"الأفكار الكبيرة للعلوم" هي مجموعة من المفاهيم العلمية الشاملة التي تصف العالم من حولنا وتسمح لنا بتصور العلاقة بين الظواهر الطبيعية المختلفة. تهدف الأفكار الكبيرة إلى مساعدة الطلاب على فهم الصلة بين مجالات المواد المختلفة، وكذلك بين المواد التي يدرسونها في المدرسة وخبرتهم "الحقيقية". في منصة المشاركة Go-Lab، يتم تصنيف المختبرات عبر الإنترنت ومساحات التعلم التحقيق (ILSs) وفقا لثمانية أفكار كبيرة من العلوم المعروضة أدناه.

تحويل الطاقة

ولا يمكن أن تنشأ الطاقة ولا تدمر. ولا يمكن تحويله إلا من شكل إلى آخر. تحول الطاقة يمكن أن يؤدي إلى تغيير في الدولة أو الحركة. ويمكن أيضا تحويل الطاقة إلى كتلة والعكس بالعكس.

إصدار للأعمار من 12 إلى 15

عندما يتم تحويل الطاقة من شكل إلى آخر، يبقى مجموع قيمتها ثابتة. نقل الطاقة من هيئة واحدة (أو نظام) إلى آخر أو تغيير في شكله يمكن أن يسبب تغييرا في الدولة أو الحركة. وتسمى كمية الطاقة المنقولة أو المحولة أثناء الحركة العمل.

إصدار للأعمار من 9 إلى 12

الطاقة هي ما يجعل كل تغيير ممكن في جميع أنحاء الكون. الطاقة يمكن أن يكون لها العديد من الوجوه (أشكال) ويمكن نقلها من جسم أو نظام إلى آخر. ومع ذلك، فإن مجموع المبلغ لا يزال ثابتا. لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها.

انهيار فكرة الطاقة الكبيرة للعلوم

أفكار وسيطة من علم أفكار صغيرة من العلم

أشكال حفظ الطاقة ونقل الطاقة

ويمكن نقل الطاقة من جسم إلى آخر أو إلى البيئة عندما تعمل القوة عليها. ومع ذلك، فإن الكمية الإجمالية للطاقة لا تزال دائما على حالها. والشكلان الرئيسيان للطاقة هما الطاقة المحتملة والطاقة الحركية في حين أن شكلين من أشكال "الطاقة العابرة" (أو أنواع عملية النقل) هما الحرارة والعمل.

الطاقة والقوات

يمكن للكائنات التفاعل من مسافة بعيدة أو عند الاتصال، من خلال التفاعلات الأساسية. عندما تحدث هذه التفاعلات، يتم نقل الطاقة أو تحويلها. اعتمادا على القوة العاملة، لدينا أشكال مختلفة من الطاقة.

الطاقة في التفاعلات الكيميائية

الطاقة مطلوبة لحدوث التفاعلات الكيميائية. عندما يتم تشغيل تفاعل كيميائي، يتم تحويل الطاقة. جميع الكائنات الحية تحول الطاقة من شكل إلى آخر لتكون قادرة على تأجيج أنشطتها.

التطور والتنوع البيولوجي

التطور هو أساس كل من وحدة الحياة والتنوع البيولوجي للكائنات الحية (الحية والمنقرضة). تنتقل الكائنات الحية من جيل إلى آخر من المعلومات الوراثية.

إصدار للأعمار من 12 إلى 15

تطورت جميع الكائنات الحية من سلف مشترك. من خلال طفرات الحمض النووي، يمكن أن تظهر سمات جديدة في الكائنات الحية. الكائنات الحية التي هي أفضل تكييفها لبيئتهم البقاء على قيد الحياة ونقل على سماتها إلى أحفادهم.

إصدار للأعمار من 9 إلى 12

الكائنات تتغير عبر الأجيال وتتطور الصفات والمهارات التي تساعدهم على البقاء على قيد الحياة. يتم تخزين جميع المعلومات الوراثية للكائن الحي في الحمض النووي، الذي يوجد في نواة كل خلية. الحمض النووي هو المسؤول عن نقل المعلومات الوراثية من جيل إلى آخر (الميراث).

انهيار التطور والتنوع البيولوجي فكرة كبيرة من العلم

أفكار وسيطة من علم أفكار صغيرة من العلم

اختيار طبيعي ونظرية داروينية

والكائنات الحية التي تتكيف على أفضل ما يمكن تكييفها مع بيئتها تبقى على قيد الحياة وتترك عددا أكبر من النسل من تلك الأقل تكيفا. يتم الحفاظ على الصفات التي تسمح للكائنات الحية بالبقاء على قيد الحياة من خلال آلية الاختيار الطبيعي.

التنوع البيولوجي

تطورت جميع الكائنات الحية من سلف واحد. هناك تباين كبير بين الكائنات الحية، وهو نتيجة للطفرات التي تحدث في الحمض النووي. يتم اختيار أفضل الكائنات المكيفة لبيئة معينة من خلال الاختيار الطبيعي.

القوى الأساسية

وهناك أربعة تفاعلات/قوى أساسية في الطبيعة: الجاذبية، والكهرومغناطيسية، والقوة النووية القوية، والقوى النووية الضعيفة. جميع الظواهر ترجع إلى وجود واحد أو أكثر من هذه التفاعلات. فالقوات تتصرف على الأشياء ويمكنها أن تتصرف عن بعد عبر الحقل المادي المعني، مما يسبب تغييرا في الحركة أو في حالة الأمر.

إصدار للأعمار من 12 إلى 15

الجاذبية والكهرومغناطيسية هما القوتان اللذان تكون آثارهما أكثر وضوحاً بالنسبة لنا. هذه القوتين هي المسؤولة عن معظم الحركات في الكون. حركة كائن يعتمد على كيفية عمل قوة على ذلك.

إصدار للأعمار من 9 إلى 12

عندما تعمل قوة على كائن يمكن أن تغير شكلها أو حالتها من الحركة. لا يمكننا أن نرى قوى ولكن يمكننا فهمها بآثارها. يمكن أن يكون للكائن تأثير على آخر من خلال قوة، إما عن طريق الاتصال به أو من مسافة. هناك عدد محدود من القوى في عالمنا.

انهيار القوات الأساسية فكرة كبيرة من العلم

أفكار وسيطة من علم أفكار صغيرة من العلم

أنواع التفاعلات

ولا يوجد سوى أربعة أشكال من التفاعلات: الجاذبية، والكهرومغناطيسية، والتفاعل النووي القوي، وضعف التفاعل النووي. كل حركة أو تغيير في الدول يرجع إلى واحد أو أكثر من هذه التفاعلات. ويمكن ملاحظة آثار هذه التفاعلات في جميع مقاييس الكون.

القوات والحركة

عندما تعمل قوة (أو أكثر) على كائن، فإن الكائن إما تغيير حالته الحركية أو شكله. اعتماداً على حجم واتجاه القوة الإجمالية الكائن يمكن تنفيذ أنواع مختلفة من الاقتراحات. بالنسبة للأجسام ذات السرعات الأصغر بكثير من سرعة الضوء، يتم وصف الطريقة التي تتصرف بها القوات على الأشياء من قبل قوانين نيوتن. بالنسبة للأجسام ذات السرعات القريبة من سرعة الضوء، يتم وصف الطريقة التي تتصرف بها القوات على الأشياء من قبل نظرية آينشتاين العامة للنسبية.

الكم

على نطاقات صغيرة جدا، يخضع عالمنا لقوانين ميكانيكا الكم. كل المادة والإشعاع يحمل كل من خصائص الموجة والجسيمات. لا يمكننا أن نعرف في وقت واحد موقف وزخم الجسيمات.

إصدار للأعمار من 12 إلى 15

الضوء (الإشعاع الكهرومغناطيسي) يتصرف مثل موجة ولكن يمكن أيضا أن يتصرف كتيار من الجسيمات التي تحمل حزم من الطاقة تسمى الكمية. وعلى نطاقات صغيرة، يمكن للجسيمات أيضا أن تكون بمثابة موجات كمية.

إصدار للأعمار من 9 إلى 12

الميكانيكا الكم دراسات ما يحدث داخل الذرات. المادة في microcosm يتصرف بشكل مختلف مما كانت عليه في macrocosm.

انهيار فكرة الكم الكبيرة للعلوم

أفكار وسيطة من علم أفكار صغيرة من العلم

خصائص الجسيمات دون الذرية

الجزيئات تحت الذرية يتصرف بشكل مختلف عن المادة في macrocosm. في هذه المقاييس، تظهر الجسيمات خصائص الجسيمات والموجات (ازدواجية جسيمات الموجة). كما أنها تخضع لمبدأ عدم اليقين، الذي ينص على أن موقفها وزخمها لا يمكن قياسهما في آن واحد تماما. ويمكن أن تتسبب تفاعلات الجسيمات دون الذرية في تحويل المادة إلى طاقة والعكس بالعكس عن طريق انبعاث أو امتصاص كمية محددة (كمية دنيا) من الطاقة.

الظواهر والتطبيقات

تحدث الظواهر الكمية بسبب تفاعلات الجزيئات دون الذرية وفقا لخصائصها الكمية وطاعة قوانين ميكانيكا الكم. وتستخدم بعض هذه الظواهر في التطبيقات المعاصرة مثل المجهر نفق المسح الضوئي والحوسبة الكم.

الخلايا وأشكال الحياة

الخلايا هي الوحدة الأساسية للحياة. وهي تتطلب إمدادات من الطاقة والمواد. وتستند جميع أشكال الحياة على كوكبنا على هذا العنصر الرئيسي المشترك.

إصدار للأعمار من 12 إلى 15

الخلية هي الوحدة الهيكلية والوظيفية الأساسية للحياة. يمكن أن تتكاثر، والتنفس، وتطوير وإنتاج مجموعة متنوعة من المنتجات. النباتات والحيوانات مصنوعة من الخلايا التي تشكل الأجهزة والأنظمة. الخلايا تتطلب الطاقة التي تجدها من خلال معالجة المواد العضوية و / أو غير العضوية.

إصدار للأعمار من 9 إلى 12

كل كائن حي مصنوع من الخلايا. هناك العديد من أنواع الخلايا التي لها أغراض مختلفة.

كسر الخلايا وأشكال الحياة فكرة كبيرة من العلم

أفكار وسيطة من علم أفكار صغيرة من العلم

هيكل ووظيفة الخلايا

الخلايا هي الوحدة الأساسية للحياة. يمكن أن تكون إما eukaryotic، تحتوي على الأورجانيل ونواة حيث يتم تخزين المواد الوراثية، أو prokaryotic تحتوي على الحمض النووي والبروتينات والأيض كل معا في السيتوبلازم. الخلايا لديها عملية التمثيل الغذائي ويمكن نقل مواد مثل البروتينات والدهون إلى داخل أو خارج الخلية. كل خلية يمكن أن تتطور ليكون لها وظيفة محددة في الكائن الحي. في حين أن بعض الخلايا مبرمجة لبناء وإصلاح الأنسجة والأعضاء، والبعض الآخر يمكن أن يكون لها دور في الحماية من الأمراض، من بين العديد من الوظائف الأخرى.

نمو وتنمية الكائنات الحية

يمكن أن تكون الكائنات الحية أحادية الخلية أو متعددة الخلايا. في حين أن الكائنات أحادية الخلية مصنوعة من خلية واحدة فقط، والكائنات متعددة الخلايا هي أكثر تعقيدا وتتكون من عدة خلايا تشكيل الأجهزة وأنظمة الأعضاء. هذه الكائنات تنمو من خلال تكاثر وتخصص هذه الخلايا. عادة ما تكون الكائنات الدقيقة أحادية الخلية. بعض هذه الطفيليات ويمكن أن تسبب أمراضا ً لكائنات حية أخرى.

الكون لدينا

الأرض جزء صغير جداً من الكون. يتكون الكون من مليارات المجرات، كل منها يحتوي على مليارات النجوم (الشمس) وغيرها من الأجسام السماوية. الأرض جزء صغير من النظام الشمسي مع الشمس في مركزها، والذي بدوره هو جزء صغير جدا من الكون.

إصدار للأعمار من 12 إلى 15

الشمس هي نجمة نظامنا الشمسي وهي أكبر بحوالي 110 مرات في القطر من الأرض. أقرب نجم إلى الشمس هو أكثر قليلا من 4 سنوات ضوئية بعيدا. مجرتنا لديها مليارات النجوم، بعضها أصغر وبعضها أكبر من شمسنا. هناك المليارات من المجرات في عالمنا التي إلى جانب النجوم، وتشمل العديد من أنواع أخرى من الكائنات كذلك.

إصدار للأعمار من 9 إلى 12

الأرض والكواكب الأخرى تدور حول الشمس. الشمس هي نجمة نظامنا الشمسي وهي أكبر بحوالي 100 مرة من الأرض. هناك بلايين النجوم مثل شمسنا في الكون

انهيار فكرة الكون لدينا كبيرة من العلم

أفكار وسيطة من علم أفكار صغيرة من العلم

الأرض والنظام الشمسي

الأرض جزء صغير من نظامنا الشمسي. الشمس في مركز نظامنا الشمسي. الكواكب والكويكبات والمذنبات تدور حول الشمس. بعض الكواكب لديها أقمار تدور حولها. الشمس حوالي 110 مرات أكبر في القطر من الأرض.

مكان الأرض في الكون، الأجسام السماوية

نظامنا الشمسي هو جزء صغير جدا من المجرة لدينا، والذي بدوره هو جزء صغير جدا من الكون. النجوم والكواكب والكويكبات والأقمار ليست الكائنات الوحيدة في الكون. كما توجد في الكون النيبولا، والثقوب السوداء، والنجوم النيوترونية، والنجوم البيضاء والبني.

تاريخ كوننا

لقد ولد كوننا قبل 13.8 مليار سنة. هو مدّد من دولة من جدّا [هيغ-دنستي] و [هيغ-تمرتمثر]. ويسمى هذا "التوسع" الانفجار الكبير. ومنذ ذلك الحين، استمر كوننا في التوسع.

كوكب الأرض

الأرض هي نظام من الأنظمة التي تؤثر وتتأثر بالحياة على هذا الكوكب. العمليات التي تحدث داخل هذا النظام تؤثر على تطور كوكبنا وتشكيل مناخه وسطحه. النظام الشمسي يؤثر أيضا على الأرض والحياة على هذا الكوكب.

إصدار للأعمار من 12 إلى 15

الأرض تتغير باستمرار بسبب التدفق المستمر للطاقة والإشعاع من الشمس، فضلا عن العمليات التي لا تتغير على الأرض. جميع الكائنات الحية تؤثر على الأرض وتتأثر بها.

إصدار للأعمار من 9 إلى 12

وتتأثر أرضنا ومناخها وسطحها بالظواهر الطبيعية وجميع الكائنات الحية. جميع الكائنات الحية تتأثر بكل ما يحدث على كوكبنا.

انهيار كوكب الأرض فكرة كبيرة من العلم

أفكار وسيطة من علم أفكار صغيرة من العلم

النظم الايكولوجيه

وتشمل النظم الإيكولوجية الكائنات الحية والعوامل اللاأحيائية والعلاقات التي تتطور بينها. وتنتقل الطاقة من كائن إلى آخر عن طريق الأغذية، وتُعاد تدوير المادة لاستخدامها مرة أخرى في السلاسل الغذائية.

مواد الأرض وهيكلها

وتتأثر جميع الكائنات الحية بسطح الأرض وموادها ومواردها الطبيعية. لا توجد حياة بدون ماء. هيكلها الداخلي، وحركة لوحات التكتونية والتفاعلات نظام واسع النطاق تحديد الحياة وإخفاء المخاطر الطبيعية للكائنات الحية.

مناخ الأرض

يعتمد مناخ الأرض على تأثير الشمس، ولكنه يتأثر أيضاً بالإنسان. في هذه الأيام، تعاني جميع الكائنات الحية من تغير مناخي عالمي له عواقب متعددة على الكائنات الحية.

هيكل المادة

كل ّ مادة في الكون مصنوعة من جزيئات صغيرة جدا. هم في حركة ثابتة وفي تفاعل مستمر مع بعضهم البعض. الجزيئات الأولية تشكل ذرات وذرات تشكل جزيئات. هناك عدد محدود من أنواع الذرات في الكون التي هي العناصر في الجدول الدوري.

إصدار للأعمار من 12 إلى 15

وهناك عدد محدود من العناصر، وكلها معروضة في الجدول الدوري. الذرات والجزيئات تشكل روابط جديدة من خلال التفاعلات الكيميائية. الجزيئات التي تقوم على الكربون هي أساسية للحياة وتسمى الجزيئات العضوية.

إصدار للأعمار من 9 إلى 12

كل ّ مادة في الكون جعلت من ال نفسه جسيمات أوّليّة يدعى [قوركس] وإلكترونات. الكواركات تشكل البروتونات والنيوترونات. البروتونات والنيوترونات والإلكترونات مجتمعة بطرق مختلفة وأنها تجعل ذرات مختلفة (عناصر). الذرات تشكل جزيئات. كل شيء في حركة ثابتة واعتمادا على كثافة الحركة يمكن العثور عليها في ثلاث ولايات مختلفة: الصلبة أو السائلة أو الغاز.

انهيار هيكل المسألة فكرة كبيرة من العلم

أفكار وسيطة من علم أفكار صغيرة من العلم

هيكل العناصر وخصائصها ووظائفها (جدول دوري)

هناك عدد محدود من العناصر في الكون، وكلها تتكون من الكواركات والإلكترونات. يحدد عدد الكواركات والإلكترونات سلوك كل عنصر.

هيكل وخصائص المادة

تتفاعل الذرات من خلال القوة الكهرومغناطيسية وتخلق جزيئات. يمكن أن تشمل الجزيئات ذرات من نفس العناصر أو عناصر مختلفة. كل نوع من الجزيء له خصائصه الخاصة التي تحدد أيضا كيف يتفاعل مع الجزيئات الأخرى. ويستند استخدام ودور كل نوع من الجزيئات في الطبيعة على خصائصه.

التفاعلات الكيميائية

التفاعلات الكيميائية هي العمليات التي تتفاعل من خلالها الذرات و/أو الجزيئات ويتم دمجها. هناك أنواع مختلفة من التفاعلات الكيميائية ولكنها تصنف أساسا اعتمادا على ما إذا كان النظام يطلق أو يمتص الطاقة.

العمليات النووية

العمليات النووية يمكن أن تغير النواة وبالتالي هيكل الذرة. ويمكن للعملية النووية أن تطلق كميات هائلة من الطاقة.