基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考課件

1、基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,1,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,2,引 言,在高中生物新標(biāo)準(zhǔn)的“設(shè)計依據(jù)”中指出：根據(jù)生物學(xué)的大概念來構(gòu)建課程體系和內(nèi)容框架。 在高中生物新標(biāo)準(zhǔn)的“實施建議”中建議 ： 通過大概念的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生形成生命觀念。 大概念是處于學(xué)科中心位置，對學(xué)生學(xué)習(xí)具有引領(lǐng)作用的基礎(chǔ)知識。在生物學(xué)課程中，大概念包括了對原理、理論等的理解和解釋，是生物學(xué)科知識的主干部分。高中生物學(xué)課程的必修課程和選修課程都是圍繞著幾個大概念展開的，內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)基于大概念描述了具有學(xué)科邏輯、符合高中學(xué)生認(rèn)知特點的重要概念，形成了課程的內(nèi)容框架。在教學(xué)中，教

2、師圍繞著生物學(xué)大概念來組織并開展教學(xué)活動，能有效地提高教學(xué)效益，有助于學(xué)生對知識的深入理解和遷移應(yīng)用，也有助于發(fā)展學(xué)生的生命觀念。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,3,教師在設(shè)計和組織每個單元的教學(xué)活動時，應(yīng)該圍繞大概念和重要概念展開，依據(jù)重要概念精選恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)活動內(nèi)容和活動方式，其教學(xué)策略既可以是講解、演示、討論，也可以是基于學(xué)生動手活動或?qū)Y料的分析及探究，所有的教學(xué)活動都要有利于促進學(xué)生對生物學(xué)概念的建立、理解和應(yīng)用。 為了幫助學(xué)生形成正確的生物學(xué)重要概念進而建立生物學(xué)觀念，教師一方面需要向?qū)W生提供各種豐富的、有代表性的事實來為學(xué)生的概念形成提供支撐；另一方面，教學(xué)活動不應(yīng)僅僅停留在

3、讓學(xué)生記住一些零散的生物學(xué)事實的層面上，而是要通過對事實的抽象和概括，幫助學(xué)生建立生物學(xué)概念，并以此來建構(gòu)合理的知識框架，為學(xué)生能夠在新情境下解決相關(guān)問題奠定基礎(chǔ)。在教學(xué)過程中，教師還必須注意學(xué)生頭腦中已有的前概念，特別是那些與科學(xué)概念相抵觸的錯誤概念。課堂教學(xué)活動要幫助學(xué)生消除錯誤概念，建立科學(xué)概念。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,4,1999年中國科協(xié)提出了為期50年全民科學(xué)素質(zhì)行動計劃，制訂了2049年人人具備的科學(xué)素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 （一）科學(xué)概念及科學(xué)知識標(biāo)準(zhǔn) 科學(xué)概念和科學(xué)知識是科學(xué)素質(zhì)的基礎(chǔ)，當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，不可能也沒必要使全體公民都掌握所有的科學(xué)知識。而應(yīng)強調(diào)普及必要的

4、科學(xué)知識，尤其是那些作為理解自然的鑰匙，培養(yǎng)科學(xué)世界觀和科學(xué)、技術(shù)能力密切相關(guān)，已廣泛滲透到當(dāng)代社會生活各個領(lǐng)域的必要的科學(xué)概念和基本原理。相對于一些新興學(xué)科、專業(yè)的具體知識更新周期越來越短的趨勢而言，本標(biāo)準(zhǔn)要求公民掌握的科學(xué)知識內(nèi)容在未來50年中也需要作必要的修正和補充，而科學(xué)概念的內(nèi)容則具有更大的穩(wěn)定性。,一、2049計劃,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,5,1科學(xué)概念 物質(zhì)、運動、能量、信息 相互作用、系統(tǒng)、變化、概率、運動規(guī)律 穩(wěn)定、平衡、轉(zhuǎn)化、守恒 結(jié)構(gòu)、組織、進化 測量、實驗、模型、科學(xué)、技術(shù),基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,6,2 科學(xué)知識 宇宙：宇宙的結(jié)構(gòu)和演化，地球的

5、形成、結(jié)構(gòu)和環(huán)境 物質(zhì)：物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，物質(zhì)的基本運動形式，能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 生命：生命起源和生物進化，細胞和生物體，生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng) 人：人的起源和進化，人體結(jié)構(gòu)與功能，人體發(fā)育與健康，人的思維與行為，死亡 科學(xué)技術(shù)發(fā)展史，現(xiàn)代高科技及其產(chǎn)業(yè)化成就,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,7,（二）科學(xué)精神和科學(xué)世界觀標(biāo)準(zhǔn) 1唯物論和無神論觀念世界是物質(zhì)的，是物質(zhì)運動的演變，不是神創(chuàng)造的；物質(zhì)與精神的關(guān)系。 2 科學(xué)精神求真精神，懷疑精神，創(chuàng)新精神，實踐精神，團隊精神。 3科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍，客觀公正，實事求是的態(tài)度；觀察實驗，假說推理，驗證發(fā)展，去偽存真的方法；識別偽科學(xué)。

6、 4 科學(xué)、技術(shù)與經(jīng)濟、社會的關(guān)系 科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，科學(xué)是文化、是建設(shè)精神文明的強大力量，科教興國戰(zhàn)略，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，知識經(jīng)濟，科學(xué)決策，尊重和保護知識產(chǎn)權(quán)。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,8,（三）科學(xué)探究能力和技術(shù)動手能力標(biāo)準(zhǔn) 1科學(xué)探究能力觀察，提出問題，制訂實驗研究計劃，利用有關(guān)工具和技術(shù)收集數(shù)據(jù)，運用邏輯推理對實驗結(jié)果分析綜合、作出解釋，表達與交流 2技術(shù)動手能力 測量，計劃，發(fā)明，成本與風(fēng)險效益分析，計算機及其網(wǎng)絡(luò)的使用,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,9,二、科學(xué)大概念,科學(xué)教育的原則與大概念 英溫哈倫 編著 韋 鈺 譯 科學(xué)普及出版社 2011.7 2009年

7、10月，10位來自不同國家的科學(xué)家和教育家在蘇格蘭羅蒙湖舉行了研討會，會后形成報告。 引言 為什么需要大概念/1 第一章 支撐科學(xué)教育的基本原則/6 第二章 科學(xué)大概念的選擇/17 第三章 科學(xué)上從小概念到大概念/27 第四章 以大概念的理念進行教學(xué)/47,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,10,（一）科學(xué)教育的10項原則,在義務(wù)教育的所有年級，學(xué)校都應(yīng)該設(shè)置科學(xué)教育項目，以系統(tǒng)地發(fā)展和持續(xù)保持學(xué)習(xí)者對周圍世界的好奇心，對科學(xué)活動的熱愛以及對如何闡明自然現(xiàn)象的理解。 科學(xué)教育的主要目的應(yīng)該是為了使每個人能夠參與有依據(jù)的決策和采取適當(dāng)?shù)男袆?，這對保證他們個人、社會以及環(huán)境的健康和協(xié)調(diào)發(fā)展是重要

8、的。 科學(xué)教育具有多方面的目標(biāo)，科學(xué)教育應(yīng)該致力于： 理解一些科學(xué)上有關(guān)的大概念，包括科學(xué)概念以及關(guān)于科學(xué)本身和科學(xué)在社會中所起作用的概念； 收集和運用實證的科學(xué)能力； 科學(xué)態(tài)度。 基于對概念的審慎分析以及基于當(dāng)前對學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的有關(guān)研究和理解，應(yīng)該給出為了達到科學(xué)教育各個方面目標(biāo)的清晰進程，指出在不同階段需要掌握的概念。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,11,應(yīng)該從學(xué)生感興趣并與他們生活相關(guān)的課題開始，逐步進展到掌握大概念。 學(xué)習(xí)的經(jīng)驗應(yīng)該明晰地反映出既包含科學(xué)知識，也包含科學(xué)探究的理念，并且符合當(dāng)前科學(xué)和教育方面的見解。 所有科學(xué)課程活動都應(yīng)該致力于深化學(xué)生對科學(xué)概念的理解，同時應(yīng)該

9、考慮其他可能的目標(biāo)。例如，科學(xué)態(tài)度和能力的培養(yǎng)。 為學(xué)生設(shè)置的學(xué)習(xí)項目以及教師的職前教育和專業(yè)發(fā)展，都應(yīng)該與為達到原則3中所設(shè)置目標(biāo)需要的教與學(xué)的方法保持一致。 評測在科學(xué)教育中具有關(guān)鍵的作用。無論是對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的形成性評測，還是對學(xué)生學(xué)習(xí)進展的總結(jié)性評測，都必須考慮到所有的學(xué)習(xí)目標(biāo)。 為了達到科學(xué)教育的目標(biāo)，學(xué)校的科學(xué)項目應(yīng)該促進教師之間的合作，并需要社會其他力量包括科學(xué)家的參與。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,12,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,13,（三）科學(xué)大概念闡述,1科學(xué)大概念的含義 概念：是人腦對客觀事物的本質(zhì)特征的認(rèn)識，概念能夠?qū)⑹挛锏谋举|(zhì)特征分離出來，并幫助人類

10、對事物的認(rèn)識擺脫零散的細枝末節(jié)的干擾。概念是將一個人的經(jīng)驗組織起來，然后對相關(guān)的內(nèi)容、事件以及信息驚醒總結(jié)歸納、分類以及推論和抽象化處理后的知識體系。概念可以讓我們在對世界的認(rèn)識過程中擁有一種認(rèn)知、發(fā)展和交流能力。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,14,科學(xué)概念：是指經(jīng)過人的組織而形成的、體系化的科學(xué)知識。一方面，他們是科學(xué)家們對世界的共識，是人類的寶貴精神財富，另一剛方面，他們又對科學(xué)家組織對世界的再認(rèn)識發(fā)揮著推動作用，因此，科學(xué)概念的內(nèi)涵是動態(tài)變化的、是開放式的?？茖W(xué)概念的形式表現(xiàn)一方面是自然形成的語言，另一方面是通過一定的語言規(guī)則處理后而表述出來的知識結(jié)構(gòu)。它既是經(jīng)過是實證研究的知識

11、，也是要被專業(yè)人士所認(rèn)可和接受的知識。同時,科學(xué)概念中，有層次性的區(qū)別。概念的發(fā)展是動態(tài)的，隨著人類認(rèn)知自然能力的提升和理論知識的發(fā)展而不斷得到豐富和完善。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,15,大概念：與日常教學(xué)中的“概念”有所不同。美國科學(xué)促進會（AAAS）在 2005 年對于大概念的定義是 “能將眾多的科學(xué)知識聯(lián)為一致整體的科學(xué)學(xué)習(xí)的核心”科學(xué)教育的原則與大概念一書中對大概念所包含的內(nèi)涵以及科學(xué)教育的意義的闡釋是：“這些核心觀念及其進階過程能幫助學(xué)生理解其生活中的事件和現(xiàn)象，并在其結(jié)束學(xué)業(yè)、邁入社會后，持續(xù)發(fā)生影響”。 大概念包括共通概念與核心概念。共通概念往往是指跨學(xué)科內(nèi)容的組織，

12、例如“能量”“物質(zhì)”等就屬于該類概念；核心概念側(cè)重于整合同一學(xué)科內(nèi)的知識。例如“物質(zhì)及其相互作用”和“遺傳：性狀的遺傳和變異”等都是該類概念。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,16,2科學(xué)大概念的選擇 選擇科學(xué)大概念，一是考慮對兒童發(fā)展的作用，二要考慮對認(rèn)識科學(xué)活動發(fā)現(xiàn)和本質(zhì)的作用。 大概念的選擇標(biāo)準(zhǔn)： 能夠用于解釋眾多的物體、時間和現(xiàn)象，而它們是學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)和畢業(yè)以后的生活中會遇到的，學(xué)生學(xué)習(xí)了這個概念后，要能夠在提升決策力上有所幫助，這樣的幫助將延續(xù)到他們的未來生活和工作中； 能夠提升學(xué)生悅納自己和接受自然的積極心態(tài)，能夠?qū)τ诖讼嚓P(guān)的問題進行愉快而有意義的探索和思考； 具有一定的文化

13、意義。人的創(chuàng)造力、影響性以及發(fā)展史的回顧總結(jié)等。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,17,3從科學(xué)小概念到大概念 作為源自感性認(rèn)知和觀察實驗而得來的小概念將隨著學(xué)習(xí)的不斷深入而逐步轉(zhuǎn)換為大概念。人們常說的概念的構(gòu)建過程就是由科學(xué)小概念向科學(xué)大概念發(fā)展的過程，也是他們二者之間互動的過程。 明茨基等人在促進理解之科學(xué)教學(xué)中指出：“教師面對的挑戰(zhàn)是：如何尋求不同的經(jīng)驗來設(shè)計問題、實驗以及示范，以要求學(xué)生重新思考他們的想法。針對學(xué)生的需求，以及他們特有的前概念，要發(fā)展和應(yīng)用更具挑戰(zhàn)性的教學(xué)策略。” 幫助建立大概念是在教育工作者了解教育對象的小概念掌握情況后的必行工作。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與

14、思考,18,從小概念邁向大概念的形式有：一是要對兒童的小概念擁有狀況有一個清晰地掌握，提升大概念構(gòu)建的針對性。二是建立轉(zhuǎn)變模型，進行構(gòu)建活動。構(gòu)建活動包括提問、解釋、總結(jié)和推論等多種方式；三是強化科學(xué)大概念，強化知識結(jié)構(gòu)體系。要注重對新建立的大概念體系化的完善，形成新的知識結(jié)構(gòu)，使大概念得到鞏固。 具體到教學(xué)實踐中，要從小概念轉(zhuǎn)變到大概念，一是要進一步重視感知。感知是認(rèn)識事物的起點。實驗和觀察是幫助學(xué)形成感性認(rèn)識的重要方式。大概念是建立在小概念的基礎(chǔ)上的。二是要格外重視表象。這是客觀事物作用于人腦后形成的形象。它是介于具體性和抽象性二者之間的認(rèn)知橋梁。三是推動大概念的形成。在有了感知和表象的基

15、礎(chǔ)后，就可以引導(dǎo)學(xué)生揭示事物的本質(zhì)，最終建立概念。四是，通過進一步拓展和深化形成大概念，實現(xiàn)小概念向大概念的轉(zhuǎn)變。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,19,（二）科學(xué)中的14個大概念,科學(xué)概念 1宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的。 2物體可以對一定距離以外的其他物體產(chǎn)生作用。 3改變一個物體的運動狀態(tài)需要有凈力作用于其上。 4當(dāng)事物發(fā)生變化或被改變時，會發(fā)生能量的轉(zhuǎn)變，但是在宇宙中能量的總量總是不變的。 5地球的構(gòu)造和它的大氣圈以及在其中發(fā)生的過程，影響著地球表面的狀況和氣候。 6宇宙中存在著數(shù)量極大的星系，太陽系只是其中一個星系銀河系中很小的一部分。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思

16、考,20,7生物體是由細胞組成的。 8生物需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，為此它們經(jīng)常需要依賴其他生物或其他生物競爭。 9生物體的遺傳信息會一代代地傳遞下去。 10生物的多樣性、存活和滅絕都是進化的結(jié)果 （二）關(guān)于科學(xué)的概念 11科學(xué)認(rèn)為每一種現(xiàn)象都具有一個或多個原因。 12科學(xué)上給出的解釋、理論和模型都是在特定的時期內(nèi)與事實最為吻合的。 13科學(xué)發(fā)現(xiàn)的知識可以用于開發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品，為人類服務(wù)。 14科學(xué)的應(yīng)用經(jīng)常會對倫理、社會、經(jīng)濟和政治產(chǎn)生影響。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,21,原子是構(gòu)成所有物質(zhì)（有生命和無生命的）的基礎(chǔ)單元?？梢杂迷拥男袨閬斫忉尣煌镔|(zhì)的特性?；瘜W(xué)反應(yīng)使材料中的原子重新排

17、列，以生成新的物質(zhì)。每個原子都有一個原子核，原子核中包含了中子和質(zhì)子，并由電子圍繞。質(zhì)子和電子攜帶著相反的電荷，相互吸引，以使原子維系在一起和形成一些化合物。,1宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,22,在日常生活中遇到的所有的“物品”，包括空氣、水和不同種類的固體都稱為物質(zhì)，因為它們具有質(zhì)量并占有空間。不同的物質(zhì)可以通過它的特性來辨認(rèn)，有些特性可以用來將物質(zhì)分成固體、液體或氣體。 有些物質(zhì)可以組合而形成新的與原有物質(zhì)特性不同的新物質(zhì)；另一些物質(zhì)是簡單的混合體，并沒有永久地被改變，它們可以重新被分離。加熱或冷卻也可以使物質(zhì)發(fā)生變化。當(dāng)固體熔化或液體蒸發(fā)

18、時，物質(zhì)的量并沒有改變。 假如能把物質(zhì)分割成越來越小的碎塊，可以發(fā)現(xiàn)物質(zhì)是由碎塊、微粒構(gòu)成的，它們是如此的小，以至要用顯微鏡來觀察。這些微粒并不是存在于物質(zhì)之中，它們就是物質(zhì)。對某個特定的物質(zhì)來說，所具有的所有微粒是相同的，并且與其他物質(zhì)中的微粒不同。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,23,這些微粒不是處于靜止?fàn)顟B(tài)，而是在做雜亂的運動。它們運動的速度被表現(xiàn)為物質(zhì)的溫度。這些微粒之間會相互吸引或排斥?？梢杂梦⒘５倪\動和相鄰微粒之間的距離，以及吸力的強弱來說明固體、液體和氣體的區(qū)別。例如需要從固態(tài)變成液態(tài)，或是從液態(tài)變成氣態(tài)，微粒之間的吸力越強，要將微粒分開所需的能量就越大，這就是為什么物質(zhì)具

19、有不同熔點和沸點的原因。 物質(zhì)最小的碎塊稱為原子。所有的物質(zhì)，無論位于宇宙的何處，無論是有生命或是無生命的，都是由大量的這類基本建構(gòu)單元組成的。這種基本的不同類型的建構(gòu)單元大約有一百多種。僅有一種原子構(gòu)成的物質(zhì)稱為元素。不同種類的原子可以組合在一起，形成眾多的化合物，參與反應(yīng)物質(zhì)的原子重新排列，形成了新的物質(zhì)，這就是化學(xué)反應(yīng)，但物質(zhì)的總量維持不變。不同物質(zhì)的特性可以用構(gòu)成它的原子和原子集合體的行為來解釋。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,24,原子自身具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它包含有一個由中子和質(zhì)子組成的原子核，電子圍繞原子核運動。電子和質(zhì)子都帶有電荷電子帶有負電荷，質(zhì)子帶有正電荷，原子是中性

20、的，原子帶的正負電荷量完全相等。電子在物質(zhì)中快速地移動，形成電流并產(chǎn)生磁力。他們產(chǎn)生的凈力是吸力，將化合物中的原子和分子維系在一起。當(dāng)某些電子被移走或增加時，原子就變成了帶有正電或負電的離子。 有些原子核不穩(wěn)定，可以發(fā)射出某種粒子，這個過程稱為放射或輻射，它釋放出射線和輻射能量，這種能量要遠遠大于原子之間發(fā)生任何反應(yīng)時涉及的能量。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,25,2物體可以對一定距離以外的其他物體產(chǎn)生作用。,某些物體能夠?qū)σ欢ň嚯x以外的其他物體產(chǎn)生影響。在有些情況下，例如聲和光，通過由產(chǎn)生源到接收物的輻射起作用；在另外一些情況下，一定距離間產(chǎn)生的作用是用物體之間存在的場來解釋的，例如

21、磁場或萬有引力場。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,26,有些物體可以對另外一些物體產(chǎn)生作用，即使不直接接觸。例如光可以來自與我們相近的燈泡或火焰，也可以來自離我們很遙遠的太陽和星球。這是因為這些物體能發(fā)光，光可以沿著不同的方向傳播，當(dāng)光到達并進入我們的眼睛時，就可以被檢測到。不管是直接由光源發(fā)出來的光，還是反射的光，我們的眼睛都可以檢測到。聲音源于物體的振動，在離開聲源一定距離之外可以檢測到它，因為四周的空氣或其他物質(zhì)也能發(fā)生振動。當(dāng)空氣中的振動傳到我們的耳朵時，我們就聽到聲音了。 另一類物體影響不相互接觸的其他物體的例子，包括使物體朝向地球下落的萬有引力，磁鐵之間或電荷之間的力。當(dāng)失去

22、支撐的物體下落時，它們被地球所吸引，依靠這種吸力，使所有的物體能夠保持在地球上。磁鐵可以吸引含鐵的物件，磁鐵之間不需要相互接觸就可以相吸和相斥。在帶電體之間也會相吸和相斥。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,27,可見光是一種射線，它的傳輸類似于水中波的傳輸。其他種類的光我們?nèi)搜劭床灰?，包括無線電波、微波、紅外線、紫外線、X射線和伽馬射線。它們之間的差別在于具有的波長不同。這些射線都可以通過真空傳輸。把射線看做是一種波，可以幫助我們闡明它的特性。雖然聲音的傳輸也類似于波，但是聲音不能通過真空傳播，在源和接收體之間必須存在某種連續(xù)的物質(zhì)，它才能夠通過。 但射線射到另外一個物體上時，可以被物體反

23、射、吸收或散射、穿過物體或與物體組合在一起。當(dāng)射線被一個鏡面反射或通過一個透明的物質(zhì)傳輸時，射線保持不變；而當(dāng)射線被物體吸收時，它會發(fā)生變化，并且通常會導(dǎo)致該物體的溫度上升。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,28,某些相隔一定距離的作用不能用從源到接收體的輻射來解釋，例如磁鐵可以吸引或排斥另一個磁體，兩個磁體起到的作用是一樣的。同樣的，在電荷之間的吸引和排斥也是互易的。將一個物體放開，它會落向地面，這也是由于相隔一定距離的物體和地球之間相互吸引的結(jié)果。在所有物體之間都存在萬有引力，它的大小和兩個物體所具有的質(zhì)量以及相隔的距離有關(guān)。只有當(dāng)一個或多個物體具有非常大的質(zhì)量時才能感到萬有引力的存在

24、，就像地球?qū)⑽矬w拉向地面，對這種情況，用場的概念來解釋更有用。場是一個物體在它的周圍產(chǎn)生影響的區(qū)域，場的強度隨著與物體距離的增加而衰減。另外的物體進入到這個場之中，就會受到場的作用被吸引或被排斥。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,29,3改變一個物體的運動狀態(tài)需要有凈力作用于其上。,只有在力的綜合作用以后所剩凈力的作用下，物體的運動速度才會改變。所有的物體，不論大小，它們之間都會存在萬有引力。依靠萬有引力，行星維持在圍繞太陽的軌道上運行，并使地球上的物體向地球中心下落。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,30,力可以推、拉或扭轉(zhuǎn)物體，使物體的形狀或運動狀態(tài)發(fā)生改變。物體只有在受到凈力作用

25、時，才會改變它們的運動狀態(tài)。 某個物體運動狀態(tài)改變的快慢取決于力的作用和物體的質(zhì)量。一個物體的質(zhì)量越大，它被加透或減速需要經(jīng)歷的時間就越長。質(zhì)量的這種特性稱為慣性。 所有的物體無論大小，它們之間都普遍存在著被稱之為萬有引力的吸力，它使地球上每一個物體都被吸向地球中心。我們把將物體吸向地球的力稱為物體的重量。物體拉地球的力和地球拉物體的力是相等的，但是地球的質(zhì)量要遠比物體的大，所以我們觀察到發(fā)生運動的是物體，而不是地球。在月球上，物體所受到的往下拉的萬有引力要比在地球上所受到的小，因為月球的質(zhì)量比地球小。地球?qū)υ虑虻睦κ乖虑蚰芫S持在軌道上運行，而由于月球?qū)Φ厍虍a(chǎn)生的拉力引發(fā)了潮汐。,基于大概念

26、理念的高中生物教學(xué)與思考,31,一個物體能夠在地球表面保持靜止?fàn)顟B(tài)，是由于作用于其上的一個或多個力反方向地平衡了萬有引力。放在桌子上的一本書之所以不落向地面，是因為書桌的原子向上推物體的力和向下拉物體的萬有引力相等。 當(dāng)作用于物體上的力方向相反，而大小不等時，就會改變物體的運動狀態(tài)，使它被加速或減速。換句話說，一個物體的運動狀態(tài)不會改變，除非有凈力作用于其上。我們經(jīng)常會認(rèn)為產(chǎn)生作用的不是力，而是運動著的物體本身，例如會認(rèn)為一個滾動著的球會自動地慢下來。實際上，球的運動逐漸變慢是由于受到摩擦力的作用。在任何情況下，運動狀態(tài)的改變都是由于力的不平衡而產(chǎn)生的。如果沒有凈力的作用，任何物體的運動狀態(tài)都

27、不會改變；靜止的物體將保持靜止，運動著的物體會永遠沿著直線運動，就,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,32,像天空中的星球那樣。運動狀態(tài)的改變發(fā)生在凈力的方向上，而不會影響與凈力成直角方向的運動。衛(wèi)星能夠維持在繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道上，因為它們受到了足夠大的力，被送到了一定的高度。在這個高度上，它們可以維持在繞地球的曲線軌道上運動，因為這時萬有引力只是不斷改變它們的運動方向，而沒有空氣阻力使它們的運動變得緩慢。 作用于某個物體上的一對方向相反但不在同一直線上的力，會使物體旋動或扭轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)力的大小取決于力的作用點離開旋轉(zhuǎn)軸的距離。這個現(xiàn)象被廣泛地運用在工具和機器之中。 壓力用于測量作用于特定面積上的

28、力的大小。同樣大小的力，當(dāng)施加于較大面積上時比施加于較小面積上產(chǎn)生的壓力要小。這樣的一個關(guān)系也有許多的運用，從雪地靴到圖釘。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,33,4當(dāng)事物發(fā)生變化或被改變時，會發(fā)生能量的轉(zhuǎn)變，但是在宇宙中能量的總量總是不變的。,許多過程和事件總在變化，產(chǎn)生變化需要能量。能量可以通過多種方式從一個主體向另一個主體轉(zhuǎn)移。在這個過程中，部分能量會轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰桌玫男螒B(tài)。能量既不能產(chǎn)生，也不會消失。從化石燃料獲取的能量不再容易獲得了。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,34,有許多不同的方式使某個現(xiàn)象發(fā)生或改變：推或拉，會使物體的運動狀態(tài)改變；加熱能使物體變化，如烹調(diào)、熔化固體或

29、使水變成水蒸氣；電可以使電燈泡發(fā)光。 在所有這類情況下，使得物體發(fā)生改變必須要有能量。在改變的過程中，能量從一個物體傳向另一個物體。將能量轉(zhuǎn)給其他物體的，稱為能源。雖然它們本身不產(chǎn)生能量，但是它們必須從它們自身或從其他某個地方獲取能量。 物體獲得能量，或是源于它們的化學(xué)成分（如燃料和電池），它們的運動、它們的溫度、它們在重力場或其他場中位置，或是源于彈性材料的壓縮或變形。將一個物體提升到高于地面的位置，它就可以儲存能量，當(dāng)釋放它時，它會下落，而其所儲存的能量則可以使某些事物發(fā)生變化。當(dāng)物體被加熱時，與處于較冷狀態(tài),基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,35,下相比，它獲得了更多的能量。熱從一個溫

30、度較高的物體轉(zhuǎn)向與它接觸的溫度較低的物體，直到兩者處于相同的溫度。這個過程的快慢，取決于熱傳導(dǎo)材料的種類。電池組中儲存的能量是化學(xué)能，當(dāng)電池接通電路產(chǎn)生電流時，儲存的能量就流動了。能量也可以借助于輻射來傳輸，如在空氣中傳輸?shù)穆曇?、空氣或真空中的光?可以用能量的改變來解釋許多過程和現(xiàn)象，從植物的生長到天氣的變化。能量轉(zhuǎn)換導(dǎo)致某些現(xiàn)象產(chǎn)生時，幾乎總是會伴隨產(chǎn)生一定量不希望獲得的熱能，并且這些熱能會通過傳導(dǎo)或輻射擴散開來。熱能是原子和分子的雜亂運動，以這種形式存在的能量不易被利用。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,36,能量不能被產(chǎn)生或消滅。當(dāng)能量從一個物體傳向另一個物體時，宇宙中能量的總量是

31、保持不變的，一個物體損失的能量和另一個物體獲得的能量是相等的。當(dāng)太陽加熱地球時，太陽通過輻射逐漸在損失能量。原子的質(zhì)量是儲存能量的一種方式，被稱為核能。放射性原子可以釋放這種核能，將核能變?yōu)闊崮芏┤祟惱?隨著人口的增加以及現(xiàn)代化生活方式需要耗費更多的能源，全世界對能源的需求在增加。特別是使用方便的電能。由于發(fā)電站和發(fā)電機組經(jīng)常使用的化石燃料是有限的，必須要考慮使用其他方式來產(chǎn)生電能或通過提高能量使用過程的效率來降低對能量的需求。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,37,5地球的構(gòu)造和它的大氣圈以及在其中發(fā)生的過程，影響著地球表面的狀況和氣候。,來自太陽的輻射加熱地球的表面，并使空氣中和海

32、洋中產(chǎn)生對流，因之形成不同的氣候。在地表之下，來自地球內(nèi)部的熱量導(dǎo)致了巖漿的運動。地球的固體表面由于巖石的形成和風(fēng)化而不斷在變化。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,38,地球的表面都被大氣所包圍，然而逐漸遠離地球表面（在天空更高的地方）大氣會變得逐漸稀薄。天氣取決于大氣層的狀況，它由大氣的溫度、壓力、運動的速度、方向、大氣中的水蒸氣的含量等共同決定。通過在一段時間內(nèi)對上述參量的測量，建立一些模型，用以預(yù)測不同類型天氣發(fā)生的可能性。 地球固態(tài)表面的大部分是土壤，土壤是由不同尺寸的碎石和有機體殘留物組成的混合物。沃土中包含了空氣、水、由生物腐敗而產(chǎn)生的某些化合物、特定的植物以及各種生物，如昆蟲

33、、蚯蚓和細菌等。在土壤下面的固體物質(zhì)是巖石。巖石有許多不同的種類，它們的成分和特性各不相同。在風(fēng)和水的作用下，巖石逐漸風(fēng)化成小的碎塊，沙是由細小的碎石組成的，而泥土是更小的碎石。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,39,處于地球表面的大氣層，對來自太陽的大部分輻射射線是透明的。這些射線可以穿過大氣層。被地球表面所吸收的射線是地球獲得的外部能源。從地球形成的伊始就一直在進行的、位于地球內(nèi)部的放射物質(zhì)的衰變，是地球內(nèi)部的能量來源。來自太陽的射線向含有葉綠素的植物提供能量，使它們通過光合作用生成葡萄糖。來自太陽的射線被地球表面吸收，使地球表面變暖，從而輻射出波長較長的射線（紅外線）。紅外線不能通過

34、大氣層，而是被大氣層吸收，使地球變暖，這就是溫室效應(yīng)，因為這和溫室里用太陽能加熱的方式是類似的。 大氣層中的氧氣是由植物通過光合作用產(chǎn)生的。它可以間接保護地球表面生物免于受到來自于太陽射線中短波部分（紫外線）的傷害。在大氣層的高層，紫外線和氧氣作用會生成臭氧，從而吸,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,40,收有害的射線。地球上人類活動產(chǎn)生的某些化學(xué)物質(zhì)會破壞大氣層中的臭氧層。 在地球固體外殼下面有一層熱的覆蓋層，稱為地幔。在壓力下地幔是固體，當(dāng)壓力減少時，它會融化(被稱為巖漿）。有些地方地球表面的硬殼存在裂縫(或薄層區(qū)），巖漿有可能會沖出到地球表面，火山爆發(fā)就是一個例子。地球外層的硬殼是由許

35、多板塊組成的。由于地幔的運動會帶動這些板塊之間產(chǎn)生相對移動。在板塊相互對撞時，形成了山脈和沿著板塊邊緣的一些裂紋地帶。這些地區(qū)可能會發(fā)生地震，也可能是活火山的地區(qū)。地球的表面會隨著時間而緩慢地變化，山脈會被水侵蝕；當(dāng)?shù)貧な芰Χ仙龝r會形成新的山脈。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,41,6宇宙中存在著數(shù)量極大的星系，太陽系只是其中一個星系銀河系中很小的一部分。,太陽、八大行星以及其他一些按一定軌道運轉(zhuǎn)的較小的星體共同組成了我們的太陽系。根據(jù)地球圍繞太陽的旋轉(zhuǎn)運動和取向，可以解釋白晝和黑夜的更替，以及四季的形成。太陽系是銀河系的一部分，銀河系又是宇宙中數(shù)以百計的類似星系中的一個。那些星系離我

36、們非常遙遠，許多星系中也會包含行星。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,42,我們見到的太陽是構(gòu)成宇宙的許許多多的星球之一。地球大約一年沿軌道繞太陽旋轉(zhuǎn)一圈，月亮大約四個星期繞地球旋轉(zhuǎn)一圈。太陽位于太陽系的中心，是太陽系中唯一能發(fā)出可見光的光源。月亮反射來自太陽的光。當(dāng)月亮繞地球運動時，只有被太陽照射到的部分才能被我們看見，這是我們在不同的日子里看到的月亮形狀會發(fā)生變化的原因。地球繞著南北向的軸自轉(zhuǎn)，地球的自轉(zhuǎn)使我們好像看到太陽、月亮和星星在繞地球旋轉(zhuǎn)。由于地球的自轉(zhuǎn)，地球的表面會朝向太陽或背向太陽，從而形成了白晝和黑夜 地球繞太陽旋轉(zhuǎn)一圈要用一年的時間。地球的軸線相對于它繞太陽旋轉(zhuǎn)的軌道平

37、面是傾斜的，所以在地球的不同位置和處于一年中的不同時間，白晝的時間會變化。地球旋轉(zhuǎn)軸的傾斜導(dǎo)致了四季的形成。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,43,地球是我們所在的太陽系中的八大行星之一。行星和其他小的天體以大致為圓形的軌道繞太陽旋轉(zhuǎn)，各自旋轉(zhuǎn)軌道離開太陽的距離不同，完成旋轉(zhuǎn)一圈所需的時間也不相同。在這些天體之間相隔的距離是非常遠的海王星距離太陽45億千米，比地球離太陽的距離要遠30倍。從地球上看，行星相對于一些恒星在移動 有時在繞太陽軌道上運動的一大塊巖石，飛行到距離地球足夠近時，將會被拉進地球的重力場，并在通過大氣層時被加速，這時在空氣和巖石表面之間的摩擦力會導(dǎo)致巖石被加熱和燃燒。這就

38、是我們觀看到的“流星”。除此以外，在太陽系中星體的移動大多是規(guī)則的和周期性的。科學(xué)定律或有關(guān)事件行為的一般規(guī)律，對地球適用，對宇宙空間同樣適用。空間探測已經(jīng)證明，行星自形成以來，它們的表面一直在變化。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,44,離我們最近的恒星，也比距離我們最遠的行星海王星要遠得多。被稱為銀河系的星系由數(shù)百萬顆恒星組成，而我們的太陽只是其中的一顆。在宇宙中存在著數(shù)量極大的星系，它們之間的距離幾乎是難以想象的遙遠，并且都在迅速地相互飛離。星系的這種運動支持了宇宙是源于過去曾發(fā)生的“大爆炸”膨脹而成的觀點，而對宇宙未來的發(fā)展目前還不清楚。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,45,

39、7生物體是由細胞組成的。,所有的生物體都是由一個或多個細胞構(gòu)成的。多細胞生物包含功能不同的多個細胞。所有生命的基本功能都取決于構(gòu)成生物體的各個細胞內(nèi)發(fā)生的過程，生長是細胞分裂倍增的結(jié)果。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,46,生物體（有機體）與生物的區(qū)別在于生物體能夠運動、繁殖和對某些刺激產(chǎn)生反應(yīng)。為了維持生存，生物體需要水、空氣、食物、排泄廢物和溫度適宜的環(huán)境。所有的生物體都是由一個或多個細胞構(gòu)成的。細胞只能用顯微鏡來觀察。 生命的所有基本功能都源于細胞內(nèi)部發(fā)生的過程。在生長和繁殖的過程中，細胞分裂成更多的細胞。為了實現(xiàn)生長、繁殖以及其它功能，細胞需要從食物中吸取能量。多細胞生物體中的細

40、胞除了具有所有細胞相同的功能外，還有特定的功能。如肌細胞、血細胞和神經(jīng)細胞。它們在生物體內(nèi)執(zhí)行特定的功能。細胞通常會聚合成組織，組織組合成器官，器官組織成系統(tǒng)。在人體內(nèi)執(zhí)行關(guān)鍵功能的系統(tǒng)有呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、排泄系統(tǒng)和體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。血液循環(huán)系統(tǒng)將細胞需要的物質(zhì)運輸?shù)缴眢w的各個部分，并可以將溶解的廢物輸送到排泄系統(tǒng)。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,47,在細胞內(nèi)存在著許多不同種類的分子，它仍互相配合以完成細胞的功能。在多細胞的生物體中，通過將一些遞質(zhì)傳送到鄰近的細胞來實現(xiàn)細胞之間的相互通信，以協(xié)同活動。包囊在每個細胞外的細胞膜在控制進入和逸出細胞的物質(zhì)上起著重要的作用。不同類型細胞內(nèi)的活動

41、由酶調(diào)控。特定的組織和器官釋放出激素，調(diào)控其他器官和組織的活性，并影響生物體的整體功能。在人體中，大多數(shù)激素通過血液運送。疾病通常是由于細胞功能發(fā)生故障而導(dǎo)致的。許多藥物通過加速或延緩酶或激素的調(diào)控機能來產(chǎn)生作用。腦和脊髓也對細胞活性的調(diào)控起作用，它們是通過發(fā)送沿著神經(jīng)細胞傳遞的電信號來傳遞信息的，這些電信號在細胞之間能快速地傳輸。 在一定的條件下，細胞的功能處于最佳狀態(tài)，特別是保持適宜的溫度和酸堿度。單細胞和多細胞構(gòu)成的生物體都具有將溫度和酸堿度保持在一定限度內(nèi)的機制，以保證生物體存活。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,48,8生物需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，為此它們經(jīng)常需要依賴其他生物或其他生

42、物競爭。,食物為生物體提供物質(zhì)和能量，使其能實現(xiàn)生命的基本功能和生長。某些植物和細菌能夠利用太陽能生成復(fù)雜的食物分子。動物依靠消化這些復(fù)雜的食物分子來獲取能量，它們歸根結(jié)底都是依靠綠色植物來獲取能量。在任何生態(tài)系統(tǒng)中，都會存在物種之間為獲得能量和物質(zhì)而產(chǎn)生的競爭，因為能量和物質(zhì)是生存和繁衍后代所必需的。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,49,所有的生物體都需要通過攝取食物來獲得能量，還需要空氣、水和一定的溫度環(huán)境。含有葉綠素的植物可以利用太陽光制造它們需要的食物，并把它們不立即利用的食物儲存起來。動物需要那些能夠被它們分解的食物。食草動物直接吃植物來獲取食物，食肉動物則通過吃已經(jīng)吞噬了植物

43、或其他動物的動物來獲取食物。歸根結(jié)底，動物是依靠植物來存活的。生物體之間的這種關(guān)系可以用食物鏈和食物網(wǎng)來表示。 有些動物除了需要植物作為食物外，還以其他方式依賴于植物。例如庇護所、人類的衣服和燃料。植物也以不同方式依賴于動物。例如，蟲媒植物依靠昆蟲來授粉，并且依靠其它動物傳播它們的種子。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,50,在特定區(qū)域內(nèi)生活在一起的相互依存的生物構(gòu)成某種生態(tài)系統(tǒng)。在一個穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中，包含有食物的生產(chǎn)者（植物）、消費者（動物）和分解砉。分解者主要是細菌和真菌。它們以廢物和死去的生物體為食。分解者產(chǎn)生的物質(zhì)有助于植物生長，這樣就使得生物體中的分子不斷地被循環(huán)利用。同時，能

44、量通過生態(tài)系統(tǒng)傳輸。當(dāng)食物被生物體用于生命過程時，其中的部分能量會以熱的形式散逸。植物利用太陽能合成植物的食物，又會使生態(tài)系統(tǒng)中的能量得以補充。 在任何特定的生態(tài)系統(tǒng)中，為獲得生存所需要的畿量和物質(zhì)，物種間會存在競爭。某個生態(tài)系統(tǒng)是消失還是留存，取決于在其環(huán)境中是否可以持續(xù)獲得生命需要的物質(zhì)。在具有特定的氣候、地理和水文的區(qū)域里，植物物種會發(fā)生適應(yīng)性的變化。以獲得它們生長和繁殖所需的水、光、礦物質(zhì)和空間。如果條件變化了，植物的種群就有可能會發(fā)生變化。從而導(dǎo)致動物種群的改變。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,51,9生物體的遺傳信息會一代代地傳遞下去。,細胞中的遺傳物質(zhì)儲存在化學(xué)分子DNA中

45、，DNA序列可以用四個字母的編碼來表示?；驔Q定了生物體的發(fā)育和結(jié)構(gòu)。在無性繁殖中，后代具有的全部基因都來自于一個母體。在有性繁殖中，基因中的各一半分別來自父方和母方。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,52,有生命的物體會繁殖同一種類的后代，但是在許多情況下，后代相互之間或與它們的雙親并不完全相同、植物和動物包括人類，他們的許多特征與他們的親代類似，因為遺傳信息從上一代傳遞給了下一代、另外有一些特征，如能力和行為，并不能以同樣的方式傳遞，而必須經(jīng)過學(xué)習(xí)才能獲得。 在一代又一代之間傳遞的信息，都是組合在一起以編碼的形式傳遞的。被稱為DNA的大分子中存在這種編碼。一個基因是一定長度的DNA。在

46、單個染色體中包含了數(shù)百個或數(shù)千個基因。在人體中，大多數(shù)的細胞含有23對染色體，它們攜帶的總基因數(shù)約為25000個，它們提供生長和繁殖更多細胞所需的信息。 在細胞的生長過程中和凋亡的細胞被替換時，細胞會發(fā)生分裂，遺傳信息被復(fù)制，使每一個新細胞都攜帶著母細胞的基因復(fù)制件。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,53,有時，復(fù)制會產(chǎn)生錯誤，發(fā)生變異，變異可能無害，也可能給生物體帶來損害。環(huán)境中的輻射和化學(xué)物質(zhì)會引起基因改變。這種基因的變異只影響該個體。只有在基因變異發(fā)生在性細胞（精子或卵子）中時，才會影響到后代。 在有性繁殖中，一個來自雄性的精子與一個來自雌性的卵子結(jié)合。精子和卵細胞都是特化的細胞，它

47、們攜帶著來自他們親代染色體的一半，至于獲取哪一半是隨機的。當(dāng)精子和卵細胞結(jié)合時，受精卵中的遺傳物質(zhì)一半來自精子，一半來自卵細胞。當(dāng)受精卵不斷分裂時，遺傳物質(zhì)就被復(fù)制到每一個新產(chǎn)生的細胞中。當(dāng)卵子和精子細胞形成然后結(jié)合時，遺傳物質(zhì)就被選擇和重組，這樣就導(dǎo)致數(shù)量巨大的不同基因組合的可能性，這種差別會代代相傳，從而提供了自然選擇的潛在可能。因為有些變異會使生物體能更好地適應(yīng)于某些環(huán)境條件。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,54,無性繁殖天然地廣泛存在于生物之中，包括一些細菌、昆蟲和植物，它們繁殖出具有相同遺傳物質(zhì)的種群。運用生物技術(shù)，通過人工克隆，可以生產(chǎn)出具有相同基因的產(chǎn)品。這種技術(shù)可以在相當(dāng)

48、范圍的物種中應(yīng)用，包括動物。 一段時間以來，通過對不同種類生物的基因組測序，越來越多的遺傳信息被獲知。獲知基因序列以后，就有可能人為地改變遺傳信息，以賦予生物體某些特殊的功能。在基因治療中，使用特殊的技術(shù)將基因嵌入人的染色體中，有可能治愈疾病。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,55,10生物的多樣性、存活和滅絕都是進化的結(jié)果,今日存在的所有的生命都可以溯源于一個全體共同的祖先，它是一個簡單的單細胞有機體。源于物種內(nèi)天然的差異，經(jīng)過無數(shù)代的演變，能最好地適應(yīng)一定條件的個體將有可能被選擇而存活，不能有效適應(yīng)生存環(huán)境改變的生物將會滅絕。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,56,當(dāng)今世界，存在著

49、許多不同種類的植物和動物。也有許多種類的動植物曾一度生活在地球上，但現(xiàn)在已經(jīng)滅絕了，我們從化石中了解到它們。按照它們的類似程度，可以將動物和植物分成類群和子群。例如，動物的一個類群稱為鳥，其中又包含了不同的科，如山雀科，在山雀科之下又有不同的種類（物種），如藍冠山雀、大山雀和長尾山雀。同一物種的生物交配繁殖出同種生物的現(xiàn)象，較為常見；不同的物種之間通常不能交配。 雖然同一物種的生物體非常相似，它們之間仍存在著細微的差異。生命體總是生存在特定的環(huán)境之中，因為它們具有能在該環(huán)境下生存的特征。這種對生活環(huán)境的適應(yīng)性起源于在繁殖過程中出現(xiàn)的微小差異，這種差異導(dǎo)致有些個體比另外一些個體能更好地適應(yīng)環(huán)境。

50、在為獲取物質(zhì)與能量的競爭中，那些具有更好適應(yīng)能,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,57,力的個體將能存活，并把它們能適應(yīng)環(huán)境的特征遺傳給后代。而那些對特定環(huán)境適應(yīng)能力較差的個體有可能在繁殖以前死亡。這樣，在后代中將會保留更多的具有較好適應(yīng)能力的個體。這種情況只有在變異（改變）發(fā)生在生殖細胞中時才會出現(xiàn)。在其他的細胞中發(fā)生的變異不能遺傳。 從35億年前地球上出現(xiàn)了第一個生命形態(tài)以后，對生物體的自然選擇就開始了。具有能在特定的環(huán)境條件下更好存活特征的生物將被自然選擇。在生命史的初期出現(xiàn)了單細胞的生物。大約20億年以前，出現(xiàn)了多細胞的生物，最終發(fā)展成今天眾多的動物、植物和真菌等。一些種類的生物仍保

51、留單細胞的形態(tài)。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,58,當(dāng)氣候、地理和種群的條件改變時，遺傳下來的特定特征的優(yōu)越性可能被提高，也可能減弱。人類的活動會對環(huán)境產(chǎn)生深遠的影響，并已經(jīng)導(dǎo)致了環(huán)境的改變，使許多生物受到了傷害。有記載的因為人類活動導(dǎo)致的生物滅絕率，與沒有人類活動時相比較，已經(jīng)離出了數(shù)百倍。保護物種的多樣性和物種內(nèi)的多樣性是重要的。生命多樣性的減少會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)顯著惡化和適應(yīng)環(huán)境改變能力的喪失。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,59,11科學(xué)認(rèn)為每一種現(xiàn)象都具有一個或多個原因。,科學(xué)致力于尋求對自然界現(xiàn)象產(chǎn)生原因的解釋和理解。所提出的解釋應(yīng)該基于來自觀察和實驗的證據(jù)。產(chǎn)生和檢驗科

52、學(xué)上的解釋不存在單一的科學(xué)方法。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,60,當(dāng)某個事件發(fā)生時，科學(xué)致力于尋找事件為什么會發(fā)生的解釋，或者解釋為什么它們采取了某種特定的方式。這樣做都基于一個假設(shè)：即每一個效應(yīng)都具有某個或某些原因，事件發(fā)生的方式是有其理由的。解釋不是猜測，必須有一定的理由。有多種方法來發(fā)現(xiàn)是什么導(dǎo)致事件發(fā)生和為什么會這樣。仔細地觀察，包括可能情況下進行測量，可以預(yù)測可能會發(fā)生什么情況。在另一些情況下，可以執(zhí)行一些操作來改變某些條件，并觀察隨之發(fā)生的現(xiàn)象。在采用這種方式時，如有可能，應(yīng)使其他方面保持不變，以便讓結(jié)果僅僅是由一個條件變化而引起的，這一點很重要。 對于特定事件或狀態(tài)的任

53、何解釋，都應(yīng)當(dāng)基于支持它的實際證據(jù)。仔細、系統(tǒng)的觀察以及對觀察的精確描述，是科學(xué)研究所必需的。有時，人們對事件發(fā)生的預(yù)期會影響他們的觀察，了解這點,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,61,很重要。因此，進行觀察時，幾個人各自獨立地進行觀察是個好辦法。 對事件的解釋可能會有不同的想法，所以必須用實際證據(jù)來挑選出哪一個想法確實“有效”。某個可能的解釋（假說）會提出一個或幾個因素，認(rèn)為這個或這些因素可以解釋某個現(xiàn)象。為了檢驗這個因素，需要改變這個因素，利用這個假說對變化后發(fā)生的現(xiàn)象作出預(yù)測，然后觀察發(fā)生的現(xiàn)象，看是否有證據(jù)表明發(fā)生的現(xiàn)象與預(yù)測相符。如果結(jié)果與預(yù)測相符，又沒有其他因素導(dǎo)致相同的結(jié)果，

54、那么這個因素就被接受為當(dāng)前對此現(xiàn)象最好的解釋。但是，通常會存在幾個相互影響的因素，每一個因素的作用還可能是不確定的。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,62,當(dāng)一些因素不能用實驗進行控制，如太陽系中行星的運動，在研究某個現(xiàn)象時，可以在一段時間內(nèi)選擇幾個時刻進行系統(tǒng)的觀察。在觀察到的數(shù)據(jù)中尋找模式，可能會揭示各因素之間的相關(guān)函數(shù)當(dāng)一個因素變化時，另一些因素發(fā)生相應(yīng)變化的規(guī)則。即使是包含有不能直接觀察或進行改變的特點，仍然可以使用相關(guān)函數(shù)來提出某個基礎(chǔ)的模型，這個模型可以用于預(yù)測。但是，相關(guān)函數(shù)通常不能作為這個因素就是變化起因的確定證據(jù)。然而，發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象發(fā)生的起因并不意味著找到了這個現(xiàn)象發(fā)生的

55、解釋機理。解釋機理需要基于科學(xué)原理建立關(guān)聯(lián)模型。 對存在于過去的現(xiàn)象，如巖石的變化或物種的進化，也可以提出某種假說并進行檢驗。在這種情況下，如果所有的假說與所有已知事實和科學(xué)原理相吻合，它就是最好的可能性解釋。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,63,12科學(xué)上給出的解釋、理論和模型都是在特定的時期內(nèi)與事實最為吻合的。,科學(xué)理論或模型代表了變量之間或某個系統(tǒng)中分量之間的關(guān)系。這些理論和模型必須與當(dāng)時能獲得的觀察結(jié)果相吻合，并能提出可以被檢測的預(yù)期。任何理論和模型都只在一定范圍內(nèi)有效，隨著新的數(shù)據(jù)的獲得，將會被修正，即使根據(jù)新的數(shù)據(jù)所得到的預(yù)期與根據(jù)過去獲得的數(shù)據(jù)得出的預(yù)期一致。對觀察到現(xiàn)象的

56、解釋會各有所好，因此每一種模型都有它的強處和局限性。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,64,每個人都可以對自然界的事物提出問題，而且能做一定的努力來尋求答案，幫助理解發(fā)生了什么事。科學(xué)上通過一些系統(tǒng)的探究來完成上述工作，包括用觀察或測量所研究目標(biāo)的特征來收集數(shù)據(jù)或從其他來源獲取數(shù)據(jù)。是否能得到某種有用的解釋，取決于能收集到怎樣的數(shù)據(jù)，通常收集數(shù)據(jù)需要根據(jù)某種理論或假說對可能發(fā)生的現(xiàn)象進行預(yù)測。 為了有助于解釋觀察到的過程和事物發(fā)生的原因，科學(xué)家會提出一些模型，來體現(xiàn)他們對可能發(fā)生事物的思考。這些模型有時是物理模型，如太陽系的模型。在太陽系的模型中，用不同的物體來代表太陽、月亮、地球和其他行

57、星。又如原子的模型，它體現(xiàn)了對某個化合物中原子是如何排列的考慮。另外一種模型是理論方面的，例如把光表征為波的運動，而且經(jīng)常需要用數(shù)學(xué)公式來,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,65,描繪一些關(guān)系。有些模型穩(wěn)固地立足于理論之中，它在至今所遇到的所有背景情況下都能有效，而沒有發(fā)現(xiàn)有矛盾的情況。而另外一些模型是嘗試性的，在未來可能會被改變。有時會提出不止一個可能的模型，哪一個更為合適，還缺乏證明； 有時我們甚至還沒有得到符合要求的解釋模型。 生成任何一種模型都需要對事物相互之間可能具有的聯(lián)系進行想象的能力，以及運用已有知識的能力。這些能力提供了利用系統(tǒng)各個部分之間的關(guān)系來解釋現(xiàn)象的方法?；谀Ｐ偷耐?/p>

58、理意味著超越了直接觀察到的結(jié)果，而將利用模型進行預(yù)測得出的結(jié)果與觀察到的結(jié)果相比較，可以證實推理和觀察結(jié)果之間仍然保持著聯(lián)系。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,66,用理論和模型來對發(fā)生某些變化后產(chǎn)生的效應(yīng)進行預(yù)測，并觀察這些預(yù)測是否被新收集到的數(shù)據(jù)所證實，是檢驗理論和模型的方法。一旦有新的數(shù)據(jù)被收集到，就需要進行解讀，并嘗試去解釋發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。解釋并不會從數(shù)據(jù)中自行呈現(xiàn)，而是需要一個過程去生成。這個過程經(jīng)常包含了直覺、想象和有依據(jù)的假設(shè)。 如果當(dāng)前已有的想法和新的數(shù)據(jù)不能符合，那么該想法必須改變。盡管有一些理論或模型是更為確定的，它們所作的預(yù)測已經(jīng)確定和觀察到的結(jié)果是一致的，但是一種解釋或

59、理論不可能被證明是“正確的”，因為總是可能有進一步獲得的數(shù)據(jù)與它們發(fā)生沖突。因此，今天一些用于解釋我們周圍事物的科學(xué)概念，和我們過去所接受的不同，有些也很可能和未來的有差別。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,67,13科學(xué)發(fā)現(xiàn)的知識可以用于開發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品，為人類服務(wù)。,科學(xué)概念運用于技術(shù)，可以使人類生活的各個方面產(chǎn)生顯著的變化。技術(shù)上的進展又能進一步促進科學(xué)活動，幫助滿足人類對自然界的好奇，增進對自然界的了解。在人類活動的某些領(lǐng)域里，技術(shù)會超前于科學(xué)概念的獲得；而在另一些領(lǐng)域里，科學(xué)概念出現(xiàn)在技術(shù)應(yīng)用之前。,基于大概念理念的高中生物教學(xué)與思考,68,技術(shù)有助于為人們提供所需的或能夠使用的物

60、品，例如食物、工具、衣物和居所。制作這些物品需要選擇對特定應(yīng)用具有最佳性能的材料。來源于植物和動物，或是來源于地球表層的材料已經(jīng)被使用了數(shù)千年之久，而人造的材料，如塑料，僅僅是在20世紀(jì)初以后才被生產(chǎn)出來。這些人造的材料可以使它們具有我們所需要的特性，以制造新的可以利用的產(chǎn)品。 科學(xué)可以用于制造新的材料，這是一個說明科學(xué)知識如何能有助于推進技術(shù)進展的實例。科學(xué)運用于制造新的工具和機器，使得大批量生產(chǎn)能夠得以實現(xiàn)，許多商品就可以為更多的人所使用。同時，通過改進觀察和測量的儀器，將過于危險和耗時的過程實現(xiàn)自動化，特別是通過裝備電腦，技術(shù)的進展也促進了科學(xué)的發(fā)展。技術(shù)的運用支持科學(xué)的發(fā)展，反過來科學(xué)