"科学大观"是一套贯穿各领域的科学概念,描述了我们周围的世界,让我们能够设想不同自然现象之间的联系。"大创意"旨在帮助学生了解不同学科领域之间以及学校所教授的科目与其"真实生活"体验之间的联系。在 Go-Lab 共享平台中,在线实验室和查询学习空间 (ILS) 根据下面介绍的八大科学理念进行分类。

能源转型

能量既不能被创造也不能被破坏。它只能从一种形式转换为另一种形式。能量的转换会导致状态或运动的变化。能量也可以转换为质量,反之亦然。

12 至 15 岁版本

当能量从一种形式转换到另一种形式时,其总量保持不变。能量从一个身体(或系统)转移到另一个体(或系统)或其形式的变化可能导致状态或运动的变化。运动过程中转移或转换的能量量称为工作。

9 至 12 岁版本

能量是使整个宇宙中每一个变化成为可能的原因。能量可以有许多面(形式),它可以从一个身体或系统转移到另一个。但是,其总金额保持不变。不能创建或销毁它。

打破科学能源大理念

科学的中间思想 科学的小思想

形式,能源和能源转移的保存

当一种力量对物体采取行动时,能量可以从物体转移到另一个物体或环境。但是,能量总量始终保持不变。两种主要的能量形式是电能和动能,而两种形式的"在途能量"(或转移过程的类型)是热量和工作。

能量和力量

对象可以从远处或接触时通过基本交互进行交互。当这些相互作用发生时,能量被转移或转换。根据作用力,我们有不同的能量形式。

化学反应中的能量

化学反应需要能量。当化学反应被触发时,能量被转化。所有生物将能量从一种形式转换到另一种形式,从而能够为其活动提供燃料。

进化与生物多样性

进化是生命统一和生物生物多样性(生物和灭绝)的基础。生物将遗传信息从一代传给另一代。

12 至 15 岁版本

所有生物都是从共同的祖先进化而来的。通过DNA突变,新的特征可以出现在生物体中。最适合其环境的生物体会存活下来,并将它们的特性传给后代。

9 至 12 岁版本

生物会代代相传,发展特征和技能,帮助他们生存。有机体的所有遗传信息都储存在每个细胞的细胞核的DNA中。DNA负责将遗传信息从一代传递到另一代(遗传)。

科学进化与生物多样性大理念的分解

科学的中间思想 科学的小思想

自然选择与达尔文理论

最适合其环境的生物存活下来,留下的后代数量比那些不太适应的有机体多。通过自然选择机制,能够让生物体存活的特性得以保存。

生物 多样性

所有生物体都是从单一祖先进化而来的。生物体之间有很大的变异性,这是DNA中发生突变的结果。根据特定环境的最佳适应生物,通过自然选择进行选择。

基本力量

自然界有四种基本相互作用/力量:引力、电磁力、强大的核力量和弱核力。所有现象都是由于存在一种或多个这些相互作用。力作用于物体,可以穿过各自的物理场,在远处作用,导致运动或物质状态的变化。

12 至 15 岁版本

重力和电磁力是两种作用在我们最为明显的力。这两种力量对宇宙中的大多数运动负责。物体的运动取决于力对它的作用。

9 至 12 岁版本

当力作用于物体时,它可以改变其形状或运动状态。我们看不到力量,但我们可以通过它们的影响来理解它们。物体可以通过一种力对另一个物体产生影响,或者通过与其接触或从远处接触。在我们的宇宙中,力量是有限的。

打破科学大观念的基本力量

科学的中间思想 科学的小思想

交互类型

只有四种形式的相互作用:重力、电磁、强核相互作用和弱核相互作用。状态的每个运动或变化都是由于一个或多个这些相互作用。这些相互作用的影响可以在宇宙的所有尺度上观察到。

力和运动

当力(或更多)作用于对象时,该对象将改变其动力学状态或形状。根据总力的大小和方向,对象可以执行不同类型的运动。对于速度比光速小得多的物体,牛顿定律描述了力对物体的作用方式。对于速度接近光速的物体,爱因斯坦的广义相对论描述了力对物体的作用方式。

量子

在很小的尺度上,我们的世界受到量子力学定律的影响。所有物质和辐射都表现出波和粒子的特性。我们不能同时知道粒子的位置和动量。

12 至 15 岁版本

光(电磁辐射)的作用类似于波,但它也可以像携带能量包(称为量子)的粒子流。在小尺度下,粒子也可以充当量子波。

9 至 12 岁版本

量子力学研究原子内部发生的情况。微观事物中的物质行为与宏观事物不同。

打破科学的量子大理念

科学的中间思想 科学的小思想

亚原子粒子属性

亚原子粒子的行为与宏观中的物质不同。在这些尺度中,粒子同时表现出粒子和波特性(波粒子二元性)。它们还受到不确定性原则的影响,该原则指出,它们的位置和动量不能同时精确测量。亚原子粒子的相互作用可以导致物质转化为能量,反之亦然,通过发射或吸收特定的量子(最小量)能量。

现象和应用

量子现象的发生是由于亚原子粒子根据其量子特性的相互作用而遵循量子力学定律。其中一些现象用于当代应用,如扫描隧道显微镜和量子计算。

细胞和生命形式

细胞是生命的基本单位。它们需要能源和材料的供应。我们星球上所有的生命形式都基于这个共同的关键成分。

12 至 15 岁版本

细胞是生命的基本结构和功能单元。它可以复制,呼吸,开发和生产一个变化的产品。植物和动物由形成器官和系统的细胞组成。细胞需要通过处理有机和/或无机物找到的能量。

9 至 12 岁版本

每个活的有机体都是由细胞组成的。有许多类型的细胞有不同的用途。

分解细胞和生命形成科学大理念

科学的中间思想 科学的小思想

细胞的结构和功能

细胞是生命的基本单位。它们可以是真核细胞,包含细胞器和储存遗传物质的细胞核,也可以是含有DNA、蛋白质和代谢物的原核细胞,它们都一起存在于细胞质中。细胞具有新陈代谢,可以将蛋白质和脂质等物质输送到细胞内部或外部。每个细胞可以发展到在生物体中具有特定的功能。虽然有些细胞被编程为建立和修复组织和器官,但其他细胞在预防疾病等许多功能方面可以发挥作用。

生物体的生长发育

生物可以是单细胞或多细胞。虽然单细胞生物只由一个细胞组成,但多细胞生物体更为复杂,由形成器官和器官系统的多个细胞组成。这些生物体通过这些细胞的繁殖和专门化而生长。微生物通常是单细胞的。其中一些是寄生虫,可以引起其他生物的疾病。

我们的宇宙

地球是宇宙的一小部分。宇宙由数十亿个星系组成,每个星系都包含数十亿颗恒星(太阳)和其他天体。地球是太阳系的一小部分,太阳的中心,而太阳是宇宙的一小部分。

12 至 15 岁版本

太阳是我们太阳系的恒星,它的直径大约是地球的110倍。离太阳最近的恒星距离地球4光年。我们的星系有数十亿颗恒星,有些比太阳小,有些比太阳大。在我们的宇宙中有数十亿个星系,除了恒星之外,还包括许多其他类型的天体。

9 至 12 岁版本

地球和其他行星围绕太阳运行。太阳是我们太阳系的恒星,它比地球大100倍。宇宙中有数十亿颗像我们的太阳一样的恒星。

打破我们的宇宙大科学理念

科学的中间思想 科学的小思想

地球和太阳系

地球是我们太阳系的一小部分。太阳在我们的太阳系中心;行星、小行星和彗星围绕太阳运行。有些行星有绕它们转的卫星。太阳的直径大约是地球的110倍。

地球在宇宙中的位置,天体

我们的太阳系是我们星系的一小部分,而银河系又是宇宙的一小部分。恒星、行星、小行星和卫星并不是宇宙中唯一的天体。星云、黑洞、中子星、白色和棕色恒星也在宇宙中被发现。

我们宇宙的历史

我们的宇宙诞生于138亿年前。它从高密度和非常高的温度状态扩展。这种"扩张"被称为大爆炸。从那时起,我们的宇宙不断膨胀。

地球

地球是一个系统,它影响和影响地球上的生命。这个系统内发生的过程影响我们星球的演化,并塑造其气候和表面。太阳系也影响着地球和地球上的生命。

12 至 15 岁版本

地球是不断变化的,由于不断的能量和辐射从太阳,以及地球上不变的过程。所有生物都影响地球,并受其影响。

9 至 12 岁版本

我们的地球、气候和表面都受到自然现象和所有生物的影响。所有生物都受我们星球上发生的一切影响。

打破地球大科学理念

科学的中间思想 科学的小思想

生态

生态系统包括生物体、非生物因素和它们之间发展的关系。能量通过食物从一个有机体转移到另一个有机体,物质被回收,再次用于食物链。

地球材料和结构

所有生物都受到地球表面、物质和自然资源的影响。没有水就没有生命。其内部结构、构造板块的运动和大规模的系统相互作用决定了生物的生命和隐藏自然危害。

地球气候

地球的气候取决于太阳的影响,但也受到人类的影响。如今,所有生物都经历着全球气候变化,对生物体产生多重影响。

物质结构

宇宙中的所有物质都是由非常小的粒子构成的。它们在不断运动和不断相互作用。基本粒子形成原子,原子形成分子。宇宙中有有限数量的原子类型,它们是周期表中的元素。

12 至 15 岁版本

有数量有限的元素,它们都在周期表中显示。原子和分子通过化学反应形成新的键。基于碳的分子是生命的基础,它们被称为有机分子。

9 至 12 岁版本

宇宙中的所有物质都是由相同的基本粒子构成的,这些粒子称为夸克和电子。夸克组成质子和中子。质子、中子和电子以不同的方式结合,它们产生不同的原子(元素)。原子组成分子。所有物质都在恒定运动中,根据运动的强度,可以在三种不同的状态中找到:固体、液体或气体。

科学大观念结构的分解

科学的中间思想 科学的小思想

元素的结构、属性和功能(周期表)

宇宙中的元素数量有限,它们全部由夸克和电子组成。夸克和电子的数量定义了每个元素的行为。

物质的结构和性质

原子通过电磁力相互作用,产生分子。分子可以包括相同或不同元素的原子。每种类型的分子都有自己的特性,这也决定了它与其他分子的反应方式。自然界中每种分子的使用和作用都基于其性质。

化学反应

化学反应是原子和/或分子相互作用和结合的过程。有不同类型的化学反应,但它们主要根据系统是释放或吸收能量进行分类。

核加工

核过程可以改变原子核,从而改变原子的结构。核过程可以释放大量的能量。

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