生命科学导论

生命科学导论第1页，课件共88页，创作于2023年2月绪论一、生物的基本特征生命科学是研究生命现象及其规律的科学。（一）化学成分的统一性（二）严整有序的结构和功能（三）新陈代谢（四）应激性和适应性（五）调节和稳态（六）生长、发育和生殖（七）遗传、变异和进化第2页，课件共88页，创作于2023年2月绪论二、研究生命科学的基本方法（一）观察；（二）实验——假说；（三）模型实验三、生命科学的形成、发展与展望（一）准备与奠基时期；（二）形成与发展；（三）现代生命科学的建立与发展；（四）生命科学的展望四、生命科学与现代社会生活（一）与农业的可持续发展（二）与人类的保健（三）与生物工程产业第3页，课件共88页，创作于2023年2月绪论（四）与能源紧缺（五）与维持生物圈的稳态（六）与伦理道德（七）生命科学素养的培养第4页，课件共88页，创作于2023年2月第一篇生物体的结构层次第一章生物体的结构基础第一节生物体内的元素一、组成生物体的元素二、碳元素对生命的意义第二节生物体内的化合物一、生物体内的无机物二、生物体内的有机物第5页，课件共88页，创作于2023年2月第一章第一节生物体内的元素一、组成生物体的元素：25种生物体所必需大量元素、微量元素二、碳元素对生命的意义从某种意义上讲，地球上碳元素的存在为生命的出现提供了可能。第6页，课件共88页，创作于2023年2月第二节生物体内的化合物包括无机物和有机物一、生物体内的无机物（一）水1.生物体内含量最多的物质是水。2.以自由水和结合水两种形态存在。3.水是有极性的，水分子的一端略带负电，而另一端略带正电。4.极性可以使水分子间相互作用，形成一种较弱的键——氢键。5.氢键的存在还能减缓水温的变化。（二）无机盐1.无机盐主要存在于细胞中，但含量很少，大多数以离子形式存在。2.具有十分重要的生理功能。（1）维持细胞膜两侧的渗透压。（2）维持生物体内的酸碱平衡。（3）维持神经细胞的兴奋性。第7页，课件共88页，创作于2023年2月二、生物体内的有机物（一）糖类——生命活动的主要能源物质糖类在生物体内广泛存在，尤其是植物体。糖类由C、H、O3种元素组成。糖类是生物体的主要供能物质。葡萄糖氧化分解时所释放的能量，是生物体进行生命活动所需能量的重要来源。糖类还是生物体合成蛋白质、脂肪等的基本原料。生物体内的糖类可以分为单糖、双糖和多糖。1.单糖：是不能水解成更小糖类分子的物质。（1）单糖可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖。（2）核糖、脱氧核糖和木糖等是重要的戊糖，即五碳糖。核糖和脱氧核糖是核酸的组成成分，木糖是树胶、半纤维素等的组成成分。（3）己糖即六碳糖。葡萄糖是生物界中最重要的六碳糖。血糖就是指人体血液中的葡萄糖。果糖主要存在于果实和蜂蜜中，是甜度最高的一种糖。半乳糖是乳糖的分解产物，吸收后在人体内可转化为葡萄糖。第8页，课件共88页，创作于2023年2月二、生物体内的有机物2.双糖：是由两分子单糖脱去一分子水后缩合而成的。（1）白糖就是一种双糖——蔗糖。蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合而成。（2）麦芽糖和乳糖也是常见的双糖。麦芽糖由两分子葡萄糖缩合而成。乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成。3.多糖：由数百至数千个单糖分子脱水缩合而成。（1）常见的有淀粉、糖原和纤维素等。（2）淀粉由许多个葡萄糖分子脱水缩合而成，可分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉溶于热水，遇碘变为深蓝色；支链淀粉不溶于水，遇碘变为紫红色。在有关酶的催化作用下，淀粉最终可以水解成葡萄糖。（3）糖原是动物细胞中贮存的一种多糖，又称为动物淀粉。当动物体内的血糖水平下降时，糖原可以迅速水解成葡萄糖并进入血液中。糖原在水中的溶解度大于淀粉，遇碘变为红褐色。（4）纤维素是由许多个葡萄糖分子脱水缩合而成的不分支长链。消化分解纤维素需要纤维素酶的参与。草食动物的肠道中存在能够分泌纤维素酶的微生物，所以草食动物可以消化、利用纤维素。人的消化道中不存在这类微生物，所以人不能消化、利用纤维素。第9页，课件共88页，创作于2023年2月（二）蛋白质——生命活动的体现者蛋白质是细胞的重要组成成分，占细胞干重的50%左右。生物体的每一项生命活动都有蛋白质的参与。蛋白质的种类很多，可分为结构蛋白、收缩蛋白、贮藏蛋白、防御蛋白、转运蛋白和信号蛋白等。1.蛋白质的组成和结构特点：组成元素C、H、O、N、S、P等，属于生物大分子。（1）氨基酸：是组成蛋白质的结构单位。组成蛋白质的氨基酸有20种。每一个氨基酸分子至少有一个羧基和一个氨基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸两类。8种人体必需氨基酸：苯丙氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、亮氨酸、异亮氨酸，苏氨酸、缬氨酸、色氨酸、赖氨酸。氨基酸进一步分解成尿素、二氧化碳和水。第10页，课件共88页，创作于2023年2月（2）肽和肽链：细胞内的氨基酸也是通过脱水缩合而连接起来的。一个氨基酸分子中的α羧基与另一个氨基酸分子中的α氨基脱水缩合，形成的共价键称为肽键，形成的化合物称为二肽。不同数目的氨基酸以肽键顺序相连，就形成了多肽。（3）蛋白质的空间结构：一级结构（指多肽链中的氨基酸序列）、二级结构（一级结构中的肽链经过卷曲和折叠）、三级结构（在二级结构的基础上进一步折叠、盘绕，形成了三维的空间形态）、四级结构（含有两条或两条以上的多肽链，这些多肽链相互作用便形成了蛋白质的四级结构）（4）蛋白质工程：是以蛋白质的结构与生理功能的关系为基础，利用基因工程的手段，定向改造天然蛋白质，甚至制造出新的蛋白质，以满足人类生产与生活需要的一门现代生物技术。2.酶——一类具有生物催化作用的蛋白质酶是由活细胞产生的一类具有催化能力的特殊的蛋白质。酶具有高效性、专一性以及所需要的催化条件比较温和，只需常温、常压和接近中性的PH。第11页，课件共88页，创作于2023年2月（三）核酸——生命活动的指导者核酸是遗传信息的携带者。它包括脱氧核糖核酸（DHA）和核糖核酸（RNA）两大类。结构单位是核苷酸。1.核苷酸：一分子戊糖、一分子磷酸和一分子碱基组成。碱基分为两类：一类是嘌呤，为双环分子，通常包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）;另一类是嘧啶，为单环分子，通常包括胞嘧啶（C），尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T）。组成核苷酸的戊糖有两种：核糖和脱氧核糖。核糖或脱氧核糖通过糖苷键与碱基结合，形成核苷；核苷通过磷酸酯键与磷酸结合，就形成核苷酸。2.具有特殊生物学功能的核苷酸细胞中能量货币——三磷酸腺苷（ATP）ATP的结构简式为A-P~P~P。其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，~代表高能磷酸键。ATP的大量化学能就贮存在高能磷酸键中。ATP的化学性质不稳定，在一定条件下很容易水解，也很容易重新形成。第12页，课件共88页，创作于2023年2月3.核酸的结构和功能核酸是由许多个核苷酸脱水缩合而成的。遗传信息就包含在这些核苷酸的序列中。（1）DNA的双螺旋结构和功能：DNA分子含有两条脱氧核苷酸长链，通过碱基互补配对原则形成双螺旋结构，即A——T，C——G。（2）RNA的结构和功能：通常只有一条多核苷酸链。细胞内的RNA分子主要有3种类型：rRNA（核糖体RNA）、mRNA（信使RNA）和tRNA（转运RNA）。这三类RNA相互配合，将DNA中上的遗传信息表达到蛋白质分子中。第13页，课件共88页，创作于2023年2月（四）脂质脂质主要由C、H、O3种元素组成。脂质分子多种多样，结构差异大，但它们有一个共同特征：不溶于水，易溶于乙醚、丙酮和苯等有机溶剂。脂质不是生物大分子。1.油和脂：如花生油，常温下呈液体状，称为油；猪油、牛油等在常温下呈固体状，称为脂。油和脂的分子结构相似，称为甘油三酯或脂肪。由于油和脂肪=不呈酸性，故又称中性脂肪。油脂中所含的脂肪酸可以分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两类。一般来说，脂类分子中的饱和脂肪酸含量多，如牛油含60~70%的不饱和脂肪酸，而油类分子大多数是不饱和脂肪酸。含饱和脂肪酸多的食品容易引起动脉粥样硬化，进而引发心脑血管疾病，因此应少食动物脂肪。第14页，课件共88页，创作于2023年2月亚油酸和亚麻酸，哺乳动物（包括人）不能自行合成，必须从外界摄入，称为必需氨基酸2.蜡3.磷脂：磷脂又称磷酸甘油酯。在磷脂分子中，磷酸基团是极性的，即水溶性的；两个脂肪酸长链是非极性的，即脂溶性的。因此，磷酸分子的特征可以概括为：有一个“极性的头”，两个“非极性的尾”。在细胞膜中，磷脂分子也是亲水的头部位于外表，而疏水的尾部藏在里面，形成磷脂双分子层。4.类固醇和萜类类固醇又称甾醇，它们以游离的形式或与脂肪酸结合成酯的形式存在于生物体内，最常见的是胆固醇。许多动物性食品（如肝脏、蛋黄等）的胆固醇含量较高。当人体血液中的类固醇含量较高时，容易引发动脉粥样硬化。第15页，课件共88页，创作于2023年2月性激素、维生素D肾上腺皮质激素等都属于类固醇。抗炎剂、促蛋白合成类固醇、口服避孕药等是人工合成的类固醇。萜类的结构与类固醇相似，但不含脂肪酸。生物体内有不少具有生物活性的萜类，如叶绿醇、胡萝卜素等。萜类大多数存在于植物精油和树脂中，如柠檬香素、薄荷油和樟脑等，具有特殊的气味。天然橡胶也属于萜类化合物。（五）维生素维生素是一类天然的有机化合物，人体不能合成或合成的量不能满足需要，所以必须从食物中获取。现在已知的维生素有20余种。可分为脂溶性维生素和水溶性维生素两种。前者包括维生素A、D、E和K等，后者包括维生素B1、B2、B6、B12和维生素C等。其主要功能是对物质代谢起重要的调节作用。第16页，课件共88页，创作于2023年2月预防维生素缺乏，除了要保持膳食平衡、食物的加工和烹调合理外，还要根据人体的生理、病理情况及时调整维生素的摄入量，并及时治疗影响维生素吸收和排出的疾病等。综上所述，组成细胞的化学元素，构成了不同的化合物——水、无机盐、糖类、蛋白质、核酸、脂质和维生素等。这些化合物具有重要的生理功能。但是，每一种化合物都不能单独完成某一项生命活动，即便是多糖、核酸和蛋白质等生物大分子。生物体内的这些大分子物质独立存在时都是没有生命的，它们只有按照一定的方式有序地组织起来，才能表现出各种生命现象。细胞就是生物体的最基本的结构形式。第17页，课件共88页，创作于2023年2月三、科学素养内涵的本土化诠释（4）区分封建的人文主义与新人文主义。新人文主义即提倡那些与科学精神相容的人文精神，如客观、创新、合作、进取、质疑、诚信、规则意识。2.情意方面的目标（1）注种意志自主性的培养。要处理好独立人格和集体主义的关系。（2）鼓励创新精神和质疑态度。（3）处理好宽容精神与竞争意识的关系。（4）注意科学理性的情感特征与浪漫主义的情感特征的区别。作业：阅读“理解*反思*探索”第18页，课件共88页，创作于2023年2月第二章科学教育的历史回顾*近代科学与科学教育的诞生*20世纪国际小学科学教育的发展*探寻我国小学科学教育的定位第19页，课件共88页，创作于2023年2月第一节近代科学与科学教育的诞生什么知识最有价值？——斯宾塞19世纪被誉为“自然科学大发现”的时代学校中的科学教育都只有100多年的历史一、近代以前的科学与科学教育（自然形态的教育、学校科学教育）：1.科学和哲学在近代以前是难以分开的。例如，古希腊的自然哲学；泰勒斯预测了日食发生；柏拉图-禁止经验的自然科学进入学校课程；亚里士多德著有《物理学》-视为普通人谋生需要的“有用学科”。2.古罗马：学习自然科学是为了给演说雄辩提供论据和素材（科学作为调味品）第20页，课件共88页，创作于2023年2月第一节近代科学与科学教育的诞生3.中世纪：科学全面走向衰弱4.15、16世纪开始的文艺复兴运动，将科学从神学中解放了出来。（哥伦布发现新大陆、哥白尼创立了“日心说”、哈维提出血液循环理论、伽利略建立了自由落体定律-宣告了实验物理学的到来）文艺复兴奏响了近代科学和科学教育诞生的序曲。斯宾塞的“什么知识最有价值？”拉开了近代科学教育的序幕。二、近代科学与科学教育的诞生第21页，课件共88页，创作于2023年2月第一节近代科学与科学教育的诞生1.16、17世纪：近代科学从哲学的母体中分离出来，走上了独立发展的道路。18世纪中叶，英国-工业革命-科学成为生产发展的开路先锋。（蒸汽机时代）近代西方科学教育是工业革命的产物。19世纪自然科学重大发现及其在能源、交通、运输工业上的应用，标志着一个真正科学时代的到来，同时也呼唤着一个科学教育的新时代的到来。从19世纪末到20世纪初，科学教育开始被纳入西方国家的义务教育体系中，科学课程成为初等教育体系中最年轻的一门课。第22页，课件共88页，创作于2023年2月第二节20世纪国际小学科学教育的发展一、20世纪初期国际小学科学教育的发展:19世纪末兴起“自然研究”；20世纪20年代以后进步主义开始占据教育舞台。杜威——科学教育谋求科学化道路的发展方向。他主张“做中学”。他设计了一套教学程序：提出问题-构成假设-指导实验-验证假设-自行发现知识。二、20世纪60年代国际小学科学教育的发展：1957年苏联成功发射第一颗人造地球卫星给美国很大震动。美国人检讨第23页，课件共88页，创作于2023年2月第二节20世纪国际小学科学教育的发展-科学教育的失败。从20世纪50年代末到60年代的10年时间里美国编制了数十套之多的小学课程方案，体现“新科学”的教育理念，即“发现-行动”的学习途径。主要有ESS、S-APA和SCIS。ESS最大程度地体现了布鲁纳的“发现学习”理论，把好奇心的培养和具体科学经验的获取放在首要的目标。S-APA的核心思想是以不变的科学技能的培养来应对“知识爆炸”时代的知识更新。第24页，课件共88页，创作于2023年2月第二节20世纪国际小学科学教育的发展SCIS体现了布鲁纳的“结构主义”课程论思想，比较重视科学概念的形成以及科学探究的过程。60年代的科学教育改革可谓轰轰烈烈，有其外部和内部的原因。P36三、20世纪80年代以后国际小学科学教育的发展：以1985年美国开始实施“2061计划”为标志，新一轮科学教育改革开始了，并且发展成为世界性和跨世纪的行动。第25页，课件共88页，创作于2023年2月第二节20世纪国际小学科学教育的发展80年代的科学教育改革有两点显著变化：1.在肯定“探究取向”课程的基础上，强调STS课程的重要性。强调科学教育要走出“纯科学”的视野，要与科技社会相结合。2.从“英才教育”向“全民教育”的转变，明确提出“面向全体美国人的科学”这一概念，同时将科学素养的培养作为科技教育的基本任务。1996年美国颁布了第一个全国性的科学教育标准——《国家科学教育标准》。第26页，课件共88页，创作于2023年2月第二节20世纪国际小学科学教育的发展《国家科学教育标准》的颁布，标志着美国科学教育的改革开始向纵深发展，同时也对其他国家产生了重要的影响。到了21世纪，科学教育的改革已成为一场声势浩大的世界性运动。按照我国学者樊琪的概括，他具有五个方面的特征：1.科学教育的改革成为自上而下的行动，得到政府支持。2.推出国际化和人性化相结合的科学教育目标：强调全民尤其是新生一代必需具备科学素养。3.科学教育的内容进行了整合。4.进行大规模的教材改革。5.大面积地进行教师职后培训和在岗培训。第27页，课件共88页，创作于2023年2月第三节探寻我国小学科学教育的定位中华传统文化存在轻科学技术的倾向。中华传统文化中缺乏科学精神，中国的传统思维也缺乏理性的探究。这就决定了科学文化在中国传播的历程异常艰难。一、我国科学教育的历史“遗产”我国的科学教育是中华传统文化观念和近代西方科学思潮相碰撞的结果。中国的科学教育从它的胚胎期开始，就缺乏西方文化中的那种理性精神，而被错误地归结为“博闻广记”，这不仅是历史的遗憾，更造成了当代科学教育中的顽症：用记忆取代理解，用知识结论的灌输取代自主的探究。第28页，课件共88页，创作于2023年2月第三节探寻我国小学科学教育的定位二、从“自然”到“科学”中国近代小学设立科学课程的时间和西方大体相同。19世纪末晚清-“废科举，兴学校”，“废读经，学格致”之风兴起。当时，“格致”作为物理、化学等自然科学的总称。1904年初，清政府颁布了《奏定学堂章程》，科学课正式进入中国的小学学制。新中国成立后，学苏联，1956年制定了第一个自然教学大纲。1963年第二个自然教学大纲。1977年第三个《全日制十年制学校小学自然常识教学大纲（试行草案）》。1982年修改了小学自然教学计划，出版了与之相配套的第一册教材和教师用书。第29页，课件共88页，创作于2023年2月第三节探寻我国小学科学教育的定位20世纪80年代改革开放的窗口终于打开了。经过近10年的实践与探索，1992年国家教委颁发《九年义务教育全日制小学自然教学大纲（试用）》，这个大纲取得了两个重大成果。21世纪，新一轮的基础教育课程改革，第一次在中国小学学制中明确设立“科学”课程，并颁布了第一个《科学（3-6年级）课程标准》，明确其课程性质为“以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程”，这是一个历史性的进步。第30页，课件共88页，创作于2023年2月三、寻求新世纪我国小学科学教育的定位西方国家的科学教育改革已经取得了50年的经验，而我们才迈出从“自然”到“科学”的第一步。从20世纪80年代初开始的小学自然教学改革的历程，就是从“自然”到“科学”发展的过程。刘默耕先生是一个拓荒者。他主持大纲修订工作，第一次明确提出将自然课的性质规定为“对儿童进行科学启蒙教育的一门基础性学科”，就是把“知识性”变成了“教育性”。他结合小学自然课的实际，把“科学”定义为“探索大自然的秘密”。他指出“科学教育”这个概念是区别于“传授知识”这个概念的。第31页，课件共88页，创作于2023年2月三、寻求新世纪我国小学科学教育的定位21世纪的今天，我们寻求新世纪我国小学科学教育的定位：走出长期以来统治自然课的“知识主导”的樊篱，从科学的本质和科学的全面内涵出发构建小学科学教育的体系。科学教育目标是一个立体的框架，每个方面的目标都是一条“线索”。我国现代科学教育起步虽然晚，但同样要注意吸取西方的经验教训，要铭记公民科学素养的培养才是科学教育的真正归宿。第32页，课件共88页，创作于2023年2月第三章儿童科学学习心理皮亚杰理论与儿童科学学习维果茨基理论与儿童的科学学习儿童科学前概念及概念转变的研究第33页，课件共88页，创作于2023年2月第一节皮亚杰理论与儿童科学学习心理学家皮亚杰—认知建构论和发展阶段论一、皮亚杰的认知建构论与儿童科学学习他发现儿童对世界的认识和成人有很大的不同，其思维方式也和成人迥异。他的早期研究，对于我们理解儿童的科学学习心理具有开创性的意义。（一）儿童的“泛灵论”所谓“泛灵论”，就是将主体的思想和意愿附着于客体身上，如把太阳、月亮、云、风等自然事物都看成是有生命的，和人一样有思想、有喜怒哀乐。第34页，课件共88页，创作于2023年2月一、皮亚杰的认知建构论与儿童科学学习皮亚杰总结了儿童“泛灵论”思想的三个发展阶段：一、从出生到4~5岁为止，它的显著特征是以整体性的暗示表示万物有灵。如“小草会被踩疼”，“蜗牛伤心了”。在这个阶段中，主体和客体完全混淆，互相渗透。现实常常被想像为魔幻般的活动。二、4~6岁开始到8~9岁。暗示性的特征逐渐消失，主客体开始区分，但是主观意向仍然附着于客体之上。如儿童会这样解释自己和月亮之间移动的关系“是它跟着我走的”。可以看出魔幻和泛灵论依然是构成该阶段认识的基本成分。第35页，课件共88页，创作于2023年2月三、主客体开始分离，儿童开始认识到主体不必追随于客体。这一阶段，魔幻和泛灵论的成分趋于消失。小学高年级的学生基本上处于第三个阶段。但低年级，往往还具有泛灵论的认识。（二）儿童的“人为论”儿童对世界的理解具有“人为论”的倾向，即万事万物都是人创造出来的。分为四个阶段：（1）混淆的人为论阶段。如“xx是从哪里来的？”。儿童对空间来源的关注远甚于对事物缘由的关注。第36页，课件共88页，创作于2023年2月（2）神话的人为论阶段。（儿童用神话的方式来解释事物）（3）技术的人为论阶段。（儿童开始对机械性的制造细节感兴趣，对人类技术予以普遍关注）（4）内在的人为论阶段。（主客体已经开始分离，但还没有完全分离，儿童认识到客观事物的存在，而存在的意义却仍然是主观的。）小学中、高年级的学生，大约处在第三和第四阶段，而低年级可能处于更低的发展阶段。小结：P53-54二、皮亚杰的认知发展阶段论与儿童科学学习皮亚杰将儿童的认知发展分为四个阶段：第37页，课件共88页，创作于2023年2月二、皮亚杰的认知发展阶段论与儿童科学学习感知运动阶段（0-2岁）、前运算阶段（2-7岁左右）、具体运算阶段（7-11、12岁）和形式运算阶段（11、12-17、18岁）。“运算”是一种“内化的、可逆的动作”。小学生的认知发展正好处在具体运算阶段。即小学生具备了在具体水平上进行逻辑思考的能力，但是还不能做到脱离具体的事物进行抽象的推理。例子：P53两块方糖在水中溶解的现象，看儿童对实验的反应。具体运算阶段的小学生，其逻辑运算还不能脱离具体的内容，因此，小学生学习科学，也必定离不开具体的经验。第38页，课件共88页，创作于2023年2月二、皮亚杰的发展阶段论儿童的科学学习他力倡“自主探究”的科学学习，即让儿童主动地通过与客观世界的相互作用来学习。三、皮亚杰的理论的贡献与局限：P56-57第39页，课件共88页，创作于2023年2月第二节维果茨基理论与儿童的科学学习“最近发展区”理论个人的心理发展和社会文化背景密不可分一、维果茨基社会建构论的基本观点（1）儿童建构知识（知识是儿童自己建构起来的）（2）儿童的发展离不开社会背景（他的理论也被称作社会文化历史理论）（3）学习引导发展（儿童在成人或同伴的帮助下，通过共同活动，可以达到他独立面对时所不能达到的水平，即最近发展区）（4）语言在心理成长中扮演着中心角色更强调教的的主导地位二、维果茨基有关儿童科学概念发展的研究第40页，课件共88页，创作于2023年2月更强调教的的主导地位维果茨基的社会建构论的主要观点：1.创造性地提出“复合思维”的概念。即所谓“联想型”复合体。2.儿童头脑中所存在的自发概念和经由教学获得的科学概念之间既不是毫无相关，也不是简单对立、甚至对抗的关系，而是相互联系、相互补充、相互依赖的。3.科学概念的发展所走过的道路与儿童自发概念发展所走的道路相反。4.维果茨基从“教学与发展的相互关系”的理论高度，阐述了日常概念和科学概念的关系。第41页，课件共88页，创作于2023年2月第二节维果茨基理论与儿童的科学学习5.科学概念是从儿童是自发概念在发展中尚未达到的水平开始自己的生命的。而教学则是促成发展的关键因素。总之，维果茨基从社会建构的角度，对儿童科学概念的形成过程进行了高度的理论概括。他不仅把学习看成个体自己建构的过程，而且更关注社会性的客观知识对个体主观知识建构过程的中介作用，更重视社会的微观和宏观背景与自我的内部建构和认知之间的相互作用。实践意义：教师不再只是儿童学习的旁观者和儿童发展的跟随者，而是扮演着更为积极和主导的角色，在儿童发展的过程中其中不可替代的作用。第42页，课件共88页，创作于2023年2月三、从皮亚杰到维果茨基：走向理论的综合尽管维果茨基理论弥补了皮亚杰理论的不足之处，但它本身也遭到了一些批评。主要来自三个方面。P63（1）、（2）、（3）要互相取长补短它们都只是“照亮”了儿童科学学习规律的某个方面第43页，课件共88页，创作于2023年2月第三节儿童科学前概念及概念转变的研究儿童对科学概念看上去是理解了，但我们只要追问他，就会发现，儿童其实并没有理解，他们头脑中对事物的认识仍是教学前的水平——“前概念”一、儿童的科学前概念前概念的研究鼻主——皮亚杰当代学者把目光转向研究儿童对科学的错误理解即科学前概念研究发现：儿童具有“发明理论”的能力。不过，儿童的朴素理论有其严重的缺陷。这导致了他们对一些科学概念的错误理解。一般认为，科学前概念的形成主要有以下几方面的因素：（1）认知发展水平。（2）儿童的日常经验。（3）文化因素。此外，还有教学的因素。第44页，课件共88页，创作于2023年2月第三节儿童科学前概念及概念转变的研究根据国外的有关研究，儿童的科学前概念具有个别差异性、不连贯性和稳定性三个特点。研究者试图通过有意教学来促使儿童科学前概念向科学概念的转变。二、有关儿童概念转变的研究概念转变指个体原有的某种知识经验由于受到与此不一致的新经验的影响而发生的重大改变。1982，美国，波斯那等人最早提出“概念转变”的理论。提出了儿童概念转变的四个条件：（1）学生要不满于自己已有的概念；（2）学生对于新概念必需要有初步的了解；（3）新概念必需是有点合理的；（4）新概念必需是解释得通而且有预测力的。波斯那等人的学说体现了建构主义的教学主张，即科学教学必须关注孩子已有的概念，并设法改变他们的概念。第45页，课件共88页，创作于2023年2月一、从皮亚杰的个人建构论到维果茨基的社会建构论维果茨基的社会建构论的主要观点：1.创造性地提出“复合思维”的概念。即所谓“联想型”复合体。2.儿童头脑中所存在的自发概念和经由教学获得的科学概念之间既不是毫无相关，也不是简单对立、甚至对抗的关系，而是相互联系、相互补充、相互依赖的。3.科学概念的发展所走过的道路与儿童自发概念发展所走的道路相反。4.维果茨基从“教学与发展的相互关系”的理论高度，阐述了日常概念和科学概念的关系。第46页，课件共88页，创作于2023年2月三、概念转变研究对小学科学教育的启示1.教师在教学前要了解儿童的前概念。备课不仅要备书本，更要备学生。备学生，就是要充分了解儿童对有关概念的已有认识和理解，了解可能发生的概念转变过程是什么样的。2.教师应给予儿童展示其前概念的机会。3.科学教育应促进儿童的元认知和反思。面对儿童的前概念，教师应通过差异性证据来挑战他们的已有认识，鼓励儿童通过亲自试验收集证据，对观察到的现象提出解释，和其他儿童分享，讨论甚至争论，并和专家的解释互相比对。第47页，课件共88页，创作于2023年2月第四章观察在科学教育中的地位科学观察追求真实测量和实验是特殊的科学观察科学观察的形式与特点观察教学的过程观察教学中应注意的问题第48页，课件共88页，创作于2023年2月第一节科学观察追求真实苏联著名教育家苏霍姆林斯基认为“观察是智慧的极重要的源泉，观察是知识理解和技艺之母。”观察是任何科学研究的基础。通过观察，科学家得以描述一个事物、提出一种解释。通过观察，我们可以为一个有疑问的、还不能肯定的描述和解释寻找到证据。观察在科学研究中的基础的核心地位，决定了他在基础教育中的核心地位。第49页，课件共88页，创作于2023年2月一、科学观察区别于艺术观察最重要的特征是真实性科学家的观察记录有“对”与“错”、“真”与“假”之别，而艺术家的观察记录完全不同，多数是用“好”与“差”去评价。前者是客观的，后者是主观的。可见，科学家与艺术家代表了两种完全不同的人类知识体系，也导致了两种完全不同的价值观。二、科学观察区别于日常观察的主要特征是验证性日常的观察为科学观察积累了大量的事实经验，是科学观察的基础。第50页，课件共88页，创作于2023年2月科学观察是有目的、有计划、为了解决一个科学问题或验证一个科学假说通过人的感觉器官或借助科学仪器对自然发生的现象或变化进行考察、记录和分析的一种研究方法。换句话说，科学观察更倾向于为了发现或验证一个科学问题而进行的有目的的观察。作为科学研究的方法之一，观察的过程不能完全任其自然而毫无控制。尤其在比较正式的观察方法中，为尽量减少误差，增强结论的可靠性，观察者应当将观察步骤、途径、方法等在一定程度内纳入控制。第51页，课件共88页，创作于2023年2月科学课的观察目的，明显地区别于社会科学中的文献研究法。文献研究法中研究者搜集的主要证据是前辈的研究成果，是一种间接的、第二手的观察资料。亲自参与观察过程是基础教育中观察教学的主要内容。科学观察不仅包含运用多种感官的有目的的模糊观察，而且包括了使用科学仪器，在尽量符合自然条件状况下的实验、测量等精确观察。后者应该以前者为基础，使学生懂得观察的全部含义，把握观察科研的全部过程，提高科学探究的能力。第52页，课件共88页，创作于2023年2月三、观察的易错性和重复的必要性不可回避的事实是，虽然观察结果要求追求真实，但观察的主体却是不可避免地带有主观理解的个人。感官观察会犯错误，产生错觉。科学家不会放弃可疑的观察结果，会用重复观察的方法对待伪科学、避免犯错误。第二节测量和实验是特殊的科学观察一、测量是精确的科学观察的测量是对事物某一方面特性精确的描述，是精确描述事物某一特性的科学观察手段。测量使观察精确。，测量使观察定量化。测量的精度往往反映一项研究的科学水平，一门学科的发展水平。第53页，课件共88页，创作于2023年2月通过测量还可以产生重大的科学问题，引发新的科学观察。测量是实现科学观察的高级阶段的重要手段。在小学可以帮助孩子们建立精确观察的概念，一般涉及长度、体积、重量或质量、温度、时间五个基本变量和一些常见的数量变化。测量的困难性首先来源于对测量对象的认识不够，无法对变量进行测量。测量的第二个困难来源于仪器的精度和效度。精度就是测量能精确到什么程度。效度是所测量的东西是否是你要测的东西。第54页，课件共88页，创作于2023年2月二、实验是一种有控制的科学观察实验是人为地把事物放在特定的条件下予以研究，观察它的自然变化和形成原因，以发现规律，探求合理解释，是科学观察另一种比较高级的阶段。实验是经过抽象、排除与所关心的科学问题无关的影响的观察。实验可以说是人造的观察，也可以说是有结构的观察。排除了无关变量的科学实验，与日常观察、感官相比具有许多优势：P79五点（1）可以让研究者专注于两个观察变量之间的因果关系，排出了无因果因素的干扰，便于揭露食物的本质；（2）人们可以借助各种仪器设备，制造出自然状态下难以出现或不能出现的环境或特殊条件；以获取在通常条件下不易得到或不能得到的许多新的自然第55页，课件共88页，创作于2023年2月现象；（3）人们借助某种手段，使变化迅速的过程得以延缓，使变化缓慢的过程得以加速；（4）能将宏大的自然现象缩小规模进行模拟实验。（5）实验，这种特殊的观察可以重复。对无法直接进行科学观察的自然现象进行考察和探索，通常采用模拟实验。实验的目的与观察在根本上是相同的，都是为了获得认识客观事物和过程的真实数据资料；实验是发展了的、更精确化的科学观察。第56页，课件共88页，创作于2023年2月第三节科学观察的形式与特点在观察教学在主要有如下一些观察活动设计：1.感官观察2.非视觉观察（1）蒙眼散步；（2）神秘袋；（3）猜“暗盒”（4）香料瓶；（5）利用不透明的盒子制作成电路或者是某种结构，让学生通过外部观察和推测来解释内部结构3.近距离观察；4.定量观察；5.连续观察；6.反复观察；7.比较观察；8.观察实验;9.野外观察随录第57页，课件共88页，创作于2023年2月第三节科学观察的形式与特点10.自我提问;11.命名游戏;12.观察菜单；13.模拟观察总结：P84最后一段第58页，课件共88页，创作于2023年2月第四节观察教学的过程我国《科学（3-6年级）课程标准》，把培养观察能力作为探究技能目标的一个部分，提出来感官观察、使用简单工具的细致观察及其简单的定量观察三个方面的教学要求。一、观察活动是多种心理因素共同作用的结果人类的观察活动是一种有目的、有意识地去认识事物的直觉过程，是多种心理因素共同作用的结果。具体包括：（1）注意过程。（2）记忆过程。（3）想象过程。（4）思维过程。（5）情感过程。（6）意志过程。第59页，课件共88页，创作于2023年2月二、一个典型的科学观察教学的主要过程由以下几个环节组成：1.创设情境，吸引注意2.明确目的，指向鲜明3.走向开放，合理选择4.合作研究，优势互补5.综合运用，细致观察6.巧用记录，留下过程7.表达交流，形成共识第60页，课件共88页，创作于2023年2月三、观察教学中应注意的问题1.观察的目的要明确2.一次观察活动只针对一个科学问题3.所观察对象的变量要少，一般不超过两个4.观察一定要配合记录与描述5.强调观察记录的客观性和准确性6.观察教学具有延续性和重复性7.观察教学与思维活动要结合起来8.努力发展学生的观察品质第61页，课件共88页，创作于2023年2月第五章科学课程与教材第一节科学课程的特点一、科学知识的特点（一）科学知识的知识论基础两种相互对立的知识论思想体系：理性主义的，经验主义的。当代理性主义的主要着眼点是知识的性质；课程编制四要素：目标、内容、方法和评价无论用什么样的组织方法，在教学中，内容的明确性是重要的。内容的明晰化被看作设计探究式学习首先要考虑的问题，因为不同类型的探究，引领学生进入各种不同的理解模式中。课程编制的“学科中心模型”一直是理性主义者推崇的方法。第62页，课件共88页，创作于2023年2月传统的经验主义：所以的知识均源自感觉，强调知识获得的个人体验过程。如：过程模式（二）科学知识与其他知识的差别科学知识比其他学科知识难以掌握，其原因主要源于科学知识的累积性、逻辑性、经验性和相对性上。科学知识的经验性——“做中学”。学科的特点直接影响课程的内容、结构及其稳定性。——“核心知识”的概念。具有最多核心知识的物理学的教学内容稳定性最大。人为科学比自然科学的逻辑性和系统性要低。代表学科知识体系的逻辑性和系统性，是由科研成果的积累性或继承性决定的，这在自然科学中尤为典型。——理科课程内容编制必须遵循“循序渐进”的原则。第63页，课件共88页，创作于2023年2月科学知识还有一个不可忽视的特点是其与社会之间的复杂关系。怎样处理科学这把“双刃剑”已是科学教育不可忽视的主题。二、科学教育的循序渐进课程编制的三大影响因素：学科性质、学生需求、社会需求。科学知识的客观性、逻辑性的特点决定了循序渐进在科学教育中的特殊重要性。重演论：是指生物个体的认知发展过程，大致重现其种属演变历史过程中出现的认知能力进化过程。对于科学教育而言，教育重演论具有特殊的意义。第64页，课件共88页，创作于2023年2月年龄越小的孩子，越适合学习较古老的知识；关于“科学的相对真理性”等内容，适合于较大年龄、较高年级的学生。根据教育重演论，科学的相对真理性不应成为对初等教育阶段的儿童进行科学教育的内容。第二节科学课程编制模型与教材结构课程编制原理三大影响因素：学科性质、学生需求、社会需求。四个环节：教学目标、教学内容、教学方法和过程、教学评价。一、科学课程模型（一）“学科中心模型”和“目标模型”以学科为基础的模型出现最早。第65页，课件共88页，创作于2023年2月“目标模型”的原理通常被简要概述成相互关联的“四个环节”和影响各环节的“三个因素”，其中“目标”是统领性的关键要素。P107目标模型的主要争论结果概述：四点（二）“过程模型”——强调学生学习过程的重要性赞成“课程及过程”，就是说，没必要，甚至不应该对目标和内容加以明确。“过程模型”常常出现在“综合课”的课堂上。综合课被认为是培养学生多种能力和激励学生学习动机的最好途径，并且对学生成年后运用、迁移科学知识和技能有益。发达国家的做法大多是，综合科学课主要出现在小学阶段；中学以分科为主、综合为辅。（三）课程模型之新形式：国家标准及其系列文献：P110-111第66页，课件共88页，创作于2023年2月课程模型之新形式：国家标准及其系列文献美国：1989，《面向全体美国人的科学》；1993，《科学素养的基准》，1998，《科学教育改革的蓝本》；1995，《国家科学教育标准》；2001，《科学素养图谱》。英国：20世纪90年代开始，《国家科学课程》，明确提出了17个方面的学习目标，对于每一个目标，又有一系列的教学内容“计划”，教师可以根据学生的具体情况，按照既定目标和内容来设计一堂课。课程编制新模式主要体现在如下几个方面：（1）就课程开发和编制而言，国家课程文献只提出标准，不规定具体内容和教学程序。（2）课程标准需同时包括和明确课程评价的标准与方法。（3）科学教育和课程开发须全社会共同参与。（4）科学课程建设必须与教师培训同步进行。第67页，课件共88页，创作于2023年2月二、科学教材结构模型教材是课程的目标、内容及教学方法的具体化，是给学生、教师阅读和使用的最主要的教学资源。以美国的FOSS(K-6)教材为例：P111-114可以将教材结构分为如下三个主要类型：1.知识体系式2.主题式课程或模块课程3.螺旋式表5-1FOSS(K-6)教材的结构框架P113小结第68页，课件共88页，创作于2023年2月第三节科学教学目标及其内容标准一、教学目标使孩子们初步掌握以观察为主要内容的基本的科学研究方法和技能，以及在探究过程中形成的初步的科学知识和统一的科学概念，并由此培养追求真理、热爱大自然的情感，养成尊重事实、寻根问底、勇于创新的品质。可分解为四个方面的教学目标：P114第三段二、教学内容标准：分为“统一科学概念”和“统一过程技能”两方面。1.科学教学内容的“统一概念”第69页，课件共88页，创作于2023年2月

1.科学教学内容的“统一概念”（1）性质与功能（2）变化与守恒（3）相互联系与相互作用（4）演变与平衡（5）系统、结构与秩序2.科学教学内容的“统一过程技能”：10项（1）观察（2）分类（3）测量（4）推断第70页，课件共88页，创作于2023年2月（5）预测（6）实验（7）调查（8）解释数据（9）交流（10）猜想与假设三、内容标准的相互关系和循序渐进1.统一概念和统一过程技能的学习是不可能以同样的深度和广度在小学阶段完成。2.通过这些概念和技能的掌握，学生还将潜移默化地养成科学地分析问题和处理问题的态度和价值观第71页，课件共88页，创作于2023年2月四、“统一概念”与“统一过程技能”的关系1.科学概念的发展过程往往与科学方法的发展过程密不可分。2.概念的掌握，有利于科学思维、科学方法的发展。3.过程性目标与概念目标一样要划分不同的层次。4.态度这个维度目标的实现，不是一两个活动就能完成的，可能是一门课或几门课的问题。五、教学和内容的细化如果一个教师对课程内容和活动充分掌握的话，目标的细化将是自然而然的事。细化的程度取决于两点，一是教师的变通能力，二是学生的具体情况。第72页，课件共88页，创作于2023年2月第四节HPS在科学课程中的地位HPS——科学史、科学哲学、科学社会学一、HPS的教育意义：三个方面（P123）1.通过让孩子们对科学概念、科学理论产生过程和方法的理解，通过对其产生的社会需求背景的理解，加上对科学概念和科学理论的理解；2.通过对科学史、对科学家生平和事迹的学习，可以使科学教育人性化，因此它是沟通科学与人文两种文化的一个途径；3.由于科研成果在科学家群体内部获得共识的过程受外界社会环境的影响很深，科学知识的积累和发展并不是简单地由科学逻辑决定的，科学发展过程具有复杂性。因此，通过加深对科学性质的全面理解。二、HPS课程内容标准：6个方面（P125-126）（1）个人健康；（2）人口的特性和变化；（3）资源的类型；（4）环境的变化；（5）科技对处理地方性问题的作用；（6）科学是人类的奋斗目标第73页，课件共88页，创作于2023年2月HPS在科学课程中的地位三、怎样在通常的教学中体现HPS的教育价值HPS在小学课程中的地位实际上主要以“隐含课程”的形式出现的。但HPS所包含的思想却是科学素养的训练必不可少的，也是科学教育课程与“自然”课程的主要差别之一。1.通过重复观察，可以使学生理解科学强调客观观察这一科学性质。2.通过重复观察，还可以消除学生对科学的神秘感，消除伪科学。3.在进行科学史教学时，也应注意不要夸大科学史故事的传奇性。（忽略科学家对真理追求的孜孜不倦的精神）第74页，课件共88页，创作于2023年2月第六章科学教学模式*《科学课程标准》对科学教学的要求*科学教学的基本要素*科学课堂教学模式*科学教学的基本技巧第75页，课件共88页，创作于2023年2月第一节《科学课程标准》对科学教学的要求一、科学教学的基本理念:六点1.科学课要为每一个学生提供公平的学习科学的机会和有效的指导。2.学生是学习的主体，科学课应该充分考虑学生对周围世界所具有的好奇心和积极的探究欲。教师应该成为“科学学习活动的组织者、引领者”。3.科学学习要有探究为核心。4.科学课程的内容要满足社会和学生双方面的需要，选择贴近儿童生活的、符合现代科学技术发展趋势的、适合社会发展需要的和有利于为他们简直人生只是大厦最必须的基础内容。5.科学课程应具有开放性。要求给教师和学生提供选择的机会和创新空间。6.科学课程的评价应能促进科学素养的形成于发展。第76页，课件共88页，创作于2023年2月第一节新课程对科学教学的要求二、《标准》对教师教学的建议：1.用丰富多彩的亲历活动充实教学过程。2.让探究成为科学学习的主要方式。3.注重多种形式教学的有机结合。4.注重学生的积极参与和相互间的交流合作。5.科学课程的教学应具有一定的灵活性。6.注重课堂教学与课外活动紧密结合。第77页，课件共88页，创作于2023年2月第一节新课程对科学教学的要求二、《标准》对教师教学的建议：八点（旧）1.用丰富多彩的亲历活动充实教学过程。2.让探究成为科学学习的主要方式。3.要注意对学生进行提出问题的训练，尤其在探究活动的起始阶段。4.鼓励学生大胆猜想，对一个问题的结果做多种假设和预测。5.教育学生在着手解决问题前，先考虑行动计划，包