Để hình thành và phát triển năng lực sinh học thi các phương pháp nghiên cứu thế giới sống cũng chính là các phương pháp học tập môn Sinh học như phương pháp quan sát, làm việc trong phòng thí nghiệm, thực nghiệm khoa học.

a. 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 được thực hiện theo các bước như trong hình 2.1.

Hình 2.1. Sơ đồ các bước quan sát

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 ≥ 2 mm

+ Loại II. hạt nhỏ, lép, đường kinh < 2 mm

– Đếm số lượng và cận tổng khối lượng hạt mỗi loại.

– Đối tượng, hạt đậu xanh cùng giống (100 g).

– Đặc điểm quan sát. kích thước hạt.

Bước 2. Tiến hành

– Phương tiện kinh lúp cầm tay, cân địa

– Cân 100 g hạt giống đậu xanh, dãn đều trên khay nhựa

– Dùng kính lúp quan sát các hạt đậu xanh và chọn hai loại hạt dựa theo tiêu chí hạt loại I (hạt to, mẩy, chắc, đường kính ≥ 2 mm); hạt loại II (hạt nhỏ, lép, đường kính < 2mm).

– Đếm số lượng hạt và cân tổng khối lượng các hạt mỗi loại.

Bước 3. Báo cáo

– Lập bảng báo cáo kết quả về số lượng hạt và khối lượng hạt loại I, loại II theo mẫu bảng 2.1.

Bảng 2.1. Số liệu quan sát và phân loại hạt giống đậu xanh theo tiêu chỉ

– Đưa ra nhận xét về số lượng hạt và khối lượng của các hạt loại I và loại II

Phương pháp quan sát là sử dụng giác quan thu thập thông tin, gồm ba bước; xác định mục tiêu, đối tượng và đặc điểm cần quan sát; lựa chọn phương tiện quan sát và thu nhận thông tin; xử lí thông tin và báo cáo kết quả.

 

b. Phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm

– Phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm là phương pháp nghiên cứu (thu nhận thông tin) 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

– Các bước làm việc trong phòng thí nghiệm được thể hiện trong hình 2.2.

Hình 2.2. Sơ đồ các bước làm việc trong phòng thí nghiệm

Ví dụ 2: Thí nghiệm tìm hiểu khả năng nảy mầm của hạt đậu xanh trong phòng thí nghiệm.

Buớc 1.

– Chuẩn bị dụng cụ, hóa chất nước, đĩa petri, bông tham nước, panh, kinh lúp cầm tay, thiết bị chụp ảnh

– Mẫu vật. 30 hạt đậu xanh loại I và 30 hạt đậu xanh loại II (đã phân loại ở vi dụl).

– Thiết bị an toàn áo bảo hộ, găng tay

Bước 2.

– Ngâm 30 hạt đậu xanh loại I và 30 hạt đậu xanh loại II vào nước trong 3 giờ

– Tiến hành thi nghiệm

+ Đặt bông đã thẩm nước vào 6 đĩa petri. Lấy 30 hạt đậu xanh loại I (đã ngâm) cho vào 3 đĩa (ghi nhãn lần lượt 1, 2, 3), mỗi đĩa 10 hạt Lấy 30 hạt đậu xanh loại II (đã ngâm) cho vào 3 đĩa (ghi nhãn lần lượt 4, 5, 6), mỗi đĩa 10 hạt.

+ Để 6 đĩa petr đỏ ở nhiệt độ phòng trong 3 ngày. Mỗi ngày kiểm tra và bổ sung nước để đảm bảo cho hạt nảy mầm. Chụp ảnh các địa hạt đậu xanh nảy mầm làm minh chứng.

+ Đểm số hạt nảy mầm ở mỗi đĩa petri, ghi kết quả vào bảng 2.2

Bảng 2.2. Kết quả thí nghiệm nảy mầm của hạt đậu xanh

– Tuân thủ các quy định an toàn trong phòng thực hành

Bước 3.

– Làm bảo cáo kết quả thí nghiệm theo các nội dung sau

+ Tên thí nghiệm.

+ Câu hỏi nghiên cứu

+ Dụng cụ, hoá chất và mẫu vật.

+ Phân công nhiệm vụ trong nhóm.

+ Các bước tiến hành

+ Kết quả thí nghiệm

+ Phân tích kết quả và đưa ra kết luận kem ảnh minh chứng

+ Nhận xét, đánh giá

– Thu gom rác thải và để các dụng cụ thí nghiệm vào nơi quy định.

– Rửa sạch tay bằng nước sạch vả xà phòng sau khi kết thúc thí nghiệm.

Làm việc trong phòng thí nghiệm là một phương pháp thu nhận thông tin được thực hiện trong không gian giới hạn của phòng thí nghiệm, gồm ba bước: chuẩn bị, tiến hành và báo cáo kết quả.

 

c. 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 Thực nghiệm khoa học gồm các bước như trong hình 2.3.

Hình 2.3. Sơ đồ các bước thực nghiệm khoa học

– Thực nghiệm khoa học có thể là tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc là các phép thủ trên đối tượng nghiên cứu ngoài tự nhiên, nhằm mục đích khảo sát hiện trạng phát hiện vấn đề hoặc kiểm chứng cho một giả thuyết được đặt ra trước đó.

Ví dụ 3: Thí nghiệm tìm hiểu khả năng nảy mầm của hạt đậu xanh ở thực địa

Bước 1: Thiết kế mô hình thực nghiệm và chuẩn bị các điều kiện thí nghiệm.

– Thiết kế mô hình thực nghiệm

+ Lô 1 gieo 100g hạt đậu xanh loại I vào ô đất 1

+ Lô 2 gieo 100 g hạt đậu xanh loại II vào ô đất 2.

Hai lô đất tương đương về chất đất.

– Chuẩn bị dụng cụ dụng cụ làm đất, dụng cụ tưới nước, thiết bị chụp ảnh.

– Mẫu vật: 100 g hạt đậu xanh loại I và 100 g hạt đậu xanh loại II (phân loại theo tiêu chỉ ở ví dụ 1)

– Thiết bị an toàn găng tay, ủng cao su,…

Bước 2: Tiến hành và thu thập số liệu thực nghiệm

– Tiến hành thí nghiệm Ngâm hạt đậu xanh vào nước sạch trong khoảng 3 giờ ở nhiệt độ thường.

+ Vớt hạt và gieo theo các lỗ thí nghiệm, tưới đủ nước hằng ngày (lượng nước tưới ở hai lỗ như nhau).

+ Quan sát, đếm số hạt đậu xanh nảy mầm ở mỗi lô thí nghiệm sau 5 ngày, ghi kết quả tỉ lệ hạt nảy mầm ở mỗi lô thí nghiệm.

– Tuân thủ các quy định an toàn khi thực hành ngoại thực địa.

Bước 3: Xử lí số liệu thực nghiệm và báo cáo

– Làm báo cáo kết quả thí nghiệm theo các nội dung sau

+ Tên thí nghiệm

+ Câu hỏi nghiên cứu

+ Dụng cụ, hóa chất và mẫu vật.

+ Phân công nhiệm vụ trong nhóm

+ Các bước tiến hành

+ Kết quả thí nghiệm

+  Phân tích kết quả và đưa ra kết luận.

+ Nhận xét, đánh giá.

– Thu gom rác thải và để các dụng cụ thí nghiệm vào nơi quy định.

– Rửa tay bằng nước sạch và xà phòng sau mỗi lần thực nghiệm.

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. Thực nghiệm khoa học gồm các bước: chuẩn bị các điều kiện cho thực nghiệm; tiến hành và thu thập số liệu thực nghiệm; xử lí số liệu thực nghiệm và báo cáo.

Nghiên cứu khoa học được thực hiện theo các bước tạo thành một tiến trình (hình 2.4) và mỗi bước là một kĩ năng

Hình 2.4. Các bước trong tiến trình nghiên cứu khoa học

Các bước trong tiến trình nghiên cứu khoa học

Bước 1. Quan sát và đặt câu hỏi

Quan sát là bước đầu tiên để nhận ra vấn đề cần giải quyết. Qua quan sát đặt ra những câu hỏi, từ đó tìm ra “vấn đề” nghiên cứu.

Ví dụ: Qua quan sát hình thái của hạt, chọn hai loại hạt dầu xanh (xem ví dụ 1, trang 12). Từ đó, câu hỏi đặt ra là “Hình thái của hạt đậu xanh có liên quan đến khả năng nảy mầm của hạt đậu xanh không?” 

Bước 2. Hình thành giả thuyết khoa học

Giả thuyết khoa học, còn gọi là giả thuyết nghiên cứu, là một giả định sơ bộ về bản chất của sự vật và hiện tượng do người nghiên cứu đưa ra để chứng minh hoặc bác bỏ. Một giả thuyết phải cụ thể và liên quan trực tiếp đến câu hỏi đang đặt ra.

Ví dụ: Tiếp theo, giả thuyết được đặt ra là “Nếu sự nảy mầm của hạt đậu có liên quan tới hình thái của hạt thì hạt đậu có hình trụ; hạt to, máy, chắc, vỏ hạt xanh bóng sẽ nảy mầm tốt và đều”.

Bước 3. Kiểm tra giả thuyết khoa học

Kiểm tra giả thuyết khoa học chính là làm thực nghiệm để chứng minh hoặc bác bỏ giả thuyết.

Nếu kết quả thử nghiệm không ủng hộ giả thuyết đưa ra thì cần phải kiểm tra lại quá trình thực nghiệm hoặc sửa đổi giả thuyết hay đưa ra một giả thuyết mới.

Ví dụ: Để kiểm tra giả thuyết trong ví dụ ở bước 2, tiến hành làm thí nghiệm cho hạt nảy mầm trong điều kiện phòng thí nghiệm (xem ví dụ 2 trang 14) và ở thực địa (xem ví dụ 3 trang 15). Thu thập số liệu số lượng hạt nảy mầm trong các lô thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm sẽ chứng minh cho giả thuyết đưa ra ở bước 2 là đúng hay sai.

Bước 4. Làm báo cáo kết quả nghiên cứu

Làm báo cáo kết quả nghiên cứu là quá trình phân tích số liệu và rút ra kết luận nghiên cứu. Kết luận khoa học có thể xác nhận hay phủ nhận giả thuyết đã đưa ra. Một kết luận được coi là đúng khi trả lời được câu hỏi nghiên cứu ban đầu bảng các dữ liệu tin cậy.

Ví dụ:

MẪU BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Vấn đề nghiên cứu (Tên nghiên cứu) 2. Mẫu vật, dụng cụ 3. Phương pháp nghiên cứu 4. Kết quả và thảo luận 5. Kết luận và kiến nghị

 

Nghiên cứu khoa học được thực hiện theo các bước tạo thành một tiến trình và mỗi bước là một kĩ năng: quan sát và đặt câu hỏi; hình thành giả thuyết khoa học; kiểm tra giả thuyết khoa học; làm báo cáo kết quả nghiên cứu.

 

Tin sinh học (Bioinformatics) là một lĩnh vực nghiên cứu liên ngành, kết hợp dữ liệu sinh học với khoa học máy tính và thống kê. Phương pháp tin sinh học là phương pháp thu thập, xử lí và phân tích các thông tin và dữ liệu sinh học bằng phần mềm máy tính, từ đó xây dựng cơ sở dữ liệu và cho phép thực hiện các liên kết giữa chúng. Trong nghiên cứu và học tập, tin học được sử dụng như một công cụ phân tích dữ liệu để đưa ra các mô hình dự đoán, dự báo về các quá trình sinh học.

Ví dụ: dùng phương pháp tin sinh học để giải mã, phân tích hệ gene người, phân tích số liệu thí nghiệm…

Hình 2.5. Sơ đồ các lĩnh vực hình thành tin sinh học

Tin sinh học là một lĩnh vực nghiên cứu liên ngành kết hợp dữ liệu sinh học với khoa học máy tính và thống kê. Tin sinh học được sử dụng trong lĩnh vực bảo tồn đa dạng sinh học, phân tích chức năng gene, nhận diện và dự đoán cấu trúc protein…

Một số vật liệu, thiết bị nghiên cứu và học tập môn Sinh học

– Dụng cụ kính hiển vi, kính lúp, bộ đổ mổ,…

– Máy móc thiết bị tủ lạnh, tủ cấy vi sinh, cân điện tử, các bộ cảm biến,….

– Các phần mềm: thí nghiệm ảo, phần mềm dạy học, các phần mềm xử lí số liệu thống kê,…

– Tranh ảnh, mô hình, mẫu vật. bộ tranh cơ thể người, bộ tranh các cấp tổ chức sống, mô hình tế bào, mô hinh DNA, bộ tiêu bản quan sát nhiễm sắc thể..

–  Thiết bị an toàn găng tay, kính bảo vệ mắt, áo bảo hộ,..