高中生物科学史及科学研究方法

科学史

必修一

一、细胞学说建立过程涉及几个重要科学家

1、虎克：英国人，细胞的发现者和命名者。他用显微镜观察植物的木栓组织，发现由许多规则的小室组成，并把“小室”称为cell——细胞。

2、列文虎克：荷兰人，他用自制的显微镜进行观察，对红细胞和动物精子进行了精确的描述，但没用“细胞”来描述其发现。

3、19世纪30年代，德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出了细胞学说，指出细胞是一切动植物结构的基本单位。

4、维尔肖：德国人，他在前人研究成果的基础上，总结出“细胞通过分裂产生新细胞”。

二、生物膜流动镶嵌模型涉及的科学家

5、欧文顿：1895年他曾用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行地上万次的试验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。于是他提出了膜由脂质组成的假说。

6、罗伯特森：1959年他在电镜下看到了细胞膜清晰的暗-亮-暗的三层结构，结合其他科学家的工作，提出了生物膜结构的“单位膜”模型。

7、桑格和尼克森：在“单位膜”模型的基础上提出“流动镶嵌模型”。强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性。为多数人所接受

三、与酶的发现有关的科学家

8、斯帕兰札尼：意大利生理学家。1783年他通过实验证实胃液具有化学性消化作用。

9、巴斯德：法国微生物学家，提出酿酒中的发酵是由于酵母菌的存在，没有活细胞的参与，糖类是不可能变成酒精。

9、李比希：德国化学家。认为引起发酵时酵母细胞中的某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用。

10、毕希纳：德国化学家。他从酵母细胞中获得了含有酶的提取液，并用这种提取液成功地进行了酒精发酵。

11、萨姆纳：美国化学家。1926年，他从刀豆种子中提取到脲酶的结晶，并用多种方法证明脲酶是蛋白质。荣获1946年诺贝尔化学奖。

12、20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也有生物催化作用。

四、光合作用的发现涉及的科学家

13、1771年，英国科学家普里斯特利，通过实验发现植物可以更新空气。

14、1779年，荷兰科学家英格豪斯做普里斯特利的实验，发现只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。

15、1785年，发现了空气的组成，明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳。

16、1845年，德国科学家梅耶指出植物在进行光合作用时，将光能转换成化学能储存起来。

17、1864年，德国科学家萨克斯，通过实验证明光合作用产生了淀粉。

18、 1880年，美国科学家恩格尔曼，通过实验证明叶绿体释放氧气，是植物进行光合作用的场所。

19、20世纪，30年代，美国科学家鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用中释放的氧全部来自水。

20、卡尔文：美国人，生物化学家，植物生理学家。在20世纪40年代，他及其合作者开始利用放射性同位素标记法研究光合作用，经9年左右的研究，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。

必修二

一、遗传方面的科学家

21、孟德尔：奥地利人，遗传学的奠基人。他进行了长达8年的豌豆杂交实验，通过分析实验结果，发现了生物遗传的规律。1866年他发表论文《植物杂交试验》，提出了遗传学的分离定律、自由组合定律和遗传因子学说。豌豆杂交实验运用假说演绎法。

22、约翰逊：丹麦人，植物学家。1909年给孟德尔的“遗传因子”重新起名为“基因”，并提出表现型和基因型概念。

23、魏斯曼：德国人，动物学家。他预言在精子和卵细胞成熟的过程中存在减数分裂过程，后来被其他科学家的显微镜观察所证实。。

24、萨顿：美国人，细胞学家。1903年，他在研究中发现孟德尔假设的遗传因子的分离与减数分裂过程中同源染色体的分离非常相似，并由此提出了萨顿假说—基因位于染色体上。（类比推理）25、摩尔根：美国人，遗传学家，胚胎学家。他用果蝇做了大量实验，发现了基因的连锁互换定律，人们称之为遗传学的第三定律。他还证明基因在染色体上呈线性排列，为现代遗传学奠定了细胞学基础。

26、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

27、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）

28、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）

29、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，而不是蛋白质。（同位素标记实验32P，35S）

三、DNA分子的结构和复制

30、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）

31、尼伦伯格和马太成功破译了第一个遗传密码。

四、进化：

32、拉马克：法国博物学家，生物进化论的先驱。最先提出了生物进化的学说，认为生物是不断进化的，生物进化的原因是用进废退和获得性遗传。

33、达尔文：英国博物学家，生物进化论的主要奠基人。1859年，他出版了科学巨著《物种起源》，书中充分论证了生物的进化，并明确提出自然选择学说来说明进化机理。他创立的进化论的影响远远超出了生物学的范围，它给予神创论和物种不变论以致命的打击，为辩证唯物主义世界观提供了有力的武器。

必修三

一、内环境与稳态

34、贝尔纳：法国人， 1857年，他提出“内环境”的概念，并推测内环境的恒定主要依赖于神经系统的调节。

35、坎农：美国人，生理学家。1926年，他提出了“稳态”的的概念，并提出了稳态维持机制的经典解释：内环境稳态是在神经调节和体液调节的共同作用下，通过机体各种器官、系统分工合作、协调统一而实现的。

36、目前普遍认为：神经——体液——免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制

二、动物激素的调节

37、沃泰默：法国人，生理学家。他通过实验发现，把通向狗的上段小肠的神经切除，只留下血管，向小肠内注入稀盐酸时，仍能促进胰液分泌。但是他却囿于定论，认为这是由于小肠上微小的神经难以剔去干净的缘故。

38、斯他林：英国人，生理学家。1902年，他和贝利斯从小肠黏膜提出液中发现了促使胰液分泌的物质——促胰液素。1905年，他们提出“激素”这一名称，并提出激素在血液中起化学信使作用。

39、巴甫洛夫：俄国人，生理学家，现代消化生理学的奠基人。1891年开始研究消化生理，在“海登海因小胃”基础上，他制成了保留神经支配的“巴甫洛夫小胃”，并创造了一系列研究消化生理

的慢性实验方法，揭示了消化系统活动的一些基本规律。为此，他荣获1904年诺贝尔生理学或医学奖。20世纪初，他的研究重点转到高级神经活动方面，建立了条件反射学说。

三、生长素的发现过程

40、1880年，达尔文通过实验推想，胚芽鞘的尖端可能会产生某种物质，这种物质在单侧光的照射下，对胚芽鞘下面的部分会产生某种影响。

41、詹森：丹麦植物生理学家。1910年，他通过实验证明，胚芽鞘顶尖产生的刺激可以透过琼脂片传递给下部。

42、拜尔：匈牙利植物生理学家。1914年，他通过实验证明，胚芽鞘的弯曲生长，是因为顶尖产生的刺激在其下部分布不均匀造成的。

43、温特：荷兰植物生理学家。1928年，他用实验证明造成胚芽鞘弯曲的刺激是一种化学物质，他认为这可能是和动物激素类似的物质，并把这种物质命名为生长素。

44、1934年，荷兰科学家郭葛等人从植物中提取出吲哚乙酸——生长素。

四、种群与生态系统

45、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。

46、林德曼：美国生态学家。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

47、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。

48、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。

49、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。

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。原则：对照、单一变量、平行重复

对比实验：实验结果未知，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。如探究酵母苗菌的呼吸方式

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。如分泌蛋白合成及分泌过程，光反应产生的O2来自H2O还是CO2,暗反应中CO2还原成糖过程即卡尔文，DNA复制等。

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。此外，摩尔根证明基因在染色体上。沃森和克里克提出DNA复制假说，及后来Sanger的演绎推理及实验证明。想一想，这种方法与传统的归纳法有什么不同？

萨顿假说类比推理：这是科学研究中常用的方法之一。19世纪物理学家研究光的性质时，曾经将光与声进行类比。声有直线传播、反射和折射等现象，其原因在于它有波动性。后来发现光也有直线传播、反射和折射等现象，因此推测光也可能有波动性。上面介绍的萨顿的推理，也是类比推理。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。调查植物或活动能力弱的小动物，如蚜虫的种群密度。

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。动能力强的动物，如田鼠的种群密度。

取样器取样法：土壤小动物的丰富度。

血细胞计数板法：在液体培养基中探究酵母菌种群增长方式。

系统学研究方法：魏斯曼和林德曼研究生态系统的能量流动。

模拟法：在生物学研究中，有时不能对研究对象直接进行控制或干预性的操作，需要设计和构想出研究对象的替代物，通过对替代物的实验来获取经验性材料，这种方法称为模拟法。必修一中的用琼脂块模拟研究细胞大小与物质运输的关系、必修二中的用小球进行性状分离比的模拟等。

模型法

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、概念模型和数学模型等。

1物理模型：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。必修一中的“生物膜的流动镶嵌模型”、“尝试制作真核细胞的三维结构模型”、必修二中的“减数分裂中染色体变化的模型”、“DNA的双螺旋结构模型”。

2概念模型：用文字、符号等组成的流程图形式对事物的生命活动规律和机理进行描述和阐明的模型，概念图是最常见的一种概念模型。必修二中的“达尔文自然选择学说解释模型”、必修三中的“人体细胞与外界环境的物质交换模型”、“血糖调节模型”、“体温调节模型”、“水盐调节模型”、“免疫调节模型”、“生态系统的结构模型”等。

3数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形成，表达方式一般有曲线图、数学公式。例如必修三中的“种群数量增长的数学模型”。