Die "Big Ideas of Science" ist eine Reihe von übergreifenden wissenschaftlichen Konzepten, die die Welt um uns herum beschreiben und es uns ermöglichen, die Verbindung zwischen den verschiedenen Naturphänomenen zu konzipieren. Die Big Ideas sollen den Schülern helfen, die Verbindung zwischen den verschiedenen Fachbereichen sowie zwischen den Fächern, die sie in der Schule unterrichten, und ihrer "realen" Erfahrung zu verstehen. In der Go-Lab Sharing Platform werden die Online-Labore und Inquiry Learning Spaces (ILSs) nach den acht unten vorgestellten Big Ideas of Science klassifiziert.
Energietransformation
Energie kann weder geschaffen noch zerstört werden. Es kann nur von einer Form in eine andere transformiert werden. Die Transformation von Energie kann zu einer Veränderung des Zustands oder der Bewegung führen. Energie kann auch in Masse umgewandelt werden und umgekehrt.
Version für Kinder von 12 bis 15 Jahren
Wenn Energie von einer Form in eine andere umgewandelt wird, bleibt ihre Gesamtmenge konstant. Die Übertragung von Energie von einem Körper (oder System) zu einem anderen oder eine Änderung in seiner Form kann zu einer Änderung des Zustands oder der Bewegung führen. Die Menge an Energie, die während einer Bewegung übertragen oder transformiert wird, wird Arbeit genannt.
Version für 9 bis 12 Jahre
Energie ist das, was jede Veränderung im ganzen Universum möglich macht. Energie kann viele Gesichter (Formen) haben und sie kann von einem Körper oder System auf einen anderen übertragen werden. Der Gesamtbetrag bleibt jedoch konstant. Es kann nicht erstellt oder zerstört werden.
Abbau der Energie-Großidee der Wissenschaft
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Formen, Energieeinsparung und Energietransfer Energie kann von einem Objekt in ein anderes oder in die Umgebung übertragen werden, wenn eine Kraft darauf einwirkt. Die Gesamtenergiemenge bleibt jedoch immer gleich. Die beiden Hauptenergieformen sind potentielle Energie und kinetische Energie, während die beiden Formen der "Energie im Transit" (oder Arten von Übertragungsverfahren) Wärme und Arbeit sind. |
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Energie und Kräfte Objekte können aus der Ferne oder in Kontakt über die grundlegenden Interaktionen interagieren. Wenn diese Wechselwirkungen auftreten, wird Energie übertragen oder transformiert. Je nach wirkender Kraft haben wir verschiedene Energieformen. |
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Energie in chemischen Reaktionen Für chemische Reaktionen wird Energie benötigt. Wenn eine chemische Reaktion ausgelöst wird, wird Energie transformiert. Alle lebenden Organismen wandeln Energie von einer Form in eine andere, um ihre Aktivitäten anzuheizen. |
Evolution und Biodiversität
Die Evolution ist die Grundlage sowohl für die Einheit des Lebens als auch für die Artenvielfalt von Organismen (Leben und Aussterben). Organismen geben genetische Informationen von einer Generation an eine andere weiter.
Version für Kinder von 12 bis 15 Jahren
Alle Organismen entwickelten sich aus einem gemeinsamen Vorfahren. Durch Mutationen der DNA können neue Merkmale in Organismen auftreten. Die Organismen, die am besten an ihre Umwelt angepasst sind, überleben und geben ihre Eigenschaften an ihre Nachkommen weiter.
Version für 9 bis 12 Jahre
Organismen verändern sich über Generationen und entwickeln Eigenschaften und Fähigkeiten, die ihnen helfen, zu überleben. Alle genetischen Informationen eines Organismus werden in der DNA gespeichert, die im Zellkern gefunden wird. Die DNA ist verantwortlich für die Weitergabe genetischer Informationen von einer Generation an eine andere (Vererbung).
Abbau der Evolution und Biodiversität Große Idee der Wissenschaft
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Natürliche Selektion und Darwinsche Theorie Organismen, die am besten an ihre Umwelt angepasst sind, überleben und hinterlassen eine größere Anzahl von Nachkommen als diejenigen, die weniger angepasst sind. Eigenschaften, die Organismen das Überleben ermöglichen, werden durch den Mechanismus der natürlichen Selektion erhalten. |
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artenvielfalt Alle Organismen entwickelten sich aus einem einzigen Vorfahren. Es gibt eine große Variabilität zwischen Organismen, die das Ergebnis von Mutationen ist, die in der DNA auftreten. Die am besten angepassten Organismen für eine bestimmte Umgebung werden durch natürliche Selektion ausgewählt. |
Fundamental Forces
Es gibt vier grundlegende Wechselwirkungen/Kräfte in der Natur: Gravitation, Elektromagnetismus, starke Kernkraft und schwache Kernkräfte. Alle Phänomene sind auf das Vorhandensein einer oder mehrerer dieser Wechselwirkungen zurückzuführen. Kräfte wirken auf Objekte und können in der Ferne durch das jeweilige physikalische Feld wirken, was zu einer Änderung der Bewegung oder des Zustands der Materie führt.
Version für Kinder von 12 bis 15 Jahren
Schwerkraft und Elektromagnetismus sind die beiden Kräfte, deren Auswirkungen uns am deutlichsten sind. Diese beiden Kräfte sind für die Mehrheit der Bewegungen im Universum verantwortlich. Die Bewegung eines Objekts hängt davon ab, wie eine Kraft auf sie einwirkt.
Version für 9 bis 12 Jahre
Wenn eine Kraft auf ein Objekt einwirkt, kann sie ihre Form oder ihren Bewegungszustand ändern. Wir können keine Kräfte sehen, aber wir können sie durch ihre Auswirkungen verstehen. Ein Objekt kann durch eine Kraft einen Effekt auf ein anderes Objekt haben, entweder durch Kontakt mit ihm oder aus der Ferne. Es gibt eine begrenzte Anzahl von Kräften in unserem Universum.
Abbau der Fundamental forces Große Idee der Wissenschaft
| Zwischenideen der Wissenschaft | Kleine Ideen der Wissenschaft |
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Arten von Interaktionen Es gibt nur vier Formen von Wechselwirkungen: Schwerkraft, Elektromagnetismus, die starke kerntechnische Wechselwirkung und die schwache nukleare Wechselwirkung. Jede Bewegung oder Änderung von Zuständen ist auf eine oder mehrere dieser Wechselwirkungen zurückzuführen. Die Auswirkungen dieser Wechselwirkungen können in allen Skalen des Universums beobachtet werden. |
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Kräfte und Bewegung Wenn eine Kraft (oder mehr) auf ein Objekt wirkt, ändert das Objekt entweder seinen kinetischen Zustand oder seine Form. Abhängig von der Größe und der Richtung der Gesamtkraft kann das Objekt verschiedene Bewegungsarten ausführen. Bei Objekten, deren Geschwindigkeit viel kleiner ist als die Lichtgeschwindigkeit, wird die Art und Weise, wie Kräfte auf Objekte wirken, durch Newtons Gesetze beschrieben. Bei Objekten mit Lichtgeschwindigkeiten wird die Art und Weise, wie Kräfte auf Objekte wirken, durch Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beschrieben. |
Quantum
In sehr kleinen Maßstäben unterliegt unsere Welt den Gesetzen der Quantenmechanik. Alle Materie und Strahlung weisen sowohl Wellen- als auch Partikeleigenschaften auf. Wir können nicht gleichzeitig die Position und den Impuls eines Teilchens kennen.
Version für Kinder von 12 bis 15 Jahren
Licht (elektromagnetische Strahlung) verhält sich wie eine Welle, aber es kann sich auch wie ein Strom von Teilchen verhalten, die Energiepakete tragen, die Quanta genannt werden. In kleinen Maßstäben können Teilchen auch als Quantenwellen fungieren.
Version für 9 bis 12 Jahre
Die Quantenmechanik untersucht, was in Atomen geschieht. Materie im Mikrokosmos verhält sich anders als im Makrokosmos.
Abbau der Quanten-Großidee der Wissenschaft
| Zwischenideen der Wissenschaft | Kleine Ideen der Wissenschaft |
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Eigenschaften subatomarer Teilchen Subatomare Teilchen verhalten sich anders als Materie im Makrokosmos. In diesen Skalen weisen Partikel sowohl Partikel- als auch Welleneigenschaften auf (Wellen-Teilchen-Dualität). Sie unterliegen auch dem Unsicherheitsprinzip, das besagt, dass ihre Position und Dynamik nicht genau gleichzeitig gemessen werden können. Wechselwirkungen subatomarer Teilchen können die Umwandlung von Materie in Energie und umgekehrt verursachen, indem sie spezifische Quanten (eine minimale Menge) Energie aussenden oder absorbieren. |
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Phänomene und Anwendungen Quantenphänomene treten aufgrund der Wechselwirkungen subatomarer Teilchen entsprechend ihren Quanteneigenschaften auf und gehorchen den Gesetzen der Quantenmechanik. Einige dieser Phänomene werden in modernen Anwendungen wie dem Rastertunnelmikroskop und Quantencomputer eingesetzt. |
Zellen und Lebensformen
Zellen sind die grundlegende Lebenseinheit. Sie erfordern eine Versorgung mit Energie und Materialien. Alle Lebensformen auf unserem Planeten basieren auf dieser gemeinsamen Schlüsselkomponente.
Version für Kinder von 12 bis 15 Jahren
Die Zelle ist die grundlegende strukturelle und funktionelle Lebenseinheit. Es kann sich vermehren, atmen, entwickeln und eine Variation von Produkten produzieren. Pflanzen und Tiere bestehen aus Zellen, die Organe und Systeme bilden. Zellen benötigen Energie, die sie durch die Verarbeitung organischer und/oder anorganischer Stoffe finden.
Version für 9 bis 12 Jahre
Jeder lebende Organismus besteht aus Zellen. Es gibt viele Arten von Zellen, die unterschiedliche Zwecke haben.
Abbau der Zellen und Lebensformen Große Idee der Wissenschaft
| Zwischenideen der Wissenschaft | Kleine Ideen der Wissenschaft |
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Struktur und Funktion der Zellen Zellen sind die grundgleiche Einheit des Lebens. Sie können entweder eukaryotisch sein, Organellen und einen Kern enthalten, in dem das genetische Material gespeichert ist, oder prokaryotisch, das die DNA, Proteine und Metaboliten enthält, die alle zusammen im Zytoplasma enthalten. Zellen haben Stoffwechsel und können Substanzen wie Proteine und Lipide nach innen oder außen transportieren. Jede Zelle kann sich entwickeln, um eine bestimmte Funktion im Organismus zu haben. Während einige Zellen für den Bau und die Reparatur von Geweben und Organen programmiert sind, können andere eine Rolle beim Schutz vor Krankheiten spielen, unter vielen anderen Funktionen. |
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Wachstum und Entwicklung von Organismen Organismen können einzellig oder mehrzellig sein. Während einzellige Organismen nur aus einer Zelle bestehen, sind mehrzellige Organismen komplexer und bestehen aus mehreren Zellen, die Organe und Organsysteme bilden. Diese Organismen wachsen durch die Vermehrung und Spezialisierung dieser Zellen. Mikroorganismen sind in der Regel einzellig. Einige davon sind Parasiten und können Krankheiten für andere Organismen verursachen. |
Unser Universum
Die Erde ist ein sehr kleiner Teil des Universums. Das Universum besteht aus Milliarden von Galaxien, von denen jede Milliarden von Sternen (Sonnen) und andere Himmelsobjekte enthält. Die Erde ist ein kleiner Teil des Sonnensystems mit der Sonne in ihrem Zentrum, das wiederum ein sehr kleiner Teil des Universums ist.
Version für Kinder von 12 bis 15 Jahren
Die Sonne ist der Stern unseres Sonnensystems und ist etwa 110-mal größer im Durchmesser als die Erde. Der nächste Stern zur Sonne ist etwas mehr als 4 Lichtjahre entfernt. Unsere Galaxie hat Milliarden von Sternen, einige kleiner und einige größer als unsere Sonne. Es gibt Milliarden von Galaxien in unserem Universum, die neben Sternen auch viele andere Arten von Objekten umfassen.
Version für 9 bis 12 Jahre
Die Erde und die anderen Planeten umkreisen die Sonne. Die Sonne ist der Stern unseres Sonnensystems und etwa 100-mal größer als die Erde. Es gibt Milliarden von Sternen wie unsere Sonne im Universum.
Zerschlagung der großen Idee unseres Universums der Wissenschaft
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Erde und Sonnensystem Die Erde ist ein kleiner Teil unseres Sonnensystems. Die Sonne ist im Zentrum unseres Sonnensystems; Planeten, Asteroiden und Kometen um die Sonne kreisen. Einige Planeten haben Monde, die um sie herum kreisen. Die Sonne ist etwa 110-mal größer im Durchmesser als die Erde. |
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Der Platz der Erde im Universum, himmlische Objekte Unser Sonnensystem ist ein sehr kleiner Teil unserer Galaxie, die wiederum ein sehr kleiner Teil des Universums ist. Sterne, Planeten, Asteroiden und Monde sind nicht die einzigen Objekte im Universum. Nebulas, Schwarzlöcher, Neutronensterne, weiße und braune Sterne sind auch im Universum zu finden. |
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Die Geschichte unseres Universums Unser Universum wurde vor 13,8 Milliarden Jahren geboren. Es expandierte aus einem Zustand sehr hoher Dichte und sehr hoher Temperatur. Diese "Erweiterung" wird der Urknall genannt. Seitdem hat sich unser Universum immer weiter ausdehnt. |
Planet Erde
Die Erde ist ein System von Systemen, das das Leben auf dem Planeten beeinflusst und beeinflusst. Die Prozesse, die in diesem System stattfinden, beeinflussen die Evolution unseres Planeten und formen sein Klima und seine Oberfläche. Das Sonnensystem beeinflusst auch die Erde und das Leben auf dem Planeten.
Version für Kinder von 12 bis 15 Jahren
Die Erde verändert sich ständig aufgrund des ständigen Energie- und Strahlungsflusses von der Sonne sowie der unveränderlichen Prozesse auf der Erde. Alle lebenden Organismen beeinflussen die Erde und sind davon betroffen.
Version für 9 bis 12 Jahre
Unsere Erde, ihr Klima und ihre Oberfläche werden von Naturphänomenen und allen lebenden Organismen beeinflusst. Alle lebenden Organismen sind von allem betroffen, was auf unserem Planeten geschieht.
Zerschlagung des Planeten Erde Große Idee der Wissenschaft
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Ökosysteme Ökosysteme umfassen Organismen, abiotische Faktoren und die Beziehungen, die sich zwischen ihnen entwickeln. Energie wird durch Nahrung von einem Organismus zum anderen übertragen und Materie wird recycelt, um sie wieder in Nahrungsketten zu verwenden. |
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Erdmaterialien und -struktur Alle lebenden Organismen sind von der Erdoberfläche, den Materialien und den natürlichen Ressourcen betroffen. Es gibt kein Leben ohne Wasser. Seine innere Struktur, die Bewegung von tektonischen Platten und großflächige Systemwechselwirkungen bestimmen das Leben und verbergen natürliche Gefahren für die Organismen. |
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Das Klima der Erde Das Klima der Erde hängt von den Auswirkungen der Sonne ab, wird aber auch vom Menschen beeinflusst. Heutzutage erleben alle lebenden Organismen einen globalen Klimawandel, der mehrere Folgen für Organismen hat. |
Struktur der Materie
Alle Materie im Universum besteht aus sehr kleinen Teilchen. Sie sind in ständiger Bewegung und in ständiger Interaktion miteinander. Elementarteilchen bilden Atome und Atome Moleküle. Es gibt eine endliche Anzahl von Arten von Atomen im Universum, die die Elemente in der Periodentabelle sind.
Version für Kinder von 12 bis 15 Jahren
Es gibt eine endliche Anzahl von Elementen, die alle in der Periodentabelle dargestellt werden. Atome und Moleküle bilden durch chemische Reaktionen neue Bindungen. Moleküle, die auf Kohlenstoff basieren, sind grundlegend für das Leben und werden organische Moleküle genannt.
Version für 9 bis 12 Jahre
Alle Materie im Universum besteht aus denselben Elementarteilchen, quarks und elektronens. Quarks bilden Protonen und Neutronen. Protonen, Neutronen und Elektronen kombinieren sich auf unterschiedliche Weise und bilden verschiedene Atome (Elemente). Atome bilden Moleküle. Alle Materie ist in ständiger Bewegung und je nach Intensität der Bewegung kann sie in drei verschiedenen Zuständen gefunden werden: fest, flüssig oder Gas.
Abbau der Struktur der Materie Große Idee der Wissenschaft
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Struktur, Eigenschaften und Funktion von Elementen (Periodisches System) Es gibt eine endliche Anzahl von Elementen im Universum, und sie bestehen alle aus den Quarks und Elektronen. Die Anzahl der Quarks und Elektronen definiert das Verhalten jedes Elements. |
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Struktur und Eigenschaften der Materie Atome interagieren durch die elektromagnetische Kraft und erzeugen Moleküle. Moleküle können Atome derselben oder unterschiedlicher Elemente enthalten. Jeder Molekültyp hat seine eigenen Eigenschaften, die auch definieren, wie es mit anderen Molekülen reagiert. Die Verwendung und Rolle jeder Art von Molekülen in der Natur basiert auf ihren Eigenschaften. |
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Chemische Reaktionen Chemische Reaktionen sind die Prozesse, durch die Atome und/oder Moleküle interagieren und kombiniert werden. Es gibt verschiedene Arten von chemischen Reaktionen, aber sie werden hauptsächlich kategorisiert, je nachdem, ob das System Energie freisetzt oder absorbiert. |
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Nukleare Prozesse Nukleare Prozesse können den Kern und damit die Struktur eines Atoms verändern. Der Nuklearprozess kann enorme Energiemengen freisetzen. |
