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第一章 认识科学

Lesson 1/10 | Study Time: 20 Min


1.1 科学是做什么的


科学是做什么的




科学的研究内容



























研究方向 具体内容
自然现象及其答案 科学研究各种自然现象,寻找其产生的原因和相应的答案。
自然物的组成与结构 研究自然界中各种物体的组成成分及其内部结构。
科学内容体系
科学划分为以下三个领域:

- 物质科学:如物理学、化学。

- 生命科学:如生物学。

- 地球与宇宙科学:如地理学。
自然现象的原因与规律
分析自然现象的产生、发展及变化规律。

实例:

- 火山爆发:地壳运动的结果。

- 小鸟破壳:鸟妈妈的辛苦孵化。

- 铅笔在水中“折断”:光的折射。

- 种子长成幼苗:种子的萌发。

- 昆虫蜕皮:外骨骼限制了昆虫的生长。

- 流星:固体与大气层的摩擦。





实验在科学研究中的重要性























实验环节 具体要求
正确使用仪器 学会逐步正确操作各种实验仪器。
仔细观察现象 仔细观察实验中出现的各种现象,确保数据的准确性。
记录与分析 正确记录实验现象和测量数据,并进行分析,得出科学结论。





科技的影响



















积极影响 具体内容
改善生活 科技推动了人类进步,显著改善了生活质量。
消极影响
科技的误用可能带来危害,例如:

- 子弹:用于战争,造成伤亡。

- 汽车尾气:导致空气污染。

- 塑料:引发环境污染问题。





诺贝尔的贡献



















背景 具体内容
发明安全炸药 瑞典化学家诺贝尔发明了安全炸药,广泛用于矿业和其他行业,但也在战争中造成大量伤亡。
设立诺贝尔奖
为了弥补炸药的负面影响,诺贝尔在遗书中将大部分财产作为基金,设立诺贝尔奖,奖励在以下领域有杰出贡献的人:

- 化学

- 物理

- 生理学或医学

- 文学

- 推动世界和平。












1.2 科学的领域


科学的领域




科学的主要领域































领域 研究内容
物理学
研究自然界的基本现象和规律,涉及:

- 力

- 光和声音

- 电和磁铁

- 热

- 原子能
化学
研究物质的组成、性质和变化,涉及:

- 氧气

- 二氧化碳

- 酸和碱

- 盐

- 塑料
生物学
研究生物体及其生命现象,探索生命的运动规律,包括:

- 生物体

- 生命现象

- 生命运动规律
天文学
研究天体及其相互关系,包括:

- 天体的运动

- 宇宙的结构和演变
地学
研究地球的演变及其相关内容,包括:

- 地球的构造

- 地球的变化规律





科学家的贡献
































科学家 领域 贡献
哥白尼 (N. Copernicus, 1473-1543) 天文学 否定地球是宇宙的中心,提出太阳中心说(日心说)。
牛顿 (I. Newton, 1643-1727) 物理学 构建了经典力学体系,奠定了现代物理学的基础。
道尔顿 (J. Dalton, 1766-1844) 化学 提出近代原子论,解释了物质的组成和化学反应的本质。
达尔文 (C. Darwin, 1809-1882) 生物学 创建了生物进化论,揭示了物种起源和进化的规律。












1.3 学习像科学家那样工作


学习像科学家那样工作




科学家的研究与贡献















































科学家 领域 研究过程与贡献
弗莱明 (A. Fleming, 1881-1955) 生物学、医学
- 背景:第一次世界大战中,许多士兵因伤口细菌感染而死亡。

- 发现:在实验室中,他发现培养细菌的培养皿中,青霉周围的细菌消失了。

- 贡献:发明了抗生素,青霉素可以抑制细菌生长,拯救了无数生命。
伽利略 (Galileo Galilei, 1564-1642) 物理学
- 背景:古希腊科学家错误地认为“物体越重,下落速度越快”。

- 研究:通过实验,他纠正了这一错误,证明自由下落物体的速度与重量无关。
伽利略 (Galileo Galilei, 青少年时期) 物理学
- 发现:17岁时,他观察到教堂吊灯摆动,用自己的脉搏计算时间,提出了摆钟等时性原理。

- 贡献:发明了摆钟,为时间测量提供了新工具。
法布尔 (J.H. Fabre, 1823-1915) 昆虫学
- 研究:十年如一日观察昆虫,记录昆虫的习性、生活习惯、生存技巧、天敌和繁殖方法。

- 贡献:揭示昆虫行为对生态环境的重要性,如屎壳郎推粪球对自然环境的清洁作用。
汤姆森 (J.J. Thomson, 1856-1940) 物理学
- 背景:19世纪时,科学界普遍认为原子是最小的微粒且不带电。

- 研究:汤姆森坚持研究,发现了带负电的粒子(电子)。

- 贡献:电子技术的应用极大地改变了人类生活。
洛伦茨 (Konrad Lorenz, 1903-1989) 动物学
- 研究:日复一日观察雁鹅的生活,记录其求偶、打斗、养育子女的行为,并揭示了动物的复杂情感。

- 贡献:被誉为“现代动物行为学之父”,推动了对动物行为的深入研究。
亚里士多德 (Aristotle, 公元前384-322) 哲学、科学
- 贡献:是古希腊科学界的泰斗,但犯下了许多错误,例如“物体越重,下落速度越快”。伽利略通过实验纠正了这一观点。





从科学家的工作中学习































学习点 具体内容
观察与记录
- 科学家们通过长时间观察和记录,发现自然现象的规律。

- 例如:法布尔观察昆虫十年如一日;洛伦茨观察雁鹅的行为。
实验与验证
- 科学家通过实验验证理论。

- 例如:伽利略通过实验纠正了自由下落的错误观点;弗莱明通过实验发现了青霉素的作用。
坚持与创新
- 汤姆森坚持研究原子,发现电子;伽利略创新地提出摆钟等时性原理。
从错误中学习
- 亚里士多德的错误观点被后来的科学家纠正,推动了科学的进步。
发现自然规律的意义
- 科学家的研究不仅改变了人类对自然界的认识,还直接改善了人类生活质量,例如青霉素和电子技术的应用。












1.4 我们如何学习科学


我们如何学习科学




科学观察方式的演变



















时期 观察方式
原始
- 方法:利用人体的五官(如眼、耳、鼻、舌、皮肤)和大脑进行直接观察和思考。

- 特点:依赖感官,受限于人的能力,观察范围较小。
现今
- 方法:借助仪器和辅助工具进行观察,弥补人类感官的局限性。

- 工具:

- 放大镜、显微镜:观察微小物体或结构。

- 照相机、录像机、摄像机:记录动态或静态的观察结果。

- 其他仪器:如望远镜、光谱仪等,用于扩大观察范围。





科学观察的态度























态度 具体内容
合理怀疑与开放
- 对现象和结论保持合理的怀疑态度,避免盲目接受。

- 保持开放心态,接受新知识和新发现。
尊重前人成果
- 在科学研究中,尊重并借鉴前人的研究成果,为进一步探索打下基础。
逐步深化对自然的认识
- 通过不断观察、实验和验证,深化对自然界的理解,推动科学逐步发展。





科学观察的意义























意义 具体内容
工具的进步
- 科学仪器的发明和使用,使人类能够观察到过去无法接触的领域,如显微镜下的微观世界、望远镜下的宇宙星空。
态度的推动
- 合理怀疑和开放心态使科学不断进步,避免停滞不前。
认识的深化
- 科学观察帮助人类从浅显的表面现象逐渐深入到自然规律的本质。












1.5 科学探究的过程


科学探究的过程




科学研究的基本过程



















































步骤 具体内容
1. 设定研究问题 - 明确需要解决的问题或需要探讨的科学现象。
2. 确定涉及的变数
- 固定性:保持不变的条件。

- 操纵性:人为改变或控制的条件。

- 反应性:因操纵性变数而发生变化的条件。
3. 提出假设 - 根据已有知识或观察现象,提出可能的解释或预测。
4. 设计探究方法 - 制定实验计划,明确实验步骤和如何验证假设。
5. 选择适当的仪器 - 根据研究需求,选择合适的仪器(如显微镜、温度计、量筒等)。
6. 进行研究活动 - 实施实验计划,根据步骤开展实验。
7. 进行观察 - 观察实验现象,记录实验过程中发生的变化。
8. 搜集数据 - 通过实验记录、测量等方式,收集与实验相关的数据。
9. 分析数据 - 对收集到的数据进行整理、分类、对比与分析,寻找规律。
10. 作出结论 - 根据数据分析结果,验证假设是否成立,并总结实验结论。





巴斯德实验的过程与结论







































步骤 巴斯德实验的具体内容
设定研究问题 - 微生物是否会自发从肉汤中生成?
提出假设 - 微生物不会自发从肉汤中生成,只有在活的微生物存在的条件下,才能产生新的微生物。
设计探究方法 - 将澄清的肉汤分别倒入两个曲颈烧瓶中,并设计不同处理方式:一个煮沸,一个不煮沸。
进行研究活动
- 操作步骤:

1. 将澄清的肉汤倒入两个曲颈烧瓶中。

2. 将其中一个烧瓶的肉汤煮沸,另一个不加热。

3. 等待几天后,观察两瓶肉汤的变化。
进行观察与搜集数据
- 观察结果:

- 未煮沸的肉汤变得浑浊,表明其中长有微生物。

- 煮沸的肉汤保持澄清,未产生微生物。
进一步验证假设
- 打破盛有澄清肉汤的曲颈瓶的瓶颈,暴露在空气中。

- 数日后,澄清的肉汤变得浑浊,进一步证明微生物来自空气中的活微生物。
作出结论
- 结论:只有在活微生物存在的条件下,才能繁殖出新的微生物,微生物不会自发从肉汤中生成。





从巴斯德实验中学习科学探究的要点



























探究要点 具体表现
严谨的实验设计 - 通过对比实验(煮沸与未煮沸)验证假设。
控制变数
- 固定性:肉汤的种类和量、曲颈烧瓶的形状。

- 操纵性:是否煮沸、是否打破瓶颈。

- 反应性:肉汤是否变浑浊。
重复验证 - 通过进一步打破瓶颈暴露空气,重复验证实验结果,确保结论的可靠性。
科学态度 - 合理怀疑“微生物自发生成”的观点,通过实验验证新的假设,推动科学认识的进步。