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(jì)依據(jù)”中指出：根據(jù)生物學(xué)的大概念來(lái)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(shí)施建議”中建議 ： 通過(guò)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(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)具有引領(lǐng)作用的基礎(chǔ)知識(shí)。在生物學(xué)課程中，大概念包括了對(duì)原理、理論等的理解和解釋，是生物學(xué)科知識(shí)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(gè)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(diǎn)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(lái)組織并開展教學(xué)活動(dòng)，能有效地提高教學(xué)效益，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)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(jì)和組織每個(gè)單元的教學(xué)活動(dòng)時(shí)，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(dòng)內(nèi)容和活動(dòng)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(dòng)手活動(dòng)或?qū)Y料的分析及探究，所有的教學(xué)活動(dòng)都要有利于促進(jìn)學(xué)生對(duì)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(jìn)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(shí)來(lái)為學(xué)生的概念形成提供支撐；另一方面，教學(xué)活動(dòng)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(shí)的層面上，而是要通過(guò)對(duì)事實(shí)的抽象和概括，幫助學(xué)生建立生物學(xué)概念，并以此來(lái)建構(gòu)合理的知識(shí)框架，為學(xué)生能夠在新情境下解決相關(guān)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。在教學(xué)過(guò)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(cuò)誤概念。課堂教學(xué)活動(dòng)要幫助學(xué)生消除錯(cuò)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(guó)科協(xié)提出了為期50年全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)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(shí)標(biāo)準(zhǔn) 科學(xué)概念和科學(xué)知識(shí)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(méi)必要使全體公民都掌握所有的科學(xué)知識(shí)。而應(yīng)強(qiáng)調(diào)普及必要的

4、科學(xué)知識(shí)，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(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域的必要的科學(xué)概念和基本原理。相對(duì)于一些新興學(xué)科、專業(yè)的具體知識(shí)更新周期越來(lái)越短的趨勢(shì)而言，本標(biāo)準(zhǔn)要求公民掌握的科學(xué)知識(shí)內(nèi)容在未來(lái)50年中也需要作必要的修正和補(bǔ)充，而科學(xué)概念的內(nèi)容則具有更大的穩(wěn)定性。,一、2049計(jì)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(yùn)動(dòng)、能量、信息 相互作用、系統(tǒng)、變化、概率、運(yùn)動(dòng)規(guī)律 穩(wěn)定、平衡、轉(zhuǎn)化、守恒 結(jié)構(gòu)、組織、進(jìn)化 測(cè)量、實(shí)驗(yàn)、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(shí) 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(yùn)動(dòng)形式，能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 生命：生命起源和生物進(jìn)化，細(xì)胞和生物體，生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng) 人：人的起源和進(jìn)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(wú)神論觀念世界是物質(zhì)的，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)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(shí)踐精神，團(tuán)隊(duì)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(shí)事求是的態(tài)度；觀察實(shí)驗(yàn)，假說(shuō)推理，驗(yàn)證發(fā)展，去偽存真的方法；識(shí)別偽科學(xué)。

6、 4 科學(xué)、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)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(qiáng)大力量，科教興國(guó)戰(zhàn)略，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，知識(shí)經(jīng)濟(jì)，科學(xué)決策，尊重和保護(hù)知識(shí)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(dòng)手能力標(biāo)準(zhǔn) 1科學(xué)探究能力觀察，提出問(wèn)題，制訂實(shí)驗(yàn)研究計(jì)劃，利用有關(guān)工具和技術(shù)收集數(shù)據(jù)，運(yùn)用邏輯推理對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析綜合、作出解釋，表達(dá)與交流 2技術(shù)動(dòng)手能力 測(cè)量，計(jì)劃，發(fā)明，成本與風(fēng)險(xiǎn)效益分析，計(jì)算機(jī)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(lái)自不同國(guó)家的科學(xué)家和教育家在蘇格蘭羅蒙湖舉行了研討會(huì)，會(huì)后形成報(bào)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(jìn)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(xiàng)原則,在義務(wù)教育的所有年級(jí)，學(xué)校都應(yīng)該設(shè)置科學(xué)教育項(xiàng)目，以系統(tǒng)地發(fā)展和持續(xù)保持學(xué)習(xí)者對(duì)周圍世界的好奇心，對(duì)科學(xué)活動(dòng)的熱愛以及對(duì)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(gè)人能夠參與有依據(jù)的決策和采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)，這對(duì)保證他們個(gè)人、社會(huì)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(huì)中所起作用的概念； 收集和運(yùn)用實(shí)證的科學(xué)能力； 科學(xué)態(tài)度。 基于對(duì)概念的審慎分析以及基于當(dāng)前對(duì)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(dá)到科學(xué)教育各個(gè)方面目標(biāo)的清晰進(jìn)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(jìn)展到掌握大概念。 學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該明晰地反映出既包含科學(xué)知識(shí)，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(dòng)都應(yīng)該致力于深化學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解，同時(shí)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(xiàng)目以及教師的職前教育和專業(yè)發(fā)展，都應(yīng)該與為達(dá)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(píng)測(cè)在科學(xué)教育中具有關(guān)鍵的作用。無(wú)論是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的形成性評(píng)測(cè)，還是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)展的總結(jié)性評(píng)測(cè)，都必須考慮到所有的學(xué)習(xí)目標(biāo)。 為了達(dá)到科學(xué)教育的目標(biāo)，學(xué)校的科學(xué)項(xiàng)目應(yīng)該促進(jìn)教師之間的合作，并需要社會(huì)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(duì)客觀事物的本質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)，概念能夠?qū)⑹挛锏谋举|(zhì)特征分離出來(lái)，并幫助人類

10、對(duì)事物的認(rèn)識(shí)擺脫零散的細(xì)枝末節(jié)的干擾。概念是將一個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)組織起來(lái)，然后對(duì)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(shí)體系。概念可以讓我們?cè)趯?duì)世界的認(rèn)識(shí)過(guò)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(guò)人的組織而形成的、體系化的科學(xué)知識(shí)。一方面，他們是科學(xué)家們對(duì)世界的共識(shí)，是人類的寶貴精神財(cái)富，另一剛方面，他們又對(duì)科學(xué)家組織對(duì)世界的再認(rèn)識(shí)發(fā)揮著推動(dòng)作用，因此，科學(xué)概念的內(nèi)涵是動(dòng)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(yǔ)言，另一方面是通過(guò)一定的語(yǔ)言規(guī)則處理后而表述出來(lái)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。它既是經(jīng)過(guò)是實(shí)證研究的知識(shí)

11、，也是要被專業(yè)人士所認(rèn)可和接受的知識(shí)。同時(shí),科學(xué)概念中，有層次性的區(qū)別。概念的發(fā)展是動(dòng)態(tài)的，隨著人類認(rèn)知自然能力的提升和理論知識(shí)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(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）在 2005 年對(duì)于大概念的定義是 “能將眾多的科學(xué)知識(shí)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(duì)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(jìn)階過(guò)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(huì)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(shí)。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(duì)兒童發(fā)展的作用，二要考慮對(duì)認(rèn)識(shí)科學(xué)活動(dòng)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(shí)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(huì)遇到的，學(xué)生學(xué)習(xí)了這個(gè)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(lái)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(wèn)題進(jìn)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(shí)驗(yàn)而得來(lái)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(shuō)的概念的構(gòu)建過(guò)程就是由科學(xué)小概念向科學(xué)大概念發(fā)展的過(guò)程，也是他們二者之間互動(dòng)的過(guò)程。 明茨基等人在促進(jìn)理解之科學(xué)教學(xué)中指出：“教師面對(duì)的挑戰(zhàn)是：如何尋求不同的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)以及示范，以要求學(xué)生重新思考他們的想法。針對(duì)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(duì)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(duì)兒童的小概念擁有狀況有一個(gè)清晰地掌握，提升大概念構(gòu)建的針對(duì)性。二是建立轉(zhuǎn)變模型，進(jìn)行構(gòu)建活動(dòng)。構(gòu)建活動(dòng)包括提問(wèn)、解釋、總結(jié)和推論等多種方式；三是強(qiáng)化科學(xué)大概念，強(qiáng)化知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。要注重對(duì)新建立的大概念體系化的完善，形成新的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使大概念得到鞏固。 具體到教學(xué)實(shí)踐中，要從小概念轉(zhuǎn)變到大概念，一是要進(jìn)一步重視感知。感知是認(rèn)識(shí)事物的起點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)和觀察是幫助學(xué)形成感性認(rèn)識(shí)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(dòng)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(guò)進(jìn)一步拓展和深化形成大概念，實(shí)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(gè)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(duì)一定距離以外的其他物體產(chǎn)生作用。 3改變一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)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(shí)，會(huì)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(guò)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(yáng)系只是其中一個(gè)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(xì)胞組成的。 8生物需要能量和營(yíng)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(jìng)爭(zhēng)。 9生物體的遺傳信息會(huì)一代代地傳遞下去。 10生物的多樣性、存活和滅絕都是進(jìn)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(gè)或多個(gè)原因。 12科學(xué)上給出的解釋、理論和模型都是在特定的時(shí)期內(nèi)與事實(shí)最為吻合的。 13科學(xué)發(fā)現(xiàn)的知識(shí)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(huì)對(duì)倫理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)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(wú)生命的）的基礎(chǔ)單元?？梢杂迷拥男袨閬?lái)解釋不同物質(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(gè)原子都有一個(gè)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?yàn)樗鼈兙哂匈|(zhì)量并占有空間。不同的物質(zhì)可以通過(guò)它的特性來(lái)辨認(rèn)，有些特性可以用來(lái)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(jiǎn)單的混合體，并沒(méi)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(shí)，物質(zhì)的量并沒(méi)有改變。 假如能把物質(zhì)分割成越來(lái)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(lái)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(duì)某個(gè)特定的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，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(yùn)動(dòng)。它們運(yùn)動(dòng)的速度被表現(xiàn)為物質(zhì)的溫度。這些微粒之間會(huì)相互吸引或排斥?？梢杂梦⒘５倪\(yùn)動(dòng)和相鄰微粒之間的距離，以及吸力的強(qiáng)弱來(lái)說(shuō)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(qiáng)，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(diǎn)和沸點(diǎn)的原因。 物質(zhì)最小的碎塊稱為原子。所有的物質(zhì)，無(wú)論位于宇宙的何處，無(wú)論是有生命或是無(wú)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(lái)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(gè)由中子和質(zhì)子組成的原子核，電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)。電子和質(zhì)子都帶有電荷電子帶有負(fù)電荷，質(zhì)子帶有正電荷，原子是中性

20、的，原子帶的正負(fù)電荷量完全相等。電子在物質(zhì)中快速地移動(dòng)，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(shí)，原子就變成了帶有正電或負(fù)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(gè)過(guò)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子之間發(fā)生任何反應(yīng)時(shí)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(duì)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(guò)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(chǎng)來(lái)解釋的，例如

21、磁場(chǎng)或萬(wàn)有引力場(chǎng)。,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(duì)另外一些物體產(chǎn)生作用，即使不直接接觸。例如光可以來(lái)自與我們相近的燈泡或火焰，也可以來(lái)自離我們很遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)和星球。這是因?yàn)檫@些物體能發(fā)光，光可以沿著不同的方向傳播，當(dāng)光到達(dá)并進(jìn)入我們的眼睛時(shí)，就可以被檢測(cè)到。不管是直接由光源發(fā)出來(lái)的光，還是反射的光，我們的眼睛都可以檢測(cè)到。聲音源于物體的振動(dòng)，在離開聲源一定距離之外可以檢測(cè)到它，因?yàn)樗闹艿目諝饣蚱渌镔|(zhì)也能發(fā)生振動(dòng)。當(dāng)空氣中的振動(dòng)傳到我們的耳朵時(shí)，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(wàn)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(shí)，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(huì)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)搜劭床灰姡o(wú)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(zhǎng)不同。這些射線都可以通過(guò)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(guò)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(guò)。 但射線射到另外一個(gè)物體上時(shí)，可以被物體反

23、射、吸收或散射、穿過(guò)物體或與物體組合在一起。當(dāng)射線被一個(gè)鏡面反射或通過(guò)一個(gè)透明的物質(zhì)傳輸時(shí)，射線保持不變；而當(dāng)射線被物體吸收時(shí)，它會(huì)發(fā)生變化，并且通常會(huì)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(lái)解釋，例如磁鐵可以吸引或排斥另一個(gè)磁體，兩個(gè)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(gè)物體放開，它會(huì)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(wàn)有引力，它的大小和兩個(gè)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(gè)或多個(gè)物體具有非常大的質(zhì)量時(shí)才能感到萬(wàn)有引力的存在

24、，就像地球?qū)⑽矬w拉向地面，對(duì)這種情況，用場(chǎng)的概念來(lái)解釋更有用。場(chǎng)是一個(gè)物體在它的周圍產(chǎn)生影響的區(qū)域，場(chǎng)的強(qiáng)度隨著與物體距離的增加而衰減。另外的物體進(jìn)入到這個(gè)場(chǎng)之中，就會(huì)受到場(chǎng)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(gè)物體的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度才會(huì)改變。所有的物體，不論大小，它們之間都會(huì)存在萬(wàn)有引力。依靠萬(wàn)有引力，行星維持在圍繞太陽(yáng)的軌道上運(yùn)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。物體只有在受到凈力作用

25、時(shí)，才會(huì)改變它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 某個(gè)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的快慢取決于力的作用和物體的質(zhì)量。一個(gè)物體的質(zhì)量越大，它被加透或減速需要經(jīng)歷的時(shí)間就越長(zhǎng)。質(zhì)量的這種特性稱為慣性。 所有的物體無(wú)論大小，它們之間都普遍存在著被稱之為萬(wàn)有引力的吸力，它使地球上每一個(gè)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(yuǎn)比物體的大，所以我們觀察到發(fā)生運(yùn)動(dòng)的是物體，而不是地球。在月球上，物體所受到的往下拉的萬(wàn)有引力要比在地球上所受到的小，因?yàn)樵虑虻馁|(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(yùn)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(gè)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(gè)或多個(gè)力反方向地平衡了萬(wàn)有引力。放在桌子上的一本書之所以不落向地面，是因?yàn)闀赖脑酉蛏贤莆矬w的力和向下拉物體的萬(wàn)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(shí)，就會(huì)改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使它被加速或減速。換句話說(shuō)，一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)改變，除非有凈力作用于其上。我們經(jīng)常會(huì)認(rèn)為產(chǎn)生作用的不是力，而是運(yùn)動(dòng)著的物體本身，例如會(huì)認(rèn)為一個(gè)滾動(dòng)著的球會(huì)自動(dòng)地慢下來(lái)。實(shí)際上，球的運(yùn)動(dòng)逐漸變慢是由于受到摩擦力的作用。在任何情況下，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變都是由于力的不平衡而產(chǎn)生的。如果沒(méi)有凈力的作用，任何物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都

27、不會(huì)改變；靜止的物體將保持靜止，運(yùn)動(dòng)著的物體會(huì)永遠(yuǎn)沿著直線運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變發(fā)生在凈力的方向上，而不會(huì)影響與凈力成直角方向的運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星能夠維持在繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道上，因?yàn)樗鼈兪艿搅俗銐虼蟮牧?，被送到了一定的高度。在這個(gè)高度上，它們可以維持在繞地球的曲線軌道上運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檫@時(shí)萬(wàn)有引力只是不斷改變它們的運(yùn)動(dòng)方向，而沒(méi)有空氣阻力使它們的運(yùn)動(dòng)變得緩慢。 作用于某個(gè)物體上的一對(duì)方向相反但不在同一直線上的力，會(huì)使物體旋動(dòng)或扭轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)力的大小取決于力的作用點(diǎn)離開旋轉(zhuǎn)軸的距離。這個(gè)現(xiàn)象被廣泛地運(yùn)用在工具和機(jī)器之中。 壓力用于測(cè)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(shí)比施加于較小面積上產(chǎn)生的壓力要小。這樣的一個(gè)關(guān)系也有許多的運(yùn)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(shí)，會(huì)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(guò)程和事件總在變化，產(chǎn)生變化需要能量。能量可以通過(guò)多種方式從一個(gè)主體向另一個(gè)主體轉(zhuǎn)移。在這個(gè)過(guò)程中，部分能量會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰桌玫男螒B(tài)。能量既不能產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)現(xiàn)象發(fā)生或改變：推或拉，會(huì)使物體的運(yùn)動(dòng)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(guò)程中，能量從一個(gè)物體傳向另一個(gè)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(gè)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(yùn)動(dòng)、它們的溫度、它們?cè)谥亓?chǎng)或其他場(chǎng)中位置，或是源于彈性材料的壓縮或變形。將一個(gè)物體提升到高于地面的位置，它就可以儲(chǔ)存能量，當(dāng)釋放它時(shí)，它會(huì)下落，而其所儲(chǔ)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(shí)，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(gè)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(gè)過(guò)程的快慢，取決于熱傳導(dǎo)材料的種類。電池組中儲(chǔ)存的能量是化學(xué)能，當(dāng)電池接通電路產(chǎn)生電流時(shí)，儲(chǔ)存的能量就流動(dòng)了。能量也可以借助于輻射來(lái)傳輸，如在空氣中傳輸?shù)穆曇簟⒖諝饣蛘婵罩械墓狻?可以用能量的改變來(lái)解釋許多過(guò)程和現(xiàn)象，從植物的生長(zhǎng)到天氣的變化。能量轉(zhuǎn)換導(dǎo)致某些現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)，幾乎總是會(huì)伴隨產(chǎn)生一定量不希望獲得的熱能，并且這些熱能會(huì)通過(guò)傳導(dǎo)或輻射擴(kuò)散開來(lái)。熱能是原子和分子的雜亂運(yùn)動(dòng)，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(gè)物體傳向另一個(gè)物體時(shí)，宇宙中能量的總量是

31、保持不變的，一個(gè)物體損失的能量和另一個(gè)物體獲得的能量是相等的。當(dāng)太陽(yáng)加熱地球時(shí)，太陽(yáng)通過(guò)輻射逐漸在損失能量。原子的質(zhì)量是儲(chǔ)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(fèi)更多的能源，全世界對(duì)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(jī)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(lái)產(chǎn)生電能或通過(guò)提高能量使用過(guò)程的效率來(lái)降低對(duì)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(guò)程，影響著地球表面的狀況和氣候。,來(lái)自太陽(yáng)的輻射加熱地球的表面，并使空氣中和海

32、洋中產(chǎn)生對(duì)流，因之形成不同的氣候。在地表之下，來(lái)自地球內(nèi)部的熱量導(dǎo)致了巖漿的運(yùn)動(dòng)。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(yuǎn)離地球表面（在天空更高的地方）大氣會(huì)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(yùn)動(dòng)的速度、方向、大氣中的水蒸氣的含量等共同決定。通過(guò)在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)上述參量的測(cè)量，建立一些模型，用以預(yù)測(cè)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(jī)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(xì)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(xì)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(duì)來(lái)自太陽(yáng)的大部分輻射射線是透明的。這些射線可以穿過(guò)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(jìn)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(lái)源。來(lái)自太陽(yáng)的射線向含有葉綠素的植物提供能量，使它們通過(guò)光合作用生成葡萄糖。來(lái)自太陽(yáng)的射線被地球表面吸收，使地球表面變暖，從而輻射出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的射線（紅外線）。紅外線不能通過(guò)

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?yàn)檫@和溫室里用太陽(yáng)能加熱的方式是類似的。 大氣層中的氧氣是由植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生的。它可以間接保護(hù)地球表面生物免于受到來(lái)自于太陽(yáng)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(huì)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(dòng)產(chǎn)生的某些化學(xué)物質(zhì)會(huì)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(shí)，它會(huì)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(huì)沖出到地球表面，火山爆發(fā)就是一個(gè)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(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)這些板塊之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。在板塊相互對(duì)撞時(shí)，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(huì)發(fā)生地震，也可能是活火山的地區(qū)。地球的表面會(huì)隨著時(shí)間而緩慢地變化，山脈會(huì)被水侵蝕；當(dāng)?shù)貧な芰Χ仙龝r(shí)會(huì)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(yáng)系只是其中一個(gè)星系銀河系中很小的一部分。,太陽(yáng)、八大行星以及其他一些按一定軌道運(yùn)轉(zhuǎn)的較小的星體共同組成了我們的太陽(yáng)系。根據(jù)地球圍繞太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和取向，可以解釋白晝和黑夜的更替，以及四季的形成。太陽(yáng)系是銀河系的一部分，銀河系又是宇宙中數(shù)以百計(jì)的類似星系中的一個(gè)。那些星系離我

36、們非常遙遠(yuǎn)，許多星系中也會(huì)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(yáng)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(yáng)旋轉(zhuǎn)一圈，月亮大約四個(gè)星期繞地球旋轉(zhuǎn)一圈。太陽(yáng)位于太陽(yáng)系的中心，是太陽(yáng)系中唯一能發(fā)出可見光的光源。月亮反射來(lái)自太陽(yáng)的光。當(dāng)月亮繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有被太陽(yáng)照射到的部分才能被我們看見，這是我們?cè)诓煌娜兆永锟吹降脑铝列螤顣?huì)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(yáng)、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(huì)朝向太陽(yáng)或背向太陽(yáng)，從而形成了白晝和黑夜 地球繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)一圈要用一年的時(shí)間。地球的軸線相對(duì)于它繞太陽(yáng)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(shí)間，白晝的時(shí)間會(huì)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(yáng)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(yáng)旋轉(zhuǎn)，各自旋轉(zhuǎn)軌道離開太陽(yáng)的距離不同，完成旋轉(zhuǎn)一圈所需的時(shí)間也不相同。在這些天體之間相隔的距離是非常遠(yuǎn)的海王星距離太陽(yáng)45億千米，比地球離太陽(yáng)的距離要遠(yuǎn)30倍。從地球上看，行星相對(duì)于一些恒星在移動(dòng) 有時(shí)在繞太陽(yáng)軌道上運(yùn)動(dòng)的一大塊巖石，飛行到距離地球足夠近時(shí)，將會(huì)被拉進(jìn)地球的重力場(chǎng)，并在通過(guò)大氣層時(shí)被加速，這時(shí)在空氣和巖石表面之間的摩擦力會(huì)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(yáng)系中星體的移動(dòng)大多是規(guī)則的和周期性的?？茖W(xué)定律或有關(guān)事件行為的一般規(guī)律，對(duì)地球適用，對(duì)宇宙空間同樣適用?？臻g探測(cè)已經(jīng)證明，行星自形成以來(lái)，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(yuǎn)的行星海王星要遠(yuǎn)得多。被稱為銀河系的星系由數(shù)百萬(wàn)顆恒星組成，而我們的太陽(yáng)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(yuǎn)，并且都在迅速地相互飛離。星系的這種運(yùn)動(dòng)支持了宇宙是源于過(guò)去曾發(fā)生的“大爆炸”膨脹而成的觀點(diǎn)，而對(duì)宇宙未來(lái)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(xì)胞組成的。,所有的生物體都是由一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的。多細(xì)胞生物包含功能不同的多個(gè)細(xì)胞。所有生命的基本功能都取決于構(gòu)成生物體的各個(gè)細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的過(guò)程，生長(zhǎng)是細(xì)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(jī)體）與生物的區(qū)別在于生物體能夠運(yùn)動(dòng)、繁殖和對(duì)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(gè)或多個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的。細(xì)胞只能用顯微鏡來(lái)觀察。 生命的所有基本功能都源于細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生的過(guò)程。在生長(zhǎng)和繁殖的過(guò)程中，細(xì)胞分裂成更多的細(xì)胞。為了實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)、繁殖以及其它功能，細(xì)胞需要從食物中吸取能量。多細(xì)胞生物體中的細(xì)

40、胞除了具有所有細(xì)胞相同的功能外，還有特定的功能。如肌細(xì)胞、血細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞。它們?cè)谏矬w內(nèi)執(zhí)行特定的功能。細(xì)胞通常會(huì)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(xì)胞需要的物質(zhì)運(yùn)輸?shù)缴眢w的各個(gè)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(xì)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(xì)胞的功能。在多細(xì)胞的生物體中，通過(guò)將一些遞質(zhì)傳送到鄰近的細(xì)胞來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞之間的相互通信，以協(xié)同活動(dòng)。包囊在每個(gè)細(xì)胞外的細(xì)胞膜在控制進(jìn)入和逸出細(xì)胞的物質(zhì)上起著重要的作用。不同類型細(xì)胞內(nèi)的活動(dòng)

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(guò)血液運(yùn)送。疾病通常是由于細(xì)胞功能發(fā)生故障而導(dǎo)致的。許多藥物通過(guò)加速或延緩酶或激素的調(diào)控機(jī)能來(lái)產(chǎn)生作用。腦和脊髓也對(duì)細(xì)胞活性的調(diào)控起作用，它們是通過(guò)發(fā)送沿著神經(jīng)細(xì)胞傳遞的電信號(hào)來(lái)傳遞信息的，這些電信號(hào)在細(xì)胞之間能快速地傳輸。 在一定的條件下，細(xì)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(xì)胞和多細(xì)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(jī)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(yíng)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(jìng)爭(zhēng)。,食物為生物體提供物質(zhì)和能量，使其能實(shí)現(xiàn)生命的基本功能和生長(zhǎng)。某些植物和細(xì)菌能夠利用太陽(yáng)能生成復(fù)雜的食物分子。動(dòng)物依靠消化這些復(fù)雜的食物分子來(lái)獲取能量，它們歸根結(jié)底都是依靠綠色植物來(lái)獲取能量。在任何生態(tài)系統(tǒng)中，都會(huì)存在物種之間為獲得能量和物質(zhì)而產(chǎn)生的競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)槟芰亢臀镔|(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(guò)攝取食物來(lái)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(yáng)光制造它們需要的食物，并把它們不立即利用的食物儲(chǔ)存起來(lái)。動(dòng)物需要那些能夠被它們分解的食物。食草動(dòng)物直接吃植物來(lái)獲取食物，食肉動(dòng)物則通過(guò)吃已經(jīng)吞噬了植物

43、或其他動(dòng)物的動(dòng)物來(lái)獲取食物。歸根結(jié)底，動(dòng)物是依靠植物來(lái)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(lái)表示。 有些動(dòng)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(hù)所、人類的衣服和燃料。植物也以不同方式依賴于動(dòng)物。例如，蟲媒植物依靠昆蟲來(lái)授粉，并且依靠其它動(dòng)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(gè)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(fèi)者（動(dòng)物）和分解砉。分解者主要是細(xì)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(zhǎng)，這樣就使得生物體中的分子不斷地被循環(huán)利用。同時(shí)，能

44、量通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)傳輸。當(dāng)食物被生物體用于生命過(guò)程時(shí)，其中的部分能量會(huì)以熱的形式散逸。植物利用太陽(yáng)能合成植物的食物，又會(huì)使生態(tài)系統(tǒng)中的能量得以補(bǔ)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(huì)存在競(jìng)爭(zhēng)。某個(gè)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(huì)發(fā)生適應(yīng)性的變化。以獲得它們生長(zhǎng)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(huì)發(fā)生變化。從而導(dǎo)致動(dòng)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(huì)一代代地傳遞下去。,細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)儲(chǔ)存在化學(xué)分子DNA中

45、，DNA序列可以用四個(gè)字母的編碼來(lái)表示?；驔Q定了生物體的發(fā)育和結(jié)構(gòu)。在無(wú)性繁殖中，后代具有的全部基因都來(lái)自于一個(gè)母體。在有性繁殖中，基因中的各一半分別來(lái)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(huì)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(dòng)物包括人類，他們的許多特征與他們的親代類似，因?yàn)檫z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(guò)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(gè)基因是一定長(zhǎng)度的DNA。在

46、單個(gè)染色體中包含了數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)基因。在人體中，大多數(shù)的細(xì)胞含有23對(duì)染色體，它們攜帶的總基因數(shù)約為25000個(gè)，它們提供生長(zhǎng)和繁殖更多細(xì)胞所需的信息。 在細(xì)胞的生長(zhǎng)過(guò)程中和凋亡的細(xì)胞被替換時(shí)，細(xì)胞會(huì)發(fā)生分裂，遺傳信息被復(fù)制，使每一個(gè)新細(xì)胞都攜帶著母細(xì)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(shí)，復(fù)制會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，發(fā)生變異，變異可能無(wú)害，也可能給生物體帶來(lái)?yè)p害。環(huán)境中的輻射和化學(xué)物質(zhì)會(huì)引起基因改變。這種基因的變異只影響該個(gè)體。只有在基因變異發(fā)生在性細(xì)胞（精子或卵子）中時(shí)，才會(huì)影響到后代。 在有性繁殖中，一個(gè)來(lái)自雄性的精子與一個(gè)來(lái)自雌性的卵子結(jié)合。精子和卵細(xì)胞都是特化的細(xì)胞，它

47、們攜帶著來(lái)自他們親代染色體的一半，至于獲取哪一半是隨機(jī)的。當(dāng)精子和卵細(xì)胞結(jié)合時(shí)，受精卵中的遺傳物質(zhì)一半來(lái)自精子，一半來(lái)自卵細(xì)胞。當(dāng)受精卵不斷分裂時(shí)，遺傳物質(zhì)就被復(fù)制到每一個(gè)新產(chǎn)生的細(xì)胞中。當(dāng)卵子和精子細(xì)胞形成然后結(jié)合時(shí)，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(huì)代代相傳，從而提供了自然選擇的潛在可能。因?yàn)橛行┳儺悤?huì)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(wú)性繁殖天然地廣泛存在于生物之中，包括一些細(xì)菌、昆蟲和植物，它們繁殖出具有相同遺傳物質(zhì)的種群。運(yùn)用生物技術(shù)，通過(guò)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(dòng)物。 一段時(shí)間以來(lái)，通過(guò)對(duì)不同種類生物的基因組測(cè)序，越來(lái)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(jìn)化的結(jié)果,今日存在的所有的生命都可以溯源于一個(gè)全體共同的祖先，它是一個(gè)簡(jiǎn)單的單細(xì)胞有機(jī)體。源于物種內(nèi)天然的差異，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)代的演變，能最好地適應(yīng)一定條件的個(gè)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(huì)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(dòng)物。也有許多種類的動(dòng)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(dòng)物和植物分成類群和子群。例如，動(dòng)物的一個(gè)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(lán)冠山雀、大山雀和長(zhǎng)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(xì)微的差異。生命體總是生存在特定的環(huán)境之中，因?yàn)樗鼈兙哂心茉谠摥h(huán)境下生存的特征。這種對(duì)生活環(huán)境的適應(yīng)性起源于在繁殖過(guò)程中出現(xiàn)的微小差異，這種差異導(dǎo)致有些個(gè)體比另外一些個(gè)體能更好地適應(yīng)環(huán)境。

50、在為獲取物質(zhì)與能量的競(jìng)爭(zhēng)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(gè)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(duì)特定環(huán)境適應(yīng)能力較差的個(gè)體有可能在繁殖以前死亡。這樣，在后代中將會(huì)保留更多的具有較好適應(yīng)能力的個(gè)體。這種情況只有在變異（改變）發(fā)生在生殖細(xì)胞中時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。在其他的細(xì)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(gè)生命形態(tài)以后，對(duì)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(xì)胞的生物。大約20億年以前，出現(xiàn)了多細(xì)胞的生物，最終發(fā)展成今天眾多的動(dòng)物、植物和真菌等。一些種類的生物仍保

51、留單細(xì)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(shí)，遺傳下來(lái)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(dòng)會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)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?yàn)槿祟惢顒?dòng)導(dǎo)致的生物滅絕率，與沒(méi)有人類活動(dòng)時(shí)相比較，已經(jīng)離出了數(shù)百倍。保護(hù)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(huì)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(gè)或多個(gè)原因。,科學(xué)致力于尋求對(duì)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(lái)自觀察和實(shí)驗(yàn)的證據(jù)。產(chǎn)生和檢驗(yàn)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(gè)事件發(fā)生時(shí)，科學(xué)致力于尋找事件為什么會(huì)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(gè)假設(shè)：即每一個(gè)效應(yīng)都具有某個(gè)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(cè)，必須有一定的理由。有多種方法來(lái)發(fā)現(xiàn)是什么導(dǎo)致事件發(fā)生和為什么會(huì)這樣。仔細(xì)地觀察，包括可能情況下進(jìn)行測(cè)量，可以預(yù)測(cè)可能會(huì)發(fā)生什么情況。在另一些情況下，可以執(zhí)行一些操作來(lái)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(shí)，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(gè)條件變化而引起的，這一點(diǎn)很重要。 對(duì)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(shí)際證據(jù)。仔細(xì)、系統(tǒng)的觀察以及對(duì)觀察的精確描述，是科學(xué)研究所必需的。有時(shí)，人們對(duì)事件發(fā)生的預(yù)期會(huì)影響他們的觀察，了解這點(diǎn),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(jìn)行觀察時(shí)，幾個(gè)人各自獨(dú)立地進(jìn)行觀察是個(gè)好辦法。 對(duì)事件的解釋可能會(huì)有不同的想法，所以必須用實(shí)際證據(jù)來(lái)挑選出哪一個(gè)想法確實(shí)“有效”。某個(gè)可能的解釋（假說(shuō)）會(huì)提出一個(gè)或幾個(gè)因素，認(rèn)為這個(gè)或這些因素可以解釋某個(gè)現(xiàn)象。為了檢驗(yàn)這個(gè)因素，需要改變這個(gè)因素，利用這個(gè)假說(shuō)對(duì)變化后發(fā)生的現(xiàn)象作出預(yù)測(cè)，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(cè)相符。如果結(jié)果與預(yù)測(cè)相符，又沒(méi)有其他因素導(dǎo)致相同的結(jié)果，

54、那么這個(gè)因素就被接受為當(dāng)前對(duì)此現(xiàn)象最好的解釋。但是，通常會(huì)存在幾個(gè)相互影響的因素，每一個(gè)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行控制，如太陽(yáng)系中行星的運(yùn)動(dòng)，在研究某個(gè)現(xiàn)象時(shí)，可以在一段時(shí)間內(nèi)選擇幾個(gè)時(shí)刻進(jìn)行系統(tǒng)的觀察。在觀察到的數(shù)據(jù)中尋找模式，可能會(huì)揭示各因素之間的相關(guān)函數(shù)當(dāng)一個(gè)因素變化時(shí)，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(jìn)行改變的特點(diǎn)，仍然可以使用相關(guān)函數(shù)來(lái)提出某個(gè)基礎(chǔ)的模型，這個(gè)模型可以用于預(yù)測(cè)。但是，相關(guān)函數(shù)通常不能作為這個(gè)因素就是變化起因的確定證據(jù)。然而，發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象發(fā)生的起因并不意味著找到了這個(gè)現(xiàn)象發(fā)生的

55、解釋機(jī)理。解釋機(jī)理需要基于科學(xué)原理建立關(guān)聯(lián)模型。 對(duì)存在于過(guò)去的現(xiàn)象，如巖石的變化或物種的進(jìn)化，也可以提出某種假說(shuō)并進(jìn)行檢驗(yàn)。在這種情況下，如果所有的假說(shuō)與所有已知事實(shí)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(shí)期內(nèi)與事實(shí)最為吻合的。,科學(xué)理論或模型代表了變量之間或某個(gè)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(shí)能獲得的觀察結(jié)果相吻合，并能提出可以被檢測(cè)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(huì)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(guò)去獲得的數(shù)據(jù)得出的預(yù)期一致。對(duì)觀察到現(xiàn)象的

56、解釋會(huì)各有所好，因此每一種模型都有它的強(qiáng)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(gè)人都可以對(duì)自然界的事物提出問(wèn)題，而且能做一定的努力來(lái)尋求答案，幫助理解發(fā)生了什么事?？茖W(xué)上通過(guò)一些系統(tǒng)的探究來(lái)完成上述工作，包括用觀察或測(cè)量所研究目標(biāo)的特征來(lái)收集數(shù)據(jù)或從其他來(lái)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(shuō)對(duì)可能發(fā)生的現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)。 為了有助于解釋觀察到的過(guò)程和事物發(fā)生的原因，科學(xué)家會(huì)提出一些模型，來(lái)體現(xiàn)他們對(duì)可能發(fā)生事物的思考。這些模型有時(shí)是物理模型，如太陽(yáng)系的模型。在太陽(yáng)系的模型中，用不同的物體來(lái)代表太陽(yáng)、月亮、地球和其他行

57、星。又如原子的模型，它體現(xiàn)了對(duì)某個(gè)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(yùn)動(dòng)，而且經(jīng)常需要用數(shù)學(xué)公式來(lái),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(méi)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(lái)可能會(huì)被改變。有時(shí)會(huì)提出不止一個(gè)可能的模型，哪一個(gè)更為合適，還缺乏證明； 有時(shí)我們甚至還沒(méi)有得到符合要求的解釋模型。 生成任何一種模型都需要對(duì)事物相互之間可能具有的聯(lián)系進(jìn)行想象的能力，以及運(yùn)用已有知識(shí)的能力。這些能力提供了利用系統(tǒng)各個(gè)部分之間的關(guān)系來(lái)解釋現(xiàn)象的方法。基于模型的推

58、理意味著超越了直接觀察到的結(jié)果，而將利用模型進(jìn)行預(yù)測(cè)得出的結(jié)果與觀察到的結(jié)果相比較，可以證實(shí)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(lái)對(duì)發(fā)生某些變化后產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并觀察這些預(yù)測(cè)是否被新收集到的數(shù)據(jù)所證實(shí)，是檢驗(yàn)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(jìn)行解讀，并嘗試去解釋發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。解釋并不會(huì)從數(shù)據(jù)中自行呈現(xiàn)，而是需要一個(gè)過(guò)程去生成。這個(gè)過(guò)程經(jīng)常包含了直覺(jué)、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(cè)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?yàn)榭偸强赡苡羞M(jìn)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(guò)去所接受的不同，有些也很可能和未來(lái)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(shí)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(yùn)用于技術(shù)，可以使人類生活的各個(gè)方面產(chǎn)生顯著的變化。技術(shù)上的進(jìn)展又能進(jìn)一步促進(jìn)科學(xué)活動(dòng)，幫助滿足人類對(duì)自然界的好奇，增進(jìn)對(duì)自然界的了解。在人類活動(dòng)的某些領(lǐng)域里，技術(shù)會(huì)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(duì)特定應(yīng)用具有最佳性能的材料。來(lái)源于植物和動(dòng)物，或是來(lái)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(lái)。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(gè)說(shuō)明科學(xué)知識(shí)如何能有助于推進(jìn)技術(shù)進(jìn)展的實(shí)例?？茖W(xué)運(yùn)用于制造新的工具和機(jī)器，使得大批量生產(chǎn)能夠得以實(shí)現(xiàn)，許多商品就可以為更多的人所使用。同時(shí)，通過(guò)改進(jìn)觀察和測(cè)量的儀器，將過(guò)于危險(xiǎn)和耗時(shí)的過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，特別是通過(guò)裝備電腦，技術(shù)的進(jìn)展也促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展。技術(shù)的運(yùn)用支持科學(xué)的發(fā)展，反過(guò)來(lái)科學(xué)