科学中的14个大概念

今日存在的所有的生命都可以溯源于一个全体 共同的祖先，他是一个简单的单细胞有机体。 源于物种内天然的差异，经过无数代的演变， 能最好地适应一定条件的个体将有可能被选择 而存活，不能有效适应生存环境改变的生物将 会灭绝。
11.科学认为每一种现象都具有一个或多个 原因。
科学致力于寻求对自然界现象产生原因的解释 和理解。所提出的解释应该基于来自观察和实 验的证据。产生和检验科学上的解释不存在单 一的科学方法。
研讨会召集人、国际科学院联合组织(IAP)科学教育国际指导委员会主 席温·哈伦教授，以她对科学本质的深刻把握加之长期从事科学教育 的丰富经验，将研讨会的共识凝练为《科学教育的原则和大概念》。 使我们能分享这些专家的讨论结果。
一个重要的学术会议
一个规模很小的研讨会，一 本薄薄的小册子，何以能够 吸引众多教育家和科学家的 关注呢？
结论：在推进基于探究的科学教育的同时，必然 需要选定一些大概念。
一个重要的学术会议
2009年的10月，10位学者聚集在苏格兰罗蒙湖畔。他们之中，有国际 科学教育计划的负责人，有国家科学教育标准制定者，还有著名科技 专家。在这片被认为是英国最美丽的自然景色之中，与会者热烈地讨 论着科学教育的话题，从小学到中学，从本国到国际。他们每个人都 有备而来,带着会前做的“功课”；每个人都带着“任务”而去，在会后通 过电子邮件继续着讨论。
科学中的14个大概念
科学中的大概念
一、为什么需要大概念
二、科学大概念的选择 三、科学大概念 四、以“科学大概念”组织科学教育
一、为什么需要大概念
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这一科学现象最终指向什么概念？
这一科学现象最终指向什么概念？
宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成的。
原子是构成所有物质（有生命和无生命）的基 础单元。可以用原子的行为来解释不同物质的 特性。温度的变化改变了微粒间的距离。
告诉了我们什么？
学校的科学教育现状： 学校的科学教育无法使许多学生接触到发展着的、宽泛 的科学知识，无法帮助学生了解他们周围的事物，使他 们能够成为一名能作出有依据地进行决策的公民。
科学教育的目标： 不是去获得一堆由事实和理论堆砌的知识，而应是实验 一个趋向于核心概念的进展过程，这样做有助于学生理 解与他们生活相关的事件和现象。
所有的生物体都是由一个或多个细胞构成的。 多细胞的食物包含高能不同的多个细胞。所有 生命的基本功能都取决于构成生物体的各个细 胞内发生的过程，生长时细胞分裂倍增的结果。
8.生物需要能量和物质来维持，因此它们经 常需要依赖其他生物体或是与其他生物体竞 争。
食物为生物体提供物质和能量，使其能实现生命的基本功能 和生长。某些植物和细菌能够利用太阳能生成复杂的食物分 子。动物依靠消化这些复杂的食物分子啦获取能量，他们归 根结缔都是依靠绿色植物来获取能量。在任何生态系统中， 都会存在五中之间为获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须的。
新近在科学教育方法上的改革
为了逆转学生对科学缺乏兴趣和乐趣的状况，近年来采 取的措施主要集中在教学方法方面，广泛提倡采用基于 探究的教学方法，并且已在全球许多国家实施。
学生用与科学家相似的方法在工作，收集证据，用实证 法去检验他们对所研究现象的解释，发展对知识的理解。
实践证明：对学生的科学态度发生积极的影响；对教师 能力和教学时间要求高；大大增加理解的深度，花费时 间更多，内容的广度必须减少。
二、科学大概念的选择
问题1：是科学的大概念或是科学教育的大概念， 还是两者是相同的？
从基本点来看，他们显然应该是相同的？否则， 在“学校的科学”和“真实的科学”之间将会产 生灾难性的鸿沟。
在科学教育中教授的大概念应该反映科学中的大 概念，并需要以适合于学习者不同认知展阶段 的方式来表达。当然，科学知识更新了，科学基 本概念举例和学习的方式，以及展开概念的内容 也将改变。
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为什么需要大概念
3、实现基于探究的教学法，对教师能力和教学 时间的要求都是很高的。基于探究的教学会大 大增加理解的深度，但是需要花费更多的时间， 内容的广度必须要减少。因此，在推进基于探 究的科学教育的同时，必然需要选定一些大概 念。
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三、科学中的14个大概念
10个科学概念
4个关于科学的概念
9.遗传信息会在生物中一代一代地传下去。
细胞中的遗传物质储存在化学分子DNA中，DNA 序列可以用四个字母的编码来表示。基因决定 了食物体的发育和结构。在无性繁殖中，后代 具有的全部基因都来自于一个母体。在有性繁 殖中，基因中的各一半分别来自父方和母方。
10.生物的多样性、存活和灭绝都是进化的 结果。
问题4：自然界的概念，还是应该包括有关 科学活动的概念和有关科学概念运用方面的 概念？
科学概念可以分成三类，第一类就直接来自我们对自然 界的观察，在我们提出的小学科学教育标准中大多属于 这一类。第二类是需要和一定的理论相联系的，人并不 能直接观察到，如原子、分子、基因等。第三类是假说， 如达尔文的进化论，由于时间的限制，我们还无法直接 验证它。
5.地球的构造和它的大气圈，以及在其中发 生的过程，影响着地球表面的状况和气候。
来自太阳的辐射加热地球的表面，并使空气中 和海洋中产生对流，因之形成不同的气候。在 地表之下，来自地球内部的热量导致岩浆的运 动。地球的骨头表面由于岩石的形成和风化而 不断在变化。
6.宇宙中有数百万个银河系，太阳系仅是其 中一个银河系中很小的一部分。
我国在这些方面的努力
十年前开始的“做中学”，是科技界与教育界携手的 成功范例。其特别意义在于，依据脑科学和认知科 学研究的最新成果，探索小学和幼儿园的科学教育， 跨出了课外（校外）科技活动的范围，关注点指向 了学校科学课程。“做中学”能够在十年的时间里不 断前行，靠的是教育部、中国科学院和中国科协的 合作与支持，靠的是韦钰等一批科技专家的执著探 索，靠的是一大批一线教育工作者的参与和创造。
为什么需要大概念
1、在学习科学的进程中，需要逐渐掌握一些应 用更为广泛的概念，必然会更为抽象。如果这 些概念的建立不能追溯和连接到更为具体的经 验，对这些概念的理解会发生困难。
2、科学教育的目标不是去获得一堆由事实和理 论堆砌的知识，而应是实现一个趋向于核心概 念的进展过程，这样做有助于学生理解与他们 生活相关的事件和现象。
问题2：大概念应该大到什么程度？
我们把能够用于解释和预测较大范围自然界现 象的概念定义为大概念。用叙述的方式来阐述 大概念所包含的内容，二不用孤立的知识点的 列表来表述，就是为了进一步保全当的完整性。
问题3：选择的标准是什么？
对于当的选择，不仅仅要考虑他们所起到 的作用，也要考虑它们能否有助于理解科 学活动的本质和科学活动的发现。
什么是物质？物质具有什么特性？
在日常生活中遇到的所有的“物品”，包括空 气、水和不同种类的固体都称为物质。
他们具有质量并占有空间。不同的物质可以通 过它的特性来辨认，有些特性可以用来将物质 分为固体、液体或气体。
几种现象的解释
当固体熔化或者液体蒸发时，物质的量是否发生改变？
组合成形成新的于原有物质特性不同的新物质 简单的混合体，并没有永久的的被改变，他们可以被重新被分离
为什么物质具有不同熔点和沸点？
对某个特定的物质来说，所具有的的所有微粒是相同的，并且与其他 物质中的微粒不同。这些微粒之间会相互吸引或排斥。可以用微粒 的运动和相邻微粒之间的距离，以及吸力的强弱来说明固体、液体 和其他的区别。例如需要从固态变成液态，或是从液态变成气态， 微粒之间的吸力越强，要将微粒分开的能量就越大。
太阳、八大行星以及其他一些按以I的那个轨道 运转的叫嚣的新题共同组成了我们的太阳系。 根据地球围绕太阳旋转运动和取向，可以解释 白昼和黑夜的更替，以及四季的形成。太阳系 是银河系的一部分，银河系又是宇宙中数以百 计的类似星系中一个。那些星系离我们非常遥 远，许多星系中也会包含行星。
7.生物是由细胞组成的。
作用于某个物体上的一对方向相反但不在同一直线上的力，会使物 体旋转或扭转，旋转力的大小取决于力的作用点离开旋转轴的距离。
压力用于测量作用于特定面积上的力的大小。
4.当事物发生变化，或是被改变时，会发生 能量的转换，但是在宇宙中能量的总是不变 的。
许多过程和事件总在变化，产生变化需要能量。 能量可以通过多种方式从一个主题向另一个主 题转移。在这个过程中，部分能量会转变为不 易利用的形态。能量既不能产生，也不会消失。 从化石燃料获取的能量不再容易获得了。
13.科学发现的知识可以用于开发技术和产 品，为人类服务。
科学概念运用于技术，可以使人类生活的各个方面 产生显著的变化。技术上的进展又能进一步促进科 学活动，帮助满足人类对自然界的好奇，增进对自 然界的了解。在人类活动的某些领域里，技术会超 前于科学概念的获得；而在另一些领域里，科学概 念出现在技术应用之前。
某个物体运动状态改变的快慢取决于力的作用和物体的质量。
所有的物体无论大小，它们之间都普遍存在着被称之为万有引力的 吸力，它使地球上每一个物体都被吸向地球中心。
一个物体能够在地球表面保持静止状态，是由于作用于其上的一个 或多个力反方向地平衡了万有引力.
当作用于物体上的力方向相反，而大小不等时，就会改变物体的运 动状态，使它被加速或减速。
只有在力的综合作用以后所剩净力的作用下， 物体的运动才会改变。所有的物体，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的轨道上运行，并使地球 上的物体向地球中心下落。
力可以推、拉或扭转物体，使物体的形状或运动状态发生改变。物 体只有在受到净力作用时，才会改变它们的运动状态。
14.科学的运用经常会对伦理、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。科学的 特定应用是否与我们的愿望相符不是科学本身 独自可以决定的，需要在伦理和道德上做出判 断，例如，基于对人类安全以及对人和环境的 影响作出判断。