1、生物学研究方法焦成瑾2013.9.5生物学研究方法生物学研究方法内容目录内容目录第一章 生命科学研究基础第二章 选题第三章 生命科学研究方法第四章 实验设计第五章 实验过程与数据收集第六章 数据处理与论文写作第七章 论文发表与课题申报第八章 申请专利与成果转让第一章 生命科学研究基础一、生命科学研究概述；二、生命科学研究的伦理道德；三、生命科学研究基础：科学哲学的证伪理论和误差统计方法；四、生命科学研究的一般过程；五、对生命科学研究中一般方法的了解一、生命科学研究概述（一）生命科学（一）生命科学（二）生命科学研究简史（二）生命科学研究简史（三）现代生命科学进展（三）现代生命科学进展（一）生命科
2、学（一）生命科学 生物学生物学或称生命科学生命科学、生物科学生物科学，是一门由经验主义出发，广泛的研究生命现象的科学，内容包括生命起源、演化、构造、发育、功能、行为、与环境的互动关系等。生物学生物学英文名为“Biology”，源自拉丁文，Bio意为生命，-logy意为学问，合并为“研究生命的学问”。经验主义经验主义（英语：Empiricism）又作经验论经验论，通常指相信现代科学方通常指相信现代科学方法，认为理论应建立于对于事物的观察，而不是直觉或迷信。意即通法，认为理论应建立于对于事物的观察，而不是直觉或迷信。意即通过实验研究而后进行理论归纳优于单纯的逻辑推理。过实验研究而后进行理论归纳优于
3、单纯的逻辑推理。与经验主义相对的是欧洲的理性主义，代表人物是笛卡尔，根据理性主义的说法，哲学应经由思考和演绎推理而得出结论。经验主义的代表人物有亚里斯多德、弗兰西斯培根和大卫休谟等。经验主义是逻辑实证主义（逻辑经验主义）的前身。经验主义是逻辑实证主义（逻辑经验主义）的前身。直到今天，经验主义的方法还在影响自然科学，是自然科学研究方法的基础。而自然科学方法则是传统观念的发展。经验主义一词原本意指古希腊医生的经验，拒绝一味接受当代的宗教教条，而是依照所观察到的现象为分析依据。根据经验主义者的观点，根据经验主义者的观点，经由感受到的经验，必须经过适当归纳或演绎，才能铸成知识。经由感受到的经验，必须经
4、过适当归纳或演绎，才能铸成知识。在哲学发展上，经验主义一直和理性主义作为对比。理性主义认为大部分的知识是归咎于感觉上的独立思考。生物学主要分支生物学主要分支1、动物学领域动物生理学、解剖学、胚胎学、神经生物学、发育生物学、昆虫学、动物行为学、组织学。2、植物学领域简单的学门分类可概分为：1）应用植物学：农学（或农艺学）、园艺学、花卉学、植物育种学、林学、植物病理学等等。2）纯科学（之植物学）：植物分类学、植物生理学、植物形态学、植物解剖学、植物地理学、遗传学、生态学、藻类学等等。3、微生物和免疫学领域微生物学、免疫学、病毒学。4、生物化学领域生物化学、蛋白质力学、糖生物学、膜生物学、代谢生化学
5、。5、演化和生态学领域古生物学、演化论、演化生物学、社会生物学、分类学、系统分类学、生态学、生物分布学。6、现代生物技术学领域生物技术、基因工程、酶工程学、生物工程、代谢工程学、基因组学、合成生物学。7、细胞和分子生物学领域细胞学、分子生物学、遗传学、表观遗传学。8、生物和物理学领域生物物理学、结构生物学、生物医学光/电学、医学工程。9、生物和医学领域感染性疾病、毒理学、放射生物学、癌生物学。10、生物和信息领域生物信息学、生物数学、仿生学、系统生物学。11、环境和生物学领域大气生物学、生物地理学、海洋生物学、淡水生物学。（二）生命科学研究简史（二）生命科学研究简史“几乎对任何科学问题的研究都
6、将必然地引向对其历史的研究”恩斯特恩斯特迈尔迈尔1 生物学（biology）的语源学2 古代和中世代的知识2.1 早期文化气象、农业知识2.2 古希腊传统亚里士多德的分类工作2.3 中世纪和伊斯兰知识盖伦的人体解剖、阿拉伯科学家的药理学、光学、化学和炼金术3 文艺复兴及早期的现代发展3.1 十七世纪与十八世纪绘画与解剖、生理学、林奈的分类学4 十九世纪：生物学科的出现4.1 博物学和自然哲学4.1.1 地质学和古生物学赖尔地质学原理、居维叶比较解剖学4.1.2 演化和生物地理学拉马克的“用进废退”学说、达尔文的“进化论”4.2 生理学 4.2.1 细胞理论、实验胚胎学和生源理论（科赫、巴斯德）
7、4.2.2 有机化学和实验生理学的崛起5 二十世纪的生物科学二十世纪的生物科学 5.1 生态学和环境科学5.2 经典遗传学、现代综合论与演化论5.3 生物化学、微生物学和分子生物学5.3.1 分子生物学起源5.3.2 分子生物学的发展5.4 生物技术、基因工作和基因组学 5.4.1 重组DNA5.4.2 分子合成和基因组学6 21世纪的生物科学世纪的生物科学（三）现代生命科学进展（三）现代生命科学进展现代生命科学涉及的前沿领域包括分子生物学、免疫学、发育生物学、神经生物学、环境生物学和近几年逐渐形成的基因组学、蛋白质组学和生物信息学等学科。当代生命科学的迅猛发展，已从根本上改变了它在自然科学中
8、的地位和作用。正代表着21世纪自然科学的前沿，成为发展最快、应用最广、潜力最大、竞争最激烈的科学领域之一。21世纪生命科学需要更多新的数学、物理、统计、材料、电子的技术支持。只有新技术才能诱导有意义的新发现。现代生命科学新进展现代生命科学新进展1、中心法则的补充与发展中心法则的补充与发展全面认识RNA的功能；发现表观遗传效应；蛋白质为模板的肽链合成；蛋白质的自我剪切；分子伴侣。2、人类基因组计划人类基因组计划遗传作图和物理作图。3、基因组学基因组学结构基因组，功能基因组，比较基因组，药物基因组（三次医学浪潮：重组蛋白，单克隆抗体；基因药物）等。4、蛋白质组学蛋白质组学双向电泳，蛋白质质谱，蛋白
9、质芯片，蛋白质相互作用分析（双杂系统）等。5、转录组学与代谢组学转录组学与代谢组学RNA的多样性，RNA编辑，代谢网络。6、生物信息学生物信息学（生命科学、计算机科学及信息学的结合，对生物信息进行收集、储存和分析）（深圳华大基因）7、分子生物学技术进展分子生物学技术进展PCR技术进展，测序技术进展，基因芯片，RNA干扰等。8、基因工程基因工程转基因作物，动物克隆，基因治疗。9、免疫学免疫学单克隆抗体，基因工程抗体。10、发育生物学发育生物学细胞周期调控，细胞凋亡，细胞信号传导，干细胞研究，发育调控。11、神经生物学神经生物学神经传导机制，神经生长因子，脑科学。12、癌症研究癌症研究癌基因，抑癌
10、基因，癌变理论，肿瘤治疗。13、病毒学研究病毒学研究艾滋病，乙肝病毒，禽流感14、环境生物学研究环境生物学研究活性污泥，生物治理（生物修复）15、生物进化研究生物进化研究达尔文进化论，综合进化论，分子进化中性学说。二、生命科学研究的伦理道德二、生命科学研究的伦理道德生物伦理学（自学）生物伦理学（自学）人们关注生命科学研究中的伦理道德问题主要起因于分子生物学研究中的克隆技术和干细胞研究动物的克隆和人卵细胞的研究。1 1、第一次作业：生命科学研究中涉及的伦理问题（交一份、第一次作业：生命科学研究中涉及的伦理问题（交一份小综述，可以打印，也可手抄）小综述，可以打印，也可手抄）2 2、问卷调查：、问卷
11、调查：假如给你10天、30天或1到2年的假期，你打算如何度过？请在10-30min之内写出不同时间跨度的想法提纲（内容不要超过一页纸）。三、生命科学研究基础三、生命科学研究基础（一）科学与伪科学的区别科学理论的可证伪性（波普尔证伪原则）（二）科学数据有效性分析误差-统计方法波普尔证伪原则 卡尔卡尔雷蒙德雷蒙德波普尔波普尔爵士（Sir Karl Raimund Popper，19021994），出生于奥地利，逝于英国伦敦，犹太人，20世纪最著名的学术理论家、哲学家之一。波普尔最著名的理论，在于对经典的观测-归纳法的批判，提出“从实验中证伪的”的评判标准：区别“科学的”与“非科学的”。证伪原则证伪
12、原则波普尔关于科学的标准是：只可证伪，不可证实。证伪主义至少存在两个优点。第一，科学理论的表达一般为全称判断，而经验的对象是个别的。所以，经验如果用来证实理论，那么它将是无法穷尽一般的理论的。比如，所有的羊都是白色的（是一个科学假说），以后发现再多的白羊也不能证明所有的羊都是白的这一假说是正确的，但是只要有一只黑羊就能证明所有的羊都是白的这个理论是错误的，即这个假说被证伪了。所以，经验的真正意义在于可以证伪科学理论。第二，证伪主义可以避免对错误理论的辩护和教条。如果坚持实证主义，那么一旦出现与理论相悖的经验，人们便会做出特例假设或特殊的限制以使得理论能满足经验。但实际上这样的设定往往是极不科学
13、的。证伪主义使人们相信所有的科学都只是一种猜测和假说，它们不会被最终证实，但却会被随时证伪。按照波普尔的标准，数学和逻辑学不是科学。因为它们是无法被证伪的。数学是以概念和逻辑作为根基的。逻辑则是与思维相关的，起源于哲学，你可以把它理解成一种思维模式。逻辑学则是研究和完善这种思维模式的。而科学则是研究自然现象的，对自然现象作出解释，过程中大量用到数学和逻辑。所以，数学和逻辑学是比科学更基本的学科，是科学的工具，当然不属于科学。知识的增长方式知识的增长方式 波普尔用这样一个模式来描述科学知识的积累。波普尔用这样一个模式来描述科学知识的积累。P1TSEEP2P1TSEEP2，对于问题，对于问题1 1
14、，人们提出假说尝试解决，人们提出假说尝试解决（tentative solutiontentative solution）它。然后通过证伪来消除）它。然后通过证伪来消除错误（错误（error eliminationerror elimination），进而产生新的问题），进而产生新的问题2 2。随着问题的深入，对问题作尝试解决的理论的正确随着问题的深入，对问题作尝试解决的理论的正确性也就越来越高。科学知识的积累不仅仅是数量上性也就越来越高。科学知识的积累不仅仅是数量上的增长，而更应该是新理论代替旧理论的质变。的增长，而更应该是新理论代替旧理论的质变。证伪主义应采用试错法。这是指人们应该大胆地提出
15、假说和猜测，然后去寻找和这一假说不符合的事例。根据事例对假说进行修正，不断重复这一过程，乃至将最初的假说全盘否定。试错法对理论的修改和完善是没有止境的，试错法的结果只能是一个较好的假说，但不是最好的假说。最好的假说是终极真理的代名词，和科学精神相悖。如果能由科学理论本身构造一个反驳该理论的实验，而且该实验结果能直接推翻该理论，则该理论就具备“可证伪性”。换句话说：由一个科学理论得到的推论，如果针对该推论可以安排一个现实的（可做成的）实验，而该实验结果能否定该推论的正确性，该理论就被证伪。“可证伪性”的前提条件是：实验的可实现性。用“可证伪性”去构造一个关键性实验（“证伪性实验”）的价值要远远高
16、于为证明该理论正确的“证明性实验”。换句话说：无数个“证明性实验”的威力抵不过一个“证伪性实验”的威力。（二）科学数据有效性分析误差-统计方法（该内容是课程生物统计学解决的问题）四、生命科学研究的一般过程四、生命科学研究的一般过程进行初步观察形成可验证的假说设计对照实验收集资料解释结果作出合理结论查阅已有知识五、对生命科学研究中一般方法的了解1、观察法：显微镜的发展。2、物理学方法：相差显微镜，X射线衍射，DNA结构解析等。3、一般化学方法：生物化学，物理化学，生理学早期的研究，DNA中碱基的研究等。4、同位素示踪：代谢途径，分子生物学，细胞生物学等。5、层析技术：生物组分的分离纯化等。6、仪器分析：气相色谱，液相色谱，原子吸收，原子发射光谱等。7、离心技术：低速、高速、超速离心技术。8、其它交叉学科方法，如古生物学方法，统计学方法等等。作业：请简单了解生物学研究简史。作业：请简单了解生物学研究简史。
