基于大概念理念的高中生物教学与思考

1、基于大约念理念高中生物教学与思索 第1页引 言在高中生物新标准“设计依据”中指出：依据生物学大约念来构建课程体系和内容框架。在高中生物新标准“实施提议”中提议 ： 经过大约念学习，帮助学生形成生命观念。大约念是处于学科中心位置，对学生学习含有引领作用基础知识。在生物学课程中，大约念包含了对原理、理论等了解和解释，是生物学科知识主干部分。高中生物学课程必修课程和选修课程都是围绕着几个大约念展开，内容标准基于大约念描述了含有学科逻辑、符合高中学生认知特点主要概念，形成了课程内容框架。在教学中，教师围绕着生物学大约念来组织并开展教学活动，能有效地提升教学效益，有利于学生对知识深入了解和迁移应用，也有

2、利于发展学生生命观念。第2页教师在设计和组织每个单元教学活动时，应该围绕大概念和重要概念展开，依据重要概念精选恰当教学活动内容和活动方式，其教学策略既可以是讲解、演示、讨论，也可以是基于学生动手活动或对资料分析及探究，全部教学活动都要有利于促进学生对生物学概念建立、理解和应用。为了帮助学生形成正确生物学重要概念进而建立生物学观念，教师一方面需要向学生提供各种丰富、有代表性事实来为学生概念形成提供支撑；其次，教学活动不应仅仅停留在让学生记住一些零散生物学事实层面上，而是要经过对事实抽象和概括，帮助学生建立生物学概念，并以此来建构合理知识框架，为学生能够在新情境下解决相关问题奠定基础。在教学过程中

3、，教师还必须注意学生头脑中已有前概念，特别是那些与科学概念相抵触错误概念。课堂教学活动要帮助学生消除错误概念，建立科学概念。第3页1999年中国科协提出了为期50年全民科学素质行动计划，制订了2049年人人具备科学素质标准。（一）科学概念及科学知识标准科学概念和科学知识是科学素质基础，当代科学技术发展日新月异，不可能也没必要使全体公民都掌握全部科学知识。而应强调普及必要科学知识，尤其是那些作为了解自然钥匙，培养科学世界观和科学、技术能力亲密相关，已广泛渗透到当代社会生活各个领域必要科学概念和基本原理。相对于一些新兴学科、专业详细知识更新周期越来越短趋势而言，本标准要求公民掌握科学知识内容在未来

4、50年中也需要作必要修正和补充，而科学概念内容则含有更大稳定性。一、2049计划第4页1科学概念物质、运动、能量、信息相互作用、系统、改变、概率、运动规律稳定、平衡、转化、守恒结构、组织、进化测量、试验、模型、科学、技术第5页2 科学知识宇宙：宇宙结构和演化，地球形成、结构和环境物质：物质结构，物质基本运动形式，能量转化与守恒定律生命：生命起源和生物进化，细胞和生物体，生物多样性和生态系统人：人起源和进化，人体结构与功效，人体发育与健康，人思维与行为，死亡科学技术发展史，当代高科技及其产业化成就第6页（二）科学精神和科学世界观标准1唯物论和无神论观念世界是物质，是物质运动演变，不是神创造；物质

5、与精神关系。2 科学精神求真精神，怀疑精神，创新精神，实践精神，团体精神。3科学态度和科学方法严厉认真，一丝不苟，客观公正，实事求是态度；观察试验，假说推理，验证发展，去伪存真方法；识别伪科学。4 科学、技术与经济、社会关系 科学技术是第一生产力，科学是文化、是建设精神文明强大力量，科教兴国战略，可连续发展战略，知识经济，科学决议，尊重和保护知识产权。第7页（三）科学探究能力和技术动手能力标准1科学探究能力观察，提出问题，制订试验研究计划，利用相关工具和技术搜集数据，利用逻辑推理对试验结果分析综合、作出解释，表示与交流2技术动手能力 测量，计划，创造，成本与风险效益分析，计算机及其网络使用第8

6、页二、科学大约念科学教育标准与大约念英温哈伦 编著 韦 钰 译科学普及出版社 .710月，10位来自不一样国家科学家和教育家在苏格兰罗蒙湖举行了研讨会，会后形成汇报。引言 为何需要大约念/1第一章 支撑科学教育基本标准/6第二章 科学大约念选择/17第三章 科学上从小概念到大约念/27第四章 以大约念理念进行教学/47第9页（一）科学教育10项标准在义务教育全部年级，学校都应该设置科学教育项目，以系统地发展和连续保持学习者对周围世界好奇心，对科学活动热爱以及对怎样说明自然现象了解。科学教育主要目标应该是为了使每个人能够参加有依据决议和采取适当行动，这对确保他们个人、社会以及环境健康和协调发展是

7、主要。科学教育含有多方面目标，科学教育应该致力于：了解一些科学上相关大约念，包含科学概念以及关于科学本身和科学在社会中所起作用概念；搜集和利用实证科学能力；科学态度。基于对概念审慎分析以及基于当前对学习是怎样发生相关研究和了解，应该给出为了到达科学教育各个方面目标清楚进程，指出在不一样阶段需要掌握概念。第10页应该从学生感兴趣并与他们生活相关课题开始，逐步进展到掌握大约念。学习经验应该明晰地反应出既包含科学知识，也包含科学探究理念，而且符合当前科学和教育方面看法。全部科学课程活动都应该致力于深化学生对科学概念了解，同时应该考虑其他可能目标。比如，科学态度和能力培养。为学生设置学习项目以及教师职

8、前教育和专业发展，都应该与为到达标准3中所设置目标需要教与学方法保持一致。评测在科学教育中含有关键作用。不论是对学生学习过程形成性评测，还是对学生学习进展总结性评测，都必须考虑到全部学习目标。为了到达科学教育目标，学校科学项目应该促进教师之间合作，并需要社会其他力量包含科学家参加。第11页第12页（三）科学大约念阐述1科学大约念含义概念：是人脑对客观事物本质特征认识，概念能够将事物本质特征分离出来，并帮助人类对事物认识摆脱零碎细枝末节干扰。概念是将一个人经验组织起来，然后对相关内容、事件以及信息惊醒总结归纳、分类以及推论和抽象化处理后知识体系。概念能够让我们在对世界认识过程中拥有一个认知、发展

9、和交流能力。第13页科学概念：是指经过人组织而形成、体系化科学知识。一方面，他们是科学家们对世界共识，是人类宝贵精神财富，另一刚方面，他们又对科学家组织对世界再认识发挥着推动作用，所以，科学概念内涵是动态变化、是开放式。科学概念形式表现一方面是自然形成语言，其次是经过一定语言规则处理后而表述出来知识结构。它既是经过是实证研究知识，也是要被专业人士所认可和接收知识。同时,科学概念中，有层次性区别。概念发展是动态，随着人类认知自然能力提升和理论知识发展而不停得到丰富和完善。第14页大约念：与日常教学中“概念”有所不一样。美国科学促进会（AAAS）在 年对于大约念定义是 “能将众多科学知识联为一致整

10、体科学学习关键”科学教育标准与大约念一书中对大约念所包含内涵以及科学教育意义阐释是：“这些关键观念及其进阶过程能帮助学生了解其生活中事件和现象，并在其结束学业、迈入社会后，连续发生影响”。大约念包含共通概念与关键概念。共通概念往往是指跨学科内容组织，比如“能量”“物质”等就属于该类概念；关键概念侧重于整协议一学科内知识。比如“物质及其相互作用”和“遗传：性状遗传和变异”等都是该类概念。第15页 2科学大约念选择 选择科学大约念，一是考虑对儿童发展作用，二要考虑对认识科学活动发觉和本质作用。大约念选择标准：能够用于解释众多物体、时间和现象，而它们是学生在学校学习和毕业以后生活中会碰到，学生学习了

11、这个概念后，要能够在提升决议力上有所帮助，这么帮助将延续到他们未来生活和工作中；能够提升学生悦纳自己和接收自然主动心态，能够对于此相关问题进行愉快而有意义探索和思索；含有一定文化意义。人创造力、影响性以及发展史回顾总结等。第16页3从科学小概念到大约念 作为源自感性认知和观察试验而得来小概念将伴随学习不停深入而逐步转换为大约念。人们常说概念构建过程就是由科学小概念向科学大约念发展过程，也是他们二者之间互动过程。明茨基等人在促进了解之科学教学中指出：“教师面正确挑战是：怎样寻求不一样经验来设计问题、试验以及示范，以要求学生重新思索他们想法。针对学生需求，以及他们特有前概念，要发展和应用更具挑战性

12、教学策略。”帮助建立大约念是在教育工作者了解教育对象小概念掌握情况后必行工作。 第17页从小概念迈向大约念形式有：一是要对儿童小概念拥有情况有一个清楚地掌握，提升大约念构建针对性。二是建立转变模型，进行构建活动。构建活动包含提问、解释、总结和推论等各种方式；三是强化科学大约念，强化知识结构体系。要重视对新建立大约念体系化完善，形成新知识结构，使大约念得到巩固。详细到教学实践中，要从小概念转变到大约念，一是要深入重视感知。感知是认识事物起点。试验和观察是帮助学形成感性认识主要方式。大约念是建立在小概念基础上。二是要格外重视表象。这是客观事物作用于人脑后形成形象。它是介于详细性和抽象性二者之间认知

13、桥梁。三是推进大约念形成。在有了感知和表象基础后，就能够引导学生揭示事物本质，最终建立概念。四是，经过深入拓展和深化形成大约念，实现小概念向大约念转变。 第18页（二）科学中14个大约念科学概念1宇宙中全部物质都是由很小微粒组成。2物体能够对一定距离以外其它物体产生作用。3改变一个物体运动状态需要有净力作用于其上。4当事物发生改变或被改变时，会发生能量转变，不过在宇宙中能量总量总是不变。5地球结构和它大气圈以及在其中发生过程，影响着地球表面情况和气候。6宇宙中存在着数量极大星系，太阳系只是其中一个星系银河系中很小一部分。第19页7生物体是由细胞组成。8生物需要能量和营养物质，为此它们经常需要依

14、赖其它生物或其它生物竞争。9生物体遗传信息会一代代地传递下去。10生物多样性、存活和灭绝都是进化结果（二）关于科学概念11科学认为每一个现象都含有一个或多个原因。12科学上给出解释、理论和模型都是在特定时期内与事实最为吻合。13科学发觉知识能够用于开发技术和产品，为人类服务。14科学应用经常会对伦理、社会、经济和政治产生影响。第20页原子是组成全部物质（有生命和无生命）基础单元。能够用原子行为来解释不一样物质特征。化学反应使材料中原子重新排列，以生成新物质。每个原子都有一个原子核，原子核中包含了中子和质子，并由电子围绕。质子和电子携带着相反电荷，相互吸引，以使原子维系在一起和形成一些化合物。1

15、宇宙中全部物质都是由很小微粒组成。第21页在日常生活中碰到全部“物品”，包含空气、水和不一样种类固体都称为物质，因为它们含有质量并占有空间。不一样物质能够经过它特征来识别，有些特征能够用来将物质分成固体、液体或气体。有些物质能够组合而形成新与原有物质特征不一样新物质；另一些物质是简单混合体，并没有永久地被改变，它们能够重新被分离。加热或冷却也能够使物质发生改变。当固体熔化或液体蒸发时，物质量并没有改变。假如能把物质分割成越来越小碎块，能够发觉物质是由碎块、微粒组成，它们是如此小，以至要用显微镜来观察。这些微粒并不是存在于物质之中，它们就是物质。对某个特定物质来说，所含有全部微粒是相同，而且与其

16、它物质中微粒不一样。第22页 这些微粒不是处于静止状态，而是在做杂乱运动。它们运动速度被表现为物质温度。这些微粒之间会相互吸引或排斥。能够用微粒运动和相邻微粒之间距离，以及吸力强弱来说明固体、液体和气体区分。比如需要从固态变成液态，或是从液态变成气态，微粒之间吸力越强，要将微粒分开所需能量就越大，这就是为何物质含有不一样熔点和沸点原因。物质最小碎块称为原子。全部物质，不论位于宇宙何处，不论是有生命或是无生命，都是由大量这类基本建构单元组成。这种基本不一样类型建构单元大约有一百各种。仅有一个原子组成物质称为元素。不一样种类原子能够组合在一起，形成众多化合物，参加反应物质原子重新排列，形成了新物质

17、，这就是化学反应，但物质总量维持不变。不一样物质特征能够用组成它原子和原子集合体行为来解释。第23页原子本身含有一定内部结构，它包含有一个由中子和质子组成原子核，电子围绕原子核运动。电子和质子都带有电荷电子带有负电荷，质子带有正电荷，原子是中性，原子带正负电荷量完全相等。电子在物质中快速地移动，形成电流并产生磁力。他们产生净力是吸力，将化合物中原子和分子维系在一起。当一些电子被移走或增加时，原子就变成了带有正电或负电离子。有些原子核不稳定，能够发射出某种粒子，这个过程称为放射或辐射，它释放出射线和辐射能量，这种能量要远远大于原子之间发生任何反应时包括能量。 第24页2物体能够对一定距离以外其它

18、物体产生作用。一些物体能够对一定距离以外其它物体产生影响。在有些情况下，比如声和光，经过由产生源到接收物辐射起作用；在另外一些情况下，一定距离间产生作用是用物体之间存在场来解释，比如磁场或万有引力场。第25页有些物体能够对另外一些物体产生作用，即使不直接接触。比如光能够来自与我们相近灯泡或火焰，也能够来自离我们很遥远太阳和星球。这是因为这些物体能发光，光能够沿着不一样方向传输，当光抵达并进入我们眼睛时，就能够被检测到。不论是直接由光源发出来光，还是反射光，我们眼睛都能够检测到。声音源于物体振动，在离开声源一定距离之外能够检测到它，因为四面空气或其它物质也能发生振动。当空气中振动传到我们耳朵时，

19、我们就听到声音了。另一类物体影响不相互接触其它物体例子，包含使物体朝向地球下落万有引力，磁铁之间或电荷之间力。当失去支撑物体下落时，它们被地球所吸引，依靠这种吸力，使全部物体能够保持在地球上。磁铁能够吸引含铁物件，磁铁之间不需要相互接触就能够相吸和相斥。在带电体之间也会相吸和相斥。第26页可见光是一个射线，它传输类似于水中波传输。其它种类光我们人眼看不见，包含无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线和伽马射线。它们之间差异在于含有波长不一样。这些射线都能够经过真空传输。把射线看做是一个波，能够帮助我们说明它特征。即使声音传输也类似于波，不过声音不能经过真空传输，在源和接收体之间必须存在某种连续物

20、质，它才能够经过。但射线射到另外一个物体上时，能够被物体反射、吸收或散射、穿过物体或与物体组合在一起。当射线被一个镜面反射或经过一个透明物质传输时，射线保持不变；而当射线被物体吸收时，它会发生改变，而且通常会造成该物体温度上升。第27页一些相隔一定距离作用不能用从源到接收体辐射来解释，比如磁铁能够吸引或排斥另一个磁体，两个磁体起到作用是一样。一样，在电荷之间吸引和排斥也是互易。将一个物体放开，它会落向地面，这也是因为相隔一定距离物体和地球之间相互吸引结果。在全部物体之间都存在万有引力，它大小和两个物体所含有质量以及相隔距离相关。只有当一个或多个物体含有非常大质量时才能感到万有引力存在，就像地球

21、将物体拉向地面，对这种情况，用场概念来解释更有用。场是一个物体在它周围产生影响区域，场强度伴随与物体距离增加而衰减。另外物体进入到这个场之中，就会受到场作用被吸引或被排斥。第28页3改变一个物体运动状态需要有净力作用于其上。只有在力综合作用以后所剩净力作用下，物体运动速度才会改变。全部物体，不论大小，它们之间都会存在万有引力。依靠万有引力，行星维持在围绕太阳轨道上运行，并使地球上物体向地球中心下落。第29页力能够推、拉或扭转物体，使物体形状或运动状态发生改变。物体只有在受到净力作用时，才会改变它们运动状态。某个物体运动状态改变快慢取决于力作用和物体质量。一个物体质量越大，它被加透或减速需要经历

22、时间就越长。质量这种特征称为惯性。全部物体不论大小，它们之间都普遍存在着被称之为万有引力吸力，它使地球上每一个物体都被吸向地球中心。我们把将物体吸向地球力称为物体重量。物体拉地球力和地球拉物体力是相等，不过地球质量要远比物体大，所以我们观察到发生运动是物体，而不是地球。在月球上，物体所受到往下拉万有引力要比在地球上所受到小，因为月球质量比地球小。地球对月球拉力使月球能维持在轨道上运行，而因为月球对地球产生拉力引发了潮汐。第30页一个物体能够在地球表面保持静止状态，是因为作用于其上一个或多个力反方向地平衡了万有引力。放在桌子上一本书之所以不落向地面，是因为书桌原子向上推物体力和向下拉物体万有引力

23、相等。看成用于物体上力方向相反，而大小不等时，就会改变物体运动状态，使它被加速或减速。换句话说，一个物体运动状态不会改变，除非有净力作用于其上。我们经常会认为产生作用不是力，而是运动着物体本身，比如会认为一个滚动着球会自动地慢下来。实际上，球运动逐步变慢是因为受到摩擦力作用。在任何情况下，运动状态改变都是因为力不平衡而产生。假如没有净力作用，任何物体运动状态都不会改变；静止物体将保持静止，运动着物体会永远沿着直线运动，就第31页 像天空中星球那样。运动状态改变发生在净力方向上，而不会影响与净力成直角方向运动。卫星能够维持在绕地球旋转轨道上，因为它们受到了足够大力，被送到了一定高度。在这个高度上

24、，它们能够维持在绕地球曲线轨道上运动，因为这时万有引力只是不停改变它们运动方向，而没有空气阻力使它们运动变得迟缓。作用于某个物体上一对方向相反但不在同一直线上力，会使物体旋动或扭转，旋转力大小取决于力作用点离开旋转轴距离。这个现象被广泛地利用在工具和机器之中。压力用于测量作用于特定面积上力大小。一样大小力，当施加于较大面积上时比施加于较小面积上产生压力要小。这么一个关系也有许多利用，从雪地靴到图钉。第32页4当事物发生改变或被改变时，会发生能量转变，不过在宇宙中能量总量总是不变。许多过程和事件总在改变，产生改变需要能量。能量能够经过各种方式从一个主体向另一个主体转移。在这个过程中，部分能量会转

25、变为不易利用形态。能量既不能产生，也不会消失。从化石燃料获取能量不再轻易取得了。第33页有许多不一样方式使某个现象发生或改变：推或拉，会使物体运动状态改变；加热能使物体改变，如烹调、熔化固体或使水变成水蒸气；电能够使电灯泡发光。在全部这类情况下，使得物体发生改变必须要有能量。在改变过程中，能量从一个物体传向另一个物体。将能量转给其它物体，称为能源。即使它们本身不产生能量，不过它们必须从它们本身或从其它某个地方获取能量。物体取得能量，或是源于它们化学成份（如燃料和电池），它们运动、它们温度、它们在重力场或其它场中位置，或是源于弹性材料压缩或变形。将一个物体提升到高于地面位置，它就能够储存能量，当

26、释放它时，它会下落，而其所储存能量则能够使一些事物发生改变。当物体被加热时，与处于较冷状态第34页下相比，它取得了更多能量。热从一个温度较高物体转向与它接触温度较低物体，直到二者处于相同温度。这个过程快慢，取决于热传导材料种类。电池组中储存能量是化学能，当电池接通电路产生电流时，储存能量就流动了。能量也能够借助于辐射来传输，如在空气中传输声音、空气或真空中光。能够用能量改变来解释许多过程和现象，从植物生长到天气改变。能量转换造成一些现象产生时，几乎总是会伴随产生一定量不希望取得热能，而且这些热能会经过传导或辐射扩散开来。热能是原子和分子杂乱运动，以这种形式存在能量不易被利用。第35页能量不能被

27、产生或毁灭。当能量从一个物体传向另一个物体时，宇宙中能量总量是保持不变，一个物体损失能量和另一个物体取得能量是相等。当太阳加热地球时，太阳经过辐射逐步在损失能量。原子质量是储存能量一个方式，被称为核能。放射性原子能够释放这种核能，将核能变为热能而供人类利用伴随人口增加以及当代化生活方式需要花费更多能源，全世界对能源需求在增加。尤其是使用方便电能。因为发电站和发电机组经常使用化石燃料是有限，必须要考虑使用其它方式来产生电能或经过提升能量使用过程效率来降低对能量需求。第36页5地球结构和它大气圈以及在其中发生过程，影响着地球表面情况和气候。来自太阳辐射加热地球表面，并使空气中和海洋中产生对流，因之

28、形成不一样气候。在地表之下，来自地球内部热量造成了岩浆运动。地球固体表面因为岩石形成和风化而不停在改变。第37页地球表面都被大气所包围，然而逐步远离地球表面（在天空更高地方）大气会变得逐步稀薄。天气取决于大气层情况，它由大气温度、压力、运动速度、方向、大气中水蒸气含量等共同决定。经过在一段时间内对上述参量测量，建立一些模型，用以预测不一样类型天气发生可能性。地球固态表面大部分是土壤，土壤是由不一样尺寸碎石和有机体残留物组成混合物。沃土中包含了空气、水、由生物腐败而产生一些化合物、特定植物以及各种生物，如昆虫、蚯蚓和细菌等。在土壤下面固体物质是岩石。岩石有许多不一样种类，它们成份和特征各不相同。

29、在风和水作用下，岩石逐步风化成小碎块，沙是由细小碎石组成，而泥土是更小碎石。第38页处于地球表面大气层，对来自太阳大部分辐射射线是透明。这些射线能够穿过大气层。被地球表面所吸收射线是地球取得外部能源。从地球形成伊始就一直在进行、位于地球内部放射物质衰变，是地球内部能量起源。来自太阳射线向含有叶绿素植物提供能量，使它们经过光合作用生成葡萄糖。来自太阳射线被地球表面吸收，使地球表面变暖，从而辐射出波长较长射线（红外线）。红外线不能经过大气层，而是被大气层吸收，使地球变暖，这就是温室效应，因为这和温室里用太阳能加热方式是类似。大气层中氧气是由植物经过光合作用产生。它能够间接保护地球表面生物免于受到来

30、自于太阳射线中短波部分（紫外线）伤害。在大气层高层，紫外线和氧气作用会生成臭氧，从而吸第39页 收有害射线。地球上人类活动产生一些化学物质会破坏大气层中臭氧层。在地球固体外壳下面有一层热覆盖层，称为地幔。在压力下地幔是固体，当压力降低时，它会融化(被称为岩浆）。有些地方地球表面硬壳存在裂缝(或薄层区），岩浆有可能会冲出到地球表面，火山暴发就是一个例子。地球外层硬壳是由许多板块组成。因为地幔运动会带动这些板块之间产生相对移动。在板块相互对撞时，形成了山脉和沿着板块边缘一些裂纹地带。这些地域可能会发生地震，也可能是活火山地域。地球表面会伴随时间而迟缓地改变，山脉会被水侵蚀；当地壳受力而上升时会形成

31、新山脉。第40页6宇宙中存在着数量极大星系，太阳系只是其中一个星系银河系中很小一部分。太阳、八大行星以及其它一些按一定轨道运转较小星体共同组成了我们太阳系。依据地球围绕太阳旋转运动和取向，能够解释白昼和黑夜更替，以及四季形成。太阳系是银河系一部分，银河系又是宇宙中数以百计类似星系中一个。那些星系离我们非常遥远，许多星系中也会包含行星。第41页我们见到太阳是组成宇宙许许多多星球之一。地球大约一年沿轨道绕太阳旋转一圈，月亮大约四个星期绕地球旋转一圈。太阳位于太阳系中心，是太阳系中唯一能发出可见光光源。月亮反射来自太阳光。当月亮绕地球运动时，只有被太阳照射到部分才能被我们看见，这是我们在不一样日子里

32、看到月亮形状会发生改变原因。地球绕着南北向轴自转，地球自转使我们好像看到太阳、月亮和星星在绕地球旋转。因为地球自转，地球表面会朝向太阳或背向太阳，从而形成了白昼和黑夜地球绕太阳旋转一圈要用一年时间。地球轴线相对于它绕太阳旋转轨道平面是倾斜，所以在地球不一样位置和处于一年中不一样时间，白昼时间会改变。地球旋转轴倾斜造成了四季形成。第42页地球是我们所在太阳系中八大行星之一。行星和其它小天体以大致为圆形轨道绕太阳旋转，各自旋转轨道离开太阳距离不一样，完成旋转一圈所需时间也不相同。在这些天体之间相隔距离是非常远海王星距离太阳45亿千米，比地球离太阳距离要远30倍。从地球上看，行星相对于一些恒星在移动

33、有时在绕太阳轨道上运动一大块岩石，飞行到距离地球足够近时，将会被拉进地球重力场，并在经过大气层时被加速，这时在空气和岩石表面之间摩擦力会造成岩石被加热和燃烧。这就是我们观看到“流星”。除此以外，在太阳系中星体移动大多是规则和周期性。科学定律或相关事件行为普通规律，对地球适用，对宇宙空间一样适用。空间探测已经证实，行星自形成以来，它们表面一直在改变。第43页离我们最近恒星，也比距离我们最远行星海王星要远得多。被称为银河系星系由数百万颗恒星组成，而我们太阳只是其中一颗。在宇宙中存在着数量极大星系，它们之间距离几乎是难以想象遥远，而且都在快速地相互飞离。星系这种运动支持了宇宙是源于过去曾发生“大爆炸

34、”膨胀而成观点，而对宇宙未来发展当前还不清楚。第44页7生物体是由细胞组成。全部生物体都是由一个或多个细胞组成。多细胞生物包含功效不一样多个细胞。全部生命基本功效都取决于组成生物体各个细胞内发生过程，生长是细胞分裂倍增结果。第45页生物体（有机体）与生物区分在于生物体能够运动、繁殖和对一些刺激产生反应。为了维持生存，生物体需要水、空气、食物、排泄废物和温度适宜环境。全部生物体都是由一个或多个细胞组成。细胞只能用显微镜来观察。生命全部基本功效都源于细胞内部发生过程。在生长和繁殖过程中，细胞分裂成更多细胞。为了实现生长、繁殖以及其它功效，细胞需要从食物中吸收能量。多细胞生物体中细胞除了含有全部细胞

35、相同功效外，还有特定功效。如肌细胞、血细胞和神经细胞。它们在生物体内执行特定功效。细胞通常会聚合成组织，组织组合成器官，器官组织成系统。在人体内执行关键功效系统有呼吸系统、消化系统、排泄系统和体温调整系统。血液循环系统将细胞需要物质运输到身体各个部分，并能够将溶解废物输送到排泄系统。第46页在细胞内存在着许多不一样种类分子，它仍相互配合以完成细胞功效。在多细胞生物体中，经过将一些递质传送到邻近细胞来实现细胞之间相互通信，以协同活动。包囊在每个细胞外细胞膜在控制进入和逸出细胞物质上起着主要作用。不一样类型细胞内活动由酶调控。特定组织和器官释放出激素，调控其它器官和组织活性，并影响生物体整体功效。

36、在人体中，大多数激素经过血液运输。疾病通常是因为细胞功效发生故障而造成。许多药品经过加速或延缓酶或激素调控机能来产生作用。脑和脊髓也对细胞活性调控起作用，它们是经过发送沿着神经细胞传递电信号来传递信息，这些电信号在细胞之间能快速地传输。在一定条件下，细胞功效处于最正确状态，尤其是保持适宜温度和酸碱度。单细胞和多细胞组成生物体都含有将温度和酸碱度保持在一定程度内机制，以确保生物体存活。第47页8生物需要能量和营养物质，为此它们经常需要依赖其它生物或其它生物竞争。食物为生物体提供物质和能量，使其能实现生命基本功效和生长。一些植物和细菌能够利用太阳能生成复杂食物分子。动物依靠消化这些复杂食物分子来获

37、取能量，它们归根结底都是依靠绿色植物来获取能量。在任何生态系统中，都会存在物种之间为取得能量和物质而产生竞争，因为能量和物质是生存和繁衍后代所必需。第48页全部生物体都需要经过摄取食物来取得能量，还需要空气、水和一定温度环境。含有叶绿素植物能够利用太阳光制造它们需要食物，并把它们不马上利用食物储存起来。动物需要那些能够被它们分解食物。食草动物直接吃植物来获取食物，食肉动物则经过吃已经吞噬了植物或其它动物动物来获取食物。归根结底，动物是依靠植物来存活。生物体之间这种关系能够用食物链和食物网来表示。有些动物除了需要植物作为食物外，还以其它方式依赖于植物。比如呵护所、人类衣服和燃料。植物也以不一样方

38、式依赖于动物。比如，虫媒植物依靠昆虫来授粉，而且依靠其它动物传输它们种子。第49页在特定区域内生活在一起相互依存生物组成某种生态系统。在一个稳定生态系统中，包含有食物生产者（植物）、消费者（动物）和分解砉。分解者主要是细菌和真菌。它们以废物和死去生物体为食。分解者产生物质有利于植物生长，这么就使得生物体中分子不停地被循环利用。同时，能量经过生态系统传输。当食物被生物体用于生命过程时，其中部分能量会以热形式散逸。植物利用太阳能合成植物食物，又会使生态系统中能量得以补充。在任何特定生态系统中，为取得生存所需要畿量和物质，物种间会存在竞争。某个生态系统是消失还是留存，取决于在其环境中是否能够连续取得

39、生命需要物质。在含有特定气候、地理和水文区域里，植物物种会发生适应性改变。以取得它们生长和繁殖所需水、光、矿物质和空间。假如条件改变了，植物种群就有可能会发生改变。从而造成动物种群改变。第50页9生物体遗传信息会一代代地传递下去。细胞中遗传物质储存在化学分子DNA中，DNA序列能够用四个字母编码来表示。基因决定了生物体发育和结构。在无性繁殖中，后代含有全部基因都来自于一个母体。在有性繁殖中，基因中各二分之一分别来自父方和母方。第51页有生命物体会繁殖同一个类后代，不过在许多情况下，后代相互之间或与它们双亲并不完全相同、植物和动物包含人类，他们许多特征与他们亲代类似，因为遗传信息从上一代传递给了

40、下一代、另外有一些特征，如能力和行为，并不能以一样方式传递，而必须经过学习才能取得。在一代又一代之间传递信息，都是组合在一起以编码形式传递。被称为DNA大分子中存在这种编码。一个基因是一定长度DNA。在单个染色体中包含了数百个或数千个基因。在人体中，大多数细胞含有23对染色体，它们携带总基因数约为25000个，它们提供生长和繁殖更多细胞所需信息。在细胞生长过程中和凋亡细胞被替换时，细胞会发生分裂，遗传信息被复制，使每一个新细胞都携带着母细胞基因复制件。第52页有时，复制会产生错误，发生变异，变异可能无害，也可能给生物体带来损害。环境中辐射和化学物质会引发基因改变。这种基因变异只影响该个体。只有

41、在基因变异发生在性细胞（精子或卵子）中时，才会影响到后代。在有性繁殖中，一个来自雄性精子与一个来自雌性卵子结合。精子和卵细胞都是特化细胞，它们携带着来自他们亲代染色体二分之一，至于获取哪二分之一是随机。当精子和卵细胞结合时，受精卵中遗传物质二分之一来自精子，二分之一来自卵细胞。当受精卵不停分裂时，遗传物质就被复制到每一个新产生细胞中。当卵子和精子细胞形成然后结合时，遗传物质就被选择和重组，这么就造成数量巨大不一样基因组合可能性，这种差异会代代相传，从而提供了自然选择潜在可能。因为有些变异会使生物体能更加好地适应于一些环境条件。第53页无性繁殖天然地广泛存在于生物之中，包含一些细菌、昆虫和植物，

42、它们繁殖出含有相同遗传物质种群。利用生物技术，经过人工克隆，能够生产出含有相同基因产品。这种技术能够在相当范围物种中应用，包含动物。一段时间以来，经过对不一样种类生物基因组测序，越来越多遗传信息被获知。获知基因序列以后，就有可能人为地改变遗传信息，以赋予生物体一些特殊功效。在基因治疗中，使用特殊技术将基因嵌入人染色体中，有可能治愈疾病。第54页10生物多样性、存活和灭绝都是进化结果今日存在全部生命都能够溯源于一个全体共同祖先，它是一个简单单细胞有机体。源于物种内天然差异，经过无数代演变，能最好地适应一定条件个体将有可能被选择而存活，不能有效适应生存环境改变生物将会灭绝。第55页当今世界，存在着

43、许多不一样种类植物和动物。也有许各种类动植物曾一度生活在地球上，但现在已经灭绝了，我们从化石中了解到它们。按照它们类似程度，能够将动物和植物分成类群和子群。比如，动物一个类群称为鸟，其中又包含了不一样科，如山雀科，在山雀科之下又有不一样种类（物种），如蓝冠山雀、大山雀和长尾山雀。同一物种生物交配繁殖出同种生物现象，较为常见；不一样物种之间通常不能交配。即使同一物种生物体非常相同，它们之间仍存在着细微差异。生命体总是生存在特定环境之中，因为它们含有能在该环境下生存特征。这种对生活环境适应性起源于在繁殖过程中出现微小差异，这种差异造成有些个体比另外一些个体能更加好地适应环境。在为获取物质与能量竞争

44、中，那些含有更加好适应能第56页 力个体将能存活，并把它们能适应环境特征遗传给后代。而那些对特定环境适应能力较差个体有可能在繁殖以前死亡。这么，在后代中将会保留更多含有很好适应能力个体。这种情况只有在变异（改变）发生在生殖细胞中时才会出现。在其它细胞中发生变异不能遗传。从35亿年前地球上出现了第一个生命形态以后，对生物体自然选择就开始了。含有能在特定环境条件下更加好存活特征生物将被自然选择。在生命史早期出现了单细胞生物。大约20亿年以前，出现了多细胞生物，最终发展成今天众多动物、植物和真菌等。一些种类生物仍保留单细胞形态。第57页当气候、地理和种群条件改变时，遗传下来特定特征优越性可能被提升，

45、也可能减弱。人类活动会对环境产生深远影响，并已经造成了环境改变，使许多生物受到了伤害。有记载因为人类活动造成生物灭绝率，与没有些人类活动时相比较，已经离出了数百倍。保护物种多样性和物种内多样性是主要。生命多样性降低会造成生态系统显著恶化和适应环境改变能力丧失。第58页11科学认为每一个现象都含有一个或多个原因。科学致力于寻求对自然界现象产生原因解释和了解。所提出解释应该基于来自观察和试验证据。产生和检验科学上解释不存在单一科学方法。第59页当某个事件发生时，科学致力于寻找事件为何会发生解释，或者解释为何它们采取了某种特定方式。这么做都基于一个假设：即每一个效应都含有某个或一些原因，事件发生方式

46、是有其理由。解释不是猜测，必须有一定理由。有各种方法来发觉是什么造成事件发生和为何会这么。仔细地观察，包含可能情况下进行测量，能够预测可能会发生什么情况。在另一些情况下，能够执行一些操作来改变一些条件，并观察随之发生现象。在采取这种方式时，如有可能，应使其它方面保持不变，方便让结果仅仅是由一个条件改变而引发，这一点很主要。对于特定事件或状态任何解释，都应该基于支持它实际证据。仔细、系统观察以及对观察准确描述，是科学研究所必需。有时，人们对事件发生预期会影响他们观察，了解这点第60页 很主要。所以，进行观察时，几个人各自独立地进行观察是个好方法。对事件解释可能会有不一样想法，所以必须用实际证据来

47、挑选出哪一个想法确实“有效”。某个可能解释（假说）会提出一个或几个原因，认为这个或这些原因能够解释某个现象。为了检验这个原因，需要改变这个原因，利用这个假说对改变后发生现象作出预测，然后观察发生现象，看是否有证据表明发生现象与预测相符。假如结果与预测相符，又没有其它原因造成相同结果，那么这个原因就被接收为当前对此现象最好解释。不过，通常会存在几个相互影响原因，每一个原因作用还可能是不确定。第61页当一些原因不能用试验进行控制，如太阳系中行星运动，在研究某个现象时，能够在一段时间内选择几个时刻进行系统观察。在观察到数据中寻找模式，可能会揭示各原因之间相关函数当一个原因改变时，另一些原因发生对应改

48、变规则。即使是包含有不能直接观察或进行改变特点，依然能够使用相关函数来提出某个基础模型，这个模型能够用于预测。不过，相关函数通常不能作为这个原因就是改变起因确实定证据。然而，发觉一个现象发生起因并不意味着找到了这个现象发生解释机理。解释机理需要基于科学原理建立关联模型。对存在于过去现象，如岩石改变或物种进化，也能够提出某种假说并进行检验。在这种情况下，假如全部假说与全部已知事实和科学原理相吻合，它就是最好可能性解释。第62页12科学上给出解释、理论和模型都是在特定时期内与事实最为吻合。科学理论或模型代表了变量之间或某个系统中分量之间关系。这些理论和模型必须与当初能取得观察结果相吻合，并能提出能

49、够被检测预期。任何理论和模型都只在一定范围内有效，伴随新数据取得，将会被修正，即使依据新数据所得到预期与依据过去取得数据得出预期一致。对观察到现象解释会各有所好，所以每一个模型都有它强处和不足。第63页每个人都能够对自然界事物提出问题，而且能做一定努力来寻求答案，帮助了解发生了什么事。科学上经过一些系统探究来完成上述工作，包含用观察或测量所研究目标特征来搜集数据或从其它起源获取数据。是否能得到某种有用解释，取决于能搜集到怎样数据，通常搜集数据需要依据某种理论或假说对可能发生现象进行预测。为了有利于解释观察到过程和事物发生原因，科学家会提出一些模型，来表达他们对可能发生事物思索。这些模型有时是物

50、理模型，如太阳系模型。在太阳系模型中，用不一样物体来代表太阳、月亮、地球和其它行星。又如原子模型，它表达了对某个化合物中原子是怎样排列考虑。另外一个模型是理论方面，比如把光表征为波运动，而且经常需要用数学公式来第64页 描绘一些关系。有些模型稳固地立足于理论之中，它在至今所碰到全部背景情况下都能有效，而没有发觉有矛盾情况。而另外一些模型是尝试性，在未来可能会被改变。有时会提出不止一个可能模型，哪一个更为适当，还缺乏证实； 有时我们甚至还没有得到符合要求解释模型。生成任何一个模型都需要对事物相互之间可能含有联络进行想象能力，以及利用已经有知识能力。这些能力提供了利用系统各个部分之间关系来解释现象

51、方法。基于模型推理意味着超越了直接观察到结果，而将利用模型进行预测得出结果与观察到结果相比较，能够证实推理和观察结果之间依然保持着联络。第65页用理论和模型来对发生一些改变后产生效应进行预测，并观察这些预测是否被新搜集到数据所证实，是检验理论和模型方法。一旦有新数据被搜集到，就需要进行解读，并尝试去解释发觉现象。解释并不会从数据中自行展现，而是需要一个过程去生成。这个过程经常包含了直觉、想象和有依据假设。假如当前已经有想法和新数据不能符合，那么该想法必须改变。尽管有一些理论或模型是更为确定，它们所作预测已经确定和观察到结果是一致，不过一个解释或理论不可能被证实是“正确”，因为总是可能有深入取得

52、数据与它们发生冲突。所以，今天一些用于解释我们周围事物科学概念，和我们过去所接收不一样，有些也很可能和未来有差异。第66页13科学发觉知识能够用于开发技术和产品，为人类服务。科学概念利用于技术，能够使人类生活各个方面产生显著改变。技术上进展又能深入促进科学活动，帮助满足人类对自然界好奇，促进对自然界了解。在人类活动一些领域里，技术会超前于科学概念取得；而在另一些领域里，科学概念出现在技术应用之前。第67页技术有利于为人们提供所需或能够使用物品，例如食物、工具、衣物和居所。制作这些物品需要选择对特定应用具有最佳性能材料。来源于植物和动物，或是来源于地球表层材料已经被使用了数千年之久，而人造材料，

53、如塑料，仅仅是在20世纪初以后才被生产出来。这些人造材料可以使它们具有我们所需要特征，以制造新可以利用产品。科学可以用于制造新材料，这是一个说明科学知识怎样能有利于推进技术进展实例。科学运用于制造新工具和机器，使得大批量生产能够得以实现，许多商品就可认为更多人所使用。同时，经过改进观察和测量仪器，将过于危险和耗时过程实现自动化，特别是经过装备电脑，技术进展也促进了科学发展。技术运用支持科学发展，反过来科学进展了，又可以用第68页 于设计和制造供人们使用物品。有情况下，技术上产物能够超前科学了解而出现；而在另外情况下，科学上了解先行出现。对一些技术产品来说，既含有有利一面，也有不利之处。即使一些

54、人造材料利用有利于降低对稀缺天然材料需求，不过许多新材料不能像天然材料那样降解。废弃时就出现了废物处理问题。另外有些技术上产品，比如移动电话和电脑，需要使用一些金属。这些金属在地球上存量很小，可能很快就会枯竭。这些例子反应了一个普遍存在间题，即需要循环使用材料，以保护资源和降低污染。当对环境产生负面作用影响到人类生存时候，科学家和技术人才需要合作，以了解问题和寻求处理方案。第69页14科学应用经常会对伦理、社会、经济和政治产生影响。科学知识应用于技术会产生许多创新。科学特定应用是否与我们愿望相符不是科学本身独自能够决定，需要在伦理和道德上作出判断，比如，基于对人类安全以及对人和环境影响作出判断

55、。第70页经过科学研究取得知识，使我们能够说明自然界中一些事物是怎样运作。这些知识经常能够用于改变或创造一些事物，以帮助处理人类面正确间题。在过去两个世纪里，这类技术上处理方案使世界上一些国家中许多人生活和健康得到改进。清洁水源、充分食物和医药方面改进，使人平均寿命得到增加。同时，随之产生人口增加加大了对资源，以及对用于扩大食物生产、居住和废物处理所需地球面积需求。这些经常对发展中国家造成损坏，而且造成其它生物生存条件恶化，引发了一些物种灭绝。有许多例子能够说明技术进展怎样产生了不希望发生后果。改进交通，使其便捷，尤其是航空，燃烧燃料产生二氧化碳，而二氧化碳是大气中存在，经过温室效应保持地球温

56、暖几个气体第71页 之一。在大气中这些气体量增加；会使地球温度升高。地球温度即便是少许上升，也会经过极地冰山、海平面和气候模型改变而产生广泛影响。在全部类似情况下，假如已经了解到有不利后果，必须仔细地考虑在科学利用上有利原因和不利原因之间权衡。科学研究能够帮助我们了解一些应用可能产生影响。不过，相关它们是否应该给予实施决议需要进行伦理和道德方面判断，这些不是科学所能提供。这里也需要考虑短缺资源使用问题。全部创新都需要消耗某种资源，包含财力资源，所以当资源分配有矛盾时，必须作出抉择。这种抉择，不论是在政府、地域还是在个人层面，都需要基于对科学概念以及所包含技术原理了解。第72页9月，由哈伦女士召

57、集同一组教授重新聚集在会议原址召开第二次研讨会，出版了以大约念理念进行科学教育一书。总结了近5年来科技新进展对科学教育提出新要求、科学教育研究取得新结果以及成功实践经验。该书在实证性科学研究支持下，深入明确了科学教育改革方向，包括了科学教育内容、学习方法、学生评价、对教学过程评定以及改进教师教育与培训等很多方面内容。第73页以大约念理念进行科学教育 英温哈伦 编著 韦 钰 译科学普及出版社 .4第74页科学教育目标是培养知情决议者，使学生含有进行正确决议知识基础和能力。科学教育要培养学生在学校期间以及在毕业以后继续前行人生中，成为对自己生活方式、生涯选择、事业发展以及对事关环境、能源、科学技术

58、应用、科学伦理等包括社会经济发展关键问题，作出知情、明智抉择理性人。在学习内容上，科学教育不是给学生讲授一些零碎、不连贯知识片段和堆积在一起科学定律，而是需要围绕包括主要科学领域有结构、有联络科学关键概念和模型大约念来进行学习。学生学习这些科学大约念是有组织、有结构科学知识和模型，它们能够解释较大范围内一系列相关现象。不论学生未来是否深入学习科学，是否直接从事科技工作，这些大约念对于他们了解所观察到自然界以及依据科学知识参加那些影响自己和他人生活质量决议都是十分必要。科学大约念是有组织、有结构科学知识和模型第75页在学习方法上，不单单是探究，以大约念进行科学教育还强调整个基础教育阶段科学学习过

59、程是不可分割，是趋向于整体目标不停上升建构过程。学生从小开始就应该学习怎样从周围现象中抓住表达现象本质问题进行探索，学习怎样提出问题，怎样找寻处理问题思绪和方法，由易到难，由浅入深。让不一样年纪阶段围绕14个大约念学习内容。学生从5岁开始就学习怎样探究，从可能不那么正确想法开始，逐步建构出科学大约念。科学教育改革要取得实效必须将内容、方法和评测视为相互联络、不可分割整体，并认真实施下去，不然教育改革只会成为过场。第76页能否掌握概念和建立模型会影响决议判断能力和创新能力 以大约念理念进行科学教育能够从小培养学生创新能力。创新是人类进行信息处理一个基本能力。创新能够在不一样层次上发生，现有高水平

60、创新，也有普通创新，前者只有极少数天才能够到达，后者是全部些人都能够含有能力。创新思维本质特征：创新思维是一个直觉，而不是一个逻辑推理过程。创新思维过程需要特定情感伴随。创新思维产生需要有认知基础：对一些基本概念了解要进入潜意识即直觉中。第77页诺贝尔经济学奖取得者卡讷曼认为人决议行为有两类决议系统：直觉决议系统和推理决议系统，以下列图所表示第78页直觉决议系统分成两种：一是依靠当初直接取得感知来形成判断。儿童在做判断时经常使用是这种决议方式。如儿童会凭借第一眼印象，说你是坏人或你是好人。二是需要建立在已经取得概念和模型之上，也就是需要有对应领域知识积累，然后在一个激昂或是尤其沉醉情绪状态下，