第1章 生命科學(xué)研究基礎(chǔ)

1、生物學(xué)研究方法 焦成瑾 2013.9.5 生物學(xué)研究方法生物學(xué)研究方法內(nèi)容目錄內(nèi)容目錄 第一章 生命科學(xué)研究基礎(chǔ) 第二章 選題 第三章 生命科學(xué)研究方法 第四章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 第五章 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)收集 第六章 數(shù)據(jù)處理與論文寫作 第七章 論文發(fā)表與課題申報(bào) 第八章 申請(qǐng)專利與成果轉(zhuǎn)讓 第一章 生命科學(xué)研究基礎(chǔ) 一、生命科學(xué)研究概述； 二、生命科學(xué)研究的倫理道德； 三、生命科學(xué)研究基礎(chǔ)：科學(xué)哲學(xué)的證偽理論和誤差統(tǒng)計(jì)方法； 四、生命科學(xué)研究的一般過(guò)程； 五、對(duì)生命科學(xué)研究中一般方法的了解 一、生命科學(xué)研究概述 （一）生命科學(xué)（一）生命科學(xué) （二）生命科學(xué)研究簡(jiǎn)史（二）生命科學(xué)研究簡(jiǎn)史 （三）現(xiàn)代生命

2、科學(xué)進(jìn)展（三）現(xiàn)代生命科學(xué)進(jìn)展 （一）生命科學(xué)（一）生命科學(xué) 生物學(xué)生物學(xué)或稱生命科學(xué)生命科學(xué)、生物科學(xué)生物科學(xué)，是一門由經(jīng)驗(yàn)主義 出發(fā)，廣泛的研究生命現(xiàn)象的科學(xué)，內(nèi)容包括生命起源、 演化、構(gòu)造、發(fā)育、功能、行為、與環(huán)境的互動(dòng)關(guān)系等。 生物學(xué)生物學(xué)英文名為“biology”，源自拉丁文，bio意為生命， -logy意為學(xué)問(wèn)，合并為“研究生命的學(xué)問(wèn)”。 經(jīng)驗(yàn)主義經(jīng)驗(yàn)主義（英語(yǔ)：empiricism）又作經(jīng)驗(yàn)論經(jīng)驗(yàn)論，通常指相信現(xiàn)代科學(xué)方通常指相信現(xiàn)代科學(xué)方 法，認(rèn)為理論應(yīng)建立于對(duì)于事物的觀察，而不是直覺(jué)或迷信。意即通法，認(rèn)為理論應(yīng)建立于對(duì)于事物的觀察，而不是直覺(jué)或迷信。意即通 過(guò)實(shí)驗(yàn)研究而后進(jìn)行

3、理論歸納優(yōu)于單純的邏輯推理。過(guò)實(shí)驗(yàn)研究而后進(jìn)行理論歸納優(yōu)于單純的邏輯推理。與經(jīng)驗(yàn)主義相對(duì) 的是歐洲的理性主義，代表人物是笛卡爾，根據(jù)理性主義的說(shuō)法，哲 學(xué)應(yīng)經(jīng)由思考和演繹推理而得出結(jié)論。經(jīng)驗(yàn)主義的代表人物有亞里斯 多德、弗蘭西斯培根和大衛(wèi)休謨等。 經(jīng)驗(yàn)主義是邏輯實(shí)證主義（邏輯經(jīng)驗(yàn)主義）的前身。經(jīng)驗(yàn)主義是邏輯實(shí)證主義（邏輯經(jīng)驗(yàn)主義）的前身。直到今天，經(jīng)驗(yàn) 主義的方法還在影響自然科學(xué)，是自然科學(xué)研究方法的基礎(chǔ)。而自然 科學(xué)方法則是傳統(tǒng)觀念的發(fā)展。 經(jīng)驗(yàn)主義一詞原本意指古希臘醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，拒絕一味接受當(dāng)代的宗教 教條，而是依照所觀察到的現(xiàn)象為分析依據(jù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)主義者的觀點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)主義者的觀點(diǎn)， 經(jīng)由

4、感受到的經(jīng)驗(yàn)，必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)歸納或演繹，才能鑄成知識(shí)。經(jīng)由感受到的經(jīng)驗(yàn)，必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)歸納或演繹，才能鑄成知識(shí)。在哲 學(xué)發(fā)展上，經(jīng)驗(yàn)主義一直和理性主義作為對(duì)比。理性主義認(rèn)為大部分 的知識(shí)是歸咎于感覺(jué)上的獨(dú)立思考。 生物學(xué)主要分支生物學(xué)主要分支 1、動(dòng)物學(xué)領(lǐng)域動(dòng)物生理學(xué)、解剖學(xué)、胚胎學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、發(fā)育生物 學(xué)、昆蟲(chóng)學(xué)、動(dòng)物行為學(xué)、組織學(xué)。 2、植物學(xué)領(lǐng)域簡(jiǎn)單的學(xué)門分類可概分為： 1）應(yīng)用植物學(xué)：農(nóng)學(xué)（或農(nóng)藝學(xué)）、園藝學(xué)、花卉學(xué)、植物育種學(xué)、 林學(xué)、植物病理學(xué)等等。 2）純科學(xué)（之植物學(xué)）：植物分類學(xué)、植物生理學(xué)、植物形態(tài)學(xué)、植 物解剖學(xué)、植物地理學(xué)、遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、藻類學(xué)等等。 3、微生物和免疫學(xué)

5、領(lǐng)域微生物學(xué)、免疫學(xué)、病毒學(xué)。 4、生物化學(xué)領(lǐng)域生物化學(xué)、蛋白質(zhì)力學(xué)、糖生物學(xué)、膜生物學(xué)、代謝 生化學(xué)。 5、演化和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域古生物學(xué)、演化論、演化生物學(xué)、社會(huì)生物學(xué)、 分類學(xué)、系統(tǒng)分類學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物分布學(xué)。 6、現(xiàn)代生物技術(shù)學(xué)領(lǐng)域生物技術(shù)、基因工程、酶工程學(xué)、生物工程、 代謝工程學(xué)、基因組學(xué)、合成生物學(xué)。 7、細(xì)胞和分子生物學(xué)領(lǐng)域細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、表觀遺傳學(xué)。 8、生物和物理學(xué)領(lǐng)域生物物理學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)光/電學(xué)、 醫(yī)學(xué)工程。 9、生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域感染性疾病、毒理學(xué)、放射生物學(xué)、癌生物學(xué)。 10、生物和信息領(lǐng)域生物信息學(xué)、生物數(shù)學(xué)、仿生學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)。 11、環(huán)境和生物學(xué)領(lǐng)

6、域大氣生物學(xué)、生物地理學(xué)、海洋生物學(xué)、淡水 生物學(xué)。 （二）生命科學(xué)研究簡(jiǎn)史（二）生命科學(xué)研究簡(jiǎn)史 “幾乎對(duì)任何科學(xué)問(wèn)題的研究都將必然地引向?qū)ζ?歷史的研究” 恩斯特恩斯特邁爾邁爾 1 生物學(xué)（biology）的語(yǔ)源學(xué) 2 古代和中世代的知識(shí) 2.1 早期文化氣象、農(nóng)業(yè)知識(shí) 2.2 古希臘傳統(tǒng)亞里士多德的分類工作 2.3 中世紀(jì)和伊斯蘭知識(shí)蓋倫的人體解剖、阿拉伯科學(xué)家的藥理學(xué)、 光學(xué)、化學(xué)和煉金術(shù) 3 文藝復(fù)興及早期的現(xiàn)代發(fā)展 3.1 十七世紀(jì)與十八世紀(jì)繪畫與解剖、生理學(xué)、林奈的分類學(xué) 4 十九世紀(jì)：生物學(xué)科的出現(xiàn) 4.1 博物學(xué)和自然哲學(xué) 4.1.1 地質(zhì)學(xué)和古生物學(xué)賴爾地質(zhì)學(xué)原理、居維葉比

7、較解 剖學(xué) 4.1.2 演化和生物地理學(xué)拉馬克的“用進(jìn)廢退”學(xué)說(shuō)、達(dá)爾文的“進(jìn)化 論” 4.2 生理學(xué) 4.2.1 細(xì)胞理論、實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)和生源理論（科赫、巴斯德） 4.2.2 有機(jī)化學(xué)和實(shí)驗(yàn)生理學(xué)的崛起 5 二十世紀(jì)的生物科學(xué)二十世紀(jì)的生物科學(xué) 5.1 生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué) 5.2 經(jīng)典遺傳學(xué)、現(xiàn)代綜合論與演化論 5.3 生物化學(xué)、微生物學(xué)和分子生物學(xué) 5.3.1 分子生物學(xué)起源 5.3.2 分子生物學(xué)的發(fā)展 5.4 生物技術(shù)、基因工作和基因組學(xué) 5.4.1 重組dna 5.4.2 分子合成和基因組學(xué) 6 21世紀(jì)的生物科學(xué)世紀(jì)的生物科學(xué) （三）現(xiàn)代生命科學(xué)進(jìn)展（三）現(xiàn)代生命科學(xué)進(jìn)展 現(xiàn)代生命科學(xué)

8、涉及的前沿領(lǐng)域包括分子生物學(xué)、免疫學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、 神經(jīng)生物學(xué)、環(huán)境生物學(xué)和近幾年逐漸形成的基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué) 和生物信息學(xué)等學(xué)科。 當(dāng)代生命科學(xué)的迅猛發(fā)展，已從根本上改變了它在自然科學(xué)中的地位 和作用。正代表著21世紀(jì)自然科學(xué)的前沿，成為發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、 潛力最大、競(jìng)爭(zhēng)最激烈的科學(xué)領(lǐng)域之一。 21世紀(jì)生命科學(xué)需要更多新的數(shù)學(xué)、物理、統(tǒng)計(jì)、材料、電子的技術(shù) 支持。只有新技術(shù)才能誘導(dǎo)有意義的新發(fā)現(xiàn)。 現(xiàn)代生命科學(xué)新進(jìn)展現(xiàn)代生命科學(xué)新進(jìn)展 1、中心法則的補(bǔ)充與發(fā)展中心法則的補(bǔ)充與發(fā)展全面認(rèn)識(shí)rna的功能；發(fā)現(xiàn)表觀遺傳效應(yīng)； 蛋白質(zhì)為模板的肽鏈合成；蛋白質(zhì)的自我剪切；分子伴侶。 2、人類基因組

9、計(jì)劃人類基因組計(jì)劃遺傳作圖和物理作圖。 3、基因組學(xué)基因組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組，功能基因組，比較基因組，藥物基因組 （三次醫(yī)學(xué)浪潮：重組蛋白，單克隆抗體；基因藥物）等。 4、蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)雙向電泳，蛋白質(zhì)質(zhì)譜，蛋白質(zhì)芯片，蛋白質(zhì)相互作 用分析（雙雜系統(tǒng)）等。 5、轉(zhuǎn)錄組學(xué)與代謝組學(xué)轉(zhuǎn)錄組學(xué)與代謝組學(xué)rna的多樣性，rna編輯，代謝網(wǎng)絡(luò)。 6、生物信息學(xué)生物信息學(xué)（生命科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)及信息學(xué)的結(jié)合，對(duì)生物信 息進(jìn)行收集、儲(chǔ)存和分析）（深圳華大基因） 7、分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)展分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)展pcr技術(shù)進(jìn)展，測(cè)序技術(shù)進(jìn)展，基因芯片， rna干擾等。 8、基因工程基因工程轉(zhuǎn)基因作物，動(dòng)物克隆，基因治療

10、。 9、免疫學(xué)免疫學(xué)單克隆抗體，基因工程抗體。 10、發(fā)育生物學(xué)發(fā)育生物學(xué)細(xì)胞周期調(diào)控，細(xì)胞凋亡，細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，干細(xì)胞 研究，發(fā)育調(diào)控。 11、神經(jīng)生物學(xué)神經(jīng)生物學(xué)神經(jīng)傳導(dǎo)機(jī)制，神經(jīng)生長(zhǎng)因子，腦科學(xué)。 12、癌癥研究癌癥研究癌基因，抑癌基因，癌變理論，腫瘤治療。 13、病毒學(xué)研究病毒學(xué)研究艾滋病，乙肝病毒，禽流感 14、環(huán)境生物學(xué)研究環(huán)境生物學(xué)研究活性污泥，生物治理（生物修復(fù)） 15、生物進(jìn)化研究生物進(jìn)化研究達(dá)爾文進(jìn)化論，綜合進(jìn)化論，分子進(jìn)化中性學(xué)說(shuō)。 二、生命科學(xué)研究的倫理道德二、生命科學(xué)研究的倫理道德生物倫理學(xué)（自學(xué)）生物倫理學(xué)（自學(xué)） 人們關(guān)注生命科學(xué)研究中的倫理道德問(wèn)題主 要起因于分子

11、生物學(xué)研究中的克隆技術(shù)和干 細(xì)胞研究動(dòng)物的克隆和人卵細(xì)胞的研究。 1 1、第一次作業(yè)：生命科學(xué)研究中涉及的倫理問(wèn)題（交一份、第一次作業(yè)：生命科學(xué)研究中涉及的倫理問(wèn)題（交一份 小綜述，可以打印，也可手抄）小綜述，可以打印，也可手抄） 2 2、問(wèn)卷調(diào)查：、問(wèn)卷調(diào)查：假如給你10天、30天或1到2年的假期，你打 算如何度過(guò)？請(qǐng)?jiān)?0-30min之內(nèi)寫出不同時(shí)間跨度的想法 提綱（內(nèi)容不要超過(guò)一頁(yè)紙）。 三、生命科學(xué)研究基礎(chǔ)三、生命科學(xué)研究基礎(chǔ) （一）科學(xué)與偽科學(xué)的區(qū)別科學(xué)理論的可證偽性 （波普爾證偽原則） （二）科學(xué)數(shù)據(jù)有效性分析誤差-統(tǒng)計(jì)方法 波普爾證偽原則 卡爾卡爾雷蒙德雷蒙德波普爾波普爾爵士 （

12、sir karl raimund popper， 19021994），出生于奧地利， 逝于英國(guó)倫敦，猶太人，20世紀(jì)最 著名的學(xué)術(shù)理論家、哲學(xué)家之一。 波普爾最著名的理論，在于對(duì)經(jīng)典的觀測(cè)-歸納法的批判，提出“從 實(shí)驗(yàn)中證偽的”的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：區(qū)別“科學(xué)的”與“非科學(xué)的”。 證偽原則證偽原則 波普爾關(guān)于科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)是：只可證偽，不可證實(shí)。證偽主義至少存在 兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。 第一，科學(xué)理論的表達(dá)一般為全稱判斷，而經(jīng)驗(yàn)的對(duì)象是個(gè)別的。所 以，經(jīng)驗(yàn)如果用來(lái)證實(shí)理論，那么它將是無(wú)法窮盡一般的理論的。比 如，所有的羊都是白色的（是一個(gè)科學(xué)假說(shuō)），以后發(fā)現(xiàn)再多的白羊 也不能證明所有的羊都是白的這一假說(shuō)是正確的，但是只

13、要有一只黑 羊就能證明所有的羊都是白的這個(gè)理論是錯(cuò)誤的，即這個(gè)假說(shuō)被證偽 了。所以，經(jīng)驗(yàn)的真正意義在于可以證偽科學(xué)理論。 第二，證偽主義可以避免對(duì)錯(cuò)誤理論的辯護(hù)和教條。如果堅(jiān)持實(shí)證主 義，那么一旦出現(xiàn)與理論相悖的經(jīng)驗(yàn)，人們便會(huì)做出特例假設(shè)或特殊 的限制以使得理論能滿足經(jīng)驗(yàn)。但實(shí)際上這樣的設(shè)定往往是極不科學(xué) 的。證偽主義使人們相信所有的科學(xué)都只是一種猜測(cè)和假說(shuō)，它們不 會(huì)被最終證實(shí)，但卻會(huì)被隨時(shí)證偽。 按照波普爾的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)學(xué)和邏輯學(xué)不是科學(xué)。因?yàn)樗鼈兪?無(wú)法被證偽的。 數(shù)學(xué)是以概念和邏輯作為根基的。邏輯則是與思維相關(guān)的， 起源于哲學(xué)，你可以把它理解成一種思維模式。 邏輯學(xué)則是研究和完善這種思維模

14、式的。而科學(xué)則是研究 自然現(xiàn)象的，對(duì)自然現(xiàn)象作出解釋，過(guò)程中大量用到數(shù)學(xué) 和邏輯。所以，數(shù)學(xué)和邏輯學(xué)是比科學(xué)更基本的學(xué)科，是 科學(xué)的工具，當(dāng)然不屬于科學(xué)。 知識(shí)的增長(zhǎng)方式知識(shí)的增長(zhǎng)方式 波普爾用這樣一個(gè)模式來(lái)描述科學(xué)知識(shí)的積累。波普爾用這樣一個(gè)模式來(lái)描述科學(xué)知識(shí)的積累。 p1tseep2p1tseep2，對(duì)于問(wèn)題，對(duì)于問(wèn)題1 1，人們提出假說(shuō)嘗試解決，人們提出假說(shuō)嘗試解決 （tentative solutiontentative solution）它。然后通過(guò)證偽來(lái)消除）它。然后通過(guò)證偽來(lái)消除 錯(cuò)誤（錯(cuò)誤（error eliminationerror elimination），進(jìn)而產(chǎn)生新的問(wèn)題

15、），進(jìn)而產(chǎn)生新的問(wèn)題2 2。 隨著問(wèn)題的深入，對(duì)問(wèn)題作嘗試解決的理論的正確隨著問(wèn)題的深入，對(duì)問(wèn)題作嘗試解決的理論的正確 性也就越來(lái)越高?？茖W(xué)知識(shí)的積累不僅僅是數(shù)量上性也就越來(lái)越高?？茖W(xué)知識(shí)的積累不僅僅是數(shù)量上 的增長(zhǎng)，而更應(yīng)該是新理論代替舊理論的質(zhì)變。的增長(zhǎng)，而更應(yīng)該是新理論代替舊理論的質(zhì)變。 證偽主義應(yīng)采用試錯(cuò)法。這是指人們應(yīng)該大膽地提出假說(shuō) 和猜測(cè)，然后去尋找和這一假說(shuō)不符合的事例。根據(jù)事例 對(duì)假說(shuō)進(jìn)行修正，不斷重復(fù)這一過(guò)程，乃至將最初的假說(shuō) 全盤否定。試錯(cuò)法對(duì)理論的修改和完善是沒(méi)有止境的，試 錯(cuò)法的結(jié)果只能是一個(gè)較好的假說(shuō)，但不是最好的假說(shuō)。 最好的假說(shuō)是終極真理的代名詞，和科學(xué)精神相悖

16、。 如果能由科學(xué)理論本身構(gòu)造一個(gè)反駁該理論的實(shí)驗(yàn)，而且該實(shí) 驗(yàn)結(jié)果能直接推翻該理論，則該理論就具備“可證偽性”。 換句話說(shuō)：由一個(gè)科學(xué)理論得到的推論，如果針對(duì)該推論可以 安排一個(gè)現(xiàn)實(shí)的（可做成的）實(shí)驗(yàn)，而該實(shí)驗(yàn)結(jié)果能否定該推 論的正確性，該理論就被證偽。 “可證偽性”的前提條件是：實(shí)驗(yàn)的可實(shí)現(xiàn)性。用“可證偽性” 去構(gòu)造一個(gè)關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)（“證偽性實(shí)驗(yàn)”）的價(jià)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 為證明該理論正確的“證明性實(shí)驗(yàn)”。 換句話說(shuō)：無(wú)數(shù)個(gè)“證明性實(shí)驗(yàn)”的威力抵不過(guò)一個(gè)“證偽性 實(shí)驗(yàn)”的威力。 （二）科學(xué)數(shù)據(jù)有效性分析誤 差-統(tǒng)計(jì)方法 （該內(nèi)容是課程生物統(tǒng)計(jì)學(xué)解 決的問(wèn)題） 四、生命科學(xué)研究的一般過(guò)程四、生命科學(xué)研究的一般過(guò)程 進(jìn)行初步觀察 形成可驗(yàn)證的假說(shuō) 設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn) 收集資料 解釋結(jié)果 作出合理結(jié)論 查閱已有知識(shí) 五、對(duì)生命科學(xué)