究的基本方法教材分析本節(jié)課通過響尾蛇追尋獵物的科學(xué)探究案例，引導(dǎo)學(xué)生理解實驗法的基本步驟和科學(xué)探究的一般過程，銜接了觀察、提問、假設(shè)、實驗驗證到得出結(jié)論的完整邏輯鏈條，體現(xiàn)了生物學(xué)研究中實證思維的重要性。內(nèi)容以生活化的情境和清晰的圖示呈現(xiàn)，幫助學(xué)生掌握提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計對照實驗等核心技能，培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)。教材通過對比實驗突出變量控制的思想，強(qiáng)化了學(xué)生對“證據(jù)”與“推理”關(guān)系的理解，同時滲透跨學(xué)科綜合應(yīng)用的意識。學(xué)習(xí)難點在于區(qū)分假設(shè)與結(jié)論、理解實驗設(shè)計中的對照原則。整體設(shè)計符合初中生認(rèn)知水平，注重思維引導(dǎo)而非知識灌輸，為后續(xù)生物學(xué)探究活動奠定方法基礎(chǔ)。學(xué)情分析學(xué)生已學(xué)習(xí)過生物的基本特征和科學(xué)探究的簡單方法，具備初步的觀察和邏輯思維能力，但對實驗設(shè)計的嚴(yán)謹(jǐn)性理解較淺。初中生好奇心強(qiáng)，喜歡動手實踐，但抽象思維和變量控制能力較弱。本節(jié)重點是理解實驗法的基本步驟及假設(shè)的可檢驗性，難點在于區(qū)分假設(shè)與結(jié)論、理解對照實驗的意義。需通過直觀案例如響尾蛇追蹤獵物的實驗，引導(dǎo)學(xué)生掌握提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗等科學(xué)探究流程，培養(yǎng)其依據(jù)證據(jù)推理的能力，同時激發(fā)對生物學(xué)研究的興趣。教學(xué)目標(biāo)通過分析響尾蛇捕食行為的探究過程，概括科學(xué)探究的基本步驟，形成對生命活動規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)探究的觀念。基于觀察現(xiàn)象和已有信息，運用推理與假設(shè)的方法，分析變量之間的關(guān)系，發(fā)展以證據(jù)為基礎(chǔ)的科學(xué)思維能力。在模擬設(shè)計驗證假設(shè)的實驗方案過程中，學(xué)會控制變量并記錄現(xiàn)象，提升探究實踐中解決問題的操作能力。通過了解科學(xué)探究中問題不斷深入的過程，認(rèn)同科學(xué)研究需要嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和持續(xù)探索精神，樹立求真務(wù)實的科學(xué)態(tài)度。重點難點教學(xué)重點理解科學(xué)探究的基本步驟和方法。掌握響尾蛇追蹤獵物的行為特征及其科學(xué)解釋。認(rèn)識實驗法在生物學(xué)研究中的應(yīng)用和重要性。教學(xué)難點理解響尾蛇如何利用毒液氣味追蹤獵物的機(jī)制。掌握科學(xué)假設(shè)的提出和驗證過程。區(qū)分實驗法中不同步驟的作用和相互關(guān)系。課堂導(dǎo)入在自然界中，許多動物的行為看似簡單，實則蘊含著復(fù)雜的科學(xué)原理。響尾蛇捕食后并不立即吞食獵物，而是放其逃走，過一段時間再進(jìn)行追蹤，這種行為引發(fā)了科學(xué)家的思考：響尾蛇依靠什么線索定位中毒的獵物？科學(xué)家通過系統(tǒng)研究，結(jié)合已有信息提出假設(shè)，并設(shè)計實驗進(jìn)行驗證。他們利用被毒殺和未被毒殺的老鼠分別測試響尾蛇的追蹤反應(yīng)，通過對比實驗現(xiàn)象，最終證實響尾蛇是依靠自身毒液產(chǎn)生的氣味來追尋獵物的。這一過程體現(xiàn)了科學(xué)探究的基本路徑：從觀察中發(fā)現(xiàn)問題，收集資料形成假設(shè)，再通過實驗檢驗假設(shè)并得出結(jié)論。實驗法作為科學(xué)研究的重要方法，通常包括提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗、實施操作、記錄現(xiàn)象、分析結(jié)果和得出結(jié)論等步驟。本節(jié)課將圍繞這一科學(xué)思維過程展開學(xué)習(xí)。探究新知人們常通過實驗法研究科學(xué)問題（一）科學(xué)探究從問題開始創(chuàng)設(shè)情景在森林中，響尾蛇捕獲獵物后并不立即吞食，而是釋放獵物，過一段時間再去追尋。這一行為引起了科學(xué)家的關(guān)注。為什么響尾蛇能準(zhǔn)確找到已經(jīng)逃走的獵物？它依靠什么線索進(jìn)行追蹤？這種自然現(xiàn)象背后隱藏著怎樣的科學(xué)規(guī)律？

圖1-11響尾蛇捕食獵物教師引導(dǎo)提問：“如果響尾蛇視力不好，無法看清遠(yuǎn)處物體，它還能靠眼睛找到獵物嗎？”結(jié)合資料信息，引導(dǎo)學(xué)生思考響尾蛇可能依賴的感知方式。進(jìn)一步提問：“響尾蛇舌部頻繁伸縮，這可能與什么功能有關(guān)？空氣中的氣味是否可能成為追蹤線索？”逐步引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注“毒液氣味”這一關(guān)鍵因素。學(xué)生活動閱讀提供的背景資料，小組討論并完成以下任務(wù)：列出響尾蛇具備的感知能力（如感光、感熱、嗅覺）。分析每種感知方式在遠(yuǎn)距離追蹤中的可行性?；谧C據(jù)提出一個合理的假設(shè)：響尾蛇可能是根據(jù)自身毒液的氣味來追尋獵物。教師點評肯定學(xué)生能結(jié)合生物學(xué)特征進(jìn)行邏輯推理，強(qiáng)調(diào)“提出假設(shè)必須基于已有事實”，如響尾蛇舌可感受氣味、未中毒動物不引發(fā)追蹤等。對僅憑想象無依據(jù)猜測的情況予以糾正，引導(dǎo)其回歸文本證據(jù)。教師總結(jié)科學(xué)探究始于問題：觀察自然現(xiàn)象可引發(fā)有價值的科學(xué)問題。提出假設(shè)需依據(jù)事實：利用已知信息進(jìn)行合理推測，是形成科學(xué)假設(shè)的基礎(chǔ)。響尾蛇的感知特點：視力弱、能感受熱源、舌具嗅覺功能，這些為其追蹤行為提供線索。（二）實驗法檢驗假設(shè)創(chuàng)設(shè)情景假設(shè)響尾蛇靠毒液氣味追蹤獵物，如何驗證這一想法？直接觀察難以得出結(jié)論，必須通過控制條件的實驗來檢驗?？茖W(xué)工作者設(shè)計了對比實驗，通過人為操控變量，觀察蛇的行為變化。

圖1-11響尾蛇捕食獵物教師引導(dǎo)展示實驗1和實驗2的設(shè)計方案，提問：“兩個實驗中，唯一不同的條件是什么？”引導(dǎo)學(xué)生識別自變量（是否被毒液擊中），明確對照實驗的意義。繼續(xù)提問：“為什么需要多次重復(fù)實驗？結(jié)果一致才能說明什么？”學(xué)生活動分析實驗過程，完成下列表格：實驗編號獵物狀態(tài)是否被追尋變量差異實驗1被毒液擊中而死的老鼠是是否含有毒液實驗2未被毒液擊中的死老鼠否是否含有毒液小組討論：該實驗是否支持原假設(shè)？實驗設(shè)計有哪些優(yōu)點（如控制單一變量、設(shè)置對照）？教師點評表揚學(xué)生能準(zhǔn)確找出實驗中的變量關(guān)系，強(qiáng)調(diào)“對照實驗是實驗法的核心”，指出重復(fù)實驗可減少偶然誤差，提高結(jié)論可靠性。教師總結(jié)實驗法的基本步驟：提出問題→作出假設(shè)→設(shè)計實驗→實施實驗→分析結(jié)果→得出結(jié)論。對照實驗的設(shè)計原則：控制單一變量，其他條件保持相同。實驗結(jié)果的意義：實驗1與實驗2的結(jié)果差異支持“響尾蛇依據(jù)毒液氣味追蹤獵物”的假設(shè)。（三）科學(xué)探究的延續(xù)性創(chuàng)設(shè)情景雖然實驗證實響尾蛇能依據(jù)毒液氣味追蹤獵物，但毒液由多種物質(zhì)組成，究竟是哪一種成分觸發(fā)了追蹤行為？這個問題至今尚未完全解答。每一個科學(xué)問題的解決，往往帶來新的疑問。教師引導(dǎo)提問：“如果我們想進(jìn)一步研究是毒液中的哪種化學(xué)物質(zhì)引起追蹤行為，應(yīng)該怎樣設(shè)計新的實驗？”引導(dǎo)學(xué)生思考如何分離變量、設(shè)計更精細(xì)的對照實驗，體會科學(xué)研究的遞進(jìn)性。學(xué)生活動小組設(shè)想下一步研究方案：將毒液中的不同成分分別涂抹在無毒獵物身上。觀察響尾蛇是否對特定成分表現(xiàn)出追蹤行為。討論實驗中需要控制的變量（如溫度、路徑、氣味濃度）。教師點評肯定學(xué)生能延續(xù)科學(xué)思維提出可行方案，提醒注意實驗操作的嚴(yán)謹(jǐn)性和可重復(fù)性，避免主觀判斷影響結(jié)果記錄。教師總結(jié)科學(xué)探究具有連續(xù)性：一個問題的解決常引出新的問題。科學(xué)方法可遷移應(yīng)用：使用實驗法不斷深入探究，有助于揭示更多生命奧秘。研究需實事求是：結(jié)論基于證據(jù)，未知領(lǐng)域激勵人類持續(xù)探索。實驗法通常按一定的程序進(jìn)行（一）實驗法的基本步驟創(chuàng)設(shè)情景在日常生活中，我們常常會觀察到一些自然現(xiàn)象并產(chǎn)生疑問。例如，為什么放在窗臺上的植物總是朝向陽光的方向生長？這種現(xiàn)象是否與光照有關(guān)？為了科學(xué)地回答這些問題，科學(xué)家通常采用實驗法進(jìn)行探究。實驗法不是隨意嘗試，而是按照一定的程序進(jìn)行，以確保結(jié)果的可靠性和科學(xué)性。教師引導(dǎo)提問：“如果我們要研究‘光照是否影響植物的生長方向’，應(yīng)該從哪里開始？”引導(dǎo)學(xué)生思考科學(xué)研究的起點——問題的提出。進(jìn)一步追問：“我們?nèi)绾沃雷约旱南敕ㄊ欠裾_？能否直接下結(jié)論？還是需要通過某種方式來驗證？”逐步引出實驗法的系統(tǒng)流程。展示教材中的實驗法流程圖，幫助學(xué)生建立整體認(rèn)知。

實驗法的一般步驟學(xué)生活動以小組為單位，圍繞“光照對植物生長方向的影響”這一主題，完成以下任務(wù)：提出一個以問號結(jié)尾的問題，明確變量關(guān)系；討論并列出可能影響植物生長方向的其他因素（如水分、溫度）；嘗試作出一個可檢驗的假設(shè)；設(shè)計簡單的對照實驗方案，區(qū)分實驗組和對照組。教師點評肯定學(xué)生能準(zhǔn)確表述問題（如“光照方向會影響植物的生長方向嗎？”），指出部分小組混淆了“假設(shè)”與“愿望”的區(qū)別，強(qiáng)調(diào)假設(shè)必須是可檢驗的陳述句。對實驗設(shè)計中控制單一變量的思路給予肯定，并糾正將多個條件同時改變的設(shè)計錯誤。教師總結(jié)發(fā)現(xiàn)問題并提出問題：科學(xué)探究始于對現(xiàn)象的觀察，問題應(yīng)以問號結(jié)尾，明確表達(dá)變量之間的關(guān)系，如光照方向與植物生長方向的關(guān)系。收集信息與作出假設(shè)：在已有知識基礎(chǔ)上收集相關(guān)信息，提出合理的嘗試性解釋，即假設(shè)，形式為可檢驗的陳述句，如“植物會向光生長”。設(shè)計并實施實驗：制定實驗方案，設(shè)置對照實驗，控制單一變量，觀察并記錄實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)。（二）實驗現(xiàn)象的分析與結(jié)論得出創(chuàng)設(shè)情景某同學(xué)進(jìn)行了“種子萌發(fā)是否需要光”的實驗，他將兩組相同的綠豆種子分別放在有光和無光環(huán)境中，保持其他條件一致。幾天后發(fā)現(xiàn)兩組種子都萌發(fā)了。面對這樣的實驗結(jié)果，我們應(yīng)該如何分析？能否直接說“光對種子萌發(fā)沒有影響”？教師引導(dǎo)結(jié)合上述案例，提問：“實驗中哪一個是實驗組？哪一個是對照組？實驗中的變量是什么？”引導(dǎo)學(xué)生回顧實驗設(shè)計原則。進(jìn)一步提問：“如果兩組結(jié)果相同，說明什么？如果不同，又說明什么？”展示教材中關(guān)于實驗結(jié)果分析的示意圖，幫助學(xué)生理解從現(xiàn)象到結(jié)論的推理過程。

實驗現(xiàn)象記錄與分析示例學(xué)生活動觀察圖片中的實驗記錄表，分組討論以下問題：圖中實驗的變量是什么？哪些條件保持相同？實驗組和對照組的現(xiàn)象有何異同？根據(jù)實驗結(jié)果，判斷假設(shè)是否成立，并嘗試寫出結(jié)論。教師點評表揚學(xué)生能準(zhǔn)確識別變量（光照），并指出部分小組在結(jié)論表述時使用了主觀語言（如“我覺得”），強(qiáng)調(diào)結(jié)論應(yīng)基于實驗結(jié)果，客觀陳述是否支持假設(shè)。提醒學(xué)生注意“不支持假設(shè)”不等于“實驗失敗”。教師總結(jié)實施實驗并記錄：按照設(shè)計方案進(jìn)行操作，如實記錄實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，保證客觀性。分析實驗現(xiàn)象：比較實驗組與對照組的結(jié)果，判斷差異是否由變量引起。得出結(jié)論：根據(jù)分析結(jié)果，判斷假設(shè)是否被支持，形成科學(xué)結(jié)論。結(jié)論應(yīng)與問題和假設(shè)相呼應(yīng)。（三）生物學(xué)研究的多種方法創(chuàng)設(shè)情景除了實驗法，科學(xué)家還經(jīng)常通過觀察池塘中生物的分布、調(diào)查校園內(nèi)植物種類、對動物進(jìn)行分類等方式開展研究。例如，在一片森林中發(fā)現(xiàn)多種鳥類，研究人員并未進(jìn)行實驗，而是通過長期觀察記錄它們的覓食行為和棲息環(huán)境，從而了解其生態(tài)習(xí)性。教師引導(dǎo)提問：“如果沒有人為設(shè)置實驗條件，我們還能獲得科學(xué)知識嗎？”引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到實驗法并非唯一的研究方法。列舉幾種非實驗研究實例，如用望遠(yuǎn)鏡觀察候鳥遷徙、統(tǒng)計班級同學(xué)的血型分布等。展示教材中關(guān)于生物學(xué)研究方法的歸納圖。

生物學(xué)研究的常用方法學(xué)生活動閱讀圖片內(nèi)容，小組合作完成匹配任務(wù)：

將下列研究實例與對應(yīng)的研究方法連線：測量并比較不同土壤中的蚯蚓數(shù)量→調(diào)查法拍攝并記錄螞蟻搬運食物的過程→觀察法將動物分為哺乳類、鳥類、爬行類等→分類法制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型→建模法教師點評肯定學(xué)生能正確匹配研究方法與實例，特別指出“觀察法”強(qiáng)調(diào)真實記錄，“調(diào)查法”注重數(shù)據(jù)收集，“分類法”依據(jù)特征歸類，“建模法”用于模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)。糾正個別小組將“建模”誤解為“手工制作”的偏差。教師總結(jié)多種研究方法并存：生物學(xué)研究不僅限于實驗法，還包括觀察、調(diào)查、分類、建模等方法。方法的選擇依據(jù)：根據(jù)研究目的和對象特點選擇合適的方法，如行為研究多用觀察法，物種統(tǒng)計常用調(diào)查法?？鐚W(xué)科綜合應(yīng)用：生物學(xué)常結(jié)合數(shù)學(xué)（數(shù)據(jù)分析）、物理（儀器使用）、化學(xué)（物質(zhì)檢測）等知識解決實際問題。課堂練習(xí)第1題【題文】若要了解某校學(xué)生的近視情況，所選用的研究方法恰當(dāng)?shù)氖牵ǎ〢．實驗法B．觀察法C．調(diào)查法D．比較法【答案】C第2題【題文】下列有關(guān)科學(xué)探究的敘述，錯誤的是（）A．探究一般是從發(fā)現(xiàn)問題、提出問題開始的B．探究實驗重復(fù)多次后，必能得到正確的結(jié)論C．需要利用多種方式呈現(xiàn)證據(jù)、數(shù)據(jù)，需要與他人交流合作D．既需要觀察和實驗，又需要對證據(jù)、數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析和判斷【答案】B第3題【題文】下列是研究"響尾蛇是根據(jù)什么標(biāo)記去追尋中毒的獵物"的幾個步驟，正確的順序是（）

①發(fā)現(xiàn)并提出問題②實施實驗并記錄③分析實驗現(xiàn)象④設(shè)計實驗方案⑤作出假設(shè)⑥得出結(jié)論⑦收集與問題相關(guān)的信息A．①②③④⑤⑥⑦B．①⑦⑤④②③⑥C．①②④⑦③⑤⑥D(zhuǎn)．①⑦③④⑤⑥②【答案】B板書設(shè)計科學(xué)探究的基本步驟發(fā)現(xiàn)并提出問題→收集相關(guān)信息→作出假設(shè)→設(shè)計實驗方案→實施實驗并記錄→分析實驗現(xiàn)象→得出結(jié)論實驗法的特點與應(yīng)用假設(shè)是可檢驗的陳述實驗需控制變量并進(jìn)行對比結(jié)論基于實驗現(xiàn)象分析，支持或不支持假設(shè)生物學(xué)研究的其他方法觀察法調(diào)查法分類法建模法跨學(xué)科綜合應(yīng)用教學(xué)反思本節(jié)課通過響尾蛇追尋獵物的實例，引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)探究的基本過程，包括提出問題、收集信息、作出假設(shè)、設(shè)計并實施實驗、分析現(xiàn)象和得出結(jié)論，幫助學(xué)生掌握實驗法的基本步驟及其在生物學(xué)研究中的應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容緊扣初中生物課程標(biāo)準(zhǔn)，注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和探究能力，成功通過具體案例激發(fā)興趣并強(qiáng)化對變量、假設(shè)、對照等核心概念的理解。學(xué)生能較好地理解實驗設(shè)計的邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性，但在理解“毒液中具體何種物質(zhì)引發(fā)追蹤行為”這一開放性問題時略顯困惑。若能補(bǔ)充簡單的生活類比或增加互動討論環(huán)節(jié)，可能更利于學(xué)生深入理解科學(xué)探究的持續(xù)性和復(fù)雜性。課后任務(wù)生物與化學(xué)——自制“毒液追蹤”指示劑學(xué)生利用廚房中的紫甘藍(lán)汁作為酸堿指示劑，模擬響尾蛇通過毒液氣味追蹤獵物的過程。將紫甘藍(lán)切碎后用熱水浸泡，過濾出紫色液體作為指示劑。準(zhǔn)備兩個棉球，一個浸入醋（酸性溶液）中，另一個浸入小蘇打水（堿性溶液）中，分別放在紙盒兩端。用棉簽蘸取不同濃度的醋，在紙上畫出“獵物逃跑路徑”。學(xué)生手持浸過紫甘藍(lán)汁的紙條，沿著路徑緩慢移動，觀察紙條顏色變化（酸堿反應(yīng)引起顏色變化），模擬響尾蛇通過氣味追蹤獵物的行為。結(jié)合化學(xué)中酸堿反應(yīng)的知識，分析指示劑顏色變化的原理，理解響尾蛇如何通過氣味識別毒液痕跡，從而追蹤中毒獵物。拓展遷移科學(xué)家在研究響尾蛇追蹤獵物的過程中發(fā)現(xiàn)，響尾蛇在捕食后會釋放獵物，待其中毒一段時間后再沿特定路徑追尋。通過實驗發(fā)現(xiàn)，響尾蛇能準(zhǔn)確追蹤被自己毒液注入后的獵物，而對未被毒液接觸的獵物無追蹤行為。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，響尾蛇在追蹤過程中頻繁伸縮舌頭，感知空氣中的化學(xué)物質(zhì)。這表明響尾蛇可能通過毒液中的特定化學(xué)成分釋放的氣味信號來識別并追蹤獵物。這一發(fā)現(xiàn)啟發(fā)人們，可以利用某些動物的感知能力開發(fā)新型探測設(shè)備，例如模仿蛇類感知機(jī)制設(shè)計的氣味追蹤機(jī)器人，用于搜救或環(huán)境監(jiān)測。問題：響尾蛇追蹤中毒獵物的關(guān)鍵依據(jù)是什么？這一原理可如何應(yīng)用于科技領(lǐng)域？答案：響尾蛇追蹤中毒獵物的關(guān)鍵依據(jù)是毒液釋放的氣味信號，它通過舌頭感知空氣中的化學(xué)成分來定位獵物。這一原理可應(yīng)用于科技領(lǐng)域，如開發(fā)氣味追蹤機(jī)器人，用于災(zāi)難搜救或有害氣體檢測等場景。課前任務(wù)預(yù)習(xí)任務(wù)閱讀教材，了解科學(xué)探究的基本步驟，明確實驗法的七個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：發(fā)現(xiàn)并提出問題、收集信息、作出假設(shè)、設(shè)計