生命科学导论幻灯片.ppt

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1、生命科学导论第1页，共88页，编辑于2022年，星期日绪论绪论n一、生物的基本特征一、生物的基本特征n生命科学是研究生命现象及其规律的科学。生命科学是研究生命现象及其规律的科学。n（一）化学成分的统一性（一）化学成分的统一性n（二）严整有序的结构和功能（二）严整有序的结构和功能n（三）新陈代谢（三）新陈代谢n（四）应激性和适应性（四）应激性和适应性n（五）调节和稳态（五）调节和稳态n（六）生长、发育和生殖（六）生长、发育和生殖n（七）遗传、变异和进化（七）遗传、变异和进化第2页，共88页，编辑于2022年，星期日绪论绪论n二、研究生命科学的基本方法二、研究生命科学的基本方法n（一）观察；（二）

2、实验（一）观察；（二）实验假说；（三）模型实验假说；（三）模型实验n三、生命科学的形成、发展与展望三、生命科学的形成、发展与展望n（一）准备与奠基时期；（二）形成与发展；（一）准备与奠基时期；（二）形成与发展；n（三）现代生命科学的建立与发展；（三）现代生命科学的建立与发展；n（四）生命科学的展望（四）生命科学的展望n四、生命科学与现代社会生活四、生命科学与现代社会生活n（一）与农业的可持续发展（一）与农业的可持续发展n（二）与人类的保健（二）与人类的保健n（三）与生物工程产业（三）与生物工程产业第3页，共88页，编辑于2022年，星期日绪论绪论n（四）与能源紧缺（四）与能源紧缺n（五）与维持

3、生物圈的稳态（五）与维持生物圈的稳态n（六）与伦理道德（六）与伦理道德n（七）生命科学素养的培养（七）生命科学素养的培养第4页，共88页，编辑于2022年，星期日第一篇第一篇 生物体的结构层次生物体的结构层次n第一章第一章 生物体的结构基础生物体的结构基础n第一节第一节 生物体内的元素生物体内的元素n一、组成生物体的元素一、组成生物体的元素n二、碳元素对生命的意义二、碳元素对生命的意义n第二节第二节 生物体内的化合物生物体内的化合物n一、生物体内的无机物一、生物体内的无机物n二、生物体内的有机物二、生物体内的有机物第5页，共88页，编辑于2022年，星期日第一章第一章 第一节第一节 生物体内的

4、元素生物体内的元素n一、组成生物体的元素：一、组成生物体的元素：25种生物体所种生物体所必需必需n大量元素、微量元素大量元素、微量元素n二、碳元素对生命的意义二、碳元素对生命的意义n从某种意义上讲，地球上碳元素的存在从某种意义上讲，地球上碳元素的存在为生命的出现提供了可能。为生命的出现提供了可能。第6页，共88页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 生物体内的化合物生物体内的化合物n包括无机物和有机物包括无机物和有机物n一、生物体内的无机物一、生物体内的无机物n（一）水（一）水n1.生物体内含量最多的物质是水。生物体内含量最多的物质是水。2.以自由水和结合水两种以自由水和结合水两种形态存在。

5、形态存在。3.水是有极性的，水分子的一端略带负电，水是有极性的，水分子的一端略带负电，而另一端略带正电。而另一端略带正电。4.极性可以使水分子间相互作用，极性可以使水分子间相互作用，形成一种较弱的键形成一种较弱的键氢键。氢键。5.氢键的存在还能减缓水温的氢键的存在还能减缓水温的变化。变化。n（二）无机盐（二）无机盐n1.无机盐主要存在于细胞中，但含量很少，大多数以离子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。形式存在。2.具有十分重要的生理功能。（具有十分重要的生理功能。（1）维持细胞膜）维持细胞膜两侧的渗透压。（两侧的渗透压。（2）维持生物体内的酸碱平衡。（）维持生物体内的酸

6、碱平衡。（3）维持神经细胞的兴奋性。维持神经细胞的兴奋性。第7页，共88页，编辑于2022年，星期日二、生物体内的有机物二、生物体内的有机物n（一）糖类（一）糖类生命活动的主要能源物质生命活动的主要能源物质n糖类在生物体内广泛存在，尤其是植物体。糖类在生物体内广泛存在，尤其是植物体。n糖类由糖类由C、H、O3种元素组成。种元素组成。n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。量，是生物体进行生命活动所需能量的重要来源。n糖类还是生物体合成蛋白质、脂肪等的基本原料。糖类还是生物体合成蛋白

7、质、脂肪等的基本原料。n生物体内的糖类可以分为单糖、双糖和多糖。生物体内的糖类可以分为单糖、双糖和多糖。n1.单糖单糖：是不能水解成更小糖类分子的物质。是不能水解成更小糖类分子的物质。n（1）单糖可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖。（）单糖可分为丙糖、丁糖、戊糖和己糖。（2）核糖、脱氧）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。（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）己糖即六碳糖。葡萄糖是生物界中最重要的

8、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。萄糖。第8页，共88页，编辑于2022年，星期日二、生物体内的有机物二、生物体内的有机物n2.双糖：是由两分子单糖脱去一分子水后缩合而成的。双糖：是由两分子单糖脱去一分子水后缩合而成的。n（1）白糖就是一种双糖）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。蔗糖。蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合而成。n（2）麦芽糖和乳糖也是

9、常见的双糖。麦芽糖由两分子葡萄糖缩合而成。乳糖）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。由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成。n3.多糖：由数百至数千个单糖分子脱水缩合而成。多糖：由数百至数千个单糖分子脱水缩合而成。n（1）常见的有淀粉、糖原和纤维素等。）常见的有淀粉、糖原和纤维素等。n（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）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，于热水，遇碘变为深蓝

10、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。淀粉最终可以水解成葡萄糖。n（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）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。红褐色。n（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）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

11、动物的肠道中存在能够分泌纤维素酶的微生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，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。所以人不能消化、利用纤维素。第9页，共88页，编辑于2022年，星期日（二）蛋白质（二）蛋白质生命活动的体现者生命活动的体现者n蛋白质是细胞的重要组成成分，占细胞干重的蛋白质是细胞的重要组成成分，占细胞干重的50%左右。生物左右。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，体的每一项生命活动都有蛋白质的参与。蛋白质的

12、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。白和信号蛋白等。n1.蛋白质的组成和结构特点：组成元素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。等，属于生物大分子。n（1）氨基酸：是组成蛋白质的结构单位。组成蛋白质的氨基）氨基酸：是组成蛋白质的结构单位。组成蛋白质的氨基酸有酸有20种。每一个氨基酸分子至少有一个羧基和一个氨种。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基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。上。n氨基酸分为必需

13、氨基酸和非必需氨基酸两类。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。氨酸，苏氨酸、缬氨酸、色氨酸、赖氨酸。n氨基酸进一步分解成尿素、二氧化碳和水。氨基酸进一步分解成尿素、二氧化碳和水。第10页，共88页，编辑于2022年，星期日n（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）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的。一个氨基酸分子中的羧基与另一个氨基酸分子中的羧基与另一个氨基酸分子中的氨基脱氨

14、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。的氨基酸以肽键顺序相连，就形成了多肽。n（3）蛋白质的空间结构：一级结构（指多肽链中的氨基酸序列）、）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

15、作用便形级结构（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）成了蛋白质的四级结构）n（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，）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。蛋白质，以满足人类生产与生活需要的一门现代生物技术。n2.酶酶一类具有生物催化作用的蛋白质一类具有生物催化作用的蛋白质n酶是由活细胞产生的一类具有催化能力的特殊的蛋白质。酶酶是由活细胞产生的一类具有催化能力的特殊的蛋

16、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、常压和接近中性的常温、常压和接近中性的PH。第11页，共88页，编辑于2022年，星期日（三）核酸（三）核酸生命活动的指导者生命活动的指导者n核酸是遗传信息的携带者。它包括脱氧核糖核酸（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）和核糖核酸（RNA）两大类。结构单位是核苷酸。）两大类。结构单位是核苷酸。n1.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：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

17、包括腺嘌呤一类是嘌呤，为双环分子，通常包括腺嘌呤 （A）和鸟嘌呤（）和鸟嘌呤（G）;另一类是嘧啶，为单环分子，通常包括胞嘧啶（另一类是嘧啶，为单环分子，通常包括胞嘧啶（C），尿嘧啶（），尿嘧啶（U）和）和胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）。）。n组成核苷酸的戊糖有两种：核糖和脱氧核糖。组成核苷酸的戊糖有两种：核糖和脱氧核糖。n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。酸酯键与磷酸结合，就形成核苷酸。n2.具有特殊生物学功能的核苷酸具有特殊生物学功能的核苷酸n细胞中能量货币细胞中能量货币三磷酸腺苷（三磷酸

18、腺苷（ATP）nATP的结构简式为的结构简式为A-PPP。其中。其中A代表腺苷，代表腺苷，P代表磷酸基团，代表磷酸基团，代表高能磷酸键。代表高能磷酸键。ATP的大量化学能就贮存在高能磷酸键中。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。成。第12页，共88页，编辑于2022年，星期日n3.核酸的结构和功能核酸的结构和功能n核酸是由许多个核苷酸脱水缩合而成的。遗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。传信息就包含在这些核苷酸的序列中。n（1）DNA的双螺

19、旋结构和功能：的双螺旋结构和功能：DNA分子分子含有两条脱氧核苷酸长链，通过碱基互补配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，即对原则形成双螺旋结构，即AT，CG。n（2）RNA的结构和功能：通常只有一条多的结构和功能：通常只有一条多核苷酸链。细胞内的核苷酸链。细胞内的RNA分子主要有分子主要有3种类型：种类型：rRNA（核糖体（核糖体RNA）、）、mRNA（信使（信使RNA）和）和tRNA（转运（转运RNA）。这三类）。这三类RNA相互配合，将相互配合，将DNA中上的遗传信息表达到蛋中上的遗传信息表达到蛋白质分子中。白质分子中。第13页，共88页，编辑于2022年，星期日

20、n（四）脂质（四）脂质n脂质主要由脂质主要由C、H、O3种元素组成。脂质分子多种多样，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。乙醚、丙酮和苯等有机溶剂。脂质不是生物大分子。n1.油和脂：如花生油，常温下呈液体状，称为油；猪油、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。由于油和脂肪相似，称为甘油三酯或脂肪。由于油和脂肪=不呈酸性，不呈酸

21、性，故又称中性脂肪。故又称中性脂肪。n油脂中所含的脂肪酸可以分为饱和脂肪酸和不饱和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，酸两类。一般来说，脂类分子中的饱和脂肪酸含量多，如牛油含如牛油含6070%的不饱和脂肪酸，而油类分子大多数是的不饱和脂肪酸，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。硬化，进而引发心脑血管疾病，因此应少食动物脂肪。第14页，共88页，编辑于2022年，星期日n亚油酸和亚麻酸，哺乳动物（包括人）

22、不能自行合成，必须亚油酸和亚麻酸，哺乳动物（包括人）不能自行合成，必须从外界摄入，称为必需氨基酸从外界摄入，称为必需氨基酸n2.蜡蜡n3.磷脂：磷脂又称磷酸甘油酯。在磷脂分子中，磷酸磷脂：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性的，即脂溶性的。因此，磷酸分子的特征可以概括为：有一个为：有一个“极性的头极性的头”，两个，两个“非极性的尾非极性的尾”。在。在细胞膜中，磷脂分子也是亲水的头部位于外表，而疏细胞膜中，磷脂分子也是亲水的头部位于外表，而疏水的尾部藏在里

23、面，形成磷脂双分子层。水的尾部藏在里面，形成磷脂双分子层。n4.类固醇和萜类类固醇和萜类n类固醇又称甾醇，它们以游离的形式或与脂肪酸结合成类固醇又称甾醇，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。酯的形式存在于生物体内，最常见的是胆固醇。n许多动物性食品（如肝脏、蛋黄等）的胆固醇含量较高。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。硬化。第15页，共88页，编辑于2022年，星期日n性激素、维生素性激素、维生素D肾上腺皮质激素等都属于类固醇。抗肾上腺皮质激

24、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。类固醇。n萜类的结构与类固醇相似，但不含脂肪酸。生物体内有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油和樟脑等，具有特殊的气味。天然橡胶也属于萜类化合物。合物。n（五）维生素（五）维生素n维生素是一类天然的有机化合物，人体不能合成

25、或合成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。的量不能满足需要，所以必须从食物中获取。n现在已知的维生素有现在已知的维生素有20余种。可分为脂溶性维生素和水溶余种。可分为脂溶性维生素和水溶性维生素两种。前者包括维生素性维生素两种。前者包括维生素A、D、E和和K等，后者等，后者包括维生素包括维生素B1、B2、B6、B12和维生素和维生素C等。其主要功能等。其主要功能是对物质代谢起重要的调节作用。是对物质代谢起重要的调节作用。第16页，共88页，编辑于2022年，星期日n预防维生素缺乏，除了要保持膳食平衡、食物的加工和预防维生素缺乏，除了要保持膳食平

26、衡、食物的加工和烹调合理外，还要根据人体的生理、病理烹调合理外，还要根据人体的生理、病理情况及时调整维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。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。n综上所述，组成细胞的化学元素，构成了不同的化综上所述，组成细胞的化学元素，构成了不同的化合物合物水、无机盐、糖类、蛋白质、核酸、脂质水、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，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

27、生物大分子。生物体即便是多糖、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，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现出各种生命现象。细胞就是生物体的最基本的结构形式。构形式。第17页，共88页，编辑于2022年，星期日三、科学素养内涵的本土化诠释三、科学素养内涵的本土化诠释n（4）区分封建的人文主义与新人文主义。）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新人文主义即提倡那些与科学精神相容的人文精神，如客

28、观、创新、合作、进的人文精神，如客观、创新、合作、进取、质疑、诚信、规则意识。取、质疑、诚信、规则意识。n2.情意方面的目标情意方面的目标（1）注种意志自主性）注种意志自主性的培养。要处理好独立人格和集体主义的培养。要处理好独立人格和集体主义的关系。（的关系。（2）鼓励创新精神和质疑态度。）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。）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）注意科学理性的情感特征与浪漫主义的情感特征的区别。义的情感特征的区别。n作业：阅读作业：阅读“理解理解*反思反思*探索探索”第18页，共88页，编辑于2022年，星期日第二章

29、第二章 科学教育的历史回顾科学教育的历史回顾*近代科学与科学教育的诞生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探寻我国小学科学教育的定位第19页，共88页，编辑于2022年，星期日第一节 近代科学与科学教育的诞生近代科学与科学教育的诞生n什么知识最有价值？什么知识最有价值？斯宾塞斯宾塞n19世纪被誉为世纪被誉为“自然科学大发现自然科学大发现”的时代的时代n学校中的科学教育都只有学校中的科学教育都只有100多年的历史多年的历史n一、近代以前的科学与科学教育一、近代以前的科学与科学教育（自然形态的教育、（自然形态的教育、学校科学

30、教育）：学校科学教育）：n1.科学和哲学在近代以前是难以分开的。例如，古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；柏拉希腊的自然哲学；泰勒斯预测了日食发生；柏拉图图-禁止经验的自然科学进入学校课程；亚里士禁止经验的自然科学进入学校课程；亚里士多德著有多德著有物理学物理学-视为普通人谋生需要的视为普通人谋生需要的“有有用学科用学科”。n2.古罗马：学习自然科学是为了给演说雄辩提供古罗马：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）论据和素材（科学作为调味品）第20页，共88页，编辑于2022年，星期日第一节 近代科学与科学教育的诞生近代科学与

31、科学教育的诞生n3.中世纪：科学全面走向衰弱中世纪：科学全面走向衰弱n4.15、16世纪开始的文艺复兴运动，将科世纪开始的文艺复兴运动，将科学从神学中解放了出来。（哥伦布发现学从神学中解放了出来。（哥伦布发现新大陆、哥白尼创立了新大陆、哥白尼创立了“日心说日心说”、哈、哈维提出血液循环理论、伽利略建立了自维提出血液循环理论、伽利略建立了自由落体定律由落体定律-宣告了实验物理学的到来）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。斯宾塞的生的序曲。斯宾塞的“什么知识最有价什么知识最有价值？值？”拉开了近代科学教育的序幕。拉开了近代科学教育的

32、序幕。n二、近代科学与科学教育的诞生二、近代科学与科学教育的诞生第21页，共88页，编辑于2022年，星期日第一节 近代科学与科学教育的诞生近代科学与科学教育的诞生n1.16、17世纪：近代科学从哲学的母体中世纪：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。分离出来，走上了独立发展的道路。n18世纪中叶，英国世纪中叶，英国-工业革命工业革命-科学成为生科学成为生产发展的开路先锋。（蒸汽机时代）近代产发展的开路先锋。（蒸汽机时代）近代西方科学教育是工业革命的产物。西方科学教育是工业革命的产物。n19世纪自然科学重大发现及其在能源、交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

33、，标志着一个真正通、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。教育的新时代的到来。n从从19世纪末到世纪末到20世纪初，科学教育开始被世纪初，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。程成为初等教育体系中最年轻的一门课。第22页，共88页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 20世纪国际小学科学教育的发展世纪国际小学科学教育的发展n一、一、20世纪初期国际小学科学教育的发世纪初期国际小学科学教育的发展展:19世纪末兴起世纪末兴起“自

34、然研究自然研究”；20世纪世纪20年代以后进步主义开始占据教育舞台。年代以后进步主义开始占据教育舞台。n杜威杜威科学教育谋求科学化道路的发科学教育谋求科学化道路的发展方向。他主张展方向。他主张“做中学做中学”。他设计了。他设计了一套教学程序：提出问题一套教学程序：提出问题-构成假设构成假设-指导指导实验实验-验证假设验证假设-自行发现知识。自行发现知识。n二、二、20世纪世纪60年代国际小学科学教育的年代国际小学科学教育的发展：发展：1957年苏联成功发射第一颗人造年苏联成功发射第一颗人造地球卫星给美国很大震动。美国人检讨地球卫星给美国很大震动。美国人检讨第23页，共88页，编辑于2022年，

35、星期日第二节第二节 20世纪国际小学科学教育的发展世纪国际小学科学教育的发展n-科学教育的失败。从科学教育的失败。从 20世纪世纪50年代末到年代末到60年代的年代的10年时间里美国编制了数十套年时间里美国编制了数十套之多的小学课程方案，体现之多的小学课程方案，体现“新科学新科学”的教育理念，即的教育理念，即“发现发现-行动行动”的学习途的学习途径。主要有径。主要有ESS、S-APA和和SCIS。nESS最大程度地体现了布鲁纳的最大程度地体现了布鲁纳的“发现学发现学习习”理论，把好奇心的培养和具体科学理论，把好奇心的培养和具体科学经验的获取放在首要的目标。经验的获取放在首要的目标。nS-APA

36、的核心思想是以不变的科学技能的核心思想是以不变的科学技能的培养来应对的培养来应对“知识爆炸知识爆炸”时代的知识时代的知识更新。更新。第24页，共88页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 20世纪国际小学科学教育的发展世纪国际小学科学教育的发展nSCIS体现了布鲁纳的体现了布鲁纳的“结构主义结构主义”课程课程论思想，比较重视科学概念的形成以及论思想，比较重视科学概念的形成以及科学探究的过程。科学探究的过程。n60年代的科学教育改革可谓轰轰烈烈，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。有其外部和内部的原因。P36n三、三、20世纪世纪80年代以后国际小学科学教年代以后国际小学科学

37、教育的发展：以育的发展：以1985年美国开始实施年美国开始实施“2061计划计划”为标志，新一轮科学教育为标志，新一轮科学教育改革开始了，并且发展成为世界性和跨改革开始了，并且发展成为世界性和跨世纪的行动。世纪的行动。第25页，共88页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 20世纪国际小学科学教育的发展世纪国际小学科学教育的发展n80年代的科学教育改革有两点显著变化：年代的科学教育改革有两点显著变化：n1.在肯定在肯定“探究取向探究取向”课程的基础上，强课程的基础上，强调调STS课程的重要性。强调科学教育要走课程的重要性。强调科学教育要走出出“纯科学纯科学”的视野，要与科技社会相的视野，要与

38、科技社会相结合。结合。n2.从从“英才教育英才教育”向向“全民教育全民教育”的转变，的转变，明确提出明确提出“面向全体美国人的科学面向全体美国人的科学”这这一概念，同时将科学素养的培养作为科一概念，同时将科学素养的培养作为科技教育的基本任务。技教育的基本任务。n1996年美国颁布了第一个全国性的科学年美国颁布了第一个全国性的科学教育标准教育标准国家科学教育标准国家科学教育标准。第26页，共88页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 20世纪国际小学科学教育的发展世纪国际小学科学教育的发展n国家科学教育标准国家科学教育标准的颁布，标志着美国科学教的颁布，标志着美国科学教育的改革开始向纵深发展，

39、同时也对其他国家产生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。了重要的影响。n到了到了21世纪，科学教育的改革已成为一场声势浩大的世纪，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：方面的特征：1.科学教育的改革成为自上而下的行科学教育的改革成为自上而下的行动，得到政府支持。动，得到政府支持。2.推出国际化和人性化相结合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。具备科学素养。3.科学教育的内容进行了整合。科学

40、教育的内容进行了整合。4.进进行大规模的教材改革。行大规模的教材改革。5.大大 面积地进行教师职后面积地进行教师职后培训和在岗培训。培训和在岗培训。第27页，共88页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 探寻我国小学科学教育的定位探寻我国小学科学教育的定位n中华传统文化存在轻科学技术的倾向。中华传统文化存在轻科学技术的倾向。n中华传统文化中缺乏科学精神，中国的传统思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。中国传播的历程异常艰难。n一、我国科学教育的历史一、我国科学教育的历史“遗产遗产”n我

41、国的科学教育是中华传统文化观念和近代西方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。科学思潮相碰撞的结果。n中国的科学教育从它的胚胎期开始，就缺乏西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，而被错误地归结为方文化中的那种理性精神，而被错误地归结为“博闻广记博闻广记”，这不仅是历史的遗憾，更造成，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，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。用知识结论的灌输取代自主的探究。第28页，共88页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 探寻我国小学科学教育的定位探寻我国

42、小学科学教育的定位n二、从二、从“自然自然”到到“科学科学”n中国近代小学设立科学课程的时间和西方大体相中国近代小学设立科学课程的时间和西方大体相同。同。19世纪末晚清世纪末晚清-“废科举，兴学校废科举，兴学校”，“废读废读经，学格致经，学格致”之风兴起。当时，之风兴起。当时，“格致格致”作为物作为物理、化学等自然科学的总称。理、化学等自然科学的总称。n1904年初，清政府颁布了年初，清政府颁布了奏定学堂章程奏定学堂章程，科，科学课正式进入中国的小学学制。学课正式进入中国的小学学制。n新中国成立后，学苏联，新中国成立后，学苏联，1956年制定了第一个自然年制定了第一个自然教学大纲。教学大纲。1

43、963年第二个自然教学大纲。年第二个自然教学大纲。1977年第年第三个三个全日制十年制学校小学自然常识教学大纲全日制十年制学校小学自然常识教学大纲（试行草案）（试行草案）。1982年修改了小学自然教学计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划，出版了与之相配套的第一册教材和教师用书。书。第29页，共88页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 探寻我国小学科学教育的定位探寻我国小学科学教育的定位n20世纪世纪80年代改革开放的窗口终于打开年代改革开放的窗口终于打开了。经过近了。经过近10年的实践与探索，年的实践与探索，1992年年国家教委颁发国家教委颁发九年义务教育全日

44、制小九年义务教育全日制小学自然教学大纲（试用）学自然教学大纲（试用），这个大纲，这个大纲取得了两个重大成果。取得了两个重大成果。n21世纪，新一轮的基础教育课程改革，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第一次在中国小学学制中明确设立“科科学学”课程，并颁布了第一个课程，并颁布了第一个科学（科学（3-6年级）课程标准年级）课程标准，明确其课程性质为，明确其课程性质为“以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程程”，这是一个历史性的进步。，这是一个历史性的进步。第30页，共88页，编辑于2022年，星期日三、寻求新世纪我国小学科学教育的定位三、寻求

45、新世纪我国小学科学教育的定位n西方国家的科学教育改革已经取得了西方国家的科学教育改革已经取得了50年的经验，而年的经验，而我们才迈出从我们才迈出从“自然自然”到到“科学科学”的第一步。的第一步。n从从20世纪世纪80年代初开始的小学自然教学改革的历程，年代初开始的小学自然教学改革的历程，就是从就是从“自然自然”到到“科学科学”发展的过程。刘默耕先生发展的过程。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出将自然课的性质规定为“对儿童进行科学启蒙教育对儿童进行科学启蒙教育的一门基础性学科的一门基础性学科”，就是把，就

46、是把“知识性知识性”变成了变成了“教教育性育性”。他结合小学自然课的实际，把。他结合小学自然课的实际，把“科学科学”定义定义为为“探索大自然的秘密探索大自然的秘密”。他指出。他指出“科学教育科学教育”这个这个概念是区别于概念是区别于“传授知识传授知识”这个概念的。这个概念的。第31页，共88页，编辑于2022年，星期日三、寻求新世纪我国小学科学教育的定位三、寻求新世纪我国小学科学教育的定位n21世纪的今天，我们寻求新世纪我国小世纪的今天，我们寻求新世纪我国小学科学教育的定位：走出长期以来统治学科学教育的定位：走出长期以来统治自然课的自然课的“知识主导知识主导”的樊篱，从科学的樊篱，从科学的本质

47、和科学的全面内涵出发构建小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立体的框架，每个方面的目标都是一条“线索线索”。n我国现代科学教育起步虽然晚，但同样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民科学素养的培养才是科学教育的真正归宿。归宿。第32页，共88页，编辑于2022年，星期日第三章第三章 儿童科学学习心理儿童科学学习心理n皮亚杰理论与儿童科学学习皮亚杰理论与儿童科学学习n维果茨基理论与儿童的科学学习

48、维果茨基理论与儿童的科学学习n儿童科学前概念及概念转变的研究儿童科学前概念及概念转变的研究第33页，共88页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 皮亚杰理论与儿童科学学习皮亚杰理论与儿童科学学习n心理学家皮亚杰心理学家皮亚杰认知建构论和发展阶段论认知建构论和发展阶段论n一、皮亚杰的认知建构论与儿童科学学习一、皮亚杰的认知建构论与儿童科学学习n他发现儿童对世界的认识和成人有很大的不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究，对于我们理解儿童的科学学习心理具有开创性的意义。开创性的意义

49、。n（一）儿童的（一）儿童的“泛灵论泛灵论”n所谓所谓“泛灵论泛灵论”，就是将主体的思想和意愿，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。思想、有喜怒哀乐。第34页，共88页，编辑于2022年，星期日一、皮亚杰的认知建构论与儿童科学学习一、皮亚杰的认知建构论与儿童科学学习n皮亚杰总结了儿童皮亚杰总结了儿童“泛灵论泛灵论”思想的三个发思想的三个发展阶段：展阶段：n一、从出生到一、从出生到45岁为止，它的显著特征是岁为止，它的显著特征是以整体性的暗示

50、表示万物有灵。如以整体性的暗示表示万物有灵。如“小草会小草会被踩疼被踩疼”，“蜗牛伤心了蜗牛伤心了”。在这个阶段中，。在这个阶段中，主体和客体完全混淆，互相渗透。现实常常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。被想像为魔幻般的活动。n二、二、46岁开始到岁开始到89岁。暗示性的特征逐渐岁。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月亮之间移动的关系“是它跟着我走的是它跟着我走的”。可以看出魔幻和泛灵论依然是构成该阶段认可以看出魔幻和