自然界中的科學現象范文

導語：如何才能寫好一篇自然界中的科學現象，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：自然哲學；科學；科學事實；經驗；解釋；嚴格檢驗；實驗方法

中圖分類號：B82-058；N031-文獻標識碼：A 文章編號：1671-6604（2013）04-0069-04

“科學”一詞在西方直到18世紀初才逐漸被普遍使用，科學在古代屬于自然哲學?？茖W能夠從自然哲學體系中脫離出來，走上獨立發展的道路，這無疑應當歸功于實驗方法的誕生，因為實驗方法不僅能使人們獲得系統的、精確的、全面的、定向的經驗，這種經驗可以對科學解釋進行嚴格檢驗，使之成為名副其實的“實證知識”，從而把它與屬于“形而上學知識”的哲學區分開來，而且實驗方法還能使人類獲得科學研究所需的典型的、純粹的、系統的、專業的“科學事實”，為科學研究提供更豐富、更可靠、更具體精確的感性材料。這充分說明，科學方法在科學研究中起著決定性作用，是推動科學進步的重要動力。

一、科學和自然哲學都是人類對自然界的認識和解釋體系

在古代，人類對自然界中一系列紛繁復雜的現象總感到十分驚異，人類在好奇心和驅除愚昧無知的欲望驅使下，運用天生的邏輯推理能力和想象力對這些自然現象進行試探性解釋，這些試探性解釋就是早期的自然哲學。正如亞里士多德所說，“古往今來人們開始哲理探索，都應起于對自然萬物的驚異；他們先是驚異于種種迷惑的現象，逐漸一點一滴的解釋，對一些較重大的問題，例如日月與星的運行以及宇宙之創生，作成說明”。

從本質上看，這種自然哲學其實就是宇宙觀、自然觀，即人們對自然界或宇宙的看法。人們對自然界或宇宙的看法或解釋分兩種類型：一類是對整個自然界總體的、抽象的、籠統的解釋，一類是對自然界中具體現象的分門別類的、精確的解釋。比如，自然界中幾乎無限多樣性的物質形態是從何而來的呢？有人認為，宇宙萬物都是由水演化而來的，一切都來源于水；有人認為是由火演化而來的，一切來源于火又復歸于火；也有人認為宇宙萬物是由原子演化而來，不同的原子通過不同的排列組合而構成多種多樣的物質形態；甚至還有人認為整個宇宙都是由氣衍生而來的等等。很顯然，像這些對整個自然界的構成的解釋就屬于總體的、抽象的、思辨的、籠統的解釋，這樣的解釋在人類經驗范圍內不可能得到檢驗。原因是，人類的經驗是在人與自然界的相互作用中，并在各種特定條件下獲得的，因而經驗的性質是具體的、個別的、特定的，用人類具體的、個別的、特定的經驗去驗證總體的、抽象的、思辨的、籠統的知識當然是不可能的：具體的事實不能最終證明抽象的、思辨的觀念，個別的經驗最終不能證明總體的、籠統的理論。事實上，我們永遠不可能通過觀察或舉例說明來論證宇宙萬物是由水或火或氣或原子構成的，我們不可能通過觀察或舉例說明來論證世界是簡單的、有序的，或是復雜的、無序的，等等。所以，我們把人類對自然界總體的、抽象的、思辨的、籠統的看法或解釋或知識叫做“自然哲學”，它們在人類經驗范圍內永遠不可能得到檢驗，因而完全屬于“形而上學”（metaphysics）。作為所謂本體論學說，形而上學是哲學的核心。

然而，另一類對自然界中具體現象的分門別類的、精確的解釋或看法完全可以在人類經驗范圍內得到檢驗，甚至嚴格檢驗。比如，太陽為什么每天從東方升起至西方落下，而且還有白天和黑夜之分呢？有人提出，因為地球是宇宙的中心，是不動的，而其他所有天體，包括太陽、月亮、火星、金星等，都圍繞地球轉，太陽圍繞地球轉一圈就是一天，當太陽處于我們的正面時就是白天，處于背面時就是黑夜。又如，為什么木頭會浮在水面上，而石頭沉到水底下呢？阿基米德認為，因為水對浸沒在其中的物體都會產生向上的浮力，他通過推理認為浮力的大小恰好等于排開水的重量，由于木頭密度小，體積相對大，所以排開水的重量大于其重量，因而上??；而石頭由于密度大，體積相對小，所以排開水的重量小于其重量，因而下沉。不用說，像這些對自然界某種或某類現象為何如此產生的具體看法或解釋，人們完全可以通過邏輯分析和經驗對照相結合的方法對之進行嚴格檢驗。事實上，關于地心說、阿基米德的浮力假說等等，都經歷了邏輯分析和經驗對照相結合的多次嚴格檢驗，其中有些被證明是“正確的”，有些則被證偽。

不過在古代，人類只能通過觀察獲得經驗，而且也沒有精密的儀器發現更多、更系統、更精確、更典型的自然現象，因此人類獲得的經驗在絕大多數情況下是零散的、不精確的、不定向的、片面的，要靠這些經驗去嚴格檢驗人們對自然界的解釋（即“科學假說”），在絕大多數情況下都是不可能的。典型的例子是，亞里士多德認為“物體下落的速度與其重量成正比”，“力是物體運動的原因”，如果僅憑觀察獲得的經驗對它們進行嚴格檢驗，是無論如何也做不到的。實際上，在很大程度上也正是由于人類僅憑直接觀察或僅憑感覺器官所獲得的關于自然界的信息是不全面、不系統、不精確的，甚至是錯誤的，因而既不可能為人類更廣泛、更深入地探索自然界的奧秘，解釋自然界提供系統、精確的感性材料，也不可能對具體的、分門別類的“科學假說”做出嚴格檢驗。

既然古代人無論是對自然界總體的、抽象的、籠統的解釋或認識（自然哲學），還是對自然界具體的、分門別類的、精確的解釋或認識（自然科學），都不可能在人類經驗范圍內得到嚴格檢驗，那么對它們當然也就無法做出明確區分。這就是古代自然哲學和自然科學同為一家的最主要、最直接的原因。因此在古代，科學一般是以一種潛在的形式存在于自然哲學母體中。

二、實驗方法的誕生和科學儀器的使用使科學與自然哲學徹底分離

盡管在古代，科學與自然哲學由于人類認識世界的水平和方法所限，它們無法區分開，但畢竟科學與自然哲學之間存在本質不同：自然哲學其本身的性質決定了它在人類經驗范圍內永遠不可能得到嚴格檢驗，而科學的性質決定了它完全可以在人類經驗范圍內得到嚴格檢驗。在古代，科學之所以在絕大多數情況下不可能在人類經驗范圍內得到嚴格檢驗，僅僅是由于古代人只通過觀察無法獲得廣泛的、系統的、全面的、精確的、專業的、定向的經驗事實（或科學事實）。這當然就意味著，當人類通過某種方法能夠獲得廣泛的、系統的、全面的、精確的、專業的、定向的經驗事實時，那么科學與自然哲學就可以區分開。

不言而喻，當伽利略發明用實驗方法研究自然界時，人們就可以獲得廣泛的、系統的、全面的、精確的、專業的、定向的經驗事實，因而就可以把科學與自然哲學徹底區分開來。需要指出的是，實驗方法的誕生和科學儀器的使用是緊密結合在一起的。從本質上看，實驗方法作為獲得科學研究和嚴格檢驗科學知識所需的經驗事實或科學事實的手段，就是根據研究目的的需要，運用科學儀器和實驗設備這樣的人工方法，創造自然現象的過程。實驗方法之所以能夠幫助人們獲得科學所需的系統、全面、精確、專業的科學事實，科學儀器和實驗設備的使用是其中的重要原因。

人類僅憑感覺器官通過觀察獲得的自然界信息是十分有限的，而且這些信息一般而言也不系統、不全面、不精確、不專業。比如，僅憑肉眼，人類看不到很遠的東西，看不到像病毒、細菌這樣小的東西，而且只能看到可見光，紫外線、紅外線都看不到；僅憑耳朵，只能聽到20～20000赫茲的聲音，低于20赫茲的次聲波和超過20000赫茲的超聲波人類都聽不到；僅憑身體，溫度很低的物體和溫度很高的物體都不能觸摸；諸如此類，不一而足。因此，人類僅憑感官，自然界中的絕大部分信息都不可能接收到。這樣，人類認識研究自然界就不可能得到足夠多的感性材料，也無法對有關科學假說進行精確判斷。而在科學儀器和實驗設備的幫助下，人類可以從自然界中獲得系統得多、全面得多、精確得多的信息。比如說，人類使用顯微鏡可以輕而易舉地看到細菌、病毒、細胞等微小事物；使用望遠鏡可以看到更遙遠的天體，可以看到太陽黑子的活動，看到月亮上的山脈；使用聲納系統可以聽到次聲波和超聲波；使用溫度計可以精確測出微小的溫度差異等等。很顯然，這些系統、全面、精確的信息既可以作為人類認識研究自然界的重要科學事實或感性材料，也可以對有關科學假說進行嚴格檢驗。

實驗方法除使用儀器幫助人們獲得數量多、質量高的自然界信息外，它還有以下優點：

第一，實驗方法可以使人類獲得精確的、純粹的經驗事實或科學事實。馬克思曾指出：“物理學家是在自然過程表現得最確實，最少受干擾的地方考察自然過程的，或者，如有可能，是在保證過程以其純粹形態進行的條件下從事實驗的?！痹诳茖W研究中科學家通過科學儀器和實驗設備所創造的條件，使人類需要認識的事物的某種屬性或相互關系在簡化、純化、典型、精確的狀態下顯現出來，從而使人類獲得純粹的、精確的科學事實。這樣的科學事實不僅是科學研究所需的“高質量”感性材料，也可以對科學假說做出嚴格檢驗。

第二，實驗方法可以使自然界中的事物或現象處于特定的極端狀態，從而使人類獲得在這種極端條件下所出現的極端的科學事實。比如，科學家根據科學研究的需要在實驗室中制造出各種極端狀態，如超高溫、超低溫、超高壓、超強電磁場、超純度物質等，以研究事物在這些極端狀態下的性質、特征等，這無疑大大拓展了人類研究自然界的范圍，并促進科學研究的不斷深入。

第三，實驗方法可以使人類獲得“人造的”科學事實。天然自然中的許多現象對科學研究而言，其演化過程不是太慢，就是太快，有些現象甚至只出現一次就再也不會重復出現，這樣，就給人類研究自然界和檢驗有關科學假說帶來極大困難。如，要證明自由落體運動的速度與時間的關系u=gt和下落高度與時間的關系h=1/2gt2，那么光憑觀察來進行驗證是根本不可能的，因為物體下落速度太快，人類憑感官根本無法獲得下落速度或下落高度與下落時間的精確值。但通過實驗方法人類可以輕而易舉地人為控制自然現象演化過程，使演化太慢的過程得到加快，使演化太快的過程變慢，使不能重復的自然過程再現。這樣，就可以使人類獲得經過精心改造過的“人造的”科學事實。很顯然，這樣的科學事實作為科學研究的感性材料或作為檢驗科學假說的“經驗”，既具有系統性、定向性，又具有精確性、可靠性。

總之，以科學儀器和實驗設備的運用為特征的實驗方法由于能使人類完全擺脫時間、空間和其他客觀自然條件的限制，根據科學研究目的的需要，“創造出”比天然自然中更多、更全面、更精確、更系統、更典型、更專業的科學事實，利用這些科學事實或經驗事實不僅可為人類對自然界進行具體的、分門別類的研究提供更廣泛的感性材料，而且還可以對有關科學假說進行精確、嚴格檢驗。這樣，自然科學就作為“實證科學”徹底地從作為“形而上學”的自然哲學母體中獨立、分化出來。

三、啟示

從科學儀器的使用和實驗方法的誕生最終促進了近代科學從自然哲學體系中獨立出來這一事實，我們可以得到如下啟示：

第一，科學方法對科學研究或推動科學的發展具有決定性作用。中國有句古話，“工欲善其事，必先利其器”，這里的“器”，就是做事的工具、手段或方法。我們做任何事都要借助某種方法，進行科學研究更不例外。方法使用不當，事倍功半，甚至根本無法完成任務；方法使用得當，事半功倍。因此我們可以毫不夸張地說，科研人員能否順利完成科研任務，獲得成功，在很大程度上就取決于能否巧妙、靈活、適當地運用各種科學方法。

第二，科學方法對科學創新具有重要意義?？茖W方法不僅可以使科研人員順利完成事先設定好的科研課題，而且還可以促進科研人員開辟新的科研領域，明確新的研究方向，促進新學科的創立。科學史上，施萊登、施旺正是由于利用顯微鏡進行觀察，才發現了細胞，并建立了細胞學說；麥克斯韋正是由于運用了數學方法，把法拉第的電磁場理論轉譯成數學語言，才預言了電磁波的存在，從而為電動力學奠定了堅實的基礎；德布羅依正是運用了類比方法，才提出了物質波假說等等。

第三，科學方法是哲學影響科學發展的中介。認為，有什么樣的世界觀就有什么樣的方法論，這就是說，人們的方法論與其哲學思想是一致的。而科學方法作為人們哲學思想或世界觀的延伸，對科學研究和科學創新具有重要作用，這充分說明了哲學思想對科學研究和科學創新具有決定性影響。正如恩格斯所說：“不管自然科學家采取什么樣的態度，他們還得受哲學的支配?！倍袊茖W工作者的科學創新能力差的重要原因之一，就是缺乏必要的哲學修養，缺乏獨特的哲學思想。

篇2

Physics, Etvs University, Hungary

Dezs Varjú, University Tübingen,

Germany

Polarized light in

Animal Vision

Polarization Patterns in Nature

2004, 447pp.

Hardcover EUR 189.95

ISBN 3-540-40457-0

Gabor Horvath, Dezso Varju著

人眼只能分辨出光線的亮度和顏色，可是許多動物可以利用偏振光獲得更多的視覺信息。本書介紹了圖像偏振測定方法、測量光偏振的具體技術，以及存在于自然界中不同類型的偏振模式，比較令人感興趣的內容有：動物如何利用偏振功能？基于生理學感光性原理給出了一些研究案例，例如：蜜蜂或者螞蟻如何利用偏振光識別方向，水生動物如何憑借水下偏振來確定方向，解釋了人造物質如何影響動物對自然光的識別。

全書共33章，可分為三個部分。第一部分介紹了圖像偏振測定的基本方法，這些方法已被高效地使用，例如在大氣光學、遙感和生態學等領域。第二部分介紹了自然界中光學環境的偏振模式，例如：日出日落、晴天陰天、月光夜、全日食；在這些不同的環境條件下，表現出不同的空中偏振強度；給出天空中不同環境下的非偏振點，例如在日光下、月光下、晴朗的天空、多云以及全日食情況下等；介紹了彩虹的偏震模式，日全食期間的日冕偏振光，水面、霧氣和水下光的偏振特征；解釋了水生昆蟲為什么不受霧氣的影響；討論了自然界中存在的環狀偏振光。第三部分簡述了動物如何察覺和利用自然界的偏振光，描述了視覺和行為機理。首先介紹了人類和動物感覺器官的敏感度，并給出了一些受偏振敏感度影響的例證，例如空中的、地面的和水中的動物，如何利用偏振現象確定方向；自然環境或多或少受人類文明的影響，例如人造物質、原油、廢油表面、瀝青路、玻璃狀物表面、用于農業的塑料薄膜；解釋了為什么蜉蝣或蜻蜓將卵全部產到瀝青路面甚至車身上，介紹了開放式油箱對一些昆蟲的危害，以及其外表如何成為昆蟲的陷阱；討論了常見的方法誤差，其常常與實驗研究偏振敏感度相關。

本書的出版得益于圖像偏振測定法在近十年來的發展，書中有線狀偏振的高清晰度直觀圖127幅，其中16幅為彩色圖片；書后含有32頁的參考文獻，8頁主題索引，以及一些與偏振相關的著作。本書試圖在物理學和生物學領域架起一座橋梁，通過許多動物身上存在的偏振測定察覺出相應的信息，解釋光學生活環境中隱藏的偏振模式，這是人類視覺系統無法直接理解的。本書的讀者可以是生物學工作者、自然科學家和氣象工作者，特別適合從事大氣光學和動物視覺方面研究的專家閱讀參考。

常春，副研究員

(中國農業科學院農業信息研究所)

篇3

【關鍵詞】感性體驗;理性思維

理想的科學課堂，我認為應該是在老師的引領下，孩子們進行的一段發現之旅。在這個旅程中，孩子們不僅能體驗學習科學的樂趣，增長科學探究能力，獲取科學知識，還會形成尊重事實、善于質疑的科學態度。為了達到這一目的，科學老師應該精心設計教學活動，巧妙引導學生思考，幫助學生在獲得感性體驗的基礎上發展理性思維的能力。在《巖石會改變模樣嗎》一課的教學中，筆者就注重將學生的感性體驗和理性思維有機結合起來，以達到情理相融的課堂效果。

背景分析：

《巖石會改變模樣嗎》一課是教科版小學科學五年級上冊“地球表面及其變化”單元第三課。在現行的《小學科學課程標準》中，對于這一內容提出了明確要求：通過觀看鵝卵石、鐘乳石等圖片，猜測其形成原因;進行模擬巖石風化的實驗，認識各種自然力量對地表改變的作用。基于這樣的要求，在設計本節課教學時，從學生主體出發，設計了“思考各種巖石的內在聯系”、“探究模樣改變的自然因素”、“欣賞風化帶來的自然之美”三個主要環節，結合生活現象，以兩個模擬實驗為主線，經歷巖石變化原因的探究過程，多角度尋找支持自己解釋的證據，培養學生的推理、求證意識。同時在探索巖石變化的過程中，激發學生熱愛自然、探索自然的興趣。

一、激發興趣，開啟思維之門

有效的科學學習應該是建立在興趣和已有經驗基礎之上，在老師和同伴的幫助下，通過孩子自己的努力來提出問題和解決問題?？茖W探究的起點是從問題開始的，而問題的產生源自于對事物或現象的興趣。因此我們在課堂教學的每一個環節設計，要從引起學生產生疑問開始，打開學生的思路。

教學片段一：思考各種巖石的內在聯系

1.（講臺上擺放著幾塊比較大的巖石）這節課我們要來研究――（板書：巖石）

2.巖石都見過吧？都有哪些模樣呢？一起來看看?。ㄕn件：各種典型的巖石）

3.好看嗎？這些都是從著名的風景區拍攝到的。在平時的生活中，能不能見到巖石？

今天，老師也帶來了幾塊巖石（主要是小石子、鵝卵石、沙子），在大家的課桌里，拿出來觀察一下！

4.觀察好了嗎？誰來說說你的發現？

交流：（1）這些巖石跟屏幕上展示的有哪些不同？（2）這些巖石之間有哪些不一樣？（3）沙子也是巖石嗎？它具有巖石的哪些特征？

5.自然界中的巖石真是千姿百態。這些不同模樣、大大小小的巖石之間有什么關系嗎？請小組內開展討論，并把你們的想法記錄下來。

只有找準學生的原有認知，才能設計出符合學生感性需求的活動?；趯W生的生活經驗看，他們對巖石是不會陌生的，因為玩石頭是孩子們天生的興趣，他們會關注到自然界中形形的巖石。但從認知和技能上說，他們對“巖石會不會變化、探索巖石變化的原因”幾乎沒有感性體驗，在學生眼中，巖石都是很堅硬的，是不容易發生變化的。因此，喚起學生對巖石的興趣，為建立“堅硬的巖石也會發生變化”的概念服務，是本課一開始就急需解決的、來源于學生內心深處的“感性”呼喚。因此，在教學的第一環節，我就為學生們提供了拍攝于著名風景區的各種漂亮的巖石圖片，以及生活中常見的小石子、鵝卵石和細沙子的實物，在引發學生贊嘆的同時引導學生觀察和思考：這些巖石之間有哪些不同？它們之間是否存在著聯系？引導學生把關注的目光放在“巖石會不會改變模樣”、“巖石怎樣改變模樣”上來。當學生被現象所吸引，思維在這里綻放，我們就擁有了一個良好的開端。

二、巧妙引導，推動思維發展

熟讀科學課程標準，縱觀小學科學教材后可以發現，對學生思維能力的培養，有著明顯的階段性要求，而且這種要求是逐級遞進、螺旋上升的。在課堂的實施過程中，教師必須通過一些行之有效的外部指導，有目的地組織學生進行探究，從學生的活動中去引導他們思考，并且要能識別學生是否在進行有效思考，從而推動思維的不斷發展。

教學片段二：探究模樣改變的自然因素

1.巖石可是很堅硬的，要讓它碎裂、變小需要力量。講臺上的這塊巖石，誰有辦法來改變它？（錘子用力敲打、往地上砸、磨……）

2.這些都是靠誰的力量在讓它發生改變？（人的力量）大自然中誰來敲它？它可能怎么碎裂？（板書：冷熱、風、流水、動物、植物……）

3.巖石在自然條件下的變化我們很難觀察，但可以通過模擬自然環境的某些條件進行實驗，這樣的實驗叫模擬實驗，它的優點是可以在較短的時間內解決一些難以用直接方法解決的問題。

4.（出示模擬“冷熱變化對巖石作用”的材料）這里，有酒精燈、火柴，還有一杯冷水，可以用它們來模擬自然界中什么樣的環境？這個實驗怎么做？實驗中有什么要提醒大家注意的地方？

學生實驗，教師巡視指導。

交流匯報：實驗中我們看到了什么，說明了什么？

觀看視頻：溫差對巖石的作用。

在探究過程中，學生為了證實假設、回答問題而設法收集證據時，教師需要給予指導。模擬實驗能啟發學生的思維，實驗前要幫助學生明確實驗目的、步驟、方法;收集證據時，要引導學生思考哪些信息是解決問題所需要的，要求學生實事求是，對收集到的數據或觀察到的現象進行分析和推理，形成一定的解釋。

5.在冷熱的作用下，巖石裂開了，可是裂開的巖石棱角都很尖銳，它們又是怎樣變光滑的呢？

出示實驗材料、交流實驗步驟，提醒：留樣對比。

學生實驗，教師巡視指導，搖晃完就停止。

都搖晃好了？接下來，我們的任務就是要仔細觀察了。

（1）把瓶子中的水和磚塊倒在這個裝置里（下發），請你們仔細觀察、比較磚塊的變化。（學生匯報）

（2）拿掉上面的濾杯，小心地拎起紗布的四個角，把它放在盤子里，看看紗布上有什么？哪來的？這個就是黑板上三個中的什么？（顆粒較粗的沙粒）

（3）再來觀察一下水的情況，什么樣的？

放置一段時間以后又是什么樣的？說明了什么？

自然界中是誰在晃動巖石，讓巖石的模樣發生了改變？（河流、洪水、雨水）

6.小結：巖石在冷熱變化、流水的作用下會改變模樣，我們把這種現象叫做風化。（板書：風化）

“巖石在空氣、水、生物等的作用下會發生風化作用。”或許不用上這一節課，學生就能解答“引起巖石變化的原因有哪些？”這一問題。但這種認識往往來自課外的閱讀，至于這些環境因素是如何產生作用，以及變化的過程中會出現哪些情態，學生并無感知。從這一點講，學生并沒有形成或沒有完全形成真正的風化作用概念。這種認識還在學生的認識結構外游離，且極不穩定，因為它缺乏根基。課堂上通過兩個模擬實驗，用事實作為依據，來幫助孩子建立相關的科學概念。

在研究流水的作用時，我把觀察的要點細分為三層：第一層是與留樣磚塊比較，觀察磚塊的變化，第二層是觀察紗布上的情況，與生活中的什么一致？第三層是觀察水的情況，能說明什么？處理這些問題的時候，不要急于誘導學生解答，急于給出答案，而是給學生足夠的時間進行觀察和比較，開展思考和討論，充分展開討論和交流，傾聽別人的意見，接納不同的觀點從中得到啟發和幫助。隨著思維的不斷交流、碰撞和激發，同學們真切地感受到了流水對巖石風化起的作用，有了事實和情感的依據，這樣的科學概念才有了根，學生的思維才能得到長足的發展。

三、關注發展，拓寬思維廣度

當學生通過探究活動，感受、學習到了縝密的科學探究的思維過程后，給學生一個仿效這種思維方式的實踐過程，是必不可少的。聯系生活實際、舉一反三，這是思維發展的必然，也是檢驗思維科學性的有效途徑。

教學片片段三：欣賞風化帶來的自然之美

1.自然界中，還有許多現象也會讓巖石產生變化，一起來看看?。ㄒ曨l）

2.從視頻中，你了解到，還有那些現象會讓巖石發生變化？（動物、植物、冰川、風……）

3.風化作用會改變地球上的地形地貌，形成許多美麗的景觀。課后，讓我們走進大自然，去感受自然界的神奇力量吧！

除了冷熱和流水的作用，自然界中，還有許多現象也會讓巖石產生變化，這些風化作用改變了地球上的地形地貌，形成許多美麗的景觀，這就是大自然的神奇所在！當學生意識到這些問題的時候，他們的思維已經發展到了一定高度。雖然沒有機會帶領學生們走進大自然去尋找巖石風化的痕跡和形成的地形地貌，相信當家長們帶他們出去旅游的時候，他們一定會關注到巖石縫中扎根生長的參天大樹、巖石上大大小小的裂痕、山腳下崩落的石塊、河灘邊被流水磨圓的石塊……他們的感受肯定和過去不同，當他們帶著理性的目光來看待生活中的這些現象時，學生的思維向更深更廣處發展，我們科學課的目的也就達到了。

篇4

關鍵詞：自發反應；焓變；熵變

一、教學設計思路

生活是智慧的源泉，生活是連接學生情感和科學未知的紐帶，生活中的鮮活現象牽動著學生的每一根神經末梢，也催生著學生的智慧、情感和諧有序地發展，為學生的現實發展和終生發展提供不竭的動力，因此新課程倡導“從生活走向化學，從化學走向社會”。本節課在設計上采用大量的生活現象，讓學生從已有的生活經驗出發，通過問題的精心設計和探討，提煉出化學知識及科學規律。本堂課首先通過自然界中常見的自發現象幫助學生建立自發反應的概念，其次通過自然界中的熱傳遞過程使學生認識到化學反應能向能量降低的方向自發進行，同時通過實驗探究讓學生認識到焓變并不是影響化學反應的唯一因素，再通過火柴散落、整齊的房間變亂等現象說明混亂度增加是自然界中的普遍規律，也是化學反應自發進行的一種傾向，并通過實例分析，說明若要正確判斷化學反應的方向，必須將焓變、熵變綜合起來考慮，最后通過汽車尾氣處理反應的分析引導學生關注化學與人類、化學與社會發展的密切關系，使學生體會到“化學是人類進步的關鍵”，最終完成本節課的教學內容。

二、教學目標

1.知識與技能

（1）了解自發反應的概念，了解熵變與焓變對化學反應的影響。

（2）能用化學反應焓變、熵變說明化學反應的方向。

2.過程與方法

（1）通過學生已有知識及日常生活中的實例，使學生構建化學反應方向的判據；學會運用比較、歸納、概括等方法對信息進行加工。

（2）讓學生體會科學探究方法中的重要手段――“證偽”和“證明”，從而進一步認識科學的本質特征。

3.情感態度與價值觀

通過本節內容的學習，使學生體會事物的發展、變化常常受多種因素的制約，要學會客觀地、全面地分析問題。

三、教學重點和難點

焓減和熵增與化學反應方向的關系。

四、教學過程

[情境導入]投影自然界美麗的瀑布、室溫下冰的融化圖片。

[提問]自然界中有許多自然而然發生的現象，其逆過程不能自發，舉例說明在化學中我們所知道的常見的自發過程。

[學生討論并回答]鋼鐵腐蝕、食品腐爛、活潑金屬與酸的置換反應、酸堿中和反應等能自發進行。

[教師]像這類在一定溫度和壓強下，無需外界幫助（光、電能等）就能自動進行的反應，稱為自發反應。

設計意圖：通過室溫下冰的融化、瀑布中水的流向等圖片，吸引學生的眼球，使學生認識到自發過程是自然界中常見的現象，并通過化學變化中的自發過程的討論，幫助學生理解自發反應的概念。

[情境過渡]金屬具有良好的導熱性，那金屬在導熱時能量是如何傳遞的？

[學生回答]從溫度較高的地方向溫度較低的地方傳遞熱量。

[教師]對，也就是能量從高到低傳遞。

[投影]觀察與思考：下列反應在一定條件下都能自發進行，你知道這些反應能自發進行的主要原因嗎？

[學生思考并回答]這些反應都是放熱反應，即反應后體系的能量較低，焓變（ΔH

[教師]回答很好，研究表明，絕大多數放熱反應都能自發進行。

設計意圖：從學生已有的生活經驗出發，先分析金屬導熱的過程，讓學生體會到自然界中的體系是從高能量到低能量轉變的趨勢，再通過具體的化學反應實例分析得出絕大多數放熱反應是屬于自發反應，通過金屬導熱的“承上啟下”，讓學生帶著自己的興趣、知識、經驗、思考和靈感參與課堂活動，成為課堂教學主體部分，不僅活躍課堂氣氛，還使新知在學習中自然生成。

[設問]焓變是不是制約反應進行的唯一因素呢？

[學生探究實驗]

（1）向干燥的燒杯中加入一定量的NH4NO3晶體，并加入適量的水，用手觸摸燒杯外壁。

（2）向干燥的錐形瓶中加入約20 g NH4Cl晶體。在一小木板上灑少量水，將錐形瓶放在木塊上。再向其中加入約40 g氫氧化鋇晶體[Ba（OH）2?8H2O]，用玻璃棒將固體充分混合均勻，片刻后拿起錐形瓶，觀察實驗現象。

[學生分組實驗]實驗（1）燒杯外壁溫度明顯降低，實驗（2）錐形瓶與木板連接在一起。

[師生交流]上述兩個變化都屬于吸熱反應，但在常溫下也能自發進行，因此并不是所有的自發反應都是放熱反應，由此可見焓變是制約化學反應自發進行的重要因素，而不是唯一因素。

設計意圖：通過兩個吸熱反應的實驗探究讓學生發現并非所有的自發反應都是放熱的，從而得出焓判據的不全面性，引導學生思考問題，激發學生的求知欲望，為提出熵判據做好鋪墊。

[情境過渡]投影混亂度不同的房間的變化及火柴的散落圖片

[教師提問]這些圖片告訴我們體系有從有序變無序的傾向，那么硝酸銨溶于水、氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體為什么能夠自發進行呢？

[學生討論并回答]硝酸銨溶于水的過程體系從晶體有規則的排列變化為溶液中自由移動的離子，體系的混亂度增大，而氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體是反應生成了氣體，使體系的混亂度增大。

[設問]如何來衡量體系的有序和無序呢？

[教師]德國科學家克勞修斯引入一個新的物理量――熵：描述體系混亂度大小的一個物理量。符號：S，單位：J?mol-1?K-1

[投影]水的不同狀態的混亂程度圖片（學生觀察）

[提問]如何比較同一物質的不同狀態熵值？

[學生]同一物質不同的聚集狀態熵值大小為：S（g）>S（l）>S（s）

[教師提問]常見的熵增過程有哪些呢？

[學生討論、回答]

常見的物理過程有：（1）固體的溶解；（2）氣體的擴散；（3）物質（如水）的汽化。

常見的化學變化有：（1）有氣體生成的反應；（2）氣體的物質的量增加的反應。

設計意圖：通過混亂度不同的房間和火柴散落圖片，啟發學生有氣體生成、構成物質的粒子無序分散等過程猶如整齊的房間及火柴變凌亂是自發產生的，從而引出熵的概念，并得出體系的混亂度是判斷反應能否自發進行的另一個重要因素。

（1）能自發進行的反應一定是熵增反應嗎？

（2）熵增反應一定能自發進行嗎？

（3）熵變對反應的方向有什么影響？

[學生]小組討論，然后選出代表來回答。

[交流共享]能自發進行的反應不一定是熵增反應，如反應⑤，熵增反應能否自發進行還與溫度有關，如反應③和④常溫下不能自發進行，但在高溫下可以自發進行。

[教師]根據同學們的討論結果，我們可以知道：

（1）體系能量降低和混亂度增大都有促使反應自發進行的傾向。

（2）在一定條件下，一個化學反應能否自發進行，既與反應焓變有關，又與反應熵變有關，但都不是唯一因素，必須綜合起來判斷。

設計意圖：通過具體的化學反應實例分析，讓學生更好的理解熵增是影響化學反應方向的一個重要因素，為下文引出綜合判斷做好鋪墊。

[過渡]那如何來判斷反應能否自發進行呢？

[投影]拓展視野：ΔH和ΔS與反應的方向

美國科學家吉布斯提出了把焓變和熵變綜合起來，建立了一個公式，依次判斷反應能否自發進行。

ΔG=ΔH-TΔSΔG

ΔG>O 非自發反應

[教師]什么情況下反應可以自發進行呢？

[學生交流]

（1）ΔH0 反應一定自發

（2）ΔH>0，ΔS

（3）ΔH

（4）ΔH>0，ΔS>0 高溫自發

[學以致用]生活中汽車尾氣主要的污染物是一氧化氮和燃料不完全燃燒所產生的一氧化碳，它們是現代城市中的主要污染物，為了減少城市污染，人們通過提出以下反應來處理汽車尾氣：2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g），并成功地減少了氮氧化物的污染，你認為該反應可以發生的理論依據是什么？

[學生活動]該反應的 ，反應仍能自發進行說明該反應是放熱反應即 。

設計意圖：通過汽車尾氣處理化學反應方程式的研究，讓學生能把知識應用到實際生產中去，體會化學與社會的聯系，感受學科魅力。

[課堂練習]學以致用

1.常溫常壓下，2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）ΔH=+56.76 KJ/mol，該反應能自發進行的原因是（ ）

A.是吸熱反應 B.是放熱反應

C.是熵減少的反應 D.熵增效應大于能量效應

2.下列反應中，在高溫下不能自發進行的是（ ）

A.（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s）+NH3（g）

B.2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）

C.MgCO3（s）=MgO（s）+CO2（s）

D.CO（g）=C（s）+O2

五、教學反思

1.從教學設計角度反思教學效果

常言道：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者?！苯虒W設計要在“好之”“樂之”上多下工夫，收到以情促智和以智生情的教學效果。本節課以學生熟悉的自然現象和已有的生活經驗引入，將其中所蘊含的哲理應用到化學反應能否自發進行的探討中，以此激起學生內心的層層漣漪，幻化出無盡的想象，讓學生每一個思維細胞都沉浸在化學的海洋里，在快樂和享受中，汲取化學學科思想和方法，創設出令學生終身難忘的智慧課堂、活力課堂。在整堂課的學習中學生始終體會著“生活中的化學”，感知到化學即生活，生活即化學，體味到一堂化學課就是一種鮮活的、流動的生命，打造出令學生流連忘返、回味無窮的生命課堂，收到“潤物細無聲”的教學境界。

2.從學生的角度反思教學效果

學生對本節的反映是，那些自己平時熟視無睹的生活現象，經老師一分析，都賦予了新的色彩，更加生動了，并且與深奧的化學知識有著千絲萬縷的聯系；本節課他們不僅學會了相關的化學知識，更掌握了以化學的視角去審視身邊的生活現象，使他們的生活更加化學化了，真正達到了“以生活活化化學，以化學催化生活”的崇高境界。

參考文獻：

篇5

關鍵詞：光的反射，折射及光的偏振應用。

一、海市蜃樓

    在語文課上同學們學習過《海市蜃樓》這篇文章，“海市蜃樓”是怎樣形成的呢？原來，當大氣層比較平靜時，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對光的折射率也隨之減小，海面上空氣的溫度比空中低，空氣的折射率下層比上層大。我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層，如圖1所示，下層的折射率較大。遠處的景物發出的光線射向空中時，不斷被折射，射向折射率較低的上一層的入射角越來越大，當光線的入射角大到臨界角時，就會發生全反射現象，光線就會從高空的空氣層中通過空氣的折射逐漸返回折射率較低的下一層。在地面附近的觀察者就可以觀察到由“空中”射來的光線形成的虛像，這就是海市蜃樓的景象，如圖2。同學們可以照此分析一下沙漠上的“海市蜃樓”的形成。

二、湖面上的炫光

    在湖面上常常遇到耀眼的炫光，它使人的視覺疲勞。這些大自然的炫光往往是光滑表面反射而來的鏡面反射光和從表面反射的漫反射光重疊的結果，漫反射光是非偏振光，而鏡面反射光一般是部分偏振光，由于它們是從水平面上反射的，光線的入射面是垂直的，所以反射光含有大量振動在水平方向的直線偏振光。要想消除這種炫光，只要將光線中的水平振動成分減弱些就可以了。

    偏振太陽鏡就是根據這種要求而設計的，它的外形跟普通眼鏡一樣，不過鏡片是用人造偏振片做的，把偏振軸裝在豎直方向，它能將水平方向的振動“吸收”掉，教師戴上這種眼鏡后，就可以免受水平方向振動所引起的炫光的刺激，同時所見景物的色彩也顯得柔和濃重。

 三、雨后天空中的彩虹

美麗的彩虹是如何產生的?是由于雨后有大量小水滴懸浮在空中，太陽光投射到小水滴上，產生了色散現象。我們來考察其中一條光線，如圖3所示，陽光射入小水滴，即從空氣這種媒質進入水這種媒質，發生一次折射，由于構成白光的各種單色光的折射率不同，紫光波長最短，其折射率最大，紅光波長較長，其折射率最小，其余各色光則介乎其間。因此，光線在小水滴內產生分光現象，各色光同時在小水滴繼續傳播，遇到水滴的另一界面時被反射回來，重新經過小水滴內部，出來時再一次發生折射回到空氣中。這樣，陽光在小水滴中進行了兩次折射和一次全反射就被分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種單色光。當空氣中的小水滴數量很多時，陽光通過這些小水滴，經過反射和折射作用，射出來的光集中在一起，天空中美麗的彩虹就形成了，如圖4所示。

四、黑色花為什么稀少

    在龐大的植物界中，有各種奇花異草．每到春、夏季，各種顏色的花朵盛開，爭芳斗妍。可是，在這些花中很少見到黑花，那么，自然界中黑色花為什么稀少呢?

篇6

Abstract: Construction and utilization of public space plays a more and more important role in the plan and construction of modern city. It embodies the characteristics of city, and is the ties of human and nature. The use of bionics riches the designing method of city public space, and is the headspring of design innovation. It promotes the use of ecological idea in landscape design, which is significant and has vast potential for future development.

關鍵詞： 仿生設計；城市開放空間；生態設計；可持續發展

Key words: bionic design；city public space；eco-design；sustainable development

中圖分類號：TU984.11+3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）03-0083-01

0 引言

城市公共空間是城市環境的重要組成部分。隨著城市文明的不斷發展和城市居民生活質量的提高，人們對城市建設有了越來越高的要求，而囊括了所有供城市居民日常生活和社會生活公共使用的城市公共空間的設計則是城市設計的重中之重。設計師們從自然界中汲取靈感，以求通過模仿大自然的設計過程來解決環境所面臨的問題。

1 仿生設計

自然界是人類科技進步的源泉。自然界的生物在漫長的進化過程中，為了自身的生存與發展，逐漸進化出適應自然界變化的各種本領。為了使人類更優雅地生存在地球上，設計師們開始嘗試向自然界中的其他物種學習，聽取他們設計上的建議。仿生設計便由此應運而生。仿生設計是以自然界萬物為設計源，以其“形”、“色”、“音”、“功能”、“結構”等為研究對象，有選擇地在設計過程中對這些特征原理進行綜合、利用及改進，為設計提供新的思想、新的原理、新的方法及途徑，以實現人類社會和自然的和諧統一。

2 仿生設計在城市開放空間中的應用形式

我國早在原始社會就有了仿生學的雛形，如古人們模仿飛禽學會了筑巢，由此躲避野獸的襲擊；模仿魚類學會了造船，由此取得水上運輸的自由，等等。仿生設計發展到今天，更是在多個領域都有了突飛猛進的發展。仿生設計的源物體為自然界中的一切物種，包括人類自身。而涉及景觀領域的仿生設計，主要有以下幾種形式：

2.1 形態仿生 形態仿生是對具有美感的生物體的線條、形態、色彩等的直觀模仿或對意境的提煉和升華。它用一種直白的方式蘊含自然哲理，表達出對自然的向往。由于具象形態容易表現情趣性、親和性、自然性，直觀地對自然對象的外觀進行再現和模仿，可以傳達出濃厚的情趣感和親和力。故多應用于一些景觀小品中來營造活動的氛圍。如居住小區中用苗木修剪造型而成的鳥類、動物形象， 用石材等制作的人物塑像，以動植物形態塑造的園林小品等。

2.2 材料仿生 材料的仿生，就是通過對生物組成、形態、結構的研究和分析，研制出具有一定功能的人工材料，使之與周圍環境協調。城市環境中最簡單也最常見的一種就是仿木、仿竹、仿石材料的運用，能給人樸實、自然的感覺，可緩解人們因工作而引起的疲勞與壓力，還能達到良好的視覺效果。

2.3 結構仿生 結構仿生是建筑仿生學中一個成熟的分支學科， 也是運用最為廣泛的。結構仿生通過研究生物整體或部分的構造組織方式，對其力學結構和組織原則進行模仿，以解決問題。例如城市廣場中常用的張拉膜結構，其靈感便是來自于昆蟲輕盈的翅膀通過張拉產生力學美這一自然現象。

2.4 功能仿生 功能仿生是從功能出發，對生物的形態和結構、群落的生理機能或自然力的作用規律進行模仿。生物模擬學家Benyus認為“我們必須具備一種與這些生物體更相近的能力，那就是找到一個方法，減少材料用量，那種我們所用的材料，然后加上設計?！崩?，人們模仿螢火蟲的發光原理制成的冷光源可將發光效率提高十幾倍，大大節約了能量；模擬自然界水體自凈的過程來實現景觀中水生系統的自我凈化等等。

2.5 布局空間仿生 對空間布局的仿生常融合了形態、材料、結構和功能等多項仿生設計，使空間布局具有優美的構圖、強烈的邏輯、完整的結構，并能夠表達一個明確的主題。例如成都活水公園利用“魚水一家”這一自然生態原理，在外形上采用了仿魚形設計，為世人展示了模擬與再現自然環境對污水凈化處理的全過程。

3 仿生設計運用于城市公共空間設計的意義

“想象要設計一個春天，想象一切和諧編排，想象那些時機、那些巧合，完全沒有上對下的法則規律，或政策，或氣候變遷草案，每年都這樣發生。有很多爭奇斗艷……空氣里充滿愛，有很多盛大的開場。而這些生物體，他們全都井然有序?！边@是Benyus在TED演講中描述的自然界，在這一描述中我們看到了人類所追求的和諧。大自然給我們的靈感是不會枯竭的，我們要向自然界中的生物學習如何與我們的生活環境和諧相處。仿生學的發展為我們提供了這一契機，它豐富了設計的形式語言，成為設計創新的源泉，促使生態理念運用于景觀設計的更深層次。

4 仿生設計在城市公共空間設計中的發展前景

生態環境的不斷惡化，使綠色未來、節能經濟成為大勢所趨。隨著時代的變遷，環境的變化，人類逐漸發現生物界能夠教給我們很多東西，僅僅認識這些生靈是不夠的，與它們共處一室，不僅是為了研究，而是要從它們那里學到東西，以能夠應用到人類的生活中，這可能幫助全球能源問題，減少浪費，提高能源的可持續性利用。德國著名設計大師路易吉·科拉尼說：“設計的基礎應來自誕生于大自然的生命所呈現的真理之中?！弊匀唤o設計的啟示不應僅僅只是視覺上的，環境系統中的仿生更重要的是研究自然生態系統如何維持自己，使人造環境具有與自然環境一樣出色的功能。城市公共空間設計應將這些自然造物法則穿插運用，最大化的為人們營造接近自然的戶外環境。當前人們都在追求低碳生活，但我國的城市共空間設計中還存在著許多關于環保節能方面的阻礙，但這可能是短暫的，隨著材料、技術和設計水平的不斷發展與提高，隨著仿生設計的不斷滲透，相信未來的城市公共空間一定會為人們追求低碳生活開辟更加廣闊的道路。

5 結語

社會是不斷發展進步的，環境的好壞可以做為衡量發展的標尺。通過向大自然學習，設計師可以模仿自然系統，不斷設計出更高效的社會環境。

參考文獻：

[1]申益春.論仿生形態設計在景觀設計中的應用[J].規劃師,2007,6：95-97.

篇7

自然科學美的主體成分是理性美，是自然界的固有結構與人的認識、人類心靈深處的渴望在本質上的吻合。它是通過科學的理想化、抽象化，以概念、定理、公式、理論的方式顯示出來的。由歷代物理學家所精心雕琢的物理學大廈，可謂一座輝煌壯麗的科學殿堂。它集諸種基本形式美與內容美于一體，不僅向人們提供了對物質世界規律性的認識，同時也把一種令人心曠神怡的美景奉獻給了人類。只要步入這個“和諧的宇宙”，就一定能使具有一定科學素養的人領略和體味到這種理性美。

物理學所描述的對象是非常廣泛的，因而它的美也在多方面有所體現。從浩瀚無邊的宇宙到微觀世界的基本粒子，無不是物理學家的研究對象；從星系到夸克，全都遵循著基本的物理規律。結合美學的基本原則以及科學美的評價和判斷標準，我們可以從以下幾方面來欣賞物理世界的美：

物理學中的邏輯簡單性

物理定律的內在對稱性

物理規律的復雜整體性

物理理論的普遍性

物理學中的延伸性

物理學中的和諧美

……

篇8

課例名稱：追尋守恒量

教材版本：普通高中課程標準實驗教科書 物理必修2

教學設計：

一、教學設計理念

利用課堂教學，學生體驗到科學探究過程，了解科學研究的方法；增強學生創新意識和實驗的能力，激發探索自然、理解自然的興趣與熱情；讓學生進一步形成守恒思想，讓學生了解守恒思想的重要性。認識到能量守恒思想對社會發展的重要性，為形成科學的世界觀和科學的價值觀打好基礎。

二、教學重點和難點

教學重點：領會守恒思想，體驗科學研究過程，理解能量、動能、勢能等概念。

教學難點：經歷科學家的研究過程，體會從實際情景中抽象出某些關鍵的因素，并利用已有的知識和方法，產生靈感，從而進行新的聯系及產生得出新的概念。

三、教學目標

1.知識與技能

（1）理解能量及動能、勢能的概念與意義；

（2）了解守恒思想的重要性，守恒關系是自然界中十分重要的關系；

（3）通過具體的事例使學生對守恒觀念有初步的認識。

2.過程與方法

（1）重溫一次伽利略的斜面實驗，啟發大家對守恒思想的認識；

（2）利用單擺演示，幫助同學們建立能量守恒的觀念。

3.情感、態度與價值觀

通過動能、勢能間的相互轉化來研究生活中的物體的運動，培養熱愛生活的情趣。

四、教學方法

課堂中通過教師引導、啟發，學生自主閱讀、思考，討論、交流學習成果。調動學生學習的積極性，提高學生課堂學習的效率，培養學生的協作精神。

教學實錄：

一、引入課題

師：在生活中很多變化過程中有守恒的現象，抓住守恒，對我們解決問題很有幫助，下面讓同學們體驗以下幾個事情。

學生活動：【事例1】 “兩個杯子間倒水 ”：一個杯子水少了，另一個杯子中水增加了，但倒水這個變化過程，不會使兩個杯子里水的總量發生變化。【事例2】“讓科代表在20張紙中數去15張”：在數紙的過程中，一邊的紙增加了，一邊的紙減少了，但數紙這個變化過程，不會使兩邊紙張的總數發生變化。

二、追尋守恒量

課件展示：伽利略的斜面（曲面）理想實驗的動畫

三、應用守恒量

師：能量的轉化與守恒是自然界普遍存在的現象，由此你想到了什么？或說你意識到什么？

（出示頁面）提醒：（赫茲發現了電磁波，很快有人發明了電報）氣象預報說：“近年夏天會持續高溫，而且干旱……”國美的老板聽了會想到什么：空調會熱銷，發財的機會來了。使用價值，如果我掌握了守恒的規律，就可以用它來解決問題，看到了新技術，就要琢磨怎樣應用它，就是創新。如果你對它無動于衷，就總是落后于人家。

課后反思：

這節課的內容是比較簡單的，無非就是感受到自然界中存在著機械能守恒，或更廣泛的能量守恒。關鍵在于學生的去體驗追尋的過程。在追尋的過程中體會科學的方法，首先是從一些生活的事例入手讓學生了解變中存在的不變量即守恒量，能比較輕松地接受這個觀念，學生有了初步體會后再進入這節課的主題，從伽利略的理想實驗出發，一步步引導學生不斷去探索、不斷去思考其中的守恒量―能量。最后通過生活的實例進一步加深學生對能量守恒的體會。

但是本節課也存在不足之處，由于學生初中已經知道了動能和勢能，或者課前做了預習，對于伽利略的理想實驗，大部分同學已經知道了結果，所以對于這節課他們缺乏因未知而去做一些猜想的沖動。這樣就不能很好的調動學生的積極性，不能很好探究體驗科學的方法，達不到理想的效果。關于這一點，教學中應該注意到。

課例點評：

篇9

隨著仿生學與設計學在當代的不斷發展，也隨著人們對于景觀要求的不斷提升，使得仿生材料不斷出現在園林規劃與設計活動中，并且仿生材料逐漸成為現代園林設計中的主要發展趨勢。仿生材料的出現，不僅推動了我國園林設計的發展，還為人與自然的和諧統一發展提供了推動力。所以，本文主要從仿生材料的概念，以及仿生材料在現代園林設計中的應用進行了詳細的探討。

關鍵詞：仿生材料；現代園林設計；應用

1引言

生物經過億萬年的進化過程，為了適應環境的變化而不斷完善自身的結構組織與機能，從而得到了性能高超、組織結構完善，身體機能良好的保障系統，從而在大自然中生存下來。生活在自然界的人類與其他生物是好朋友，人類看著自然界形形的生物具有這樣或那樣的本領，就開始想象和模仿他們，從而出現了仿生學，進而出現了仿生材料。人們研究仿生學是為了從生物本身出發，借助由自然界生物引發的靈感進行模仿和創新，以便于自然和諧相處，共同發展。從自然中尋找仿生材料和設計理念也是現代園林設計中的重點內容，其主要包括兩方面的內容：①園林建筑仿生，它是通過研究生物界許許多多生物體的組織結構和性能，并將研究成果用于仿生材料創作，從而解決現代園林設計中仿生材料的問題。②環境的仿生，它是人與自然相聯系的場所。

2仿生材料的概念

仿生材料是指根據生物本身的組織結構和性能研制的材料。在仿生學上，常常把根據生命系統組織結構和性能而設計制造的人工材料稱為仿生材料。仿生材料學是仿生學的一個分支，它是從微觀世界的角度研究生物材料的組織結構和性能關系，從而研究出和原生物材料一樣或者超出原生物材料的的一門學科，他是眾多學科的的交叉部分。仿生設計不但要模仿生物的結構而且要模仿生物的功能。把材料學、生物學、仿生學結合起來，對于促進仿生材料的發展具有重要意義。生物自然進化讓生物材料具有最合理的結構，并且具有自我適應的能力。

3仿生材料在現代園林設計中的應用

在現代園林設計中，設計者通過對自然界中各種生物的結構、形態、性能等方面的不斷研究，讓一種新的材料開始出現在當今社會中———仿生材料。設計師在進行現代園林設計過程中，常常通過一些模仿竹子、石頭、木頭等仿生材料的應用，不但使得材料所具備的功能性被有效利用，而且使園林風格的整體性與多樣性被全面地體現出來，比如，在中國的傳統園林中，常常在水泥中加入一些瓷瓦碎石，從而使他們組成不同風格的花紋圖案來呼應園林景觀，并豐富園林景觀的文化內涵，有些動植物的形象被賦予各種喻意：鯉魚跳龍門象征著仕途通暢，桂花象征和平友好，被人看作堅忍不拔的化身，荷花出淤泥而不染象征了純潔高尚，竹子以其中空有節的特性常被用來比喻虛心好學和高風亮節的優秀品質，梧桐象征了高潔，亦有高士隱居之意等。近現代隨著材料工藝的發展，常會通過對動植物形態的模仿而設計出馬賽克等園林裝飾。

3.1功能仿生材料

同人體一樣，自然界中的生物也需要通過對肌體的調動來完成自身整個系統的新陳代謝工作和各項運動，當生物具有的這種功能被設計師參考應用到仿生設計中時，便創造出功能方面的仿生設計。與其他方面的仿生設計相比，功能仿生屬于一種相對來講比較高級的新型仿生形式，由于該形式涉及到的仿生學與設計學方面的內容比較多，所以，設計師在對此項功能進行實際應用時，一定要全面且深刻地了解認識生命的活動原理。此外，設計師還需要對自然界中各類型的生物作用進行了解，從規律的條件和本質兩個方面進行仿生設計，從而使一些復雜的活動過程能夠在有限的園林區域內被實現。譬如，對自然界水體進行自我凈化的活動過程仿生，從而達到凈化園林中的廢水，使被破壞的水生系統可以被重建的目的；對自然界中某些由植被形成的群落進行仿生，從而使園林中的生態系統具有快速的自我恢復功能等。

3.2結構仿生材料

結構仿生材料是根據生物肌體的性能，模仿生物體或者其中一部分的材料。設計者從蜂巢上得到啟發，根據蜂巢發明了蜂窩泡沫磚，這些蜂窩狀材料，不僅隔熱保溫，而且結構輕質美觀，在現代園林建筑設計中已經得到了廣泛應用。下雨的時候，荷花的葉子比較干爽，這是由于在荷葉上有一層光滑且柔軟的絨毛，它讓荷葉雖然經過雨水打擊但不會被打濕，與此同時，絨毛上承載著的水滴，可以迅速吸收荷葉上的灰塵顆粒，然后帶著灰塵從荷葉上滾落下來，從而荷葉變得非常潔凈。此種現象已經被廣泛應用到一種帶有自我清潔功能的涂料上。在園林建筑設計中，最常使用的結構仿生是拉模結構，這一結構主要是人類受到了昆蟲的翅膀在拉張的過程中產生的力學美的啟發而創造出來的。而由德國當代著名景觀設計師彼得•拉茨設計的并以其名字命名的花園，更是將仿生結構及空間設計理念注入其中：用“可俯瞰的恐龍”“龍骨”形式作為花園的路，作為設計亮點的恐龍脊骨則是努力做到與真實的恐龍脊骨相像，并且恐龍脊骨內更是挖了圓形凹槽，既增加了空間，又增加了層次，使“龍骨”對于游人來說既可近處賞玩，又可遠觀其形。

3.3色彩和質感、圖案仿生

在園林中對仿木、仿竹、仿石材料的運用，能給人樸實、自然的感覺，可緩解人們因工作而引起的疲勞與壓力，如圖1人造沙礫模擬沙灘。

3.4化學成分仿生

園林設計中常用的材料貝殼，抗張強度高，它的成分很簡單，95％是石灰石，5％是蛋白質，兩者粘結成堅不可摧的整體，不需要高溫燒結。

3.5仿生材料在形態方面的應用

在此方面，我國的園林設計師主要從兩個方面對形態仿生進行了有效的應用：①抽象式的形態仿生。園林規劃設計中的此種仿生設計，是以自然界的生態環境為依據而逐漸的發展和衍生出來的仿生設計；正常情況下，此種仿生設計主要就是通過反應一些簡單形體具有的本質特征來表現形態方式。此種仿生技術的應用，可以使園林的設計更加豐富，使得園林的景觀更加優美。②具象式的形態仿生。此種仿生設計主要是通過將自然界中各類型生物具有的形態結構、顏色的搭配、以及生長的環境為基礎進行設計。此種仿生技術的應用，可以將自然界中具有的和諧美有效地融入到當前我國園林的規劃設計中。

4總結

仿生材料在現代園林設計中的應用處處可見。園林的設計是人們與自然對話和融合的重要紐帶，是實現人與自然環境的和諧相處的重要媒介。仿生材料作為園林設計的一種新手段、新方法、新思維在現代園林設計中扮演著越來越重要的作用，設計師通過仿生材料來表達自己對園林設計的理解，為人們解決人與自然和諧共處這一重要話題提供了有價值的思考?？偠灾谧匀唤缰?，生物的種類、造型是多種多樣的，顏色也是五彩斑斕的、各種生物結構也是千奇百怪的；大自然中的生物具有的此種特色，使其為負責園林規劃設計的設計師們提供了十分豐富的靈感資源。將仿生材料設計技術應用到當前我國園林的規劃和設計的工作中，不僅可以使建設完成的園林景觀帶有極高的親切感，還能夠實現人類與園林建筑同自然環境之間的和諧統一，使園林規劃中返璞歸真的設計理念可以真正被實現。

參考文獻

[1]徐珊珊.仿生設計在園林規劃設計中的應用探討[J]．現代園藝，2014，20：87~88．

[2]周鵬．仿生設計原理在園林規劃設計中的應用[J]．熱帶農業科學，2009（5）：66~69．

[3]劉玉寒．從形態仿生設計談產品創新[J]．廣西輕工業，2010（1）：59~60．

篇10

【關鍵詞】整合;信息技術;科學教學

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2015）03-0047-02

自然界中的水通過發生形態變化形成水循環，使淡水自然不斷地得到補充。但隨著人類社會的發展，水資源出現很大的危機，愛護環境、合理利用水資源已成為社會的熱點問題。通過讓學生了解水的各種形態，理解自然界中水循環的過程，讓學生養成關心社會合理發展的習慣，形成科學的世界觀。

筆者將信息技術與科學課教學進行融合，講授了小學科學三年級下冊第三章第七節《水的三態變化》。這一課的講授，主要完成三個教學目標：（1）讓學生了解水在自然界中是同時以液態、固態和氣態存在的，并不斷經歷著三種狀態的變化;（2）理解水在自然界中的各種形態之間變化的原因、條件、過程及規律;（3）嘗試用水的三態循環這一現象對自然界水的相關問題做出解釋，牢固樹立合理利用和保護水資源的思想。

提供多樣化的外部刺激，創設具體的教學情境

在導入《水的三態變化》一課時，為了引起學生的學習興趣，引導學生發現問題、提出問題，筆者首先用計算機出示圖片：冰天雪地北國風光圖，一片茫茫大海圖，黃山、廬山云霧飄渺圖。目的是提供外部刺激，為學生創設具體的情境，使其發現問題。

“請同學們看，這些都是自然界的美麗風光圖，從中你發現了什么呢？”這樣做，一方面是引起學生的學習興趣，把學生的注意力引入對課程內容的學習中來;另一方面是引導學生發現問題，為下面課程的進一步講授做好鋪墊。

果然，學生的情緒立刻高漲，很多學生舉手踴躍回答問題，課堂氣氛也活躍起來。有的學生回答：“水沒有形狀，或方或長” ;“冰有一定的形狀”;有的學生回答：“陽光照射下霧氣會消散，變成水流入海洋”……學生的回答五花八門，多種多樣。通過一步步的對比、引導，學生最后終于得出結論：在一定的溫度下，冰會變成水，水會變成霧氣。

這樣，就成功地引出了本次教學的主題。“我們所居住的地球，表面四分之三為水所覆蓋，是一顆‘水的行星’，我們這一課將要學習的就是《水的三態變化》?！?/p>

那么，地球上的水都發生了哪些變化呢？提出問題以后，先讓學生自己思考，也可以通過網絡搜索，尋找答案。幾分鐘以后，學生們就開始踴躍發言了。學生有的回答冰是固體，有的回答水是液體，等等。在學生回答的過程中，教師展示相對應的實物，這樣就給學生一個直觀的印象，比較適合三年級學生的年齡特點。等到學生基本回答完的時候，通過多媒體向學生講述自然界中水的不同形態，并同時把書上露、霧、霜、雪的圖片，投影到屏幕上，讓學生觀看水的各種不同形態。

然后繼續提問：“水發生變化的條件及過程是怎樣的？”在學生回答以后，教師把水的變化過程及發生變化的條件按固態、液態、氣態的順序投影到屏幕上，而后指名試答書上57頁圖表。等學生完成后，教師幫助學生總結出：促進水的三態變化的原因是溫度，以0℃為分界，即溫度的變化引起水的三態變化。

通過上面的學習學生發現“霜、雪、露、霧”有共同的部分，都有“雨”字頭，可能和“雨水”有關。那么地球上“水”的三態循環又是怎樣的呢？講授同時，將固態、液態、氣態循環圖投影到屏幕上，加深學生的記憶與理解。對相互聯系的水體這一知識點講述完成以后，自然過渡到水的形態轉化的原因及怎樣相互轉化這一知識點。

“地球上可利用的淡水資源這么有限，那么，隨著人類對淡水的利用越來越多，地球上的淡水資源豈不是很快就枯竭了嗎？淡水是不是越來越少了呢？”問題提出以后，學生接著討論，有的學生擔心有一天會，有的學生認為不會。大部分學生都得出了否定的結論。把學生的情緒調動起來以后，教師接著點題：自然界的水資源是不會枯竭的。因為，水在地球上是循環運動的，在這種循環運動中，水資源得以不斷更新?！跋旅妫覀兙蛠矸治龇治鲎匀唤缰兴难h運動。”

創設模擬實驗，促進學生知識建構

“水在不同條件下也會發生不同的變化：一方面，在重力的作用下，陸地上的水通過地表徑流和地下徑流，不斷地注入海洋中。另一方面，海洋上大量蒸發的水汽也會克服重力的束縛，隨大氣的運動被輸送到陸地上，在適當條件下形成降水，從而補充到陸地表面、下滲到地下、被植物吸收。這樣，在海洋和陸地之間就形成了一個大的循環。”當然，海洋上蒸發的水汽大部分還是降回到海洋中……在講授過程中，教師首先出示“水的循環圖”，給學生一個總體的、直觀的印象，而后結合利用Flash軟件制作的水循環的動態圖，根據其運動變化的過程，教師結合以上講解，幫助學生分析、理解、掌握重要的知識點。

在傳統的教學過程中，只能通過掛圖的方法來靜態講授水循環的過程。這樣學生就沒有一個動態的概念，無法觀察水循環的具體過程，在實際的教學中很難取得良好的教學效果。利用多媒體課件，以動畫演示的方式，把水循環的過程動態地展現給學生，使學生觀察得更仔細、更清楚，可以更好地揭示事物的本質特征，促進學生知識的建構。

突破課堂教學局限，延伸教學內容，拓寬學生知識面

課程講授完畢，傳統的教學課程就應該到此結束，但在信息技術與科學課程融合的環境下，學生可以從更多方面獲取信息。在學生復習鞏固新學內容的基礎上，增加了人類對水循環和水平衡的影響的討論，進一步拓展學生的知識面，提高學生的綜合素質。討論過程相當熱烈，同學們紛紛發表自己的看法，一致認為，人類在利用水資源時一定要注意合理和適度，否則會給人類自身帶來極為不利的影響。在此基礎上，教師進一步深入，提出問題：那如何合理利用水資源呢？利用多媒體進行教學，學生的學習擺脫了以往教學中以教師、教材、課堂為主要渠道接受知識的模式。他們可以通過計算機搜索網絡，學到傳統課堂里學不到的知識。課后，教師布置了讓學生在網上、圖書室或者利用其他資源進行信息檢索的任務，進一步獲得有關水的三態變化的資料。教師不但完成了本節課程的教學目標，更重要的是培養了學生思考問題、解決問題的意識以及信息素養。