自然界中的科学现象范文
时间：2023-11-07 17:54:59
导语：如何才能写好一篇自然界中的科学现象，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：自然哲学；科学；科学事实；经验；解释；严格检验；实验方法
中图分类号：B82-058；N031-文献标识码：A 文章编号：1671-6604（2013）04-0069-04
“科学”一词在西方直到18世纪初才逐渐被普遍使用，科学在古代属于自然哲学。科学能够从自然哲学体系中脱离出来，走上独立发展的道路，这无疑应当归功于实验方法的诞生，因为实验方法不仅能使人们获得系统的、精确的、全面的、定向的经验，这种经验可以对科学解释进行严格检验，使之成为名副其实的“实证知识”，从而把它与属于“形而上学知识”的哲学区分开来，而且实验方法还能使人类获得科学研究所需的典型的、纯粹的、系统的、专业的“科学事实”，为科学研究提供更丰富、更可靠、更具体精确的感性材料。这充分说明，科学方法在科学研究中起着决定性作用，是推动科学进步的重要动力。
一、科学和自然哲学都是人类对自然界的认识和解释体系
在古代，人类对自然界中一系列纷繁复杂的现象总感到十分惊异，人类在好奇心和驱除愚昧无知的欲望驱使下，运用天生的逻辑推理能力和想象力对这些自然现象进行试探性解释，这些试探性解释就是早期的自然哲学。正如亚里士多德所说，“古往今来人们开始哲理探索，都应起于对自然万物的惊异；他们先是惊异于种种迷惑的现象，逐渐一点一滴的解释，对一些较重大的问题，例如日月与星的运行以及宇宙之创生，作成说明”。
从本质上看，这种自然哲学其实就是宇宙观、自然观，即人们对自然界或宇宙的看法。人们对自然界或宇宙的看法或解释分两种类型：一类是对整个自然界总体的、抽象的、笼统的解释，一类是对自然界中具体现象的分门别类的、精确的解释。比如，自然界中几乎无限多样性的物质形态是从何而来的呢？有人认为，宇宙万物都是由水演化而来的，一切都来源于水；有人认为是由火演化而来的，一切来源于火又复归于火；也有人认为宇宙万物是由原子演化而来，不同的原子通过不同的排列组合而构成多种多样的物质形态；甚至还有人认为整个宇宙都是由气衍生而来的等等。很显然，像这些对整个自然界的构成的解释就属于总体的、抽象的、思辨的、笼统的解释，这样的解释在人类经验范围内不可能得到检验。原因是，人类的经验是在人与自然界的相互作用中，并在各种特定条件下获得的，因而经验的性质是具体的、个别的、特定的，用人类具体的、个别的、特定的经验去验证总体的、抽象的、思辨的、笼统的知识当然是不可能的：具体的事实不能最终证明抽象的、思辨的观念，个别的经验最终不能证明总体的、笼统的理论。事实上，我们永远不可能通过观察或举例说明来论证宇宙万物是由水或火或气或原子构成的，我们不可能通过观察或举例说明来论证世界是简单的、有序的，或是复杂的、无序的，等等。所以，我们把人类对自然界总体的、抽象的、思辨的、笼统的看法或解释或知识叫做“自然哲学”，它们在人类经验范围内永远不可能得到检验，因而完全属于“形而上学”（metaphysics）。作为所谓本体论学说，形而上学是哲学的核心。
然而，另一类对自然界中具体现象的分门别类的、精确的解释或看法完全可以在人类经验范围内得到检验，甚至严格检验。比如，太阳为什么每天从东方升起至西方落下，而且还有白天和黑夜之分呢？有人提出，因为地球是宇宙的中心，是不动的，而其他所有天体，包括太阳、月亮、火星、金星等，都围绕地球转，太阳围绕地球转一圈就是一天，当太阳处于我们的正面时就是白天，处于背面时就是黑夜。又如，为什么木头会浮在水面上，而石头沉到水底下呢？阿基米德认为，因为水对浸没在其中的物体都会产生向上的浮力，他通过推理认为浮力的大小恰好等于排开水的重量，由于木头密度小，体积相对大，所以排开水的重量大于其重量，因而上浮；而石头由于密度大，体积相对小，所以排开水的重量小于其重量，因而下沉。不用说，像这些对自然界某种或某类现象为何如此产生的具体看法或解释，人们完全可以通过逻辑分析和经验对照相结合的方法对之进行严格检验。事实上，关于地心说、阿基米德的浮力假说等等，都经历了逻辑分析和经验对照相结合的多次严格检验，其中有些被证明是“正确的”，有些则被证伪。
不过在古代，人类只能通过观察获得经验，而且也没有精密的仪器发现更多、更系统、更精确、更典型的自然现象，因此人类获得的经验在绝大多数情况下是零散的、不精确的、不定向的、片面的，要靠这些经验去严格检验人们对自然界的解释（即“科学假说”），在绝大多数情况下都是不可能的。典型的例子是，亚里士多德认为“物体下落的速度与其重量成正比”，“力是物体运动的原因”，如果仅凭观察获得的经验对它们进行严格检验，是无论如何也做不到的。实际上，在很大程度上也正是由于人类仅凭直接观察或仅凭感觉器官所获得的关于自然界的信息是不全面、不系统、不精确的，甚至是错误的，因而既不可能为人类更广泛、更深入地探索自然界的奥秘，解释自然界提供系统、精确的感性材料，也不可能对具体的、分门别类的“科学假说”做出严格检验。
既然古代人无论是对自然界总体的、抽象的、笼统的解释或认识（自然哲学），还是对自然界具体的、分门别类的、精确的解释或认识（自然科学），都不可能在人类经验范围内得到严格检验，那么对它们当然也就无法做出明确区分。这就是古代自然哲学和自然科学同为一家的最主要、最直接的原因。因此在古代，科学一般是以一种潜在的形式存在于自然哲学母体中。
二、实验方法的诞生和科学仪器的使用使科学与自然哲学彻底分离
尽管在古代，科学与自然哲学由于人类认识世界的水平和方法所限，它们无法区分开，但毕竟科学与自然哲学之间存在本质不同：自然哲学其本身的性质决定了它在人类经验范围内永远不可能得到严格检验，而科学的性质决定了它完全可以在人类经验范围内得到严格检验。在古代，科学之所以在绝大多数情况下不可能在人类经验范围内得到严格检验，仅仅是由于古代人只通过观察无法获得广泛的、系统的、全面的、精确的、专业的、定向的经验事实（或科学事实）。这当然就意味着，当人类通过某种方法能够获得广泛的、系统的、全面的、精确的、专业的、定向的经验事实时，那么科学与自然哲学就可以区分开。
不言而喻，当伽利略发明用实验方法研究自然界时，人们就可以获得广泛的、系统的、全面的、精确的、专业的、定向的经验事实，因而就可以把科学与自然哲学彻底区分开来。需要指出的是，实验方法的诞生和科学仪器的使用是紧密结合在一起的。从本质上看，实验方法作为获得科学研究和严格检验科学知识所需的经验事实或科学事实的手段，就是根据研究目的的需要，运用科学仪器和实验设备这样的人工方法，创造自然现象的过程。实验方法之所以能够帮助人们获得科学所需的系统、全面、精确、专业的科学事实，科学仪器和实验设备的使用是其中的重要原因。
人类仅凭感觉器官通过观察获得的自然界信息是十分有限的，而且这些信息一般而言也不系统、不全面、不精确、不专业。比如，仅凭肉眼，人类看不到很远的东西，看不到像病毒、细菌这样小的东西，而且只能看到可见光，紫外线、红外线都看不到；仅凭耳朵，只能听到20～20000赫兹的声音，低于20赫兹的次声波和超过20000赫兹的超声波人类都听不到；仅凭身体，温度很低的物体和温度很高的物体都不能触摸；诸如此类，不一而足。因此，人类仅凭感官，自然界中的绝大部分信息都不可能接收到。这样，人类认识研究自然界就不可能得到足够多的感性材料，也无法对有关科学假说进行精确判断。而在科学仪器和实验设备的帮助下，人类可以从自然界中获得系统得多、全面得多、精确得多的信息。比如说，人类使用显微镜可以轻而易举地看到细菌、病毒、细胞等微小事物；使用望远镜可以看到更遥远的天体，可以看到太阳黑子的活动，看到月亮上的山脉；使用声纳系统可以听到次声波和超声波；使用温度计可以精确测出微小的温度差异等等。很显然，这些系统、全面、精确的信息既可以作为人类认识研究自然界的重要科学事实或感性材料，也可以对有关科学假说进行严格检验。
实验方法除使用仪器帮助人们获得数量多、质量高的自然界信息外，它还有以下优点：
第一，实验方法可以使人类获得精确的、纯粹的经验事实或科学事实。马克思曾指出：“物理学家是在自然过程表现得最确实，最少受干扰的地方考察自然过程的，或者，如有可能，是在保证过程以其纯粹形态进行的条件下从事实验的。”在科学研究中科学家通过科学仪器和实验设备所创造的条件，使人类需要认识的事物的某种属性或相互关系在简化、纯化、典型、精确的状态下显现出来，从而使人类获得纯粹的、精确的科学事实。这样的科学事实不仅是科学研究所需的“高质量”感性材料，也可以对科学假说做出严格检验。
第二，实验方法可以使自然界中的事物或现象处于特定的极端状态，从而使人类获得在这种极端条件下所出现的极端的科学事实。比如，科学家根据科学研究的需要在实验室中制造出各种极端状态，如超高温、超低温、超高压、超强电磁场、超纯度物质等，以研究事物在这些极端状态下的性质、特征等，这无疑大大拓展了人类研究自然界的范围，并促进科学研究的不断深入。
第三，实验方法可以使人类获得“人造的”科学事实。天然自然中的许多现象对科学研究而言，其演化过程不是太慢，就是太快，有些现象甚至只出现一次就再也不会重复出现，这样，就给人类研究自然界和检验有关科学假说带来极大困难。如，要证明自由落体运动的速度与时间的关系u=gt和下落高度与时间的关系h=1/2gt2，那么光凭观察来进行验证是根本不可能的，因为物体下落速度太快，人类凭感官根本无法获得下落速度或下落高度与下落时间的精确值。但通过实验方法人类可以轻而易举地人为控制自然现象演化过程，使演化太慢的过程得到加快，使演化太快的过程变慢，使不能重复的自然过程再现。这样，就可以使人类获得经过精心改造过的“人造的”科学事实。很显然，这样的科学事实作为科学研究的感性材料或作为检验科学假说的“经验”，既具有系统性、定向性，又具有精确性、可靠性。
总之，以科学仪器和实验设备的运用为特征的实验方法由于能使人类完全摆脱时间、空间和其他客观自然条件的限制，根据科学研究目的的需要，“创造出”比天然自然中更多、更全面、更精确、更系统、更典型、更专业的科学事实，利用这些科学事实或经验事实不仅可为人类对自然界进行具体的、分门别类的研究提供更广泛的感性材料，而且还可以对有关科学假说进行精确、严格检验。这样，自然科学就作为“实证科学”彻底地从作为“形而上学”的自然哲学母体中独立、分化出来。
三、启示
从科学仪器的使用和实验方法的诞生最终促进了近代科学从自然哲学体系中独立出来这一事实，我们可以得到如下启示：
第一，科学方法对科学研究或推动科学的发展具有决定性作用。中国有句古话，“工欲善其事，必先利其器”，这里的“器”，就是做事的工具、手段或方法。我们做任何事都要借助某种方法，进行科学研究更不例外。方法使用不当，事倍功半，甚至根本无法完成任务；方法使用得当，事半功倍。因此我们可以毫不夸张地说，科研人员能否顺利完成科研任务，获得成功，在很大程度上就取决于能否巧妙、灵活、适当地运用各种科学方法。
第二，科学方法对科学创新具有重要意义。科学方法不仅可以使科研人员顺利完成事先设定好的科研课题，而且还可以促进科研人员开辟新的科研领域，明确新的研究方向，促进新学科的创立。科学史上，施莱登、施旺正是由于利用显微镜进行观察，才发现了细胞，并建立了细胞学说；麦克斯韦正是由于运用了数学方法，把法拉第的电磁场理论转译成数学语言，才预言了电磁波的存在，从而为电动力学奠定了坚实的基础；德布罗依正是运用了类比方法，才提出了物质波假说等等。
第三，科学方法是哲学影响科学发展的中介。认为，有什么样的世界观就有什么样的方法论，这就是说，人们的方法论与其哲学思想是一致的。而科学方法作为人们哲学思想或世界观的延伸，对科学研究和科学创新具有重要作用，这充分说明了哲学思想对科学研究和科学创新具有决定性影响。正如恩格斯所说：“不管自然科学家采取什么样的态度，他们还得受哲学的支配。”而中国科学工作者的科学创新能力差的重要原因之一，就是缺乏必要的哲学修养，缺乏独特的哲学思想。
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
人眼只能分辨出光线的亮度和颜色，可是许多动物可以利用偏振光获得更多的视觉信息。本书介绍了图像偏振测定方法、测量光偏振的具体技术，以及存在于自然界中不同类型的偏振模式，比较令人感兴趣的内容有：动物如何利用偏振功能？基于生理学感光性原理给出了一些研究案例，例如：蜜蜂或者蚂蚁如何利用偏振光识别方向，水生动物如何凭借水下偏振来确定方向，解释了人造物质如何影响动物对自然光的识别。
全书共33章，可分为三个部分。第一部分介绍了图像偏振测定的基本方法，这些方法已被高效地使用，例如在大气光学、遥感和生态学等领域。第二部分介绍了自然界中光学环境的偏振模式，例如：日出日落、晴天阴天、月光夜、全日食；在这些不同的环境条件下，表现出不同的空中偏振强度；给出天空中不同环境下的非偏振点，例如在日光下、月光下、晴朗的天空、多云以及全日食情况下等；介绍了彩虹的偏震模式，日全食期间的日冕偏振光，水面、雾气和水下光的偏振特征；解释了水生昆虫为什么不受雾气的影响；讨论了自然界中存在的环状偏振光。第三部分简述了动物如何察觉和利用自然界的偏振光，描述了视觉和行为机理。首先介绍了人类和动物感觉器官的敏感度，并给出了一些受偏振敏感度影响的例证，例如空中的、地面的和水中的动物，如何利用偏振现象确定方向；自然环境或多或少受人类文明的影响，例如人造物质、原油、废油表面、沥青路、玻璃状物表面、用于农业的塑料薄膜；解释了为什么蜉蝣或蜻蜓将卵全部产到沥青路面甚至车身上，介绍了开放式油箱对一些昆虫的危害，以及其外表如何成为昆虫的陷阱；讨论了常见的方法误差，其常常与实验研究偏振敏感度相关。
本书的出版得益于图像偏振测定法在近十年来的发展，书中有线状偏振的高清晰度直观图127幅，其中16幅为彩色图片；书后含有32页的参考文献，8页主题索引，以及一些与偏振相关的著作。本书试图在物理学和生物学领域架起一座桥梁，通过许多动物身上存在的偏振测定察觉出相应的信息，解释光学生活环境中隐藏的偏振模式，这是人类视觉系统无法直接理解的。本书的读者可以是生物学工作者、自然科学家和气象工作者，特别适合从事大气光学和动物视觉方面研究的专家阅读参考。
常春，副研究员
(中国农业科学院农业信息研究所)
篇3
【关键词】感性体验;理性思维
理想的科学课堂，我认为应该是在老师的引领下，孩子们进行的一段发现之旅。在这个旅程中，孩子们不仅能体验学习科学的乐趣，增长科学探究能力，获取科学知识，还会形成尊重事实、善于质疑的科学态度。为了达到这一目的，科学老师应该精心设计教学活动，巧妙引导学生思考，帮助学生在获得感性体验的基础上发展理性思维的能力。在《岩石会改变模样吗》一课的教学中，笔者就注重将学生的感性体验和理性思维有机结合起来，以达到情理相融的课堂效果。
背景分析：
《岩石会改变模样吗》一课是教科版小学科学五年级上册“地球表面及其变化”单元第三课。在现行的《小学科学课程标准》中，对于这一内容提出了明确要求：通过观看鹅卵石、钟乳石等图片，猜测其形成原因;进行模拟岩石风化的实验，认识各种自然力量对地表改变的作用。基于这样的要求，在设计本节课教学时，从学生主体出发，设计了“思考各种岩石的内在联系”、“探究模样改变的自然因素”、“欣赏风化带来的自然之美”三个主要环节，结合生活现象，以两个模拟实验为主线，经历岩石变化原因的探究过程，多角度寻找支持自己解释的证据，培养学生的推理、求证意识。同时在探索岩石变化的过程中，激发学生热爱自然、探索自然的兴趣。
一、激发兴趣，开启思维之门
有效的科学学习应该是建立在兴趣和已有经验基础之上，在老师和同伴的帮助下，通过孩子自己的努力来提出问题和解决问题。科学探究的起点是从问题开始的，而问题的产生源自于对事物或现象的兴趣。因此我们在课堂教学的每一个环节设计，要从引起学生产生疑问开始，打开学生的思路。
教学片段一：思考各种岩石的内在联系
1.（讲台上摆放着几块比较大的岩石）这节课我们要来研究――（板书：岩石）
2.岩石都见过吧？都有哪些模样呢？一起来看看！（课件：各种典型的岩石）
3.好看吗？这些都是从著名的风景区拍摄到的。在平时的生活中，能不能见到岩石？
今天，老师也带来了几块岩石（主要是小石子、鹅卵石、沙子），在大家的课桌里，拿出来观察一下！
4.观察好了吗？谁来说说你的发现？
交流：（1）这些岩石跟屏幕上展示的有哪些不同？（2）这些岩石之间有哪些不一样？（3）沙子也是岩石吗？它具有岩石的哪些特征？
5.自然界中的岩石真是千姿百态。这些不同模样、大大小小的岩石之间有什么关系吗？请小组内开展讨论，并把你们的想法记录下来。
只有找准学生的原有认知，才能设计出符合学生感性需求的活动。基于学生的生活经验看，他们对岩石是不会陌生的，因为玩石头是孩子们天生的兴趣，他们会关注到自然界中形形的岩石。但从认知和技能上说，他们对“岩石会不会变化、探索岩石变化的原因”几乎没有感性体验，在学生眼中，岩石都是很坚硬的，是不容易发生变化的。因此，唤起学生对岩石的兴趣，为建立“坚硬的岩石也会发生变化”的概念服务，是本课一开始就急需解决的、来源于学生内心深处的“感性”呼唤。因此，在教学的第一环节，我就为学生们提供了拍摄于著名风景区的各种漂亮的岩石图片，以及生活中常见的小石子、鹅卵石和细沙子的实物，在引发学生赞叹的同时引导学生观察和思考：这些岩石之间有哪些不同？它们之间是否存在着联系？引导学生把关注的目光放在“岩石会不会改变模样”、“岩石怎样改变模样”上来。当学生被现象所吸引，思维在这里绽放，我们就拥有了一个良好的开端。
二、巧妙引导，推动思维发展
熟读科学课程标准，纵观小学科学教材后可以发现，对学生思维能力的培养，有着明显的阶段性要求，而且这种要求是逐级递进、螺旋上升的。在课堂的实施过程中，教师必须通过一些行之有效的外部指导，有目的地组织学生进行探究，从学生的活动中去引导他们思考，并且要能识别学生是否在进行有效思考，从而推动思维的不断发展。
教学片段二：探究模样改变的自然因素
1.岩石可是很坚硬的，要让它碎裂、变小需要力量。讲台上的这块岩石，谁有办法来改变它？（锤子用力敲打、往地上砸、磨……）
2.这些都是靠谁的力量在让它发生改变？（人的力量）大自然中谁来敲它？它可能怎么碎裂？（板书：冷热、风、流水、动物、植物……）
3.岩石在自然条件下的变化我们很难观察，但可以通过模拟自然环境的某些条件进行实验，这样的实验叫模拟实验，它的优点是可以在较短的时间内解决一些难以用直接方法解决的问题。
4.（出示模拟“冷热变化对岩石作用”的材料）这里，有酒精灯、火柴，还有一杯冷水，可以用它们来模拟自然界中什么样的环境？这个实验怎么做？实验中有什么要提醒大家注意的地方？
学生实验，教师巡视指导。
交流汇报：实验中我们看到了什么，说明了什么？
观看视频：温差对岩石的作用。
在探究过程中，学生为了证实假设、回答问题而设法收集证据时，教师需要给予指导。模拟实验能启发学生的思维，实验前要帮助学生明确实验目的、步骤、方法;收集证据时，要引导学生思考哪些信息是解决问题所需要的，要求学生实事求是，对收集到的数据或观察到的现象进行分析和推理，形成一定的解释。
5.在冷热的作用下，岩石裂开了，可是裂开的岩石棱角都很尖锐，它们又是怎样变光滑的呢？
出示实验材料、交流实验步骤，提醒：留样对比。
学生实验，教师巡视指导，摇晃完就停止。
都摇晃好了？接下来，我们的任务就是要仔细观察了。
（1）把瓶子中的水和砖块倒在这个装置里（下发），请你们仔细观察、比较砖块的变化。（学生汇报）
（2）拿掉上面的滤杯，小心地拎起纱布的四个角，把它放在盘子里，看看纱布上有什么？哪来的？这个就是黑板上三个中的什么？（颗粒较粗的沙粒）
（3）再来观察一下水的情况，什么样的？
放置一段时间以后又是什么样的？说明了什么？
自然界中是谁在晃动岩石，让岩石的模样发生了改变？（河流、洪水、雨水）
6.小结：岩石在冷热变化、流水的作用下会改变模样，我们把这种现象叫做风化。（板书：风化）
“岩石在空气、水、生物等的作用下会发生风化作用。”或许不用上这一节课，学生就能解答“引起岩石变化的原因有哪些？”这一问题。但这种认识往往来自课外的阅读，至于这些环境因素是如何产生作用，以及变化的过程中会出现哪些情态，学生并无感知。从这一点讲，学生并没有形成或没有完全形成真正的风化作用概念。这种认识还在学生的认识结构外游离，且极不稳定，因为它缺乏根基。课堂上通过两个模拟实验，用事实作为依据，来帮助孩子建立相关的科学概念。
在研究流水的作用时，我把观察的要点细分为三层：第一层是与留样砖块比较，观察砖块的变化，第二层是观察纱布上的情况，与生活中的什么一致？第三层是观察水的情况，能说明什么？处理这些问题的时候，不要急于诱导学生解答，急于给出答案，而是给学生足够的时间进行观察和比较，开展思考和讨论，充分展开讨论和交流，倾听别人的意见，接纳不同的观点从中得到启发和帮助。随着思维的不断交流、碰撞和激发，同学们真切地感受到了流水对岩石风化起的作用，有了事实和情感的依据，这样的科学概念才有了根，学生的思维才能得到长足的发展。
三、关注发展，拓宽思维广度
当学生通过探究活动，感受、学习到了缜密的科学探究的思维过程后，给学生一个仿效这种思维方式的实践过程，是必不可少的。联系生活实际、举一反三，这是思维发展的必然，也是检验思维科学性的有效途径。
教学片片段三：欣赏风化带来的自然之美
1.自然界中，还有许多现象也会让岩石产生变化，一起来看看！（视频）
2.从视频中，你了解到，还有那些现象会让岩石发生变化？（动物、植物、冰川、风……）
3.风化作用会改变地球上的地形地貌，形成许多美丽的景观。课后，让我们走进大自然，去感受自然界的神奇力量吧！
除了冷热和流水的作用，自然界中，还有许多现象也会让岩石产生变化，这些风化作用改变了地球上的地形地貌，形成许多美丽的景观，这就是大自然的神奇所在！当学生意识到这些问题的时候，他们的思维已经发展到了一定高度。虽然没有机会带领学生们走进大自然去寻找岩石风化的痕迹和形成的地形地貌，相信当家长们带他们出去旅游的时候，他们一定会关注到岩石缝中扎根生长的参天大树、岩石上大大小小的裂痕、山脚下崩落的石块、河滩边被流水磨圆的石块……他们的感受肯定和过去不同，当他们带着理性的目光来看待生活中的这些现象时，学生的思维向更深更广处发展，我们科学课的目的也就达到了。
篇4
关键词：自发反应；焓变；熵变
一、教学设计思路
生活是智慧的源泉，生活是连接学生情感和科学未知的纽带，生活中的鲜活现象牵动着学生的每一根神经末梢，也催生着学生的智慧、情感和谐有序地发展，为学生的现实发展和终生发展提供不竭的动力，因此新课程倡导“从生活走向化学，从化学走向社会”。本节课在设计上采用大量的生活现象，让学生从已有的生活经验出发，通过问题的精心设计和探讨，提炼出化学知识及科学规律。本堂课首先通过自然界中常见的自发现象帮助学生建立自发反应的概念，其次通过自然界中的热传递过程使学生认识到化学反应能向能量降低的方向自发进行，同时通过实验探究让学生认识到焓变并不是影响化学反应的唯一因素，再通过火柴散落、整齐的房间变乱等现象说明混乱度增加是自然界中的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向，并通过实例分析，说明若要正确判断化学反应的方向，必须将焓变、熵变综合起来考虑，最后通过汽车尾气处理反应的分析引导学生关注化学与人类、化学与社会发展的密切关系，使学生体会到“化学是人类进步的关键”，最终完成本节课的教学内容。
二、教学目标
1.知识与技能
（1）了解自发反应的概念，了解熵变与焓变对化学反应的影响。
（2）能用化学反应焓变、熵变说明化学反应的方向。
2.过程与方法
（1）通过学生已有知识及日常生活中的实例，使学生构建化学反应方向的判据；学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工。
（2）让学生体会科学探究方法中的重要手段――“证伪”和“证明”，从而进一步认识科学的本质特征。
3.情感态度与价值观
通过本节内容的学习，使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，要学会客观地、全面地分析问题。
三、教学重点和难点
焓减和熵增与化学反应方向的关系。
四、教学过程
[情境导入]投影自然界美丽的瀑布、室温下冰的融化图片。
[提问]自然界中有许多自然而然发生的现象，其逆过程不能自发，举例说明在化学中我们所知道的常见的自发过程。
[学生讨论并回答]钢铁腐蚀、食品腐烂、活泼金属与酸的置换反应、酸碱中和反应等能自发进行。
[教师]像这类在一定温度和压强下，无需外界帮助（光、电能等）就能自动进行的反应，称为自发反应。
设计意图：通过室温下冰的融化、瀑布中水的流向等图片，吸引学生的眼球，使学生认识到自发过程是自然界中常见的现象，并通过化学变化中的自发过程的讨论，帮助学生理解自发反应的概念。
[情境过渡]金属具有良好的导热性，那金属在导热时能量是如何传递的？
[学生回答]从温度较高的地方向温度较低的地方传递热量。
[教师]对，也就是能量从高到低传递。
[投影]观察与思考：下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的主要原因吗？
[学生思考并回答]这些反应都是放热反应，即反应后体系的能量较低，焓变（ΔH
[教师]回答很好，研究表明，绝大多数放热反应都能自发进行。
设计意图：从学生已有的生活经验出发，先分析金属导热的过程，让学生体会到自然界中的体系是从高能量到低能量转变的趋势，再通过具体的化学反应实例分析得出绝大多数放热反应是属于自发反应，通过金属导热的“承上启下”，让学生带着自己的兴趣、知识、经验、思考和灵感参与课堂活动，成为课堂教学主体部分，不仅活跃课堂气氛，还使新知在学习中自然生成。
[设问]焓变是不是制约反应进行的唯一因素呢？
[学生探究实验]
（1）向干燥的烧杯中加入一定量的NH4NO3晶体，并加入适量的水，用手触摸烧杯外壁。
（2）向干燥的锥形瓶中加入约20 g NH4Cl晶体。在一小木板上洒少量水，将锥形瓶放在木块上。再向其中加入约40 g氢氧化钡晶体[Ba（OH）2・8H2O]，用玻璃棒将固体充分混合均匀，片刻后拿起锥形瓶，观察实验现象。
[学生分组实验]实验（1）烧杯外壁温度明显降低，实验（2）锥形瓶与木板连接在一起。
[师生交流]上述两个变化都属于吸热反应，但在常温下也能自发进行，因此并不是所有的自发反应都是放热反应，由此可见焓变是制约化学反应自发进行的重要因素，而不是唯一因素。
设计意图：通过两个吸热反应的实验探究让学生发现并非所有的自发反应都是放热的，从而得出焓判据的不全面性，引导学生思考问题，激发学生的求知欲望，为提出熵判据做好铺垫。
[情境过渡]投影混乱度不同的房间的变化及火柴的散落图片
[教师提问]这些图片告诉我们体系有从有序变无序的倾向，那么硝酸铵溶于水、氢氧化钡晶体与氯化铵晶体为什么能够自发进行呢？
[学生讨论并回答]硝酸铵溶于水的过程体系从晶体有规则的排列变化为溶液中自由移动的离子，体系的混乱度增大，而氢氧化钡晶体与氯化铵晶体是反应生成了气体，使体系的混乱度增大。
[设问]如何来衡量体系的有序和无序呢？
[教师]德国科学家克劳修斯引入一个新的物理量――熵：描述体系混乱度大小的一个物理量。符号：S，单位：J・mol-1・K-1
[投影]水的不同状态的混乱程度图片（学生观察）
[提问]如何比较同一物质的不同状态熵值？
[学生]同一物质不同的聚集状态熵值大小为：S（g）>S（l）>S（s）
[教师提问]常见的熵增过程有哪些呢？
[学生讨论、回答]
常见的物理过程有：（1）固体的溶解；（2）气体的扩散；（3）物质（如水）的汽化。
常见的化学变化有：（1）有气体生成的反应；（2）气体的物质的量增加的反应。
设计意图：通过混乱度不同的房间和火柴散落图片，启发学生有气体生成、构成物质的粒子无序分散等过程犹如整齐的房间及火柴变凌乱是自发产生的，从而引出熵的概念，并得出体系的混乱度是判断反应能否自发进行的另一个重要因素。
（1）能自发进行的反应一定是熵增反应吗？
（2）熵增反应一定能自发进行吗？
（3）熵变对反应的方向有什么影响？
[学生]小组讨论，然后选出代表来回答。
[交流共享]能自发进行的反应不一定是熵增反应，如反应⑤，熵增反应能否自发进行还与温度有关，如反应③和④常温下不能自发进行，但在高温下可以自发进行。
[教师]根据同学们的讨论结果，我们可以知道：
（1）体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。
（2）在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关，但都不是唯一因素，必须综合起来判断。
设计意图：通过具体的化学反应实例分析，让学生更好的理解熵增是影响化学反应方向的一个重要因素，为下文引出综合判断做好铺垫。
[过渡]那如何来判断反应能否自发进行呢？
[投影]拓展视野：ΔH和ΔS与反应的方向
美国科学家吉布斯提出了把焓变和熵变综合起来，建立了一个公式，依次判断反应能否自发进行。
ΔG=ΔH-TΔSΔG
ΔG>O 非自发反应
[教师]什么情况下反应可以自发进行呢？
[学生交流]
（1）ΔH0 反应一定自发
（2）ΔH>0，ΔS
（3）ΔH
（4）ΔH>0，ΔS>0 高温自发
[学以致用]生活中汽车尾气主要的污染物是一氧化氮和燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳，它们是现代城市中的主要污染物，为了减少城市污染，人们通过提出以下反应来处理汽车尾气：2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g），并成功地减少了氮氧化物的污染，你认为该反应可以发生的理论依据是什么？
[学生活动]该反应的 ，反应仍能自发进行说明该反应是放热反应即 。
设计意图：通过汽车尾气处理化学反应方程式的研究，让学生能把知识应用到实际生产中去，体会化学与社会的联系，感受学科魅力。
[课堂练习]学以致用
1.常温常压下，2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）ΔH=+56.76 KJ/mol，该反应能自发进行的原因是（ ）
A.是吸热反应 B.是放热反应
C.是熵减少的反应 D.熵增效应大于能量效应
2.下列反应中，在高温下不能自发进行的是（ ）
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、教学反思
1.从教学设计角度反思教学效果
常言道：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”教学设计要在“好之”“乐之”上多下工夫，收到以情促智和以智生情的教学效果。本节课以学生熟悉的自然现象和已有的生活经验引入，将其中所蕴含的哲理应用到化学反应能否自发进行的探讨中，以此激起学生内心的层层涟漪，幻化出无尽的想象，让学生每一个思维细胞都沉浸在化学的海洋里，在快乐和享受中，汲取化学学科思想和方法，创设出令学生终身难忘的智慧课堂、活力课堂。在整堂课的学习中学生始终体会着“生活中的化学”，感知到化学即生活，生活即化学，体味到一堂化学课就是一种鲜活的、流动的生命，打造出令学生流连忘返、回味无穷的生命课堂，收到“润物细无声”的教学境界。
2.从学生的角度反思教学效果
学生对本节的反映是，那些自己平时熟视无睹的生活现象，经老师一分析，都赋予了新的色彩，更加生动了，并且与深奥的化学知识有着千丝万缕的联系；本节课他们不仅学会了相关的化学知识，更掌握了以化学的视角去审视身边的生活现象，使他们的生活更加化学化了，真正达到了“以生活活化化学，以化学催化生活”的崇高境界。
参考文献：
篇5
关键词：光的反射，折射及光的偏振应用。
一、海市蜃楼
在语文课上同学们学习过《海市蜃楼》这篇文章，“海市蜃楼”是怎样形成的呢？原来，当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上空气的温度比空中低，空气的折射率下层比上层大。我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图1所示，下层的折射率较大。远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较低的下一层。在地面附近的观察者就可以观察到由“空中”射来的光线形成的虚像，这就是海市蜃楼的景象，如图2。同学们可以照此分析一下沙漠上的“海市蜃楼”的形成。
二、湖面上的炫光
在湖面上常常遇到耀眼的炫光，它使人的视觉疲劳。这些大自然的炫光往往是光滑表面反射而来的镜面反射光和从表面反射的漫反射光重叠的结果，漫反射光是非偏振光，而镜面反射光一般是部分偏振光，由于它们是从水平面上反射的，光线的入射面是垂直的，所以反射光含有大量振动在水平方向的直线偏振光。要想消除这种炫光，只要将光线中的水平振动成分减弱些就可以了。
偏振太阳镜就是根据这种要求而设计的，它的外形跟普通眼镜一样，不过镜片是用人造偏振片做的，把偏振轴装在竖直方向，它能将水平方向的振动“吸收”掉，教师戴上这种眼镜后，就可以免受水平方向振动所引起的炫光的刺激，同时所见景物的色彩也显得柔和浓重。
三、雨后天空中的彩虹
美丽的彩虹是如何产生的?是由于雨后有大量小水滴悬浮在空中，太阳光投射到小水滴上，产生了色散现象。我们来考察其中一条光线，如图3所示，阳光射入小水滴，即从空气这种媒质进入水这种媒质，发生一次折射，由于构成白光的各种单色光的折射率不同，紫光波长最短，其折射率最大，红光波长较长，其折射率最小，其余各色光则介乎其间。因此，光线在小水滴内产生分光现象，各色光同时在小水滴继续传播，遇到水滴的另一界面时被反射回来，重新经过小水滴内部，出来时再一次发生折射回到空气中。这样，阳光在小水滴中进行了两次折射和一次全反射就被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光。当空气中的小水滴数量很多时，阳光通过这些小水滴，经过反射和折射作用，射出来的光集中在一起，天空中美丽的彩虹就形成了，如图4所示。
四、黑色花为什么稀少
在庞大的植物界中，有各种奇花异草．每到春、夏季，各种颜色的花朵盛开，争芳斗妍。可是，在这些花中很少见到黑花，那么，自然界中黑色花为什么稀少呢?
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.
关键词： 仿生设计；城市开放空间；生态设计；可持续发展
Key words: bionic design；city public space；eco-design；sustainable development
中图分类号：TU984.11+3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）03-0083-01
0 引言
城市公共空间是城市环境的重要组成部分。随着城市文明的不断发展和城市居民生活质量的提高，人们对城市建设有了越来越高的要求，而囊括了所有供城市居民日常生活和社会生活公共使用的城市公共空间的设计则是城市设计的重中之重。设计师们从自然界中汲取灵感，以求通过模仿大自然的设计过程来解决环境所面临的问题。
1 仿生设计
自然界是人类科技进步的源泉。自然界的生物在漫长的进化过程中，为了自身的生存与发展，逐渐进化出适应自然界变化的各种本领。为了使人类更优雅地生存在地球上，设计师们开始尝试向自然界中的其他物种学习，听取他们设计上的建议。仿生设计便由此应运而生。仿生设计是以自然界万物为设计源，以其“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等为研究对象，有选择地在设计过程中对这些特征原理进行综合、利用及改进，为设计提供新的思想、新的原理、新的方法及途径，以实现人类社会和自然的和谐统一。
2 仿生设计在城市开放空间中的应用形式
我国早在原始社会就有了仿生学的雏形，如古人们模仿飞禽学会了筑巢，由此躲避野兽的袭击；模仿鱼类学会了造船，由此取得水上运输的自由，等等。仿生设计发展到今天，更是在多个领域都有了突飞猛进的发展。仿生设计的源物体为自然界中的一切物种，包括人类自身。而涉及景观领域的仿生设计，主要有以下几种形式：
2.1 形态仿生 形态仿生是对具有美感的生物体的线条、形态、色彩等的直观模仿或对意境的提炼和升华。它用一种直白的方式蕴含自然哲理，表达出对自然的向往。由于具象形态容易表现情趣性、亲和性、自然性，直观地对自然对象的外观进行再现和模仿，可以传达出浓厚的情趣感和亲和力。故多应用于一些景观小品中来营造活动的氛围。如居住小区中用苗木修剪造型而成的鸟类、动物形象， 用石材等制作的人物塑像，以动植物形态塑造的园林小品等。
2.2 材料仿生 材料的仿生，就是通过对生物组成、形态、结构的研究和分析，研制出具有一定功能的人工材料，使之与周围环境协调。城市环境中最简单也最常见的一种就是仿木、仿竹、仿石材料的运用，能给人朴实、自然的感觉，可缓解人们因工作而引起的疲劳与压力，还能达到良好的视觉效果。
2.3 结构仿生 结构仿生是建筑仿生学中一个成熟的分支学科， 也是运用最为广泛的。结构仿生通过研究生物整体或部分的构造组织方式，对其力学结构和组织原则进行模仿，以解决问题。例如城市广场中常用的张拉膜结构，其灵感便是来自于昆虫轻盈的翅膀通过张拉产生力学美这一自然现象。
2.4 功能仿生 功能仿生是从功能出发，对生物的形态和结构、群落的生理机能或自然力的作用规律进行模仿。生物模拟学家Benyus认为“我们必须具备一种与这些生物体更相近的能力，那就是找到一个方法，减少材料用量，那种我们所用的材料，然后加上设计。”例如，人们模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍，大大节约了能量；模拟自然界水体自净的过程来实现景观中水生系统的自我净化等等。
2.5 布局空间仿生 对空间布局的仿生常融合了形态、材料、结构和功能等多项仿生设计，使空间布局具有优美的构图、强烈的逻辑、完整的结构，并能够表达一个明确的主题。例如成都活水公园利用“鱼水一家”这一自然生态原理，在外形上采用了仿鱼形设计，为世人展示了模拟与再现自然环境对污水净化处理的全过程。
3 仿生设计运用于城市公共空间设计的意义
“想象要设计一个春天，想象一切和谐编排，想象那些时机、那些巧合，完全没有上对下的法则规律，或政策，或气候变迁草案，每年都这样发生。有很多争奇斗艳……空气里充满爱，有很多盛大的开场。而这些生物体，他们全都井然有序。”这是Benyus在TED演讲中描述的自然界，在这一描述中我们看到了人类所追求的和谐。大自然给我们的灵感是不会枯竭的，我们要向自然界中的生物学习如何与我们的生活环境和谐相处。仿生学的发展为我们提供了这一契机，它丰富了设计的形式语言，成为设计创新的源泉，促使生态理念运用于景观设计的更深层次。
4 仿生设计在城市公共空间设计中的发展前景
生态环境的不断恶化，使绿色未来、节能经济成为大势所趋。随着时代的变迁，环境的变化，人类逐渐发现生物界能够教给我们很多东西，仅仅认识这些生灵是不够的，与它们共处一室，不仅是为了研究，而是要从它们那里学到东西，以能够应用到人类的生活中，这可能帮助全球能源问题，减少浪费，提高能源的可持续性利用。德国著名设计大师路易吉·科拉尼说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中。”自然给设计的启示不应仅仅只是视觉上的，环境系统中的仿生更重要的是研究自然生态系统如何维持自己，使人造环境具有与自然环境一样出色的功能。城市公共空间设计应将这些自然造物法则穿插运用，最大化的为人们营造接近自然的户外环境。当前人们都在追求低碳生活，但我国的城市共空间设计中还存在着许多关于环保节能方面的阻碍，但这可能是短暂的，随着材料、技术和设计水平的不断发展与提高，随着仿生设计的不断渗透，相信未来的城市公共空间一定会为人们追求低碳生活开辟更加广阔的道路。
5 结语
社会是不断发展进步的，环境的好坏可以做为衡量发展的标尺。通过向大自然学习，设计师可以模仿自然系统，不断设计出更高效的社会环境。
参考文献：
[1]申益春.论仿生形态设计在景观设计中的应用[J].规划师,2007,6：95-97.
篇7
自然科学美的主体成分是理性美，是自然界的固有结构与人的认识、人类心灵深处的渴望在本质上的吻合。它是通过科学的理想化、抽象化，以概念、定理、公式、理论的方式显示出来的。由历代物理学家所精心雕琢的物理学大厦，可谓一座辉煌壮丽的科学殿堂。它集诸种基本形式美与内容美于一体，不仅向人们提供了对物质世界规律性的认识，同时也把一种令人心旷神怡的美景奉献给了人类。只要步入这个“和谐的宇宙”，就一定能使具有一定科学素养的人领略和体味到这种理性美。
物理学所描述的对象是非常广泛的，因而它的美也在多方面有所体现。从浩瀚无边的宇宙到微观世界的基本粒子，无不是物理学家的研究对象；从星系到夸克，全都遵循着基本的物理规律。结合美学的基本原则以及科学美的评价和判断标准，我们可以从以下几方面来欣赏物理世界的美：
物理学中的逻辑简单性
物理定律的内在对称性
物理规律的复杂整体性
物理理论的普遍性
物理学中的延伸性
物理学中的和谐美
……
篇8
课例名称：追寻守恒量
教材版本：普通高中课程标准实验教科书 物理必修2
教学设计：
一、教学设计理念
利用课堂教学，学生体验到科学探究过程，了解科学研究的方法；增强学生创新意识和实验的能力，激发探索自然、理解自然的兴趣与热情；让学生进一步形成守恒思想，让学生了解守恒思想的重要性。认识到能量守恒思想对社会发展的重要性，为形成科学的世界观和科学的价值观打好基础。
二、教学重点和难点
教学重点：领会守恒思想，体验科学研究过程，理解能量、动能、势能等概念。
教学难点：经历科学家的研究过程，体会从实际情景中抽象出某些关键的因素，并利用已有的知识和方法，产生灵感，从而进行新的联系及产生得出新的概念。
三、教学目标
1.知识与技能
（1）理解能量及动能、势能的概念与意义；
（2）了解守恒思想的重要性，守恒关系是自然界中十分重要的关系；
（3）通过具体的事例使学生对守恒观念有初步的认识。
2.过程与方法
（1）重温一次伽利略的斜面实验，启发大家对守恒思想的认识；
（2）利用单摆演示，帮助同学们建立能量守恒的观念。
3.情感、态度与价值观
通过动能、势能间的相互转化来研究生活中的物体的运动，培养热爱生活的情趣。
四、教学方法
课堂中通过教师引导、启发，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。调动学生学习的积极性，提高学生课堂学习的效率，培养学生的协作精神。
教学实录：
一、引入课题
师：在生活中很多变化过程中有守恒的现象，抓住守恒，对我们解决问题很有帮助，下面让同学们体验以下几个事情。
学生活动：【事例1】 “两个杯子间倒水 ”：一个杯子水少了，另一个杯子中水增加了，但倒水这个变化过程，不会使两个杯子里水的总量发生变化。【事例2】“让科代表在20张纸中数去15张”：在数纸的过程中，一边的纸增加了，一边的纸减少了，但数纸这个变化过程，不会使两边纸张的总数发生变化。
二、追寻守恒量
课件展示：伽利略的斜面（曲面）理想实验的动画
三、应用守恒量
师：能量的转化与守恒是自然界普遍存在的现象，由此你想到了什么？或说你意识到什么？
（出示页面）提醒：（赫兹发现了电磁波，很快有人发明了电报）气象预报说：“近年夏天会持续高温，而且干旱……”国美的老板听了会想到什么：空调会热销，发财的机会来了。使用价值，如果我掌握了守恒的规律，就可以用它来解决问题，看到了新技术，就要琢磨怎样应用它，就是创新。如果你对它无动于衷，就总是落后于人家。
课后反思：
这节课的内容是比较简单的，无非就是感受到自然界中存在着机械能守恒，或更广泛的能量守恒。关键在于学生的去体验追寻的过程。在追寻的过程中体会科学的方法，首先是从一些生活的事例入手让学生了解变中存在的不变量即守恒量，能比较轻松地接受这个观念，学生有了初步体会后再进入这节课的主题，从伽利略的理想实验出发，一步步引导学生不断去探索、不断去思考其中的守恒量―能量。最后通过生活的实例进一步加深学生对能量守恒的体会。
但是本节课也存在不足之处，由于学生初中已经知道了动能和势能，或者课前做了预习，对于伽利略的理想实验，大部分同学已经知道了结果，所以对于这节课他们缺乏因未知而去做一些猜想的冲动。这样就不能很好的调动学生的积极性，不能很好探究体验科学的方法，达不到理想的效果。关于这一点，教学中应该注意到。
课例点评：
篇9
随着仿生学与设计学在当代的不断发展，也随着人们对于景观要求的不断提升，使得仿生材料不断出现在园林规划与设计活动中，并且仿生材料逐渐成为现代园林设计中的主要发展趋势。仿生材料的出现，不仅推动了我国园林设计的发展，还为人与自然的和谐统一发展提供了推动力。所以，本文主要从仿生材料的概念，以及仿生材料在现代园林设计中的应用进行了详细的探讨。
关键词：仿生材料；现代园林设计；应用
1引言
生物经过亿万年的进化过程，为了适应环境的变化而不断完善自身的结构组织与机能，从而得到了性能高超、组织结构完善，身体机能良好的保障系统，从而在大自然中生存下来。生活在自然界的人类与其他生物是好朋友，人类看着自然界形形的生物具有这样或那样的本领，就开始想象和模仿他们，从而出现了仿生学，进而出现了仿生材料。人们研究仿生学是为了从生物本身出发，借助由自然界生物引发的灵感进行模仿和创新，以便于自然和谐相处，共同发展。从自然中寻找仿生材料和设计理念也是现代园林设计中的重点内容，其主要包括两方面的内容：①园林建筑仿生，它是通过研究生物界许许多多生物体的组织结构和性能，并将研究成果用于仿生材料创作，从而解决现代园林设计中仿生材料的问题。②环境的仿生，它是人与自然相联系的场所。
2仿生材料的概念
仿生材料是指根据生物本身的组织结构和性能研制的材料。在仿生学上，常常把根据生命系统组织结构和性能而设计制造的人工材料称为仿生材料。仿生材料学是仿生学的一个分支，它是从微观世界的角度研究生物材料的组织结构和性能关系，从而研究出和原生物材料一样或者超出原生物材料的的一门学科，他是众多学科的的交叉部分。仿生设计不但要模仿生物的结构而且要模仿生物的功能。把材料学、生物学、仿生学结合起来，对于促进仿生材料的发展具有重要意义。生物自然进化让生物材料具有最合理的结构，并且具有自我适应的能力。
3仿生材料在现代园林设计中的应用
在现代园林设计中，设计者通过对自然界中各种生物的结构、形态、性能等方面的不断研究，让一种新的材料开始出现在当今社会中———仿生材料。设计师在进行现代园林设计过程中，常常通过一些模仿竹子、石头、木头等仿生材料的应用，不但使得材料所具备的功能性被有效利用，而且使园林风格的整体性与多样性被全面地体现出来，比如，在中国的传统园林中，常常在水泥中加入一些瓷瓦碎石，从而使他们组成不同风格的花纹图案来呼应园林景观，并丰富园林景观的文化内涵，有些动植物的形象被赋予各种喻意：鲤鱼跳龙门象征着仕途通畅，桂花象征和平友好，被人看作坚忍不拔的化身，荷花出淤泥而不染象征了纯洁高尚，竹子以其中空有节的特性常被用来比喻虚心好学和高风亮节的优秀品质，梧桐象征了高洁，亦有高士隐居之意等。近现代随着材料工艺的发展，常会通过对动植物形态的模仿而设计出马赛克等园林装饰。
3.1功能仿生材料
同人体一样，自然界中的生物也需要通过对肌体的调动来完成自身整个系统的新陈代谢工作和各项运动，当生物具有的这种功能被设计师参考应用到仿生设计中时，便创造出功能方面的仿生设计。与其他方面的仿生设计相比，功能仿生属于一种相对来讲比较高级的新型仿生形式，由于该形式涉及到的仿生学与设计学方面的内容比较多，所以，设计师在对此项功能进行实际应用时，一定要全面且深刻地了解认识生命的活动原理。此外，设计师还需要对自然界中各类型的生物作用进行了解，从规律的条件和本质两个方面进行仿生设计，从而使一些复杂的活动过程能够在有限的园林区域内被实现。譬如，对自然界水体进行自我净化的活动过程仿生，从而达到净化园林中的废水，使被破坏的水生系统可以被重建的目的；对自然界中某些由植被形成的群落进行仿生，从而使园林中的生态系统具有快速的自我恢复功能等。
3.2结构仿生材料
结构仿生材料是根据生物肌体的性能，模仿生物体或者其中一部分的材料。设计者从蜂巢上得到启发，根据蜂巢发明了蜂窝泡沫砖，这些蜂窝状材料，不仅隔热保温，而且结构轻质美观，在现代园林建筑设计中已经得到了广泛应用。下雨的时候，荷花的叶子比较干爽，这是由于在荷叶上有一层光滑且柔软的绒毛，它让荷叶虽然经过雨水打击但不会被打湿，与此同时，绒毛上承载着的水滴，可以迅速吸收荷叶上的灰尘颗粒，然后带着灰尘从荷叶上滚落下来，从而荷叶变得非常洁净。此种现象已经被广泛应用到一种带有自我清洁功能的涂料上。在园林建筑设计中，最常使用的结构仿生是拉模结构，这一结构主要是人类受到了昆虫的翅膀在拉张的过程中产生的力学美的启发而创造出来的。而由德国当代著名景观设计师彼得•拉茨设计的并以其名字命名的花园，更是将仿生结构及空间设计理念注入其中：用“可俯瞰的恐龙”“龙骨”形式作为花园的路，作为设计亮点的恐龙脊骨则是努力做到与真实的恐龙脊骨相像，并且恐龙脊骨内更是挖了圆形凹槽，既增加了空间，又增加了层次，使“龙骨”对于游人来说既可近处赏玩，又可远观其形。
3.3色彩和质感、图案仿生
在园林中对仿木、仿竹、仿石材料的运用，能给人朴实、自然的感觉，可缓解人们因工作而引起的疲劳与压力，如图1人造沙砾模拟沙滩。
3.4化学成分仿生
园林设计中常用的材料贝壳，抗张强度高，它的成分很简单，95％是石灰石，5％是蛋白质，两者粘结成坚不可摧的整体，不需要高温烧结。
3.5仿生材料在形态方面的应用
在此方面，我国的园林设计师主要从两个方面对形态仿生进行了有效的应用：①抽象式的形态仿生。园林规划设计中的此种仿生设计，是以自然界的生态环境为依据而逐渐的发展和衍生出来的仿生设计；正常情况下，此种仿生设计主要就是通过反应一些简单形体具有的本质特征来表现形态方式。此种仿生技术的应用，可以使园林的设计更加丰富，使得园林的景观更加优美。②具象式的形态仿生。此种仿生设计主要是通过将自然界中各类型生物具有的形态结构、颜色的搭配、以及生长的环境为基础进行设计。此种仿生技术的应用，可以将自然界中具有的和谐美有效地融入到当前我国园林的规划设计中。
4总结
仿生材料在现代园林设计中的应用处处可见。园林的设计是人们与自然对话和融合的重要纽带，是实现人与自然环境的和谐相处的重要媒介。仿生材料作为园林设计的一种新手段、新方法、新思维在现代园林设计中扮演着越来越重要的作用，设计师通过仿生材料来表达自己对园林设计的理解，为人们解决人与自然和谐共处这一重要话题提供了有价值的思考。总而言之，在自然界中，生物的种类、造型是多种多样的，颜色也是五彩斑斓的、各种生物结构也是千奇百怪的；大自然中的生物具有的此种特色，使其为负责园林规划设计的设计师们提供了十分丰富的灵感资源。将仿生材料设计技术应用到当前我国园林的规划和设计的工作中，不仅可以使建设完成的园林景观带有极高的亲切感，还能够实现人类与园林建筑同自然环境之间的和谐统一，使园林规划中返璞归真的设计理念可以真正被实现。
参考文献
[1]徐珊珊.仿生设计在园林规划设计中的应用探讨[J]．现代园艺，2014，20：87~88．
[2]周鹏．仿生设计原理在园林规划设计中的应用[J]．热带农业科学，2009（5）：66~69．
[3]刘玉寒．从形态仿生设计谈产品创新[J]．广西轻工业，2010（1）：59~60．
篇10
【关键词】整合;信息技术;科学教学
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2015）03-0047-02
自然界中的水通过发生形态变化形成水循环，使淡水自然不断地得到补充。但随着人类社会的发展，水资源出现很大的危机，爱护环境、合理利用水资源已成为社会的热点问题。通过让学生了解水的各种形态，理解自然界中水循环的过程，让学生养成关心社会合理发展的习惯，形成科学的世界观。
笔者将信息技术与科学课教学进行融合，讲授了小学科学三年级下册第三章第七节《水的三态变化》。这一课的讲授，主要完成三个教学目标：（1）让学生了解水在自然界中是同时以液态、固态和气态存在的，并不断经历着三种状态的变化;（2）理解水在自然界中的各种形态之间变化的原因、条件、过程及规律;（3）尝试用水的三态循环这一现象对自然界水的相关问题做出解释，牢固树立合理利用和保护水资源的思想。
提供多样化的外部刺激，创设具体的教学情境
在导入《水的三态变化》一课时，为了引起学生的学习兴趣，引导学生发现问题、提出问题，笔者首先用计算机出示图片：冰天雪地北国风光图，一片茫茫大海图，黄山、庐山云雾飘渺图。目的是提供外部刺激，为学生创设具体的情境，使其发现问题。
“请同学们看，这些都是自然界的美丽风光图，从中你发现了什么呢？”这样做，一方面是引起学生的学习兴趣，把学生的注意力引入对课程内容的学习中来;另一方面是引导学生发现问题，为下面课程的进一步讲授做好铺垫。
果然，学生的情绪立刻高涨，很多学生举手踊跃回答问题，课堂气氛也活跃起来。有的学生回答：“水没有形状，或方或长” ;“冰有一定的形状”;有的学生回答：“阳光照射下雾气会消散，变成水流入海洋”……学生的回答五花八门，多种多样。通过一步步的对比、引导，学生最后终于得出结论：在一定的温度下，冰会变成水，水会变成雾气。
这样，就成功地引出了本次教学的主题。“我们所居住的地球，表面四分之三为水所覆盖，是一颗‘水的行星’，我们这一课将要学习的就是《水的三态变化》。”
那么，地球上的水都发生了哪些变化呢？提出问题以后，先让学生自己思考，也可以通过网络搜索，寻找答案。几分钟以后，学生们就开始踊跃发言了。学生有的回答冰是固体，有的回答水是液体，等等。在学生回答的过程中，教师展示相对应的实物，这样就给学生一个直观的印象，比较适合三年级学生的年龄特点。等到学生基本回答完的时候，通过多媒体向学生讲述自然界中水的不同形态，并同时把书上露、雾、霜、雪的图片，投影到屏幕上，让学生观看水的各种不同形态。
然后继续提问：“水发生变化的条件及过程是怎样的？”在学生回答以后，教师把水的变化过程及发生变化的条件按固态、液态、气态的顺序投影到屏幕上，而后指名试答书上57页图表。等学生完成后，教师帮助学生总结出：促进水的三态变化的原因是温度，以0℃为分界，即温度的变化引起水的三态变化。
通过上面的学习学生发现“霜、雪、露、雾”有共同的部分，都有“雨”字头，可能和“雨水”有关。那么地球上“水”的三态循环又是怎样的呢？讲授同时，将固态、液态、气态循环图投影到屏幕上，加深学生的记忆与理解。对相互联系的水体这一知识点讲述完成以后，自然过渡到水的形态转化的原因及怎样相互转化这一知识点。
“地球上可利用的淡水资源这么有限，那么，随着人类对淡水的利用越来越多，地球上的淡水资源岂不是很快就枯竭了吗？淡水是不是越来越少了呢？”问题提出以后，学生接着讨论，有的学生担心有一天会，有的学生认为不会。大部分学生都得出了否定的结论。把学生的情绪调动起来以后，教师接着点题：自然界的水资源是不会枯竭的。因为，水在地球上是循环运动的，在这种循环运动中，水资源得以不断更新。“下面，我们就来分析分析自然界中水的循环运动。”
创设模拟实验，促进学生知识建构
“水在不同条件下也会发生不同的变化：一方面，在重力的作用下，陆地上的水通过地表径流和地下径流，不断地注入海洋中。另一方面，海洋上大量蒸发的水汽也会克服重力的束缚，随大气的运动被输送到陆地上，在适当条件下形成降水，从而补充到陆地表面、下渗到地下、被植物吸收。这样，在海洋和陆地之间就形成了一个大的循环。”当然，海洋上蒸发的水汽大部分还是降回到海洋中……在讲授过程中，教师首先出示“水的循环图”，给学生一个总体的、直观的印象，而后结合利用Flash软件制作的水循环的动态图，根据其运动变化的过程，教师结合以上讲解，帮助学生分析、理解、掌握重要的知识点。
在传统的教学过程中，只能通过挂图的方法来静态讲授水循环的过程。这样学生就没有一个动态的概念，无法观察水循环的具体过程，在实际的教学中很难取得良好的教学效果。利用多媒体课件，以动画演示的方式，把水循环的过程动态地展现给学生，使学生观察得更仔细、更清楚，可以更好地揭示事物的本质特征，促进学生知识的建构。
突破课堂教学局限，延伸教学内容，拓宽学生知识面
课程讲授完毕，传统的教学课程就应该到此结束，但在信息技术与科学课程融合的环境下，学生可以从更多方面获取信息。在学生复习巩固新学内容的基础上，增加了人类对水循环和水平衡的影响的讨论，进一步拓展学生的知识面，提高学生的综合素质。讨论过程相当热烈，同学们纷纷发表自己的看法，一致认为，人类在利用水资源时一定要注意合理和适度，否则会给人类自身带来极为不利的影响。在此基础上，教师进一步深入，提出问题：那如何合理利用水资源呢？利用多媒体进行教学，学生的学习摆脱了以往教学中以教师、教材、课堂为主要渠道接受知识的模式。他们可以通过计算机搜索网络，学到传统课堂里学不到的知识。课后，教师布置了让学生在网上、图书室或者利用其他资源进行信息检索的任务，进一步获得有关水的三态变化的资料。教师不但完成了本节课程的教学目标，更重要的是培养了学生思考问题、解决问题的意识以及信息素养。
