师:同学们好,这节课我们一起学习第二章探索生命的第二节——探索生命的方法。本节课学习目标有两个:一是举例说出科学探究的一般方法,并体验其过程;二是认同实事求是的重要性,确立实事求是的科学态度。
地球上生命多种多样,生物是全人类共有的宝贵财富,也是人类社会赖以生存和发展的基础。同学们认真观察过身边的生物吗?有没有产生过关于生命的疑问,比如植物的花朵为何如此绚丽多彩?为什么有的花能结果,有的却不行?种子在什么条件下才能萌发?为何冬天长时间待在密闭教室里会觉得闷?要找到这些生命问题的答案,科学探究是一种方式。
什么是科学探究呢?袁隆平一生与农业结缘,最终发现杂交水稻,解决了全世界人民的粮食问题。我国科学家屠呦呦在中医古籍启发下,经历无数次失败,提取出治疗疟疾的青蒿素。在实验室里,弗莱明偶然发现青霉素具有强大杀菌作用。科学家们经过无数次思考、探索实验才得出结论,他们思考和解决问题的方法就是科学探究。科学家们究竟怎样进行科学探究呢?今天以弗莱明发现青霉素的过程为例,分析科学探究的一般方法。
青霉素是人类发现的第一种抗生素,拯救了无数生命,至今仍是临床上广泛使用的抗菌药,它的发现源于一次幸运的过失。接下来请同学们观看一段视频,并思考四个问题:一次偶然机会,弗莱明发现了什么现象?产生了什么疑问?弗莱明怎样面对这个问题的,是不是视而不见?针对发现的问题,经过多次实验后,他最终得出怎样的结论?请同学们认真观看视频,找出答案并做好记录。
(视频播放)
28年夏天,天气格外闷热,赖特研究中心破例放假一天,弗莱明心情烦躁,因连续实验失败加上闷热天气,他无心做事,胡乱放下手中实验准备去海滨避暑,实验台上的器皿杂乱放置,这对一向严谨细致的弗莱明来说,20多年来还是第一次。
9月初,天气转凉,人们心情趋于平和,弗莱明回到实验室,习惯性观察放假前放在工作台上盛有培养液的培养皿,发现培养皿表面已发霉长毛。起初他有些后悔度假前没收拾好,这时一只长了青绿色霉菌的培养皿引起他的注意。弗莱明拿起这只被污染的培养皿仔细观察,当助手准备清理时,他阻止了助手。
正是这次阻止成就了一个伟大发现。弗莱明拿起表面发霉长毛的培养皿走到窗前,对着亮光,发现一个奇特现象:在霉菌周围出现一圈空白,原先生长旺盛的有害病菌葡萄球菌不见了。作为细菌学家,弗莱明马上意识到,是不是这些葡萄球菌被某种霉菌杀死了?他抑制住内心惊喜,急忙把培养皿放到显微镜下观察,果然证实霉菌周围的葡萄球菌全部死掉了。这位细心的科学家特地培养了许多青绿色霉菌,然后把过滤过的培养液滴到葡萄球菌中,奇迹出现,几小时内葡萄球菌全部死亡。他又把培养液稀释10倍、百倍甚至800倍,逐一滴到葡萄球菌中,观察杀菌效果,结果表明都能将葡萄球菌全部杀死。
一天,助手手被玻璃划伤化脓肿痛,向弗莱明请假去医院。弗莱明看着助手红肿的手背,断定是感染某种细菌,便取来一根玻璃棒,蘸了些正用于实验的霉菌培养液涂在助手手上。第二天,助手跑来对弗莱明说:“先生,您的药真灵,瞧我的手背好了。”
视频看完了,大家有答案了吗?我们一起来看第一题,一次偶然机会,弗莱明发现了什么现象,产生了什么疑问?同学们从视频中能找到答案,弗莱明在培养皿中偶然观察到一团青绿色霉菌,其周围形成一个空白环状地带。第二题,弗莱明怎样面对这个问题,是不是视而不见?从视频可知,这个问题引起他高度重视,他开始思考原因,猜测金黄色葡萄球菌被杀死,并努力通过实验证实。第三题,针对发现的问题,他提出怎样的假设,又是怎样验证的?可以发现,弗莱明做出青霉菌可能产生某种能杀死葡萄球菌的物质这一假设,通过显微镜观察发现葡萄球菌不见,并进一步多次反复实验证实假设。之后,弗莱明又将青霉菌培养液放到各种细菌培养皿中,发现链霉菌、白喉杆菌等多种细菌生长被抑制。
第四题,经过多次实验后,弗莱明得出怎样的结论?弗莱明得出青霉菌最终能产生一种杀死细菌的物质,这种物质就是现在所说的青霉素。回顾一下,弗莱明发现青霉素大致分为四步:一是弗莱明在培养皿中偶然观察到青绿色霉菌及周围空白环状地带,产生疑问;二是弗莱明猜测青霉菌可能产生能杀死葡萄球菌的物质;三是弗莱明进行多次反复实验;四是弗莱明最终得出青霉素能杀死多种细菌的结论。
科学家看到自然现象,产生疑问并提出问题,根据掌握的知识和对事物的判断做出猜想,即做出假设,再通过实验证实猜想,最终得出结论,这个过程就是科学探究。同学们在生活中会有各种问题,小时候可能问爸爸妈妈,上学后可能问老师,长大后有些问题爸爸妈妈和老师无法回答,或者回答了也不一定相信,就会产生疑惑。有没有想过找办法解除疑惑呢?每个问题的产生都是灵感爆发,如果像弗莱明一样探究下去,可能就会有新发现。
其实科学家并非天生,他们比我们多一些优秀科学精神。大家觉得弗莱明有哪些科学探索精神值得学习?通过青霉素发现历程,我们看到弗莱明敢于探索、善于观察,能发现问题和提出问题,还具有坚强毅力、锲而不舍精神、求真务实科学精神、严谨科学态度、缜密科学思维等等。
今天我们沿着科学家的路走一走,养成习惯,形成品质,离科学家就不远了。图中展示一碗已经腐烂生蛆的肉,看到这张图片,大家脑海中有没有产生疑问,比如蛆从哪里来?这就是科学探究第一步——提出问题。针对这个问题,请同学们结合生活经验做出假设。假设是什么呢?有的同学说见过腐烂肉上长蛆,认为蛆可能由腐烂的肉产生;也有的同学说好像见过蛆是苍蝇卵孵化出来的,提出蛆可能由苍蝇产生。
假设建立在一定知识和生活经验基础上,既不同于毫无根据的迷信,也不同于缺乏科学论证的简单猜测,有推测性质,是对问题一种可能的解释,不一定真实,不一定是客观真理,有待证实。假设既然不一定真实,该如何证实呢?实验是验证假设的基本途径,主要包括制定计划、实施计划等方面。
这里以假设蛆是腐烂的肉产生的为例,同学们思考如何设计实验判断假设正误。可以将两块大小相同的肉装在两只大小相同的碗里,放在相同地方,其中一个碗口覆盖纱布,另一个碗口敞开。针对这个实验方案,请同学们思考三个问题:一、为何要设置两组实验?二、两组实验设置有何不同?三、能预测两组实验结果吗?
