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光合作用的起源范文1
有。植物叶肉细胞内有叶绿体和线粒体。在植物细胞中,能进行光合作用的细胞中既有叶绿体又有线粒体。而不能进行光合作用的细胞中只有线粒体而无叶绿体。叶肉细胞、幼嫩的茎及幼嫩的果皮细胞都能进行光合作用,所以这些细胞中既有叶绿体又有线粒体。
叶绿体是植物细胞内最重要、最普遍的质体,它是进行光合作用的细胞器。叶绿体利用其叶绿素将光能转变为化学能,把CO2与水转变为糖。叶绿体是世界上成本最低、创造物质财富最多的生物工厂。几乎可以说一切生命活动所需的能量来源于太阳能(光能)。绿色植物是主要的能量转换者是因为它们均含有叶绿体这一完成能量转换的细胞器,它能利用光能同化二氧化碳和水,合成贮藏能量的有机物,同时产生氧。所以绿色植物的光合作用是地球上有机体生存、繁殖和发展的根本源泉。
叶绿体可能起源于古代蓝藻,因为蓝藻中有叶绿素。某些古代真核生物靠吞噬其他生物维生,它们吞下的某些蓝藻没有被消化,反而依靠吞噬者的生活废物制造营养物质。
高等植物的叶绿体存在于细胞质基质中。叶绿体一般是绿色的扁平的快速流动的椭球形或球形,可以用高倍光学显微镜观察它的形态和分布。
(来源:文章屋网 )
光合作用的起源范文2
关键词:太阳;生命之源;重要性
一、太阳引力对地球的作用
太阳是维持太阳系稳定的主要星球,地球等行星绕着太阳公转。太阳以及月球的引力不仅给地球的海洋带来永恒的潮汐,更重要的是让地球获得了一个恰到好处的自转速度。这个自转速度让地球产生合理的地磁场,地磁场对地球形成了一个巨大的“保护盾”,可以抵挡大部分致地球生物于死地的“太阳风”(当太阳内部活动剧烈,发生大爆炸时,太阳表面黑子群数量增多,太阳喷发出大量的高能量带电粒子,这些粒子形成了“太阳风”),减少来自太空宇宙射线的侵袭,使地球上的生物得以生存。如果没有了这个“保护盾”,外来的宇宙射线,会将最初出现在地球上的生命形态杀死,生命根本无法在地球上存活。
二、太阳是生命的起源
1.太阳能作为最原始的能量创造着生命
在地球早期,强烈的地壳、火山活动使禁锢在地球内部的挥发性物质不断地喷发出来,形成了地球的原始大气。其中含有氨、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢气、水等无机小分子,这些成分在太阳产生的紫外线、闪电、高温和宇宙射线的共同作用下,合成氨基酸、脂肪酸、核苷酸、单糖等小分子有机化合物。这些小分子有机化合物随着雨水汇集而形成原始的海洋,这就是霍尔丹所谓的“原始汤”,为生命的诞生提供了必要的条件。在适当的条件下,有机小分子逐渐结合成为更复杂的蛋白质、核酸、多糖、类脂等大分子有机化合物。有机大分子在原始海洋中越积越多,并相互作用,聚集构成了各种独立的多分子体系,经过进一步演化,多分子体系结构、机能的日益复杂和完善,能够不断地进行自我更新,与外界进行物质交换。由此产生了原始生命。
澳大利亚发现的距今35亿年的瓦拉翁纳群中的丝状细菌化石,是最早具细胞结构的化石,这是地球演化史上的一次飞跃,使得地球历史从化学演化阶段推向生物演化阶段。
2.太阳能在生物起源和进化过程中扮演着重要角色
原始大气是没有氧气的,从非细胞形态的原始生命出现开始,到具有细胞结构生物的产生,大气中仍然缺少氧气。因此,它们只能在无氧条件下进行异养生活,以原始海洋中的有机物为养料,依靠发酵的方式获取能量。直到约27亿年前,出现了含有叶绿素的原始藻类,如燧石藻、蓝绿藻等,一种新的生命演进过程――光合作用发生了。这些藻类能利用太阳辐射出的光能进行光合作用,成了最早的自养型生物,并且它们能通过进行光合作用释放氧气,改变了大气的成分。当大气中游离氧的浓度不断增加并达到一定浓度比例时,生物的代谢方式开始发生根本性的改变,从厌氧生活发展到有氧生活,使地球上其他进行有氧呼吸的生物得以发生和发展,大大促进了生物的进化。
从最原始的单细胞生物分裂并发展成为复杂的生命形态都是阳光的杰作。生命的本质含义就是把太阳的光能变成物质的新陈代谢。
三、太阳对生物的作用
1.对绝大多数生物来说,活细胞所需能量的最终源头都是来自太阳的光能
细胞作为一个基本的生命系统,只有不断输入能量,才能维持生命活动的有序性。几乎所有的绿色植物和一些体内有光合色素的原始单细胞藻类、细菌类都要依靠阳光进行光合作用来获得自身进行生命活动所需的能量(即把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物),他们被称为光能自养型生物。所有的动物和其他不能进行光合作用的异养型生物,他们则要直接或间接的依靠能进行光合作用的绿色植物来获取能量和营养物质以进行生命活动。
2.万物的生长,生物的进化,都离不开阳光
太阳除了提供生物生命活动所必需的能量外,它还影响着植物的分布,影响着动物的体色、习性,影响着生物的生长发育繁殖等各项生命活动。
从最早的藻类植物开始,到相继出现的各种绿色植物,不仅能将光能转换利用,还能通过吸收阳光,释放需养型生物赖以生存的氧气。几亿年下来,它们通过阳光制造的氧气为这个世界锦上添花,为更多生命形式提供了可能性。而太阳光照地面的角度,还影响着地球的气候和环境,这些都给生物产生多样性带来影响,让生物得到进化。
四、太阳对地球的影响
百川归海,海面的水在阳光下蒸发变成云,然后变成雨降落大地流向江河,又汇入大海,正是阳光的作用才使水的大循环成为可能。太阳通过海藻经历了40多亿年的努力,才形成了保护地球生命的臭氧层(生物对阳光十分挑剔,生物在大量的紫外线环境下无法生存,臭氧层能极大地减少紫外线对生物的不良影响),从此海洋生物才得以走向陆地,为生物进化成大型生物乃至智能生物创造了条件。
光合作用的起源范文3
关键词:生物教学;科学家;成就;拓展
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2013)36-141-02
在高中阶段的必修和选修课本中出现了很多科学家的成就,这些成就的背后都是成功的案例,这些案例的给了我们很多的启示。作为一名工作在教学一线的教师,我认为在教学的课堂上,可以在讲述知识点的时候适当的拓展。
一、走进科学访谈
在每本必修课本中的开始,都是以与科学家访谈开篇的。在必修一《分子与细胞》中是与邹承鲁院士一席谈。如何上好科学家访谈这堂课是非常重要的,不但因为它是高中生物的第一堂课,还因为这部分内容即能对全书知识体系起到引领作用,更凝聚着其它章节无法替代的育人要素。邹承鲁院士的主要成就是在于人工合成有活性的胰岛素,当邹承鲁院士在访谈中提到这一点时,让学生意识的方法重要的同时告诉学生,方法是实践与思考的产物,是通往成功的最后关卡。而后给同学介绍了如何学好高中生物的方法及今后的课堂教学要求。主要讲了三个环节:课前的预习;课上如何使用教材、学案及如何记笔记;课下如何复习,如何整理错题等。我们还可以提出第二个问题思考:为什么我们在高中要首先来学习《分子与细胞》模块。学生对这个问题的答案找的也非常准确。因为访谈的最后当记者问邹承鲁院士为何对生物大分子情有独钟时,邹承鲁院士的回答中提到,虽然自己在西南联大时是学化学,但对探索生命的奥秘很感兴趣,并且随着学习的深入,使他认识到要揭示生命的奥秘必需要到细胞中寻找答案,而要研究细胞就要研究构成细胞的各种生物大分子的结构和功能。由此便可引出要接触生命的奥秘必需走近细胞,研究构成细胞的分子,因为这是揭示生命奥秘的基础,是研究生物学的基础,所以首先要来学习《分子与细胞》。并以“下节课,就让我们一起‘走近细胞’(这是第一章的标题)”来结尾,完成本节的教学内容。
二、高中必修课本中科学家成就介绍
除了与科学家的访谈,还有很多科学家的成就。现在新教材中出现的科学家较多,在我们平时间的练习中也会出现对科学家及其成就的练习。在高三复习中,我认为可以让学生把下面的高中生物主要科学家成就记忆在脑海中,部分科学家成就如下:
施莱登和施旺:细胞学说;
欧文顿:膜是由脂质组成的;
罗伯特森:所有的生物膜都是由蛋白质―脂质―蛋白质三层结构的静态模型;
桑格和尼克森:生物膜的流动镶嵌模型;
巴斯德:没有活细胞参与,酵母细胞不能发酵;
李比希:发酵是酵母细胞中的某些物质引起,这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解才能发挥作用;
毕希纳:从酵母细胞中提取出引起发酵的物质――酿酶;
萨姆纳:证明酿酶是蛋白质;
普利斯特利:植物可以更新空气;
英格豪斯:在阳光照射上的绿叶才能更新空气,由于空气组成的发现,人们明确绿叶在光下吸收CO2,释放O2;
梅耶:根据能量转化与守恒定律指出,植物进行光合作用时,把光能转化为化学能储存起来;
恩格尔曼(水绵)实验:光合作用的场所是叶绿体;
萨克斯实验:光合作用产物除O2外还有淀粉;
鲁宾、卡门实验:(同位素标记法)光合作用释放的O2来自水;
卡尔文(放射性同位标记14C):CO2中的碳在光合作用中转化为有机物中碳的途径――卡尔文循环。
有成就的科学家远不止这些,因此对于这些科学家的成就的记忆不能死记硬背,要通过老师讲的相应科学家的成功案例进行对号入座,这样记忆起来简单多了,达到事半功倍的效果。比如在讲述达尔文的“自然选择学说”时,可以适当的拓展达尔文的生平事迹,这样可以让学生了解到一个科学家对吸取知识的孜孜不倦和对真理的追求,可以提高学生对生物的乐趣以及培养学生的自信能力,下面我们以自然选择学说为例进行拓展。
三、达尔文自然选择学说的拓展
关于达尔文,学生对这位科学家是不会陌生的。达尔文的自然选择学说虽然并不完善,但是他在生物进化论上起到了质的飞越。在学习进化论时,我们是按照进化论的发展顺序先讲述拉马克学说再到达尔文的自然选择学说。在讲述达尔文时,我们可以适当的拓展达尔文的一生。
达尔文,英国博物学家,进化论的奠基人。自幼对自然界具有浓厚的兴趣,喜欢搜集矿物、植物、昆虫等,并能细心观察各类生物的形态和习性,这对于他后来从事科学研究产生了良好的影响。
1825年,达尔文进入爱丁堡大学学医,但不感兴趣。两年后,遵照父亲的意愿于1828年进入剑桥大学学神学。在此期间,受自然科学教授的影响,阅读了很多自然科学的书籍,并和剑桥大学的一位植物学教授亨斯洛建立了友好关系,常与他出去作科学考察旅行,搜集生物标本和进行地质调查。1831年在剑桥大学毕业后,经亨斯洛教授介绍,达尔文自费以自由博物学家的身份,乘“贝格尔”号巡洋舰作了历时5年的环球航行考察。
达尔文在参加环球航行以前,是“特创论”和“物种不变论”的忠实信徒,但在这次航行中他搜集了大量的动、植物和地质方面的材料,并作了广泛的调查研究,从中他认识到生物界具有缓慢演变的过程,于是对“特创论”“物种不变论”产生了怀疑。
回国后,这些材料经达尔文进一步系统整理,分析研究。1859年达尔文发表了《物种起源》一书,曾轰动了当时的学术界。
1868年达尔文发表了《动物和植物在家养条件下的变异》,1871年发表了《人类起源和性的选择》等著作,对人工选择曾作了系统的叙述,并提出了性选择及人类起源的科学理论,从而进一步丰富了有关进化论的内容。
从他的事迹当中,当我们面临着真理的时候,在与自己以往的认知中受到冲突的时候要大胆的对自己已有的认识提出质疑,这样我们才不会错过真理。在讲述到这里的时候可以穿插到摩尔根上,萨顿提出“基因在染色体上”的假说后,摩尔根本来是想用实验去这个假说的,但是所得到的实验结果却是恰恰好用假说-演绎法验证了基因就是在染色体上。也可以再对达尔出补充,在必修三讲述到植物的向光性中也做出了巨大的贡献,由于这里还没有讲到,可以略带一下。从这里我们可以启发学生,在平时的日常生活中,我们时刻要保持学习的状态,对一些问题可以提出大胆的假设,再通过设计实验去论证自己的假设。这样就可以提高学生自我学习的能力,从而也可以培养学生发现问题如何去解决问题的能力。
四、结论
在讲述知识点的时候,我认为对每个科学家成就进行拓展是非常有必要的,这可以激发学生对生物的学习热情,更好的掌握生物知识。俗话说兴趣是最好的老师,学生对生物有了兴趣,对以后的上课以及与学生的互动是非常有帮助的。当然了,这就要求教师在备课的时候要多花一点时间,搜集一些科学家的事迹,只要对学生学习有帮助的事情,我相信我们都很愿意去做。
参考文献:
光合作用的起源范文4
关键词:论证式教学;科学教育;实施
科学教育的核心是学生的科学素养。经济合作组织实施的国际学生评价项目(PISA)对科学素养的定义是:科学素养是一种能力,能够运用科学知识来发现问题、得出有证据支持的结论,以便有助于对自然界和人类活动对其造成的影响的理解和决策(OECD,2007)。也就是说,论证能力是科学素养的关键能力之一。美国2011年颁布的《科学教育框架》将科学定位于既是一套知识体系,又是一种基于证据的模型,同时又是一种不断精致、修正的理论建构过程;明确提出了“论证”这一科学教育目标,还具体化了科学教育应培养学生的八项实践活动能力,如参与基于事实的论证,根据证据批判、评价与交流信息等[1]。我国的《科学课程标准》(2011版)虽然没有直接提出论证教学的目标,但在“实施建议”中要求教师引导学生“思考事实证据和科学结论之间的关系,逐步养成质疑、反思的科学思维习惯”,“尊重事实,注重证据,能依据客观事实和来源可靠的数据提出自己的见解,听取与分析不同的意见,修正自己的观点,质疑没有充分证据的结论或解释”[2]。实际上这就是论证的具体表现。在科学教育中设计并实施基于论证的学习活动,培养学生形成一定的科学论证能力是非常重要的。下面笔者以生物课程中的一节课为例,探讨如何进行论证式教学。
一、论证式教学的模式
Toulmin(1958)所提出的模式是多数科学教育论证学者所采用的论证模式。在图尔敏的论证结构中,论证包括主张、证据、理由、支持、条件限制及反驳等6个因素。其中“主张”是论证过程中形成的结论;“证据”是可支持主张的事实;“理由”则是说明证据如何导出主张的推论规则,用以判断证据是否合理地解释主张;“支持”是对理由的权威性支援,如科学规律等;“条件限制”指出主张适用在何种情况;“反驳”是指主张不能成立的情况[3]。在这6个组成因子中,证据、主张、理由是图尔敏论证模式的基本要素,在每个论证中都必须出现。图1以“早晨树林里空气质量如何”为例说明论证的组成要素。
图1
Verheij(2005)参考Toulmin的论证模式,针对论证元素间所存在的关系进行解释,指出科学课堂中的论证内容可包含:透过证据与理由来支持一项宣称、透过反例来反证宣称以及透过修辞来化解反例[4]。
二、论证式教学的实施过程
论证主题:很多人喜欢早晨到树林里锻炼身体,他们认为那里空气好有益健康。你支持还是反对这个观点?请说出你支持或是反对的理由,并提供你所提出理由的证据。(提前布置学生收集、查找资料)
(一)依据证据和理由提出主张
进行论证前,教师要给学生规定基本的规则,如发言的内容必须针对主题、要尽量表达自己的想法、尊重他人的发言等。在这一阶段,教师要求学生必须依据理由和证据来表明自己的主张,从而培养学生的证据意识和求真求实的科学态度。教师要鼓励学生说出自己的任何想法,要保证无论是持赞成还是反对立场的学生均有机会参与讨论。学生说明自己的观点之后,不管对错,教师都要积极给予必要的回应,这样,学生才能乐意参与,勇于表达。教师要将正反两方面学生的发言要点,包括不同的甚至有冲突的理由和证据都记录在黑板上,并要求学生在倾听他人发言的时候,把自己认为不正确的说法记录下来,但先不去反驳。
下面是部分学生的发言:
生1:(主张)我认为树林里空气干净。(理由)因为树木能吸收有毒气体,净化空气。(证据)比如法国梧桐、黄杨吸收二氧化硫、氯气的能力很强,木槿能将有毒的二氧化硫分解、转化为无毒物质。
生2:(主张)我认为清晨到树林里锻炼不好。(证据)树林里可能会有毒虫、毒蛇什么的,(理由)所以树林里不安全。
生3:(主张)我认为清晨树林里空气好。(证据)我们学过“树木是氧气制造厂”,(理由)所以树林里氧气浓度高。
生4:(主张)我认为清晨树林里空气不新鲜有害健康。(理由)早晨空气中氧气浓度低,氧气不足会使人头晕眼花。(证据)因为有光的条件下植物才光合作用放出氧气,夜晚和清晨没有阳光植物不进行光合作用。
生5:(主张)我认为清晨树林里空气好。(理由)那么多人早晨都到树林里锻炼身体,说明那里空气肯定好。
生6:(主张)我认为清晨到树林里空气不好。(理由)春天开花季节空气中有大量的花粉。好多人对花粉过敏,对健康不利。(证据)花粉过敏,会引发皮肤奇痒红肿、支气管哮喘等疾病。
……
(二)质疑和反驳他人的观点
长期以来,学生习惯于接受课本或者老师的观点,师生、生生之间的交流对话仅停留在简单的一问一答上,很少有机会进行多种观点之间的争论与交锋,学生对别人提出的观点漠不关心,缺乏质疑、挑战别人的意愿,甚至不知道如何去反驳别人。因此,在这一阶段教师首先要鼓励学生积极反驳,要有不服输的论证态度。其次,教师要指导学生反驳的方法:可以针对他方立场的理由、证据等提出反驳,例如理由、证据的来源是否可信、是否有科学依据,提出的证据是否支持主张、证据能否支持理由,是否适用于所有的情况、有没有反例,是否需要加上限定词,是否需要收集更多的证据,等等。引导学生从学过的知识或者所搜集的数据中寻找科学证据来维护自己的立场或反驳他人的观点,从而提高论证的品质和提升批驳的说服力。
例如,针对学生3的证据进行反驳:树木是氧气制造厂,这是有条件的。只有在有光的条件下进行光合作用才能放出氧气。而早晨没有阳光不能进行光合作用,所以树林里氧气浓度不高。再如,针对学生5的理由反驳:“那么多人早晨都到树林里锻炼身体”并不能得出“树林里空气好”的结论,两者之间没有必然的因果关系,这个理由不能支持该主张。
在反驳的过程中,教师还要引导学生对别人的反驳进行反反驳,即针对他人在反驳中出现的问题进行再反驳,从而促进学生倾听他人的发言并积极思考,养成批判性思维的习惯和提升论证的品质。例如,针对学生3的反驳中提到“早晨没有阳光,植物不能进行光合作用”,可提出反反驳:早晨不是没有阳光,而是光线很弱,光合作用能够进行,只不过光合作用的强度比较弱而已。
(三)通过条件限制化解反例达成共识
通过辩驳与讨论,学生中两种不同主张的主要矛盾焦点在于:早晨树林里氧气浓度是高还是低?树林里温度比空地低、湿度比空地大对健康有益还是有害?而这些矛盾与冲突可条件限制来进行化解,从而使两种对立的主张通过通过调节得以连结和统一。在本案例中,两种对立主张通过以下条件限制达成共识:①晨练不宜太早,要待太阳出来后。这样树林里氧气的含量才能增加,而且空气中的污染物才能向上扩散。②晨练应选择合适的天气。阴雨天、雾天、冬天不宜在树林中锻炼。因为阴雨天树木光合作用很弱,氧气浓度不高。雾天的空气漂浮着大量的有害物质,而且树林里雾气更大。寒冬季节,绿色植物大多凋谢,吸收有害污染物净化空气的能力大大减弱,若再加上树林里气温更低,人更容易受冷得病。③不同体质的人应有不同的选择。老人、体弱者,体温调节能力差,若气温过低,或气温突降不宜去树林晨练。心脏病、脑血管病患者尤其不应外出晨练。
达成共识后,要求学生重新检视、修正和完善自己原来的论证。例如,学生1修改自己的论证为:主张:早晨树林里空气好有益健康。理由1:树林里空气干净。证据:有些树木能吸收有毒气体;树木能吸附灰尘;有些树木能分泌杀菌素。理由2:树林里氧气浓度高。证据:植物光合作用释放氧气,吸收二氧化碳。条件限制:要在太阳升起后一段时间。反例:阴雨天、雾天。理由3:树林里安静,噪声小。证据:树木能阻挡和吸收噪声。修改后的论证不但提出的理由、证据的数量比原来多,还增加了条件限制和反例,这样学生的论证品质和论证能力才能得到提升。通过论证式的教学,还使学生头脑中有关光合作用和呼吸作用的迷思概念得以暴露,再经过学生之间的质疑、辩论和反驳后有助于迷思概念向科学概念的转化,从而有利于深刻理解科学知识。
三、论证式教学实施的策略
(一)营造民主、宽容、和谐的互动气氛
民主、宽容、和谐的互动气氛在论证过程中具有非常重要的作用。研究表明,就论证的过程而言,举证支持主张的阶段最有助于班级互动气氛的养成(Avraamidou & Zembal-Sual,2005)[5]。为了促进学生积极地投入和参与论证活动,教师应首先安排表明主张并陈述理由与证据支持主张的阶段,因为这个阶段的内容相对容易,学生比较有能力胜任,从而可以营造课堂的论证气氛。讨论时应先放开对错,以观点立场的呈现与交流为主要目的,使学生在可以畅所欲言的环境下讨论。
在反驳与质疑阶段,持有不同主张的双方会相互辩论与批驳,有竞争和攻击的意味,因此,在最初的论证中可要求学生先不批判或反驳别人的观点。这样,在论证开始阶段因为没有质疑批评的对话存在,班级的参与互动气氛就会显得比较和谐。在举证支持主张的陈述结束之后,这时班级的和谐气氛已初步形成,此时再引导学生进入反驳与质疑阶段。但是教师仍要引导学生不能讽刺挖苦嘲笑他人,更不能涉及人身攻击,而要以理性的态度、充分的理由、科学的证据来批驳别人的观点或维护自己的立场,这样才能维持和谐的气氛。
(二)适时引导论证的方向,示范论证的方法
在我国,由于有关论证的教学才刚刚起步,学生在论证时可能遭遇到困难,例如,不能举出适当的证据就直接得出结论、所举出的证据缺乏相关性、不知道怎么整理证据组成论证来支持自己的主张、理由不够充分或不支持主张、证据与主题无关或来源不可靠、运用的科学知识理解错误等,进而影响到论证的质量。因此,教师要给予学生适时的引导与示范,特别是在论证出现“卡壳”或者偏离主题时。例如,当发现学生陈述理由有困难时可提示他们从空气中气体的成分、空气的洁净情况、空气的湿度、温度等方面去考虑。当发现学生提出低品质的理由(如没有根据的、网络上的个人意见、电视里说的、传说等)时,教师要进行有效的指导和示范:“用你亲自实验或调查的数据来支持你的主张才会让人信服。你提出的理由或证据还可以是学过的科学知识、科学规律,或是科学研究已经证明的,也就是具有理性、逻辑或事实基础上的论据都具有说服力。”“据科学测定,树林里空气中SO2要比空旷地少15%~50%。这就是很好的证据,还有其他类似的证据吗?”……
(三)设计学生参与论证的有效情境
Duschl与Osborne(2002)认为,帮助学习者进行论证时,教师首先必须提供给学生“有效的情境”[6]。所谓“有效的情境”是指讨论的主题不是只有单一的答案,而是具有多种可能的解释或阐述。这种情境不仅能引起学生辩论科学概念,也能将学生头脑中的各种迷思概念引发出来,这些迷思概念与科学概念之间是有冲突和矛盾的,这就为论证活动提供了一个问题情境,通过争论与辩驳,可以对迷思概念进行修正,从而促进学生头脑中的迷思概念向科学概念转变。例如,在进行有丝分裂、减数分裂教学时,可将学生常具有的迷思概念与正确的科学概念列成陈述表,请学生逐一讨论赞成与否,并说明理由。再如,关于地球上的生命起源,可同时呈现自然发生说、宇生论、化学起源说三种不同的竞争理论,请学生讨论他们各自支持哪个理论,并说明理由。适合开展论证活动的另外一个“有效情境”是社会性科学议题。因为社会性科学议题通常具有多样的立场观点和解决方案、没有绝对肯定的正确结论、具有争议性。例如,转基因食品食用后是否安全、外来物种是否可以引进、将森林开发成旅游区是否切实可行等。
(四)重视小组协作讨论的运用
在论证过程中,教师可利用小组讨论的方式,促使学生分享个人的主张、理由与证据,不断刺激学生运用其论证能力,从而精炼其论证能力的使用,同时还可增进对科学概念的理解。当学生遭受质疑反驳一时难以应对时,教师除了给予学生充足的时间去思考之外,还可以邀请持有相同立场主张的同学一起思考,让学生通过小组成员之间的交流讨论,相互启发、补充与完善,使群体的智慧在和谐的氛围中为每一个个体所分享,共同思考化解反驳的方法,降低论证活动的难度。通过小组成员之间的合作,可以激发学生为维护自己的主张提出更多的理由或提供更有力的证据,促进学生对科学知识的深刻理解和论证品质的提高。
就科学教育的目标而言,拥有论证能力是培养学生具备科学素养的重要指标之一,因此,论证能力对于具备科学素养的公民是不可或缺的一项能力。论证教学在科学教育中的实施,带来的价值不仅止于提升学生的论证能力,更可促进学生主动学习、科学探究、推理和批判思考等能力。在教学中,教师要精心选择论证主题,适当组织论证活动,培养学生的论证能力和高层次的思维能力,促进学生的科学学习。
[参 考 文 献]
[1] 王磊,黄鸣春,刘恩山.对美国新一代科学教育标准的前瞻性分析[J].全球教育与展望,2012(6).
[2] 中华人民共和国教育部.科学课程(7-9年级)标准[S].北京:北京师范大学出版社,2011.
[3] Toulmin,S.E. (1958)The use of argument[M]. London:Cambridge University Press.
[4] Verheij,B. Evaluating arguments based on Toulmin’s scheme[J]. Argumentation,2005(19).
光合作用的起源范文5
1物理技术在农业新科技中的应用
1.1磁场效应在农业新科技中的应用
在地球上,所有的生物都在磁场的环境中生长,在生物体内,存在着磁性物质,如金属矿物质。不管是动物还是植物,其体内都存在着磁性物质,如外界磁场发生变化时,生物体内的磁物质会出现磁化现象,从而出现磁性势能与极性变化。在磁场影响下所产生的变化,会直接或间接的对生物造成影响,并形成磁生物效应。通过实践研究发现,磁场效应对生物的影响存在着多个方面,如增强植物矿质代谢,对植物酶系统造成较大影响,提高植物ATP能量等。一般情况下,对植物施工磁场效应,可以提高植物光合作用,推动其生长代谢,提高叶绿素,植物综合生物效率获得较大提升,最终提高作业产量及质量。
1.2电场效应在农业新科技中的应用
在地球空间环境中不仅仅含有磁场,还包含着电场。电场存在着不稳定性,受天气变化影响较大。电场对植物生长的状态存在着很大影响,在农作物产量长期的进化过程中,其对电场产生了适应性。如选择植物,并应用电场屏蔽技术后发现植物的光合速率明显降低,其生长状态远远不如雷区植物好,究其原因,电场对植物的生长存在着较大影响。随着研究的深入,人们发现电场存在着能量效应,并对植物物质交换的速率存在着较大影响。在电场效应下,植物蛋白构象出现变化,能够提高酶活性,并激活钙素,提高气孔开度,促进植物碳同化。在电场作用下的水分解,可以提高水的电解过程,从而促进植物光合作用。此外,在农业应用中,电场还存在着杀菌效应,可以有效应用于农业生产中各种病虫害的防治。应用电场效应,可以在大棚蔬菜种植中,于植物蔬菜等上方,架设电场网,形成电场效应。在病虫害防治中,应用电功能水,可以有效杀灭各种细菌及病毒。电功能水在病虫害防治领域属于当前国际上先进技术,应用前景十分广阔。
1.3纳米能量效应在农业新科技中的应用
纳米属于一种物质尺度衡量单位,1g纳米材料所具备的表面积相当于一个普通足球场面积。在物质达到纳米级尺寸之后,其表面积十分大,且存在着较多的不稳定电子。纳米能量效应的存在,为物质反应发挥着很大催化作用。纳米材料所具备的活性,让纳米材料能够与其他物质进行较大能量的反应。纳米技术的应用较多,如进行盐碱地改良等。
1.4声波效应在农业新科技中的应用
按照波粒两象性原理,声波存在着粒子与能量属性,声波可以如磁场或电场一样发挥作用,提高植物代谢及活性。声波作用的研究较早,如美国科学家为正在生长中的西红柿播放音乐,最终获得超大番茄。通过实践,提出声波应用的声波谐共振理论。利用仪器,可以获得植物自发声的存在,这种自发声具备特殊的声波,应用声波共振技术,模拟出与植物自发生场共振,可以提高生物光合效率,提高植物产量。声波效应理论的研究发展较晚,但未来应用的空间较大。
1.5等离子处理技术在农业新科技中的应用
等离子体属于物质存在状态的一个种类,是物理学独立分支。物质状态主要分为固体、液体、气体,随着研究的深入,提出等离子状态。将等离子处理技术应用于农业领域,其起源来自于航天应用领域。在航天领域,通过卫星搭载种子并返回地面进行种植,发现其生长活力较强,并存在着一些变异现象。这种变化,主要是因太空中存在着较强的等离子。种子在磁场、射线及等离子体的综合作用下,打开了植物中存在的潜在基因,从而提高植物产量,提高作物产量。当前,航天育种技术发展十分迅速,但太空作物生产成本较高,在普及上存在着较大困难,为此,需要研究出地面空间站模拟技术,将等离子体等应用于农业领域。
2物理技术在农业新科技应用中的前景
物理技术,如磁场效应、电场效应、纳米能量效应、声波效应、等离子处理技术等,在作物中发挥着不同效用。通过物理技术的应用,可以提高作业光合作用的速度,从而推动作物生长,抑制病虫害,减少化学产品的应用,从而在提高作物产量及质量的同时,提高作物生长的生态性,实现农业的可持续发展。当前,物理技术在农业领域的应用前景十分广阔,但仍存在着研究速度较为缓慢,缺乏实际应用的研究,为此,需要加大研究力度,推动物理技术在农业领域中的应用。
3结语
随着人们生活水平的不断提高,人们对食品的安全性重视程度越来越高,在选择农产品时,更加倾向于选择无公害及绿色产品。物理技术在农业领域的应用,可以推动传统化学农业逐渐向现代生态农业发展,在提高农作物生产产量及质量的同时,减少化肥及农药等的应用,实现农业生态化。当前,磁场效应、电场效应、纳米能量效应、声波效应、等离子处理技术等物理技术在农业领域中的应用研究发展十分迅速,其应用前景十分广阔。相信随着物理技术的进一步发展,将会引起农业技术的变革,实现农业生产的巨大效益。
参考文献:
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光合作用的起源范文6
[关键词] 建筑设计 太阳能利用 仿生研究
一、引言
人类文化的使命,归结于与自然的对抗最终以生态平衡来达到一种和谐的秩序。太阳能是一种取之不尽,用之不竭的清洁能源,用太阳能替代常规能源,转变能源开发、利用的方式,对建筑节能与和谐社会的建设具有十分重要的意义。
仿生设计,即从自然界获取灵感,向生物行为方式学习,借鉴、模拟生物利用太阳能的方法,开发相应的建筑技术,完善建筑相关性能。研究生物体感知、调控的生命机理,应用于建筑,使建筑具有顺应自然环境的生命行为,与自然环境融合。将生物与自然环境的共生策略转化为建筑策略――建筑与自然环境共生的策略,使建筑具有对环境的动态适应性,能够对自然环境起到改善、美化、丰富和调节的作用,维护地球系统的复杂性与秩序性,实现生物-建筑-自然的和谐发展。
二、概述
1.仿生学概述
仿生学作为一门独立的学科,于1960年9月正式诞生。J.E.斯蒂尔将新兴的学科命名为“Bionics”,希腊文的意思是研究生命系统功能的科学。斯蒂尔把仿生学定义为“模仿生物原理来建造技术系统,或者使人造技术系统具有或类似于生物特征的科学”。
建筑仿生学,即研讨以生物为模型的建筑学,它从仿生学的观点出发来研究建筑,把建筑与人看作是一个统一的“生物体系”,在这个体系中,生物的和非生物的因素相互作用,并以共同功能为目的而达到统一,使建筑与自然和谐发展。
2.建筑设计中太阳能利用的概况
建筑中太阳能利用,一般有以下几种形式:
(1)被动式太阳房,一种完全通过建筑朝向和周围环境的合理布置、内部空间和外部形体的巧妙处理以及材料、结构的恰当选择、集取、蓄存、分配太阳热能的建筑。
(2)主动式太阳房,是以太阳集热器、管道、风机或泵、散热器及贮热装置等组成的太阳能采暖系统或与吸收式制冷机组成的太阳能供暖和空调的建筑。
(3)“零能房屋”,它利用太阳电池等光电转换设备提供建筑所需的全部能源,完全用太阳能满足建筑供暖、空调、照明、用电等一系列功能的要求。本文提出第四种方式――“生物体”房屋,即仿生利用太阳能,建筑不再是只消耗能源,破坏环境的人工构造物,而是自然生态链条中的一环,起着生产者、消费者、分解者的多重角色,成为人与自然和合的媒介,自然的生态因子,最终使人类社会与自然环境和谐相处。
三、自然界中生物的启示
1.光合作用与建筑设计
植物、藻类和细菌都是依赖太阳而生存的,通过光合作用,它们将太阳能转化为能够存储的化学能,支撑着自然界的能量循环,同时还影响着自然界各个方面的生命活动。尽管光合作用受到各种因素的调控,但其自身却也具有一定的自组织能力,一般情况下能“逆来顺受”,在不利的环境中也可避免遭到伤害并且还可保持相当的活性。这可以看作是生物整个生命体协调运作利用太阳能的过程。(如图1)
建筑设计中太阳能的利用不应是附加的、零散的应用能源的形式(如为提供部分热水而安装的太阳能热水器以及为提供建筑部分电耗而在屋顶铺装的光电板等),而应是与建筑融为一体的建筑生命的动力内核,如同植物的光合作用对植物的意义一样。
2.动物器官与建筑支撑系统复杂的高等动物(如哺乳动物),除了完善的表皮功能之外,还发展了一套精密的内部器官,形成了“内部腔体结构”,其腔体的内表面衍生出数以万计的微结构,生命肌体中又延伸出数以万计的分支、末梢,有效的扩大了接触面、信息终端,最终形成了以表皮和内部腔体器官一起协同作用的调节机制,更重要的是有综合处理的集成系统终端,增强了生物体的环境应变能力。
建筑的围护结构与设备系统可看作是建筑的表皮与内部腔体器官,维护着建筑生命本体的活性,与太阳能利用这一建筑生命的动力内核融为一体。建筑与生物间存在着千丝万缕的类比联系。见表1
3.建筑的属性
生命起源和进化的一个重要内容就是要建立和完善一个自成一体的物质流、能量流和信息流的独立系统,从而构成一个生命个体化的相对稳定的内环境。在这个意义上,建筑也是一样的。作为相对独立的开放系统,建筑与周围的环境建立了相应的物质和能量的输入、输出的路径体系,正是在此路径上的流动转换对生态环境造成了不同的影响。仿生利用就是赋予此路径以生态性,使其与自然环境共生,而不再是独立的、附加于自然之上的人工系统,恢复建筑的自然属性。
四、建筑设计中太阳能利用的仿生解析
1.太阳能利用的仿生渊源与理念
“树上雨滴及风的喧闹,以及从树上枝叶间过滤下来的阳光,是人类复杂的刺激源,以最令人欢欣的方式鼓噪着。没有比阳光更好的光,没有比自然新鲜的空气更好的空气,为了获得舒适,我们的建筑应该尽可能地利用外界的品质。”
建筑中太阳能的仿生利用:一是建筑自身仿生利用太阳能,从太阳能建筑一体化着手,包括对建筑设计理念的建构、围护结构性能与功能的塑造、建筑能量运行的体系等。如旋转式太阳能房如同向日葵,能够在基座上转动,即时跟踪阳光,房屋的旋转跟随着太阳的进度,在太阳落山之后就回复到初始位置(如图2)。二是将建筑视为仿生载体,即从太阳能利用系统的选择入手,将太阳能利用设施与建筑有机结合。如杨经文设计的绿色摩天楼。将绿色植物与建筑融为一体,拥有类如植物光合作用的特征(如图3)。正如赖特所说:有机建筑应该是自然的建筑。自然界是有机的。建筑师应该从自然中得到启示。房屋应当像植物一样,是地面上的一个基本的、和谐的要素,从属于环境,从地里生长出来迎着太阳。
2.太阳能利用的仿生解析
一直以来生物出于生存的需要,不断地使自己适应生存环境以利于自身发展,经过亿万年的自然选择,自然界的生物大都是生态高效的生命有机体,蕴育着无数的奥妙,只有充分认识到这一点,建筑才能更好的实现人的愿望,使人的生活更美好。仿生利用太阳能就是这样一种为了人类更美好的生活,结合建筑中太阳能的利用,探究“奥妙”的理念及方法。
(1)仿生原型
通过对仿生原型及对应的建筑技术形式和生态效应的研究得出建筑中仿生太阳能利用多集中在以下三个方面,即:仿自然界生物体的性能;仿生物的栖居物;直接利用自然界生物和生物能。
①仿生物体本身的性能
从仿生学的观点出发,通过模仿生物系统的结构构造特征、能量转换和信息处理方式等,可为建筑技术和太阳能应用研究提供思路,如植物对气候的适应形态对建筑的启示(如图4)。
②仿生物的栖居物
自然界生物的栖居物往往有着优良的物理性能,出色应用太阳能的技巧,对材料的利用也十分节省、到位,具有很好的综合生态效应,还能够自然降解,如蚁穴(见图5)。
③直接利用生物或生物能
这种方式往往演绎为直接以生物体为原料研制建筑材料,将其生态特性赋予建筑材料,从而利用太阳能(如选择可透过性薄膜);或直接将生物体引入建筑作为建材,成为建筑的有机因子,如绿色植被的遮阳、调解温湿度,光合细菌的太阳能利用等。
在无生命的建筑形式和有生命的生物形态间,仿生可视为一个微观层面上的交汇平台,也从另一个角度诠释了我国古代哲学中“天人合一”的思想,《管子》指出:“凡人之生也,天出其精,地出其形,合此以为人。和乃生,不和不生。”。
(2)建筑构成
生物体在长期的自然选择下,进化出了高效低耗、自觉应变的生命保障及调节系统,这对建筑的发展具有积极的启示意义。建筑是人的家园,必然与自然界物种间有着结构上的普遍共同之处,这是由类生命的特性所决定的。生物形式与建筑构成之间的关系,不是简单的视觉效果联想,而是以相似性为基础,探索同等价值的形式再创造的链条。
①建筑存在的解析
建筑与人作为一个“生物体系”是仿生解析的基础。太阳能利用并不是直接为人们营造舒适环境的能源方式,而是借鉴植物对自然环境的生态效用,维护地球大系统的稳定、复杂、秩序意义的同时,为人们营造相对稳定的环境条件及各种可能的选择,从而使得建筑与自然环境间的交流变的有机。
植物对气候的应变是天然的、生态而高效的。对建筑而言,这是能在大自然中直接获取和借用的,不输入能量就能自动完成的应变界面。所以植物可以与建筑相结合成为建筑对外界气候敏感应激的“毛发”(如图6)。
“建筑物常常可以看作大量的无生命物质的堆积……植被化的目标就是将有机的、富有生命力的物质与无机的、无生命的物质融为一体。”。模仿自然的形式是仿生的初级阶段,最终的仿生是要介入自然的进程,与自然共生。
②技术构成
人们建造建筑的过程,实际上表现为“人―建筑―环境”系统的行为过程,人们使用建筑并不是消耗建筑本身,而是用它来调节控制建筑以外的东西。仿生利用太阳能就是这样一种调解控制的手段,它赋予建筑若干“生物特性”,使建筑以整体有机的形态应用太阳能,从而成为生态系统的有机组成部分。
生物生理机能的实质是以多样化的生存方式,有机整体的主动适应、改善其生存的环境从而获得低能耗和低材耗。在建筑中通过材料的不同组合和空间变化来形成可调节的界面,要比单一材料截面拥有更多更复杂的应变方式。(如图7)。
③解析的意义人们营造建筑的一个直接目的,就是有
效的抵御和缓解外部气候的不利影响,保障生命,调节能量运行,从而生活的更美好。人离不开自然,建筑也不能离开自然。现今的能源问题、环境问题、甚至社会问题,都与人不同程度的离开自然有关。
从仿生角度解析的初衷是加深人们对利用太阳能的认识,转变研究、开发、利用太阳能的思路。太阳能是地球上任何一种生命赖以生存的能量来源和基础,地球因太阳而诞生,并只能依赖太阳而生存,利用太阳能不只是产更多的能,供人消耗,而是拉近人与自然的关系,赋予建筑以生命意义,促使建筑与自然共生,从根源上解除能源、环境问题,实现天人合一。
五、结 语
通过建筑设计中太阳能利用的仿生解析,提出建筑――自然与社会能量网络体系中的结点,它不仅仅是人工构筑物,还是人双重属性――自然属性与社会属性的媒介,从而对整个生态系统起补偿、调节、维护的作用,而不再是能量传输、消耗的终端,促进人与自然的和谐,推进建筑的可持续发展。
参考文献:
[1]吕爱民著:应变建筑―大陆性气候的生态策略[M].上海:同济大学出版,2003.9
[2]仓力佳:生态建筑的生态研究[D].武汉:华中科技大学,2005.6