Sinh học 10 Chân trời sáng tạo Bài 2: Các phương pháp nghiên cứu và học tập môn Sinh học

a. Các phương pháp nghiên cứu và học tập môn Sinh học

Nghiên cứu khoa học nói chung và sinh học nói riêng là một quá trình thu thập và xử lí thông tin. Có rất nhiều phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu sinh học, ví dụ:

* Phương pháp quan sát là phương pháp sử dụng tri giác để thu thập thông tin về đối tượng được quan sát. Phương pháp quan sát được thực hiện theo ba bước sau:

– Bước 1: Xác định đối tượng quan sát (là các sinh vật sống, các hoạt động sinh lí,...) và phạm vi quan sát (trong môi trường tự nhiên, phim ảnh, trong phòng thí nghiệm,...).

– Bước 2: Tùy theo từng đối tượng và phạm vi quan sát mà xác định công cụ quan sát cho phù hợp (kính hiển vi, kính lúp,...).

– Bước 3: Thu thập, ghi chép và xử lí các dữ liệu quan sát được. Việc này có thể thực hiện bằng nhiều cách và nhiều dạng dữ liệu khác nhau như ghi chép bằng số tay, máy ghi âm, máy ghi hình, máy ảnh,... Nếu dữ liệu được ghi chép dưới dạng các số liệu thì cần phải có số lượng đủ lớn, lặp lại nhiều lần và được xử lí bằng toán xác suất thống kê.

Ví dụ: Quan sát các loài thực vật và ghi nhận lại đặc điểm của các cơ quan sinh dưỡng (rễ, thân, lá) và cơ quan sinh sản (hoa, quả, hạt). Dựa vào các dữ liệu thu thập được, tiến hành phân loại thực vật.

* Phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm (các kĩ thuật phòng thí nghiệm) là phương pháp sử dụng các dụng cụ, hóa chất, quy tắc an toàn trong phòng thí nghiệm để thực hiện các thí nghiệm khoa học. Khi làm việc trong phòng thí nghiệm, cần thực hiện theo bốn bước sau:

- Bước 1: Chuẩn bị các thiết bị, dụng cụ, hóa chất và mẫu vật để làm thí nghiệm.

- Bước 2: Tiến hành các thí nghiệm theo đúng quy trình và thu thập dữ liệu từ kết quả thí nghiệm. Từ việc quan sát và phân tích kết quả, người nghiên cứu giải thích và kết luận cho kết quả thí nghiệm đó. Một số kĩ thuật phòng thí nghiệm được dùng ở Trung học phổ thông gồm: phương pháp giải phẫu (rễ, thân, lá,...), phương pháp làm và quan sát tiêu bản (các kĩ của quá trình nguyên phản,...).

- Bước 3: Báo cáo kết quả thí nghiệm.

- Bước 4: Vệ sinh dụng cụ, phòng thí nghiệm.

Ví dụ: Đề quan sát cấu tạo của một số sinh vật đơn bào (trùng roi xanh, trùng giày...), ta làm theo các bước sau: nhỏ một giọt nước ao (nước từ bình nuôi cấy...) lên làm kính; sau đó, đậy lamen và thăm nước thừa (nếu có); đưa lên kính hiển vi quan sát ở vật kinh 40x.

* Phương pháp thực nghiệm khoa học là phương pháp chủ động tác động vào đối tượng nghiên cứu và những hoạt động của đối tượng đó nhằm kiểm soát sự phát triển của chúng một cách có chủ đích. Để thực nghiệm khoa học, người nghiên cứu cần tiến hành theo ba bước sau:

- Bước 1: Chuẩn bị các điều kiện thí nghiệm, thiết kế mô hình thực nghiệm phù hợp với mục đích thí nghiệm.

- Bước 2: Tiến hành thực nghiệm và thu thập các dữ liệu. Trong bước này, người nghiên cứu có thể dùng các phương pháp khác nhau tuỳ mục đích thực nghiệm: nghiên cứu và phân loại để định danh các loài sinh vật; tách chiết các chế phẩm sinh học; nuôi cấy mô, tế bào...

- Bước 3: Xử lí các dữ liệu thu thập được và bảo cáo kết quả thực nghiệm.

Ví dụ: Để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự nảy mầm của hạt, ta có thể thiết kế thí nghiệm như sau: Chuẩn bị hai lô thí nghiệm (lỗ 1: gieo các hạt đã được ngâm trong nước ở 20 °C; lô 2: gieo các hạt đã được ngâm trong nước ấm khoảng 40 °C), quan sát và so sánh số lượng hạt này mầm ở mỗi lô thí nghiệm, đưa ra giải thích và kết luận.

b. Vật liệu và thiết bị nghiên cứu môn Sinh học

Nhiều vật liệu và thiết bị được dùng trong nghiên cứu và học tập môn Sinh học, trong đó có những thiết bị hiện đại như máy li tâm, máy điện di, tủ đông,... Một số thiết bị và dụng cụ cơ bản được thể hiện ở Hình 2.2.

Hình 2.2. Một số thiết bị và dụng cụ cơ bản trong nghiên cứu và học tập môn Sinh học

c. Các kĩ năng trong tiến trình nghiên cứu môn Sinh học

Hình 2.3. Sơ đó mô tả các kỉ năng trong tiến trình nghiên cứu môn Sinh học

1.2. Tin sinh học

- Tin sinh học là một ngành khoa học tìm kiếm, phát hiện và mô phỏng quy luật vận động của thế giới sống trên cơ sở phân tích nguồn dữ và mạng internet. Một số ứng dụng của tin sinh học trong nghiên cứu như: dò tìm và phát hiện đột biến gây ra các bệnh di truyền để từ đó phát hiện và điều trị sớm; so sánh hệ gene (hay DNA), trình tự của protein nhằm xác định quan hệ huyết thống, truy tìm thủ phạm, xác định quan hệ họ hàng giữa các loài; xây dựng ngân hàng gene giúp lưu trữ cơ sở dữ liệu trình tự gene để tìm kiếm những gene quy định các tính trạng mong muốn...

- Một số ngân hàng dữ liệu phổ biến như: GenBank; EMBL (European Molecular Bioinformatic Laboratory); PDB (Protein Data Bank); SCOP (Structural Classification Of Proteins Database); PRINTS (protein motif fingerprint database);... Những cơ sở dữ liệu này đã hỗ trợ tích cực cho việc học tập và nghiên cứu sinh học.