"科學大觀"是一套貫穿各領域的科學概念,描述了我們周圍的世界,讓我們能夠設想不同自然現象之間的聯繫。"大創意"旨在説明學生瞭解不同學科領域之間以及學校所教授的科目與其"真實生活"體驗之間的聯繫。在 Go-Lab 共用平臺中,線上實驗室和查詢學習空間 (ILS) 根據下面介紹的八大科學理念進行分類。

能源轉型

能量既不能被創造也不能被破壞。它只能從一種形式轉換為另一種形式。能量的轉換會導致狀態或運動的變化。能量也可以轉換為品質,反之亦然。

12 至 15 歲版本

當能量從一種形式轉換到另一種形式時,其總量保持不變。能量從一個身體(或系統)轉移到另一個體(或系統)或其形式的變化可能導致狀態或運動的變化。運動過程中轉移或轉換的能量量稱為工作。

9 至 12 歲版本

能量是使整個宇宙中每一個變化成為可能的原因。能量可以有許多面(形式),它可以從一個身體或系統轉移到另一個。但是,其總金額保持不變。不能創建或銷毀它。

打破科學能源大理念

科學的中間思想 科學的小思想

形式,能源和能源轉移的保存

當一種力量對物體採取行動時,能量可以從物體轉移到另一個物體或環境。但是,能量總量始終保持不變。兩種主要的能量形式是電能和動能,而兩種形式的"在途能量"(或轉移過程的類型)是熱量和工作。

能量和力量

物件可以從遠處或接觸時通過基本交互進行交互。當這些相互作用發生時,能量被轉移或轉換。根據作用力,我們有不同的能量形式。

化學反應中的能量

化學反應需要能量。當化學反應被觸發時,能量被轉化。所有生物將能量從一種形式轉換到另一種形式,從而能夠為其活動提供燃料。

進化與生物多樣性

進化是生命統一和生物生物多樣性(生物和滅絕)的基礎。生物將遺傳資訊從一代傳給另一代。

12 至 15 歲版本

所有生物都是從共同的祖先進化而來的。通過DNA突變,新的特徵可以出現在生物體中。最適合其環境的生物體會存活下來,並將它們的特性傳給後代。

9 至 12 歲版本

生物會代代相傳,發展特徵和技能,説明他們生存。有機體的所有遺傳資訊都儲存在每個細胞的細胞核的DNA中。DNA負責將遺傳資訊從一代傳遞到另一代(遺傳)。

科學進化與生物多樣性大理念的分解

科學的中間思想 科學的小思想

自然選擇與達爾文理論

最適合其環境的生物存活下來,留下的後代數量比那些不太適應的有機體多。通過自然選擇機制,能夠讓生物體存活的特性得以保存。

生物 多樣性

所有生物體都是從單一祖先進化而來的。生物體之間有很大的變異性,這是DNA中發生突變的結果。根據特定環境的最佳適應生物,通過自然選擇進行選擇。

基本力量

自然界有四種基本相互作用/力量:引力、電磁力、強大的核力量和弱核力。所有現象都是由於存在一種或多個這些相互作用。力作用於物體,可以穿過各自的物理場,在遠處作用,導致運動或物質狀態的變化。

12 至 15 歲版本

重力和電磁力是兩種作用在我們最為明顯的力。這兩種力量對宇宙中的大多數運動負責。物體的運動取決於力對它的作用。

9 至 12 歲版本

當力作用於物體時,它可以改變其形狀或運動狀態。我們看不到力量,但我們可以通過它們的影響來理解它們。物體可以通過一種力對另一個物體產生影響,或者通過與其接觸或從遠處接觸。在我們的宇宙中,力量是有限的。

打破科學大觀念的基本力量

科學的中間思想 科學的小思想

交互類型

只有四種形式的相互作用:重力、電磁、強核相互作用和弱核相互作用。狀態的每個運動或變化都是由於一個或多個這些相互作用。這些相互作用的影響可以在宇宙的所有尺度上觀察到。

力和運動

當力(或更多)作用於物件時,該物件將改變其動力學狀態或形狀。根據總力的大小和方向,物件可以執行不同類型的運動。對於速度比光速小得多的物體,牛頓定律描述了力對物體的作用方式。對於速度接近光速的物體,愛因斯坦的廣義相對論描述了力對物體的作用方式。

量子

在很小的尺度上,我們的世界受到量子力學定律的影響。所有物質和輻射都表現出波和粒子的特性。我們不能同時知道粒子的位置和動量。

12 至 15 歲版本

光(電磁輻射)的作用類似于波,但它也可以像攜帶能量包(稱為量子)的粒子流。在小尺度下,粒子也可以充當量子波。

9 至 12 歲版本

量子力學研究原子內部發生的情況。微觀事物中的物質行為與宏觀事物不同。

打破科學的量子大理念

科學的中間思想 科學的小思想

亞原子粒子屬性

亞原子粒子的行為與宏觀中的物質不同。在這些尺度中,粒子同時表現出粒子和波特性(波粒子二元性)。它們還受到不確定性原則的影響,該原則指出,它們的位置和動量不能同時精確測量。亞原子粒子的相互作用可以導致物質轉化為能量,反之亦然,通過發射或吸收特定的量子(最小量)能量。

現象和應用

量子現象的發生是由於亞原子粒子根據其量子特性的相互作用而遵循量子力學定律。其中一些現象用於當代應用,如掃描隧道顯微鏡和量子計算。

細胞和生命形式

細胞是生命的基本單位。它們需要能源和材料的供應。我們星球上所有的生命形式都基於這個共同的關鍵成分。

12 至 15 歲版本

細胞是生命的基本結構和功能單元。它可以複製,呼吸,開發和生產一個變化的產品。植物和動物由形成器官和系統的細胞組成。細胞需要通過處理有機和/或無機物找到的能量。

9 至 12 歲版本

每個活的有機體都是由細胞組成的。有許多類型的細胞有不同的用途。

分解細胞和生命形成科學大理念

科學的中間思想 科學的小思想

細胞的結構和功能

細胞是生命的基本單位。它們可以是真核細胞,包含細胞器和儲存遺傳物質的細胞核,也可以是含有DNA、蛋白質和代謝物的原核細胞,它們都一起存在於細胞質中。細胞具有新陳代謝,可以將蛋白質和脂質等物質輸送到細胞內部或外部。每個細胞可以發展到在生物體中具有特定的功能。雖然有些細胞被程式設計為建立和修復組織和器官,但其他細胞在預防疾病等許多功能方面可以發揮作用。

生物體的生長髮育

生物可以是單細胞或多細胞。雖然單細胞生物只由一個細胞組成,但多細胞生物體更為複雜,由形成器官和器官系統的多個細胞組成。這些生物體通過這些細胞的繁殖和專門化而生長。微生物通常是單細胞的。其中一些是寄生蟲,可以引起其他生物的疾病。

我們的宇宙

地球是宇宙的一小部分。宇宙由數十億個星系組成,每個星系都包含數十億顆恒星(太陽)和其他天體。地球是太陽系的一小部分,太陽的中心,而太陽是宇宙的一小部分。

12 至 15 歲版本

太陽是我們太陽系的恒星,它的直徑大約是地球的110倍。離太陽最近的恒星距離地球4光年。我們的星系有數十億顆恒星,有些比太陽小,有些比太陽大。在我們的宇宙中有數十億個星系,除了恒星之外,還包括許多其他類型的天體。

9 至 12 歲版本

地球和其他行星圍繞太陽運行。太陽是我們太陽系的恒星,它比地球大100倍。宇宙中有數十億顆像我們的太陽一樣的恒星。

打破我們的宇宙大科學理念

科學的中間思想 科學的小思想

地球和太陽系

地球是我們太陽系的一小部分。太陽在我們的太陽系中心;行星、小行星和彗星圍繞太陽運行。有些行星有繞它們轉的衛星。太陽的直徑大約是地球的110倍。

地球在宇宙中的位置,天體

我們的太陽系是我們星系的一小部分,而銀河系又是宇宙的一小部分。恒星、行星、小行星和衛星並不是宇宙中唯一的天體。星雲、黑洞、中子星、白色和棕色恒星也在宇宙中被發現。

我們宇宙的歷史

我們的宇宙誕生於138億年前。它從高密度和非常高的溫度狀態擴展。這種"擴張"被稱為大爆炸。從那時起,我們的宇宙不斷膨脹。

地球

地球是一個系統,它影響和影響地球上的生命。這個系統內發生的過程影響我們星球的演化,並塑造其氣候和表面。太陽系也影響著地球和地球上的生命。

12 至 15 歲版本

地球是不斷變化的,由於不斷的能量和輻射從太陽,以及地球上不變的過程。所有生物都影響地球,並受其影響。

9 至 12 歲版本

我們的地球、氣候和表面都受到自然現象和所有生物的影響。所有生物都受我們星球上發生的一切影響。

打破地球大科學理念

科學的中間思想 科學的小思想

生態

生態系統包括生物體、非生物因素和它們之間發展的關係。能量通過食物從一個有機體轉移到另一個有機體,物質被回收,再次用於食物鏈。

地球材料和結構

所有生物都受到地球表面、物質和自然資源的影響。沒有水就沒有生命。其內部結構、構造板塊的運動和大規模的系統相互作用決定了生物的生命和隱藏自然危害。

地球氣候

地球的氣候取決於太陽的影響,但也受到人類的影響。如今,所有生物都經歷著全球氣候變化,對生物體產生多重影響。

物質結構

宇宙中的所有物質都是由非常小的粒子構成的。它們在不斷運動和不斷相互作用。基本粒子形成原子,原子形成分子。宇宙中有有限數量的原子類型,它們是週期表中的元素。

12 至 15 歲版本

有數量有限的元素,它們都在週期表中顯示。原子和分子通過化學反應形成新的鍵。基於碳的分子是生命的基礎,它們被稱為有機分子。

9 至 12 歲版本

宇宙中的所有物質都是由相同的基本粒子構成的,這些粒子稱為誇克和電子。誇克組成質子和中子。質子、中子和電子以不同的方式結合,它們產生不同的原子(元素)。原子組成分子。所有物質都在恒定運動中,根據運動的強度,可以在三種不同的狀態中找到:固體、液體或氣體。

科學大觀念結構的分解

科學的中間思想 科學的小思想

元素的結構、屬性和功能(週期表)

宇宙中的元素數量有限,它們全部由誇克和電子組成。誇克和電子的數量定義了每個元素的行為。

物質的結構和性質

原子通過電磁力相互作用,產生分子。分子可以包括相同或不同元素的原子。每種類型的分子都有自己的特性,這也決定了它與其他分子的反應方式。自然界中每種分子的使用和作用都基於其性質。

化學反應

化學反應是原子和/或分子相互作用和結合的過程。有不同類型的化學反應,但它們主要根據系統是釋放或吸收能量進行分類。

核加工

核過程可以改變原子核,從而改變原子的結構。核過程可以釋放大量的能量。

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