小学科学校本课程教材.docx

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小学科学校本课程教材

科学校本教材

KEXUEXIAOBENJIAOCAI

第一编科学研究概述……………………………………………………2

第二编科技前沿…………………………………………………………8

第一节阿波罗登月………………………………………………………8

第二节磁铁影响人类行动让"右撇子"瞬间变左撇子…………………9

第三节39亿年前太阳系猛烈轰炸为地球带来生命元素……………11

第四节我们超导这些年…………………………………………………15

第五节霍金带你寻找第四维空间探索如何穿越时空…………………22

第六节中美洲国家开发火山热能发电以期减少石油依赖……………33

第七节验证爱因斯坦相对论住得越高或老得越快……………………35

第八节超高倍显微镜下受孕过程感叹生命之神奇……………………38

第九节日本公司构想疯狂奇招用潜艇减弱台风力量………………40

第十节2010年为何地震频发?

专家解读"地球末日危机"……………42

第十一节太阳2013或强烈磁暴如百枚氢弹袭击地球………………44

第十二节卫星扫到地球巨大伤口全球最大钻石坑曝光………………46

第三编我们身边的科学…………………………………………………50

第四编科技制作…………………………………………………………50

第五编科学畅想…………………………………………………………51

第一编科学研究概述

科学研究没有一成不变的方法,也没有万无一失的共同模式,但它是讲究方法的。

所谓科学研究,广义地说,就是创造知识和综合整理知识的工作,在科学技术的现有水平上前进一步。

科学研究必须以取得新的结果作为衡量成功与否的标准。

这是一种创造性劳动.新的结果可能是新发现,新理论,或是新方法,新工艺;也可能是新材料,或新器件等等.科学研究必须在前人的基础上有所创新.科学研究全过程中贯穿创造性。

科学史有无数创造性的例子:

有的人埋头于实验,通过细心观察,发现了新的现象,如伦琴发现X射线;琴纳通过接种牛痘防治天花,从而奠定了免疫学;有的人按预定的概念与计划去实验,取得了预期的结果,如居里夫人从大量的沥青铀矿中提炼出放射性元素钋和镭;有的人通过广泛的观察,体会,"悟"出新概念,从而提出新理论,如达尔文的进化论。

科学研究有各种不同的方法和途径。

有的人由纯粹的数理演绎,提出新概念,预见新现象的存在,如麦克斯韦的电磁场理论;有的人修正旧的理论,提出新的假说,这些假说在当时似乎都违反常识,如爱因斯坦创立相对论;有的人将不同学科联系,组织起来,建立起新领域而取得了成功,如维纳建立控制论。

所有这一切都说明,获得创造性成果的途径是多种多样的,显然不存在什么一成不变的方法。

科学研究培养年青学人三个能力。

（1）有提出问题,确定选题的能力。

提出问题的基础是要具有坚实

的基础理论和广博的知识.学问和经验是提出问题,创立假说的源泉;主要是培养归纳能力—阅读文献和收集资料后的思考和判断的能力.好奇心,不墨守成规,敢于直面科学现实,敢于向权威挑战也是不可缺少的品质。

（2）有提出,阐述假说（假设,方案）的能力,有批评,判断种种假说（假

设,方案）的能力;这主要是培养思维能力—逻辑思维（分析,对比,推理）和形象思维的能力。

（3）有证明假说（假设,方案）的是非真假的能力。

这主要是指实践能力—设计能力,实验能力,深入考察,观察事物的能力。

有了这三种能力,将来到社会上,便能具备:

1.敏锐的感应能力;即对各种变迁局势作出快速而恰当的反应;2.弹性的适应能力;即行为模式具有可塑性,不墨守成规,能快速适应环境的变迁;3.丰富的创意能力;即能不断产生新颖（Idea）思路和方案。

古今之成大事业,大学问者,必经过三种之境界:

"昨夜西风凋碧树.独上高楼,望尽天涯路."此第一境也。

"衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴."此第二境也。

"众里寻他千XX,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处."此第三境也。

治学的三种境界：

迎着困难,勇于攀登,高瞻远望,苦苦思索,"独上高楼,望尽天涯路";这是处于创造沉思中的情景.这是第一种境界。

追求真理,百折不挠,无论多大挫折,终不后退,"衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴";这是研究探索中的情景.这是第二种境界。

几经艰苦奋斗,突然受到启发,顿时恍然大悟,原来事物的奥秘,正隐藏在"灯火阑珊处";这是直觉的顿悟,成功的欢悦的情景.这是第三种境界。

治学三境界对应创造三阶段，"三种境界"之说正说明了在科学探索和艺术创作中存在着三个阶段:

高瞻远瞩,构想沉思的准备阶段-准备期；覃思苦虑,孜孜以求的探索阶段-探索期，不断追求,终有顿悟的收获阶段-豁朗期；王国维先生的这一论述蕴含着深邃的哲理,其真知灼见发人深思。

从事科学研究的人似乎还需要一种境界,即:

"行到水穷处,坐看云起时."（王维诗）."行到水穷处"可状实践检验,"坐看云起时"则是理论升华。

-----科学研究中第四种境界-验证期。

创造性思维豁然贯通仅仅是创造的端倪初露,茅塞顿开,灵感突现并不是完整的创造,如果不加以完善验证,发展或加工扬弃,那么尽管这些思想火花十分可贵,可是浅尝辄止,仍可能功亏一篑,丧失了创造中本应得到的最有力的成果。

曹冲称象：

曹冲把一个大象的重量称出来了。

曹冲聪明之处在于:

一有联想才能----见过曹操海上练兵时舰船装上兵员与武器后下沉.曹冲有举一反三的能力。

二有抽象能力-玩过弹弓打鸟,以石计数的游戏.曹冲有以石代象,以石称重的抽象能力.反映了中国孩子的直觉能力。

但曹冲和先人没有把问题从理论上升华提高.曹冲-一个聪明的孩子。

阿基米德称王冠：

"阿基米德称王冠"-由"现象"（物体浸入水中水溢出的现象）到提出"假说"（重量相同,密度不同的金属溢出的水是不同的）,解决了实际问题,再进入验证期,将现象升华,归纳为"原理"（后人认为是"定理","定律"）。

阿基米德不但找到了辨别金王冠中是否掺入了其他金属的方法,而且在他的著作《论浮体》中进一步总结了液体静力学的基本原理-后人称为阿基米德定理。

科学研究要重视验证期和理论升华。

阿基米德不但有联想能力,逻辑判断能力,抽象能力,还有理论升华能力-提高到理论高度来认识的能力.这是作为一个科学家必须具备的能力.阿基米德-科学家,浮力定律的创始人。

对"曹冲称象",仅停留在某一实际问题的解决上.我们没有将问题从理论上升华,也没有发现先人对"曹冲称象"的现象有进一步阐述的记录.。

科学研究要重视理性思维,重视理论升华,重视验证期。

关于验证期,举爱因斯坦建立和验证广义相对论的例子.1913-1915年爱因斯坦在导出协变形式的引力场方程后,等待着实验验证的曲折历程。

爱因斯坦预言,从远处的恒星发出的光线,如果过太阳表面,光线必被引力场所折弯.1914年算出,光线偏转的角度是0.87秒弧度,1915年他修正为1.75秒弧度.爱因斯坦认为证实这个理论的最后证据只能来自在日蚀过程中拍摄的靠近太阳的星星的照片。

"为了证实理论的正确性,弗罗因特里希1914年7月率队到克里米亚做日蚀实验,但实验没有做成,他被俄国人当做间谍抓起来.爱因斯坦非常沮丧.。

直到1919年5月,消息传来,英国的爱丁顿爵士领导的两个观测队分别在巴西和西非拍摄的日全蚀照片,其观测结果分别为1.61（±0.30）和1.98（±0.12）秒弧度.实验与爱因斯坦的预言吻合,爱因斯坦这才松了一口气。

与牛顿一样,爱因斯坦成为人类历史上最伟大的科学家。

文学艺术重灵感,重形象思维;而科学重实证,重抽象思维,从逻辑方法以及从已有之经验,寻求问题的解答.只有经过验证的事物,证明了它的正确性,才能算是完成了一个科学研究的全过程。

李白诗:

"白发三千丈."众人感觉诗人的浪漫,夸张.明知不符合现实,并不指责诗人。

科学家连白发三丈都不能讲,因为没有根据,拿不出证明来。

文学艺术关注内在精神世界科学,例如物理学关注的是运动,物体和力的客观世界。

无论科学或是文学艺术,都有灵感勃发的问题,但物理学家在灵感以后,就需不可缺的数学证明,展现出来的物理学框架是序列的,抽象的数学方程搭建起来的。

科学关注客观世界的实在。

一个侦破故事:

1996年"京城劫钞案"。

京城2.8""6.3"8.27"三起劫钞案。

作案手法类似:

盗车-抢劫-弃车-换车-逃逸.破案突破口:

米黄色尼桑桥车被盗案乃是前兆.找车是突破口.结论是:

突破口找对了,正确的思维导致正确的结果.搞科学研究颇像搞侦破,都是运用自己的思维去分析,去推论.科学工作者最重要的一点是要有"创造性智慧"（Creativeintelligence）,要有"思想（创意,点子）"即Idea.科学研究中必须要有自己的Idea,否则就是复制,就是模仿;不是创新,更不是创造.什么是Idea呢Idea是用已知的事物作根据,由此推测到别种事物的作用.也就是说,具有推论的作用.推论的作用是从已知的事物推及未知的事物.有前者作根据,作基础,而对后者发生作用,这是有条理的思想作用。

Idea的特点是:

（1）须先有一种疑惑困难的情境做起点如:

接连三次运钞车抢劫案的发生。

（2）须有寻思搜索的作用,要寻出新事物,新方法,新手段来解决这种疑惑困难,即寻找突破口.如:

盗车-抢劫-弃车-换车-逃逸的规律,找被盗车是一个突破口.Idea的基本条件是:

严格合乎逻辑,概念清楚,切合实际科学研究的过程,实际是不断产生Idea的过程,Idea贯穿科学研究的全过程.研究课题从一般地提出到具体化,直到课题任务的完成,必须建立一个合乎逻辑的程序（步骤）,思考和方法科学研究人员必须对研究的途径,程序以及方法,即科学研究的全过程有明确的认识。

科学研究途径框图：

线索----突破口----假说（假设）----前验评价（假说含义的展开）----后验评价（排除错误,确证,实践检验）----问题的解决（新问题的出现）----疑难问题的提出----疑问（疑难问题的由来）----假说的修正。

酝酿期----探索期----顿悟期----验证期。

思考题：

1、请你谈谈曹冲称象和阿基米德称王冠两个故事说明了什么？

2、科学研究要经历哪些阶段？

第二编科技前沿

第一节阿波罗登月

阿波罗登月遗失录像公开近期在悉尼放映

资料照：

在摄于1969年7月20日的资料照片上，美国宇航员奥尔德林站在插在月球表面的美国国旗旁留影

遗失已久的阿波罗11号登月录像将于下周三在悉尼进行放映，这份录像只有几分钟长，被认为是记录1969年阿波罗11号登月这一历史时刻的最好录像片段之一，也将是证明美国月球登陆的最好证据之一。

据报道，此段录像在档案馆丢失已好多年了，被发现时大部分已被损毁。

录像描述了登月第一人阿姆斯特朗走出飞船的前几分钟，被保存在澳大利亚档案馆，清晰度远远高于最初在全世界范围内放映的其他登月录像。

负责登月记录修复项目的澳大利亚天文历史学家萨基森（Sarkissian）表示，即将看到的这段录像是展示阿姆斯特朗从飞船扶梯走向月球过程的最高质量的录像。

美国宇航局当时使用的是Goldstone空间站的信号，本身参数设置存在偏差，因此只能看到一些黑影，但在澳大利亚空间站接收的信号中可以清晰看到阿姆斯特朗。

　　这份录像将在下周三澳大利亚地理杂志颁奖典礼上放映，届时，第二位登上月球的阿波罗11号宇航员巴兹·奥尔德林（BuzzAldrin）将作为嘉宾出席颁奖礼。

思考题：

1、阿波罗登月照片有什么疑点？

2、你对我国的航天事业了解多少？

第二节磁铁影响人类行动让"右撇子"瞬间变左撇子

磁铁能够让人从“右撇子”变成左撇子　　我们知道，一个人习惯使用左手还是右手是与生俱来、很难改变的事情。

然而美国科学家近日发现，只需一块小小的磁铁，就可以让“右撇子”瞬间变成左撇子。

美国加州大学伯克利分校的研究者们宣布，将磁铁放在大脑附近可以暂时改变人们使用哪只手的习惯。

研究人员解释，在人右耳后上方几厘米处有个叫做后顶叶皮层的区域，人集中注意力时常常会下意识