"Големите идеи на науката" е набор от хоризонтални научни концепции, описващи света около нас и позволявайки ни да заченем връзката между различните природни явления. Големите идеи имат за цел да помогнат на учениците да разберат връзката между различните сфери на темата, както и между темите, на които се обучават в училище и техния "реален" опит. В платформата за споделяне на лаборатории, онлайн лабораториите и анкетни пространства за обучение (ILSs) са класифицирани според осемте големи идеи на науката, представени по-долу.

Трансформация на енергията

Енергията не може да бъде създадена или унищожена. Тя може да се трансформира само от една форма в друга. Трансформацията на енергията може да доведе до промяна в състоянието или движението. Енергията също може да се преобразува в маса и обратно.

Версия за възраст от 12 до 15 години

Когато енергията се трансформира от една форма в друга, общата му сума остава постоянна. Трансферът на енергия от един орган (или система) към друг или промяна във формата му може да доведе до промяна в състоянието или движението. Количеството енергия, прехвърлено или преобразувано по време на движение, се нарича работа.

Версия за възраст от 9 до 12 години

Енергията е това, което прави всяка промяна възможна във Вселената. Енергията може да има много лица (форми) и може да бъде прехвърлена от едно тяло или система към друга. Въпреки това, общата му сума остава постоянна. Не може да бъде създаден или унищожен.

Разрушаването на енергийната голяма идея на науката

Междинни идеи на науката Малки идеи за наука

Форми, опазване на енергийния и енергийния трансфер

Енергията може да бъде прехвърлена от обект към друг или към околната среда, когато дадена сила действа върху нея. Въпреки това, общото количество енергия винаги остава същото. Двете основни форми на енергия са потенциална енергия и кинетична енергия, докато двете форми на "енергия в транзит" (или видове процес на прехвърляне) са топлина и работа.

Енергия и сили

Обектите могат да взаимодействат от разстояние или когато са в контакт, чрез фундаментални взаимодействия. Когато настъпят тези взаимодействия, енергията се прехвърля или трансформира. В зависимост от силата на действие, ние имаме различни форми на енергия.

Енергия в химичните реакции

Енергия се изисква за химични реакции да се появят. Когато се задейства химическа реакция, енергията се трансформира. Всички живи организми трансформират енергията от една форма в друга, за да могат да подхранват дейността си.

Еволюция и биоразнообразие

Еволюцията е основата както на единството на живота, така и на биоразнообразието на организмите (живи и изчезнали). Организмите предават генетична информация от едно поколение на друго.

Версия за възраст от 12 до 15 години

Всички организми са се развили от един общ предшественик. Чрез мутации на ДНК, нови черти могат да се появят в организмите. Организмите, които са най-добре адаптирани към тяхната среда оцеляват и предават своите черти на своите потомци.

Версия за възраст от 9 до 12 години

Организмите се променят през поколенията и развиват черти и умения, които им помагат да оцелеят. Цялата генетична информация на даден организъм се съхранява в ДНК, която се намира в ядрото на всяка клетка. ДНК е отговорна за предаването на генетична информация от едно поколение на друго (наследяване).

Разрушаване на еволюцията и биоразнообразието голяма идея на науката

Междинни идеи на науката Малки идеи за наука

Естествен избор и Даруинанска теория

Организмите, които са най-добре приспособени към тяхната среда, оцеляват и оставят по-голям брой потомци от тези, които са по-малко адаптирани. Черти, които позволяват на организмите да оцелеят, се запазват чрез механизма на естествения подбор.

Биоразнообразието

Всички организми са еволюирали от един предшественик. Има голяма вариабилност между организмите, която е резултат от мутации, които настъпват в ДНК. Най-добре адаптираните организми за конкретна среда се подбират чрез естествен подбор.

Основни сили

Има четири фундаментални взаимодействия/сили в природата: гравитация, електромагнетизъм, силни ядрени и слаби ядрени сили. Всички явления се дължат на наличието на едно или повече от тези взаимодействия. Силите действат върху предмети и могат да действат на разстояние чрез съответното физическо поле, причинявайки промяна в движението или в състоянието на материята.

Версия за възраст от 12 до 15 години

Гравитацията и електромагнетизмът са двете сили, чиито ефекти са най-очевидни за нас. Тези две сили са отговорни за повечето движения във Вселената. Движението на обекта зависи от това как сила действа върху него.

Версия за възраст от 9 до 12 години

Когато дадена сила действа върху обект, тя може да промени формата си или състоянието на движение. Не можем да видим сили, но можем да ги разберем по техните ефекти. Обектът може да има ефект върху друг чрез сила, или чрез контакт с него, или от разстояние. Има ограничен брой сили в нашата вселена.

Разрушаване на основните сили голяма идея на науката

Междинни идеи на науката Малки идеи за наука

Видове взаимодействия

Има само четири форми на взаимодействие: гравитация, електромагнетизъм, силното ядрено взаимодействие и слабото ядрено взаимодействие. Всяко движение или промяна на състояния се дължи на едно или повече от тези взаимодействия. Ефектите от тези взаимодействия могат да бъдат наблюдавани във всички мащаби на Вселената.

Сили и движение

Когато сила (или повече) действа върху обект, обектът или ще промени неговото кинетично състояние или форма. В зависимост от размера и посоката на общата сила, обектът може да извършва различни видове движения. За обекти със скорости много по-малки от скоростта на светлината, начинът, по който силите действат върху обектите, е описан от законите на Нютон. За обекти със скорости, близки до скоростта на светлината, начинът, по който силите действат върху обектите, е описан от общата теория на теорията на Айнщайн.

Квантовата

В много малки мащаби, нашият свят е подложен на законите на квантовата механика. Цялата материя и радиация проявяват както вълни, така и свойства на частиците. Не можем едновременно да знаем позицията и импулса на частица.

Версия за възраст от 12 до 15 години

Light (електромагнитна радиация) се държи като вълна, но тя може да се държи като поток от частици, носещи пакети от енергия, наречена Quanta. При малки люспи частиците могат да действат и като квантови вълни.

Версия за възраст от 9 до 12 години

Квантовата механика изучава какво се случва в атомите. Материята в микросредата се държи по различен начин, отколкото в макрокома.

Разрушаването на квантовата голяма идея за наука

Междинни идеи на науката Малки идеи за наука

Свойства на субатомните частици

Субатомните частици се държат по различен начин от материята в макросредата. В тези везни, частици проявяват както частици и вълни свойства (двойственост вълна-частици). Те също така са обект на принципа на несигурност, който гласи, че тяхната позиция и инерция не могат да бъдат измерени точно едновременно. Взаимодействието на субатомните частици може да доведе до трансформиране на материята в енергия и обратно чрез излъчване или абсорбиране на специфични кванти (минимално количество) енергия.

Феномени и приложения

Квантовите явления настъпват поради взаимодействията на субатомните частици според квантовите им свойства и се подчиняват на законите на квантовата механика. Някои от тези явления се използват в съвременни приложения като сканиращ тунелен микроскоп и квантови изчислителни технологии.

Клетки и форми на живот

Клетките са основната единица на живота. Те изискват доставка на енергия и материали. Всички форми на живот на нашата планета се базират на този общ ключов компонент.

Версия за възраст от 12 до 15 години

Клетката е основната структурна и функционална единица на живота. Може да възпроизвежда, диша, развива и произвежда вариации на продуктите. Растенията и животните са изработени от клетки, които образуват органи и системи. Клетките изискват енергия, която откриват чрез обработката на органична и/или неорганична материя.

Версия за възраст от 9 до 12 години

Всеки жив организъм е изработен от клетки. Има много видове клетки, които имат различни цели.

Разрушаване на клетките и живота форми голяма идея на науката

Междинни идеи на науката Малки идеи за наука

Структура и функция на клетките

Клетките са основната единица на живота. Те могат да бъдат или еукариотни, съдържащи органели и ядро, където генетичният материал се съхранява, или прокариетичен, съдържащ ДНК, протеините и метаболитите, всички заедно в цитоплазмата. Клетките имат метаболизъм и могат да транспортират вещества като протеини и липиди отвътре или отвън на клетката. Всяка клетка може да се развие, за да има специфична функция в организма. Докато някои клетки са програмирани за изграждане и ремонт на тъкани и органи, други могат да имат роля в защитата срещу заболявания, сред много други функции.

Растеж и развитие на организмите

Организмите могат да бъдат едноклетъчни или мултиклетъчни. Макар че едноклетъчните организми са изработени само от една клетка, многоклетъчните организми са по-сложни и се състоят от няколко клетки, образуващи органи и системи на органите. Тези организми растат чрез умножаване и специализация на тези клетки. Микроорганизмите обикновено са едноклетъчни. Някои от тях са паразити и могат да причинят заболявания на други организми.

Нашата вселена

Земята е много малка част от Вселената. Вселената се състои от милиарди галактики, всяка от които съдържа милиарди звезди (Слънцето) и други небесни обекти. Земята е малка част от слънчевата система със слънцето в центъра му, което от своя страна е много малка част от Вселената.

Версия за възраст от 12 до 15 години

Слънцето е звездата на слънчевата система и е около 110 пъти по-голяма в диаметър от земята. Най-близката звезда до Слънцето е на по-малко от 4 светлинни години. Галактиката ни има милиарди звезди, по-малки и по-големи от слънцето. В нашата вселена има милиарди галактики, които освен звездите включват и много други видове обекти.

Версия за възраст от 9 до 12 години

Земята и другите планети обикалят около слънцето. Слънцето е звездата на слънчевата система и е около 100 пъти по-голяма от земята. Има милиарди звезди като нашето слънце във Вселената.

Разрушаването на нашата вселена голяма идея за наука

Междинни идеи на науката Малки идеи за наука

Земята и слънчевата система

Земята е малка част от слънчевата система. Слънцето е в центъра на слънчевата система; планети, астероидите и кометите около слънцето. Някои планети имат спътници около тях. Слънцето е около 110 пъти по-голямо по диаметър от земята.

Мястото на земята във Вселената, небесни обекти

Слънчевата система е много малка част от галактиката, която от своя страна е много малка част от Вселената. Звездите, планетите, астероидите и спътниците не са единствените обекти във Вселената. Небулас, черни дупки, неутрони звезди, бели и кафяви звезди също се срещат във Вселената.

Историята на нашата вселена

Вселената ни е родена преди 13 800 000 000 години. Тя се разширява от състояние на много висока плътност и много висока температура. Това "експанзия" се нарича голям взрив. Оттогава нашата вселена продължаваше да се разширява.

Планета Земя

Земята е система от системи, която влияе и е повлияна от живота на планетата. Процесите, възникващи в тази система, влияят върху еволюцията на нашата планета и оформят нейния климат и повърхност. Слънчевата система влияе и на земята и живота на планетата.

Версия за възраст от 12 до 15 години

Земята е постоянно променяща се поради Постоянния приток на енергия и радиация от слънцето, както и непроменливия процес на земята. Всички живи организми влияят на земята и са повлияни от нея.

Версия за възраст от 9 до 12 години

Нашата земя, климатът и повърхността му са повлияни от естествените феномени и всички живи организми. Всички живи организми са повлияни от всичко, което се случва на нашата планета.

Разрушаването на планетата земя голяма идея на науката

Междинни идеи на науката Малки идеи за наука

Екосистеми

Екосистемите включват организми, абиотични фактори и отношенията, които се развиват между тях. Енергията се прехвърля от един организъм в друг чрез храна и материя се рециклират, за да се използва отново в хранителната верига.

Земни материали и структура

Всички живи организми са засегнати от земната повърхност, материали и природни ресурси. Няма живот без вода. Вътрешната му структура, движението на тектонските плочи и широкомащабни системни взаимодействия определят живота и скриват естествените опасности за организмите.

Климатът на земята

Климатът на земята зависи от въздействието на слънцето, но също така е повлиян от хората. В днешно време всички живи организми преживяват глобално изменение на климата, което има множество последствия за организмите.

Структура на материята

Цялата материя във Вселената е изработена от много малки частици. Те са в постоянно движение и в постоянно взаимодействие един с друг. Елементарни частици образуват атоми и атоми образуват молекули. Има ограничен брой видове атоми във Вселената, които са елементите в периодичната таблица.

Версия за възраст от 12 до 15 години

Има ограничен брой елементи и всички те са представени в периодичната таблица. Атомите и молекулите образуват нови връзки чрез химични реакции. Молекулите, които се базират на въглерод, са основни за живота и се наричат органични молекули.

Версия за възраст от 9 до 12 години

Цялата материя във Вселената е изработена от едни и същи елементарни частици, наречени кварки и електрони. Кварките правят протони и неутрони. Протоните, неутроните и електрони се съчетават по различни начини и правят различни атоми (елементи). Атомите съставят молекули. Цялата материя е в постоянно движение и в зависимост от интензивността на движението тя може да се намери в три различни състояния: твърда, течност или газ.

Разрушаване на структурата на материята голяма идея на науката

Междинни идеи на науката Малки идеи за наука

Структура, свойства и функция на елементите (периодична таблица)

Във вселената има ограничен брой елементи и всички те са съставени от кварки и електрони. Броят на кварките и електрони дефинира поведението на всеки елемент.

Структура и свойства на материята

Атомите взаимодействат чрез електромагнитната сила и създават молекули. Молекулите могат да включват атоми на едни и същи или различни елементи. Всеки тип молекула има свои собствени свойства, които също определят как тя реагира с други молекули. Използването и ролята на всеки вид молекули в природата се основава на неговите свойства.

Химични реакции

Химичните реакции са процесите, чрез които атомите и/или молекулите взаимодействат и се комбинират. Има различни видове химични реакции, но те са предимно категоризирани в зависимост от това дали системата освобождава или абсорбира енергия.

Ядрени процеси

Ядрените процеси могат да променят ядрото и следователно структурата на атома. Ядрения процес може да освободи огромни количества енергия.