当前课程知识点：现代生物学导论 > 第一讲 绪论 > 1.2 科学方法 > 1.2 科学方法
生物学是一门科学
要了解生物学的研究方法
首先呢要了解科学研究的方法
科学方法就是科学家们为了积累了解世界所需的知识
而采用的一系列步骤
下面呢我们就来具体讨论科学方法
科学方法呢，可分为6步
提出问题、建立假说、实验操作、观察、数据分析、得出结论
提出问题呢是科学家们提出他们希望能够解决的问题
提出问题后
结合自身经验、观察、科学理论等因素
就形成了一个假说
我们可以来看这个视频
假说呢就是一种对自己问题的推测性解释
有的时候呢，假说更像一个预测
科学家们预测可能的结果
并想办法来证实
科学家们用来证实的过程呢就是实验操作
实验就是一系列调查步骤用来证实或者驳斥假说
在实验的过程中，产生重要的数据
科学家们要对这些数据进行分析
把数据和提出的假说进行对比
看是否符合假说
然后呢得出结论
即开始提出的假说是否符合实验得到的数据
科学研究的过程通常包括这几个步骤
但是这个过程呢是很灵活的
不一定完全按照这个顺序进行
真正的实验过程呢需要经常性地重复这些步骤才能做出结论
比如观察这一步
有时候呢会在一开始出现
因为很多问题的提出呢是根据观察得来的
比如Darwin通过观察加拉帕斯群岛上独特的生物而提出物种形成的问题
而且呢，很多时候在得到数据分析后
科学家们会产生更多的问题
从而引出更多的实验
下面呢，我就举一个简单的例子
比如在家使用笔记本电脑的时候呢
发现无法打开网页
通过观察后我发现这个笔记本电脑呢没有网络连接
然后就提出问题
是因为笔记本的问题没有网络连接
还是网络本身的问题
解决这个问题的一个方法呢就是看看其他电脑
比如台式机是否有网络连接
这个时候呢就形成一个假说
如果台式机也没有有网络信号
则不是笔记本的问题，而是网络的问题
为了验证这个假说
我们可以做一个实验
检查台式机是否有网络信号
实验结果就是台式机也没有网络连接
结合实验结果进行分析
得出结论呢是网络连接出现了问题
而不是笔记本出现了问题
这个结论呢解决了笔记本是否有问题
但还是没有解决为什么没有网络连接
于是呢又提出了一个新的问题
网络的连接是哪儿出了问题
是路由器到电脑出了问题
还是调制解调器出了问题
根据问题呢，我们提出一个新的假说
如果线路都正常连接的话
那么就是路由器本身出了问题
所做的实验就是检查接口是否连接好
观察到的结果就是接口连接正常
但路由器处于关闭的状态
所以，网络连接呢是由于路由器被关闭的原因而没有网络
下面呢我们来具体说说实验
那么，科学家们是怎么做实验的呢
做实验不是简单的执行某个动作
首先呢在设计实验时需要注意3点
第1个，实验呢必须要能够证实假说或者是驳斥假说
在科学研究中
我们尽量避免“对”或者“错”
而且，一个单独的实验无法证实或者驳斥假说
2.实验的结果必须要客观和可测量
比如我们使用标准单位来进行测量
使用标准仪器进行测量
第3个呢，实验必须能被其他科学家所重复
这也是我们做实验时必须要规范化的原因
科学家们必须能够看懂其他科学家的实验记录
使用同样的实验操作规程
重复出同样的实验结果
在科学界，新的科学想法都被多个科学家进行大量的实验证明
所以很多时候分享实验方法非常重要
便于证实各自的实验发现
在实验设计中呢
我们经常涉及到在一个系统中操纵一个因素的变化
观察并记录这个因素的变化带来的影响
变化的因素和因素变化带来的影响在实验中呢都被称作变量
变量就是实验中可变的因素
变量呢可分为自变量和因变量
下面呢我们举一个例子
比如我们想知道播放音乐是否有助于植物的生长
在这个实验中呢
自变量是播放音乐，因变量是植物是否生长
在实验设计中
还有一种呢是受控变量
就是实验中的条件都保持一致
在这个实验中呢
我们希望保持一致的有
植物是同一物种
植物的年龄
光和水的量
营养的类型和数量
受控变量是非常重要的
如果不控制这些变量一致
我们就无法确定因变量完全是由自变量导致的
在这个实验中呢
如果不控制是否是同一物种
水的量一致等等
植物的生长就无法确定是由于音乐的因素
还是物种的因素
还是水的因素导致的
在实验中总结数据
我们通常会把数据做成图表的形式
需要注意的是呢
做图表的时候，横轴一般是自变量
而纵轴一般是因变量
我们在设计实验时
往往需要加入对照组
和实验组进行对比
对照实验是在实验中设置比较对象的一种科学方法
目的是为了与进行实验的对象进行比较
减少实验中不确定的变数带来的影响
所以做实验的时候呢
实验组和对照组要同时进行
是因为呢要在同一环境下得出两种实验结果的资料用作定性及定量的对比分析
可测出实验在环境因素改变下所作出的改变
以这个实验为例
对照组和实验组呢就是两盆同样的物种的植物
种植条件等等都一致
实验组呢有音乐，而对照组呢没有音乐
很多时候
我们在需要验证一些假说的时候
比如一些疾病的致病机理的时候
如果直接在人身上做实验呢
会引发伦理问题
也会遇到实际操作的困难
这个时候呢，我们需要使用模式生物
模式生物是指受到广泛研究
对其生物现象有深入了解的物种
我们可以根据从这些物种中所得到的实验结果
归纳出一些涵盖许多生物的模型
并且可以应用在多个领域的研究
这里需要注意的是
利用不同的模式生物来进行实验的时候呢
结果会有差异
因此，要如何选择适当的生物
来进行生物体内研究
是一个非常重要的问题
模式生物的选择上
要考虑到生物的多胎性、生命周期长短、生物体型
或胚胎大小是否利于观察、品种特异性
能供大部分研究者使用等方面的因素
那么，像图中展示的
是我们常用的模式生物
有大肠杆菌、噬菌体、果蝇、线虫、海胆、拟南芥、斑马鱼、小鼠等等
-1.1 生物学的基本主题
-1.2 科学方法
--1.2 科学方法
-1.3 如何正确地评价科学结果
-1.4 施一公老师和不同院系本科生座谈（上）
-1.5 施一公老师和不同院系本科生座谈（下）
-课前小短片
--课前短片
-2.1 元素和化学键
-2.2 水和生命
--2.2 水和生命
-2.3 碳和生命的分子多样性
-2.4 大生物分子
-2.5 营养以及身体健康
-第二讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-3.1 细胞的结构和功能
-3.2 细胞膜和跨膜运输
-3.3 细胞间交流
-3.4 细胞分裂和细胞周期
-3.5 癌症与细胞分裂
-第三讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-4.1 热动力学和代谢
-4.2 自由能和代谢
-4.3 ATP的工作原理
-4.4 活化能和酶
-4.5 酶的反应特性和酶的调控
-4.6 细胞呼吸
--4.6 细胞呼吸
-4.7 光合作用
--4.7 光合作用
-第四讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-5.1 减数分裂和生命周期
-5.2 孟德尔遗传学
-5.3 孟德尔遗传学的延伸
-5.4 基因连锁和染色体互换
-5.5 伴性遗传
--5.5 伴性遗传
-5.6 非孟德尔遗传
-5.7 人类遗传学疾病及诊断
-第五讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-6.1 DNA是遗传物质
-6.2 DNA结构和染色体结构
-6.3 DNA的复制
-6.4 DNA的突变、损伤和修复
-6.5 DNA重组
-第六讲 遗传的分子基础--第六讲小测验
-课前小短片
--课前小短片
-7.1 基因表达综述
-7.2 基因表达的具体步骤
-7.3 突变和表型
-7.4 基因表达调控的特点
-7.5 原核生物的基因表达调控
-7.6 真核生物的基因表达调控
-7.7 表观遗传
--7.7 表观遗传
-第七节小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-8.1 重组DNA
-8.2 电泳技术、PCR和DNA测序
-8.3 转基因动物、克隆动物和干细胞研究
-8.4 转基因植物
-8.5 DNA技术的应用
-8.6 生物的信息时代
-8.7 新药研发的基本过程
-第八章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-9.1 演化理论的介绍
-9.2 演化的证据
-9.3 Hardy-Weinberg定律
-9.4 改变种群中等位基因频率的机制
-9.5 自然选择
--9.5 自然选择
-9.6 物种的形成
-9.7 地球上生命的历史
-第九章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-10.1 动物的结构与功能
-10.2 反馈调节
-10.3 植物的结构和生长
-10.4 植物的营养和运输
-第十讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-11.1 病原体
--11.1 病原体
-11.2 免疫系统介绍
-11.3 先天性免疫
-11.4 适应性免疫中的受体识别
-11.5 体液免疫和细胞免疫
-11.6 免疫系统疾病
-11.7 免疫知识的应用
-第十一讲 免疫系统--第十一讲小测验
-12.1 神经元的结构和功能
-12.2 静息电位和动作电位
-12.3 突触传导和神经递质
-12.4 神经系统的组成
-12.5 脑的结构和功能
-12.6 神经系统疾病
-第十二章小测验--作业
-13.1 激素的介绍
-13.2 内分泌系统
-13.3 动物的生殖---配子的形成
-13.4 动物的生殖---激素调节动物生殖
-13.5 动物的生殖---胚胎在子宫中的发育
-13.6 动物发育(1)
-13.7 动物发育(2)
-13.8 动物发育(3)
-第十三讲小测验--作业
-14.1 生态学的基本内容
-14.2 种群生态学
-14.3 种群间的相互作用
-14.4 生态系统
-14.5 生态系统中的物质循环
-14.6 生物多样性和物种
