Bài 2: Phương pháp nghiên cứu và học tập môn Sinh học

I. Phương pháp nghiên cứu sinh học

1. Phương pháp quan sát

2. Phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm

a. Phương pháp đảm bảo an toàn khi làm việc trong phòng thí nghiệm

- Cần lưu ý về an toàn cháy nổ, an toàn về hoá chất.

• Khi làm việc với những hoá chất độc hại, dễ bay hơi cần thực hiện ở nơi có tủ hút khí độc hoặc nơi thoáng khí.
• Tuân thủ các quy tắc pha hoá chất để tránh xảy ra cháy nổ.
• Kiểm tra sự vận hành của các thiết bị phòng chống cháy nổ, các máy móc hút mùi, chống độc, các trang bị cấp cứu khi có sự cố.

- Vận hành thiết bị.

• Trước khi sử dụng các thiết bị trong phòng thí nghiệm, cần nắm được quy tắc vận hành máy móc, thiết bị để thu được kết quả chính xác nhất và không làm hư hại máy móc.
• Cần ghi lại nhật kí làm việc và tình trạng hoạt động vận hành của máy móc.

- Trang bị cá nhân.

b. Một số kĩ thuật phòng thí nghiệm

- Phương pháp giải phẫu để tìm hiểu cấu trúc của cơ thể hay các bộ phận của tế bào.

Ví dụ: Giải phẫu các bộ phận của cơ thể động vật.

- Phương pháp làm tiêu bản tế bào/ nhiễm sắc thể để quan sát tế bào hoặc cấu trúc bên trong của tế bào như NST.

3. Phương pháp thực nghiệm khoa học

- Phương pháp nghiên cứu, phân loại sinh vật: định danh dựa trên hình thái của sinh vật.

- Phương pháp tách chiết: tách enzyme, gene, các chất có hoạt tính sinh học.

- Phương pháp nuôi cấy: nuôi cấy vi khuẩn; nuôi cấy mô tế bào động vật, thực vật; nuôi động vật, thực vật trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa.

​II. Các thiết bị nghiên cứu và học tập môn Sinh học

1. Kính hiển vi

- Dựa vào nguồn sáng được sử dụng, kính hiển vi được chia thành hai loại:

• Kính hiển vi quang học: sử dụng nguồn sáng điện hay ánh sáng mặt trời chiếu lên mẫu vật.

• Kính hiển vi điện tử: sử dụng nguồn sáng là các chùm electron chiếu qua hoặc lên bề mặt của mẫu vật.

- Ba thông số quan trọng của kính hiển vi:

• Độ phóng đại.
• Độ phân giải.
• Độ tương phản.

- Vai trò: giúp con người nghiên cứu cấu trúc siêu hiển vi của tế bào và cấu trúc của phân tử.

2. Máy li tâm

- Máy li tâm được sử dụng trong kĩ thuật phân đoạn tế bào - tách các loại bào quan dựa trên khối lượng của chúng.

- Để tách và phân lập các bào quan, cần phá vỡ các tế bào, sau đó cho vào ống nghiệm đem li tâm trong máy li tâm.

3. Các thiết bị khác

- Ở môn Sinh học bậc Trung học phổ thông, các thiết bị hay sử dụng là kính lúp, ống hút đơn giản hay pipet, một số loại ống hút có thể điều chỉnh định lượng dung dịch cần lấy một cách rất chính xác.

- Khi sử dụng bất cứ loại thiết bị thí nghiệm nào, chúng ta cần hiểu rõ cấu trúc, cách vận hành, sử dụng thiết bị để tránh làm hư hỏng dụng cụ, máy móc thiết bị và thu được kết quả chính xác, đảm bảo an toàn.

III. Các kĩ năng trong tiến trình nghiên cứu khoa hoc

1. Quan sát, thu thập dữ liệu

- Khi quan sát cần rèn luyện đức tính kiên trì, thận trọng.

- Việc sử dụng các công cụ nghiên cứu thích hợp cũng giúp các nhà khoa học thu được các số liệu chính xác và nhanh chóng.

- Dữ liệu thu được sau khi quan sát được dùng để hình thành nên các giả thuyết khoa học.

2. Đặt câu hỏi

- Sau khi thu thập dữ liệu, các nhà khoa học thường đặt ra các câu hỏi và tìm cách lí giải (đưa ra giả thuyết).

3. Hình thành giả thuyết

- Giả thuyết khoa học là những cách giải thích có thể kiểm chứng được bằng thực nghiệm cho các câu hỏi đề ra.

- Giả thuyết chỉ được gọi là khoa học khi nó được kiểm chứng bằng thực nghiệm.

- Diễn giải là sử dụng cách suy luận logic ngược lại với quy nạp, đi từ cái chung tới cái riêng.

- Suy luận diễn giải giúp chúng ta suy diễn từ giả thuyết hay nguyên lí chung ra những điều tất yếu sẽ xảy ra nếu giả thuyết hay nguyên lí đó là đúng.

- Những điều tất yếu sẽ xảy ra mà chúng ta có thể suy ra từ giả thuyết hay nguyên lí chung được gọi là các dự đoán.

4. Thiết kế và tiến hành thí nghiệm kiểm chứng

- Thí nghiệm kiểm chứng thường được thiết kế thành hai lô:

• Lô đối chứng.
• Lô thí nghiệm.

→ Hai lô giống nhau về số lượng, đặc điểm sinh học, môi trường nuôi dưỡng và mọi yếu tố của môi trường.

5. Phân tích kết quả nghiên cứu và xử lí dữ liệu

- Dữ liệu thu được từ các quan sát thực địa hay từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cần phải được xử lí thận trọng để thu được kết luận phù hợp.

- Dữ liệu thường được các nhà khoa học trình bày dưới dạng bảng biểu, đồ thị khác nhau. Đồ thị có hai thông số được ghi trên trục tung và trục hoành được gọi là các biến.

• Trục hoành thể hiện sự thay đổi của biến độc lập - loại thông số mà nhà nghiên cứu có thể chủ động thay đổi.
• Trục tung thể hiện sự thay đổi của biến phụ thuộc.

- Để giải thích số liệu trên đồ thị cần phải trải qua các bước phân tích đồ thị chung như sau:

• Xác định biến nào là biến độc lập, biến nào là biến phụ thuộc; các đơn vị trên trục tung và trục hoành tương ứng là gì.
• Giải thích sự thay đổi của các biến.
• Rút ra kết luận, kết quả thí nghiệm ủng hộ hay bác bỏ giả thuyết.

- Sử dụng các công cụ của phân tích thống kê cũng là một việc quan trọng trong xử lí số liệu nghiên cứu. Sử dụng toán thống kê có vai trò như sau:

• Xác định được cỡ mẫu thích hợp.
• Khẳng định được kết quả sai khác giữa nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm có thực sự có ý nghĩa thống kê hay không.

6. Rút ra kết luận

- Kết quả nghiên cứu thường được thẩm định và công bố trên các tạp chí khoa học và các nhà khoa học khác có thể tiến hành các thí nghiệm tương tự trên các đối tượng sinh vật khác nhau nhằm tìm kiếm thêm các bằng chứng ủng hộ giả thuyết.

- Một giả thuyết được kiểm nghiệm ở nhiều đối tượng khác nhau bởi các nhà khoa học khác nhau trên thế giới và được giới khoa học thừa nhận thì sẽ trở thành học thuyết khoa học.

IV. Tin sinh học - công cụ nghiên cứu và học tập môn Sinh học

- Tin sinh học là ngành khoa học sử dụng các phần mềm máy tính chuyên dụng, các thuật toán, mô hình để lưu trữ, phân loại, phân tích các bộ dữ liệu sinh học ở quy mô lớn nhằm sử dụng chúng một cách có hiệu quả trong nghiên cứu khoa học và cuộc sống.

- Tin sinh học đòi hỏi sự cộng tác của các chuyên gia từ nhiều ngành khoa học khác nhau như sinh học phân tử, hoá học, vật lí, toán học và chuyên gia công nghệ thông tin.

- Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo trong nghiên cứu y sinh học đem lại nhiều ứng dụng tuyệt vời khác mà trước đây chúng ta khó có thể hình dung được.

Ví dụ: Sử dụng trí tuệ nhân tạo để xử lí thông tin của bệnh nhân giúp các bác sĩ đưa ra các biện pháp chữa bệnh hiệu quả nhất cho từng bệnh nhân.

- Để học tập môn Sinh học hiệu quả có thể sử dụng các công cụ tin học đơn giản trong việc tìm kiếm, khai thác thông tin trên internet, sử dụng các chương trình tin học hay tự lập trình phần mềm mô tả các quá trình sinh học phức tạp.

1. Một số phương pháp thường được áp dụng trong nghiên cứu sinh học là: phương pháp quan sát, phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm, phương pháp thực nghiệm khoa học.

2. Các nhà sinh học luôn tuân theo một quy trình nghiên cứu khoa học gồm các bước theo trình tự: Quan sát → Đặt câu hỏi → Hình thành giả thuyết → Thiết kế và tiến hành thí nghiệm kiểm chứng → Phân tích kết quả thí nghiệm → Rút ra kết luận.

3. Tin sinh học là ngành khoa học sử dụng các phần mềm máy tính chuyên dụng, các thuật toán, mô hình để lưu trữ, phân loại, phân tích các bộ dữ liệu sinh học ở quy mô lớn nhằm sử dụng chúng một cách có hiệu quả trong nghiên cứu khoa học và trong cuộc sống.