浙师大“教育振兴行动计划”丽水小学科学教师培训 [复制链接]

讲座主题：科学本质与探究性学习问题

主讲人：陈秉初（浙江师范大学教师教育学院）

时间：2010年7月11日上午

主要内容

笔记备注

说在前面的话：小学的重点是学习习惯（包括学习兴趣）和学习方法，而小学1-3年级是最好的元认知时期。不在于作业量的多少，而应该学会回顾和反思，比如今天学了些什么。

关于探究性学习

科学教学中的探究性学习

关于探究性学习的评价

一、关于探究性学习

1、什么是科学

2、科学的本质

3、什么是科学探究

4、什么是探究性学习

什么是科学

科学是揭示自然现象的本质、运动规律的诸学科的总称。（中华大字典）

科学是人们认识自然的过程中所积累的知识的总和。

科学是人民正确认识自然的方法。

科学是人民为揭示自然现象的本质和规律而进行的探索与研究活动。是适应自然、利用自然、与自然和谐共存的一种方法与手段。（陈秉初）

科学是宗教。

文化=文明和开化，常用表格中的文化程度填写其实是个误区。

自然辨证法是总纲

科学的本质

科学是揭示自然现象的本质、运动规律的诸学科的总和

1、知识本质观

科学是人民认识自然的过程中所积累的知识的总和，科学的本质是科学知识。科学知识是客观的，所以是绝对真理。

知识来自纯粹的客观观察，在经由科学方法得到科学知识或理论。

培根的归纳法=科学方法

知识是人类认识的结果，是在实践的基础上 又经过实践检验的对孔感实际的反映。（客观的，人们认识与否都存在的规律）

代表人物：布鲁纳、鲁宾逊、维斯特威

2、探究本质观

科学是人民正确认识自然的方法。科学的本质是科学探究。

知识是客观事物的属性与联系的反映，是客观事物在人脑中的主观映象（否认知识的客观性）

科学是探究自然的思考方式、科学是一种探究的方式。

科学知识是暂时的、动态性的。

代表人物：波普尔、库恩、纳斯鲍姆

归纳法：用开放的眼光观察事物，寻找共同属性，对共同属性作出解释，对解释举行论证……

探究本质观对探究性学习的指导

1、科学概念都不是最终真理，在原则上都要进行改进。但一些基本概念已经经过大量实验证实，在未来不可能有大的变化。

2、科学家通过观察、实验、理论模型、数学模型来构建和检验对自然界的解释。当遇到与已有的解释不一致的实验证据时，就要改变对自然界的解释。

3、当缺乏大量证据时，科学家对同一个自然现象作出不同的解释是正常的，对同一证据（数据）作出不同的解释也是正常的。但是，科学家会努力消除这种分歧。

4、对已经公布的科学研究成果加以评价，包括审查过程、检验证据、找出错误推理，对同样的观察结果提出不同的解释，是科学探究的任务。

科学家是强烈的怀疑论者。

科学研究允许存在不同的意见，欢迎争论。

什么是科学探究

如何认识科学探究

1、“发现并报告”客观物质世界的规律性为目的和任务

科学探究是追求客观真理的神圣事业

前人“发现”的知识是不可质疑的“客观”真理

19世纪末第一次科学革命，哥白尼的“日心说”、牛顿的物体运动三大定律、达尔文的《物种起源》

2、科学家的真实报告并不是完全反映客观事物的规律性

科学家的兴趣、对世界的基本看法、社会背景、生活和科研经验、研究条件、思维习惯等都会影响他们的结论

一个理论或定律有“适应范围的局限性”问题

新理论的出现及其对旧理论的冲击不是简单的“谁对谁错”“谁替代谁”

3、科学知识不可能是对客观物质世界的真实反映

科学不是追求真理的过程，而是人们寻找合理解释对客观物质世界内在规律性的过程（不断地逼近真理）

两中不同的科学探究

1、稳态的探究

在一定的科学原理指导下，利用某种常规的研究方法，发现并积累关于某个问题或现象的科学知识的过程。

前提：指导探究实践的科学原理本身被认为是正确无误的。

2、动态探究

探究的目的是发明一种与传统认识或做法不同的新概念、新方法、新理论体系。

没有现成的科学原理或方法作为探究实践的依据或可以效仿的先例。

探究规程常常出现在稳态探究遇到问题的时候

利用现有的理论或方法不能解决问题的时候

更具有开放性和创新性的特点

稳态的探究就是我们平时说的验证性实验。

什么是探究性学习

（1）利用探究的形式进行科学内容的教学活动

（2）旨在帮助学生理解科学过程的探究特征的教学

（3）利用探究的形式进行科学内容的教学，从而使学生更好地理解科学过程的探究特征。

探究性学习法的起源

1、古代教育代表：

苏格拉底（公元前469-前399），“产婆术”，教师是知识的产婆，学生在教师不断的设问、硬气冲突中，通过辩论来得到知识。

柏拉图（公元前427-347），学生分类教育。

一般管理工作——绝对真理的知识与教条、虔诚的态度

统治阶层的接班人——探究式教学，对知识和真理的质疑、补充、完善。

2、近代教育代表：

杜威（做中学）、布鲁纳（建构主义理论）、施瓦布（《探究式科学教学》）

三种探究性教学的形式

1、特别开设的课程

题目比较广泛，设计的知识综合性强，多以研究课题的形式出现，教学活动包括课内和课外，时间通常需要数周。

包括学生对子课题的确定、开题报告的撰写、到研究方法的选择、数据处理、研究结果汇报、评价等过程。

教师起着十分重要的组织、协调、指导和支持作用。

形式上与科学家的探究过程有一定的相似之处。 “完整的探究”

2、按照常规开设的学科课程

探究活动的题目比较小，涉及的科学知识比较简单，活动多是随堂进行（或在实验室内进行），时间1-2节课，探究的结果一般是教师事先设计好的（或科学界已有统一认识）。

3、课外、校外开展的各类教育活动

探究活动的灵活性更大，探究的许多问题没有现成的答案，有失败的可能更加接近科学家的探究

1、3为动态的探究，2为稳态的探究。

探究性教学的共同特点

A 注意选取与学生日常生活密切相关的科学内容作为探究活动的载体，充分体现科学、技术、社会之间的辩证关系。

B活动形式都是学生亲身参与手脑并用的小型科学探究为主

C组织过程强调学生对探究过程要素的体验与理解

探究性学习要有可探究的内容，不要为了探究而探究。

如：岩石的风化。

对探究性学习中若干现象的批判或说明

1、“动手做科学”或“让学生亲身体验科学探究的过程”不是判断探究性学习的依据。

依据是：了解科学过程的特征和本质，发展逻辑思维和批判性思维能力，对科学的开放态度、创新精神，严谨的科学实证精神。（要不要探究性教学？）

2、科学探究切忌模式化。 “口号+统一模式”是关于科学知识和过程的新教条，是比传统教条式教学更加值得怀疑和无用的教条（施瓦布）。（如何进行探究性教学？）

3、利用分析科技文章进行探究性教学

1962年施瓦布提倡科学教学中组织学生分析和讨论科技（或科普）文章进行探究活动，（如何解决探究的条件、时间、设备、场所？）

针对的问题：探究目的？探究工作？研究方法？研究结果？研究结论？如何得出结论？结论的可信度？有没有新观点？

探究性教学强调一种思想方法或思维方式（陈秉初）

“利用分析科技文章进行探究性教学”是一种较高效率的探究学习方式。

二、小学科学中的探究性学习

学科特点决定探究性学习的有效性

学生的全面发展需要探究性学习

新课程标准倡导探究性学习

小学科学课程标准中的探究性学习

科学探究是科学学习的中心环节

探究使学生体验探究的乐趣,获得自信,形成正确的思维方式,区别科学与非科学

促进学生学习方法的改变

引导学生主动参与探究过程，勤于动手动脑，亲自实践,在感知、体验的基础上，内化形成探究的能力

要求不高，根据年龄特征，由扶到放，逐步培养

针对探究性学习的建议

探究活动要有明确的教学目标

探究要有值得探究的问题或研究任务

探究要有民主的师生关系和实事求是的课堂氛围

探究性学习不是唯一的学习方式

核心思想：有利于学生掌握教学目标，就是好方法。不在于这该方法是否时髦。

探究性学习的组织

1、探究内容的性质和教学目标

2、创造适宜学生进行探究性学习的良好条件

 [1]科学探究需要充足的时间保证

 [2]科学探究需要适宜的活动空间

 [3]科学探究需要必要的物质条件

3、引导全体学生积极参与各种探究活动

 [1]从“已知”到“未知”，明确探究的任务

 [2]感性学习材料，创设问题情境

 [3]转换题材，引出探究的问题

 [4]利用背景材料，作出假设和推断

 [5]设计探究方案，从理论或实践上检验假设

 [6]加工整理信息资料，得出科学结论

 [7]组织学生进行交流，教师总结

讲座主题：教育论文的撰写

主讲人：陈秉初（浙江师范大学教师教育学院）

时间：2010年7月11日下午

主要内容

笔记备注

教育论文的界定

必须是首次公布(正式出版发行,第一次出版发行)

与同行进行交流

使同行能够评价:

1、结果的正确性

2、重复或模仿（推广与应用）

3、结论的逻辑性与合理性

从结果到结论是一个推理的过程，这个过程要符合逻辑。

论文选题问题

研究真问题（必需性原则）

贴近基础教育改革（一条研究的主线）

针对教育与教学中的实际问题（教学的效率）

研究小问题（小题大做）

研究区域性问题（地方性教学问题）

如：提高课堂教学的效率的研究。

如：教学的真问题——从提问到追问。

教学论文的基本格式

1、题目

2、作者与单位

3、摘要与关键词

4、引言（目的与意义，为什么？）

5、研究内容与方法（怎么做？）

6、结果与分析（是什么？）

7、结论或讨论（交流的内容、作者的观点）

8、参考文献

例：《留在青山在不怕没柴烧》——哲学问题，不合适。

题目要让读者一看就懂、知道，不要搞虚幻的题目。

摘要相当于论文的中心思想。“关于……的研究”“初探”“系统全面的调查”都不需要。

论文写作中的问题

1、论文的长短

2、语句、语法

3、口语化

4、逻辑性问题（思路的连续性）

5、实事求是，直述（假设与推理）

6、辩证的论述（过急性语言、绝对化、批判文章）

一般：2000字左右。

“笔者认为”、“ 也就是说”都不需要。

论文写作中的其他问题

1、真实性（抄袭与拼凑）

2、言而有物、有事（空洞无物、空话连篇）

3、系列化、特色（急功近利）

4、严肃性（一稿多投或改头换面）

5、审稿费、版面费与稿费

6、评奖与发表

7、熟人

讲座主题：教育研究方法

主讲人：王锋青（浙江师范大学）

时间：2010年7月12日上午

主要内容

笔记备注

“教育研究”早已成为教育工作的一部分。从某种意义上说，今天的教育在一定程度上也是教育研究的结果。

所以，关注教育研究就是关注教育本身，参与教育研究就是投身教育的理论探索和实践活动。教育研究不是教育工作的额外任务，它本身就是一项严谨的教育工作。

一、教育研究的意义

1、教育活动可以说是与人类文明同步发展的，学校教育在我国也已有3千年的历史了。

总的来说，古代教育基本上是经验性教育，教育活动的内容和形式变化都比较缓慢。

20世纪以后，形成了许多教育改革的理论。可以说，没有教育研究，就没有教育改革的理论；没有教育研究，就没有教育家。

孟子：恻隐之心，仁之端也，羞恶之心，义之端也，谦让之心，礼之端也。是非之心，智之端也。

2、教育研究是新时期教育工作者的必备素质

1999年6月17日，中共中央国务院发布了《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》，强调教师“要遵循教育规律，积极参与教育科研，在工作中勇于探索创新”，并把参加教育研究作为教师素质的一个必要内容，这是前所未有的。

（1）教育研究是教师专业化的要求

早在1966年，联合国教科问组织在《关于教师地位的建议》中就明确指出：教师职业是一种“专业”。

（“学者加良师”、“三人行，必有我师”）

一个合格的教师，不仅要有知识和学问，还要与教师职业相适应的品格和技能，要对教育规律和儿童成长规律有深刻的认识，还要对教育有不断思考的意识和改进教育的能力。

（2）教育研究是教育创新的要求

传统的教育工作在很大程度上是完成知识传授和行为训练的任务，但除此之外，其实教育工作者更需要启发学生的智慧，培养他们的人格。

班级授课制的利与弊：节省教育成本，非针对性、去个性化

人心不同，各如其面。

（3）教育研究是提高教育质量、形成独立教育风格的要求

随着教育的发展，教育斗争里观也在不断发生变化。从“高分压倒一切”慢慢转变到从知识、能力、情感、态度和价值观等方面来考察教育的质量，也就是说，要培养知识丰富、能力丰富、人格健全的人才。

如何才能实现这样的教育质量？

学校教育必须有所特色，没有特色就没有质量。

教师：为学生量身定做一套合适的教学方法，形成自己独立的教学风格。

二、教育研究的选题

1、选题的含义和意义

（1）选题的含义

选题，就是在对已获取的大量信息进行分析研究的基础上，提出问题，确定科学研究和论文性质的方向和目标。

它既包括选择和确定科学研究的课题，也包括选择和确定文章的题目。

（2）选题的意义

选题的过程也就是提出问题的过程，从某种意义上说，提出一个问题往往比解决一个问题更重要。

爱因斯坦：“解决一个问题也许只是数学上或者实验上的技能而已，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”

①选题决定课题的内容和主攻方向

一个好的题目，应该能够高度概括整个课题的中心内容，也就是课题要集中解决的问题。

例如：“小学生解决科学问题的策略研究”这个课题

（熊的午餐）

②选题在一定程度上决定着课题的价值

③选题决定研究的难易程度

④选题可以促进知识的深化和能力的提高

选题，就意味着发现问题和提出问题，这种发现问题和提出问题的能力，是反映一个人创造能力的标志。

通过选题，可以促进研究者积极地思考，提高思维能力；题目选定后，又可以促使研究者对所需知识进行进一步的学习和探索。

贝弗里奇在《科学研究的艺术》中指出：“一个人如果在学习过程中不曾注意到知识的空白或者不一致的地方，或者没有形成自己的想法，那么作为一个研究工作者他是前途不大的。”

2、选题的基本原则

（1）需要性原则

选题要面向实际需要，这是选题的首要原则。

这种需要主要来自2个方面：一是社会实践的需要，如教学改革实践的需要；二是学科发展本身的需要，如教育理论的开拓创新。

（2）科学性原则

“永动机”

“用超前学习法提高学生学习兴趣”

（3）可行性原则

选题要量力而为，宜实不宜空，宜专不宜泛。

（4）创新性原则

①方法创新

②内容创新

③用新方法来研究新问题

3、选题的途径

（1）在专业领域内选题

（2）在出现的新矛盾、新问题中选题

（3）在热门焦点上选题

（4）从冷门、盲点上选题

（5）从学科边缘和交叉学科上选题

（6）从意外中选题

（7）从实际工作中选题

三、教育研究的常见类型及方法

1、文献研究

文献研究法是教育研究中最基本的方法之一。所谓文献，是指记录已有知识的一切载体，是把知识用文字、图形、符号、音频、视频等手段记录下来的所有资料。

文献研究法就是对文献进行查阅、分析，并得出结论的一种研究方法。

一般步骤：

（1）确定研究问题，拟定研究计划

（2）收集和评价文献资料

收集文献资料是进行文献研究的前提条件，文献资料的全面性、准确性、可靠性，直接影响到文献研究的结果。收集文献时，尽可能使用第一手资料。

文献研究不等于文献收集，必须对文献资料进行评价，判断文献的真实性、可靠性。

（“麻辣烫事件” ）

（3）综合分析文献内容

例如：这些文献之间是否存在矛盾？已有的文献主要集中在哪些方面？是否还有研究的薄弱环节？这些文献预示着以后的研究会向哪些方向发展？等等。

（4）形成研究结论

2、调查研究

调查研究是教育研究中广泛采用的一种研究方法，常见的形式有问卷调查和访谈调查。

（1）问卷调查

问卷调查是利用问卷来收集信息并加以分析的一种研究方法。调查问卷的内容主要包括：指导语、调查对象基本信息、调查问题。

①指导语

指导语的主要作用是向调查对象介绍问卷，并鼓励他们作答。

一般要求：

文字简洁明了；能说明作答的重要性；不能有任何可能会引起调查对象怀疑的内容；能说明如何完成调查问卷。

例：各位同学：

下面这份问卷仅用于教学研究，与大家的学习成绩无关，因此请大家根据自己的实际情况如实填写。问卷中用1、2、3……表示的是题号，用（1）、（2）、（3）……表示的是选择项号，请大家把与自己实际情况相符的选择项号，填到各题后面的横线上，不要漏做。谢谢合作！

②调查对象基本信息

如：单位（学校、班级等）、性别、年龄等。

③调查问题

常用的题型有选择、填空和开放题。

基本原则：

●问题与研究内容要直接相关。

●题目不能有歧义，能够让调查对象准确理解题目的含义。

●一个题目中最好只包含一个问题。

例：对于小学科学的教学，你赞同布置随堂练习、课外作业和预习吗？（  ）

A赞同    B不赞同

●问题要注意隐秘性。

●避免使用导向性的问题。

如：“你认为严守纪律有助于形成好的品德吗？”

●避免使用那些可能对答题者造成心理压力的问题。

“你觉得你们的班主任正直吗？”

“你有没有参加违法活动？”

●尽可能使用柔和而不是生硬的词语，以免引起反感。

如：“你认为自己的教学方法应该得到纠正吗？”

●题目宜短不宜长，宜简单不宜复杂。题目数量不要太多。

●题目的选择答案应该是可以穷尽的，避免让调查对象选择不愿意选的答案。

●填空题的作答不能太复杂，开放题不要放在问卷靠前的位置。

（2）访谈调查

①访谈之前要做好充分的准备。

主要是要设计好访谈的题目。每个问题中最好能事先准备一些简单的提示。

②访谈的措辞要视访谈对象的不同而有所差异。

③访谈时要作好记录。（主要是录音 ）

④要对访谈结果进行归类分析。

⑤访谈应在和谐的气氛中进行。

⑥访谈时不能有倾向性的暗示。

语言上的倾向性暗示

动作和表情上的倾向性暗示

3、实验研究和准实验研究

实验是在严格控制变量的情境中对研究对象进行研究的活动。在实验中，既有自变量，又有因变量。自变量是由实验者控制，并对因变量发生影响的变量；因变量则是由于自变量的变化而发生变化的量。

例如，“科学教学中渗透科学史教育对中（小）学生科学精神的培养”这一课题。

在教育研究的实验中，经常会使用对照实验。在进行对照实验时，要注意两点：第一，除了用于比较的因素外，其他因素必须加以严格控制，并尽量趋于相同；第二，要注意消除实验中的系统误差，这需要采取随机方法抽取样本，并运用数理统计的方法来做出显著性检验。

但是在教育研究中，有时候很难做到完全随机，在设置对照组和实验组的时候，经常会采用原始的班级作为分组的依据。这样的研究属于“准实验研究”。 

讲座主题：科学教育研究的新取向

主讲人：蔡铁权（浙江师范大学课程与教学研究所）

时间：2010年7月12日下午

主要内容

笔记备注

主要内容

HPS与科学教育

STS教育与科学教育

SSI教学与科学教育

科学教育与人文教育

科学教学研究的新取向

一、HPS与科学教育

科学哲学观点的变化对科学教育的影响

科学史在基础教育中的角色

从科学社会学认识科学教育

一、HPS与科学教育

科学哲学观点的变化对科学教育的影响

1.具备丰富的背景知识，有充分的心理准备，专注于某一个问题的思考，才可能抓住偶然的机遇，“机遇偏爱有准备的头脑。”

2.从库恩的理论，我们可以知道，科学发现与科学创造是复杂地纠缠在一起的，难以区分。即如果没有概念的创造、理论的创新或范式的更新，“事实”与“现象”不可能有新的意义。所以科学发现并不是一种立即、确切、戏剧性的单一事件，而是一种缓慢、连续、比想象中更长期的历程。

3.科学发现必须以科学创造为前提因此，不是机械性的历程，也不是形式逻辑的运算历程，没有一种“发现的逻辑”可以保证某个研究路线终会得到一个答案。

一、HPS与科学教育

科学哲学观点的变化对科学教育的影响

4.新范式不断地开疆辟土，内涵的丰富性逐渐达到饱和，新范式终于变成了旧范式，创造性就会降低。这时，如果仍然强烈地依赖旧范式，视野就会受到束缚，提出问题与解决问题的方向都无法突破，并且对很多不符预期的异常现象也会视而不见，这时范式抑制了创造。

5.波普尔认为创造思维与批判思维两者相容，甚至认为批判思维能激励创造思维。库恩认为发散思维与收敛思维之间应该维持一种必要的张力。但是，费耶阿本德只强调多元，强烈主张科学理论的增长与科学方法的多元性。

6.科学哲学在科学教学中的融合，不是简单对形式的追求。

一、HPS与科学教育

科学哲学观点的变化对科学教育的影响

7.学生欲改变他自己日常概念成为正确的科学概念时，常遇到许多困难，他们这种历程就像科学史上旧概念范式改变为新概念范式时一样，均遭遇许多困难。学生所树立的科学观是否正

确与科学知识的多少并不成正比，没有对这方面的自觉认识，即使掌握了较多的科学知识，其科学观仍然可能是陈旧的和错误的，科学素养也不可能提高。

8.霍德逊(D.Hodson)指出，现在最急迫的需要，是以目前科学哲学的观点重新考量科学课程知识论的基础。只靠一种学习经验就可以得到多种的预期效果的这种假定是一个草率的想法。

一、HPS与科学教育

科学哲学观点的变化对科学教育的影响

霍德逊建议:

①事实的和理论的知识的获得;

②严格地审查支持或反对理论的证据和理由；

③练习使用理论来解释现象;

④使用理论来预测;

⑤实验技能和技术的获得;

⑥考验各个理论的预测和结果;

⑦设计考验假说或讲解理论的实验;

⑧形成假说;

⑨以逻辑批评的方法来考验假说(内在一致性;和其他现存理论的一致性);

⑩进行实验以考验假说

11体认和科学有关的社会一历史一经济的问题和应用

一、HPS与科学教育

科学哲学观点的变化对科学教育的影响

9.科学教育如果导致了学生对科学与科学家的崇敬演变成盲从盲信，则将会为“科学主义”的盛行提供合适的土壤。

及时吸取当代科学哲学的研究成果，融入我国的科学教育，应该引起科学教育研究者和一线科学教育教师的深切关注。在我国教师教育的各个阶段，必须做出相应的考虑，以逐步提高我国科学教师的科学哲学素养，提高对科学本质、科学教育本质的认识水平。这样，我国的科学教育才会出现一个全新的面貌，科学教育改革才会得到有效的推进。

一、HPS与科学教育

科学史在基础教育中的角色

1.理解科学本质

美国库勒（W.Cooley） 和克劳普法（L.Klopfer）

美国科学促进会（AAAS）

美国科学史家乔治·萨顿(George Sarton)

美国的小摩里斯·N·李克特（Maurice N．Richter，Jr）

社会学家贝尔纳（J.D.Bernal）

麦克康马斯（W.F.McComas）

美国著名学者里德曼（N.G. Lederman）

一般共识

一、HPS与科学教育

科学史在基础教育中的角色

1.理解科学本质

①只是通过教科书学习科学，学生对科学往往持有一种非历史  的观点，认为科学的理论是万古不变的永恒真理。

②科学史同时展现出科学发展进化的及革命性的特性。学生单纯地学习教科书，会误认为知识是一种常态的、线性累积的过程。

③观察渗透理论。观察不是客观的、中性的，原有的信念、价值观、已有的知识和经验在很大程度上决定着他观察到了什么，又如何理解他所观察到的现象。

一、HPS与科学教育

科学史在基础教育中的角色

1.理解科学本质

④科学方法也和科学知识一样不是纯客观的，并不存在一种单一的万能的“科学方法”，科学方法是多元的、丰富的。

⑤在科学教学中，强调动手操作和实践能力，通常认为这是主要经由“归纳资料”的过程，这是一种实证论、经验论的观点。

⑥科学家是有创造力的。在科学历史上，伟大的科学家不仅增长人类的自然知识，也传承独立思考，追求自由的科学精神，传播在人类生活中相当宝贵的协作、友爱、同情和宽容精神。

一、HPS与科学教育

科学史在基础教育中的角色

2.建构科学知识

①以教师讲解或教科书写明的方式，权威地认为某事是真实的，尤其在以“定义”的方式呈现科学理论时，导致学生学习科学理论如同学习语言一般，只是记忆与复述。

②强调必须让学生了解科学学习是新旧范式的转变，包括概念及方法学的转变，惟有让学生了解这种转变，才能真正了解科学知识的建构本质。

③从认知历史分析法看，这种分析法是结合实际科学实践的案例研究，以认知科学的分析工具和理论去创造一个新的、范围广泛的理论，说明在科学中的概念结构如何建构和改变。

一、HPS与科学教育

科学史在基础教育中的角色

3.了解科学过程

——教育的重演理论

——一些科学教科书往往把科学研究的历程过于简化了。

当前基础教育课程改革强调学生的学习应经历过程，在体验、参与中学习。各种科学课程标准都要求让学习者通过探究去获取知识，就是要让学习者经历科学家研究科学的过程，了解科学知识形成的历史，从而达到真正理解科学知识。不但知道作为结果和结论形态的知识，而且懂得这样的结论是怎么来的，这正是提高科学素养，理解科学本质所不可缺少的内容。

一、HPS与科学教育

科学史在基础教育中的角色

4.掌握科学方法

——科学方法在科学教学中是一种渗透和融合，不是贴标签或强行说教，科学方法也随着科学技术的发展而不断发展，科学哲学的研究也将使我们重新认识科学方法的功能和科学方法的合理运用。

——布拉什（S. G. Brush）：今天科学史与科学哲学的研究，极大地瓦解了传统的科学形象，科学不再被仅仅看成是对客观事实的发现，“客观性”不再是科学发展中的唯一主题，传统教科书给出的“假说—演绎”方法论（理论应该与实验事实相符合），也被许多伟大的科学家亲口否认。爱因斯坦拒绝让实验“事实”动摇他的相对论的基本假设，而是以洛仑兹（H. A. Lorentz）的理论作支持。狄拉克（P. Dirac）则说：“一个理论家宁可要一个美的方程，也不要一个丑的但结果与实验数据更一致的方程。”

一、HPS与科学教育

科学史在基础教育中的角色

5.认识科学价值

①激发学生对科学的好奇心和求知欲。

②科学态度是现代公民的基本素质，是从事任何工作的基本条件。

③如何认识科学的价值，科学史揭示了科学技术被滥用或恶用的情况下，对社会、对人类所造成的危害，既要认识到科学技术与社会之间的复杂的相依关系（STS研究），也要正确地看待科学技术广泛应用后出现的负面效应，从而培养学生的社会责任感。

一、HPS与科学教育

从科学社会学认识科学教育

1. 科学社会学对每个人必不可少

2 .科学受社会影响

（1）科学的兴趣中心除了受科学的内在发展力量所决定外，还受 社会力量的决定。

（2）对科学成果的评价也不能完全只由科学共同体决定了，而是社会公众对某项科学发现的认可，可以改变科学家对此项发明的轻视态度。

（3）科学发展除了有自身的规律外，还会受社会制约，科学共同体并非是象牙塔，也不是世外桃源。

（4） SSI（Socioscientific Issues）教学

一、HPS与科学教育

从科学社会学认识科学教育

3. 科学是一种社会活动

（1）20世纪后期， “大科学”兴起，科学更趋向于是一种社会化的事业。

（2）随着科学变得日益制度化，它与其他社会制度的关系也变得更加密切了。

4 .科学是一种文化过程

（1）科学在发展的过程中，科学家在做出他们的巨大的发现时，又不可避免地受到时代文化和观念的影响。

（2）科学文化与人文文化。

（3） “科学大战”。

二、STS教育与科学教育

主要内容：

STS教育的内涵与特征

STS教育的目标与内容

STS教育在科学教育中的实施

二、STS教育与科学教育

STS教育的内涵与特征

STS教育的内涵

美国科学教师协会（NSTA）认为STS教育是在人类经验范围内的科学的教学和学习。

亚格尔（R.E.Yager）把STS看成是科学教育的核心；

克鲁姆哈特（R.Kromhout）和古德（R.Good）将STS教育看成是激发学习科学动机的因素；

拜比（R.W.Bybee）认为STS教育是为学习知识、过程以及为达到职业目标提供了学习背景等。

STS教育的产生和发展并不只是对某些具体的科学教育策略进行调整和改革，它追求的是科学教育范式的整体变革，而且这种变革的依据就在于整个人类文化的转变。STS教育不仅将人类文化的总体战略具体化到科学教育领域，而且用这种文化战略的意图和理念指导科学教育的具体改革行动。因此可以认为，即使是最专门的科学知识，也能够把它恰当地理解为特定社会背景下的人类活动的特定产物，即可以理解为一种特定的文化形态。

二、STS教育与科学教育

STS教育的目标与内容

STS教育的目标

STS教育的目标概括地说就是培养全体公民具有科学技术素养，即能够：

理解基本科学技术术语和概念；

了解科学的本质，理解科学研究的过程和方法；

能全面和正确地看待现代科学技术的正面效能和负面影响，真正理解科学、技术和社会的相关关系；

在日常生活中应用科学知识；

对事物有科学的态度以及对科学有兴趣，特别是要促进新一代公民全面发展。

STS教育指的是在现实的技术和社会背景下进行的科学教育活动，其基本意图是把学生对于自然界的理解（科学）与人造世界（技术）和他们的日常生活经验（社会）结合起来，引导他们正确地认识科学、技术和社会的关系。

STS教育的目标与内容

STS教育的内容

   在我国中学科学教育中，科学、技术与社会的教育内容包括3个主题：科学技术史；技术设计；当代STS重大课题。具体为：了解科学与技术的发展；了解科学与技术之间的互动关系；了解科学与社会之间的互动关系；了解技术与社会之间的互动关系；了解技术设计的过程；认识科学技术对社会发展的影响，了解科学技术是生产力；初步形成可持续发展的意识。科学、技术与社会的关系落实在科学课程中，是通过渗透到物质科学、生命科学和地球、宇宙和空间领域的教学过程之中实现的，其具体途径是：将科学与技术、科学技术与社会联系在一起；将人、自然与社会有机关联在一起；将科学精神和人文精神紧密地结合起来。

STS教育的目标与内容

STS教育的实施主要有以下三种方式：

渗透型

独立型

活动型

STS教育的教学策略

问题探究法

问题讨论法

技术设计法

角色扮演法

运用科学史

STS教育与科学教育

STS教育的内涵与特征

STS教育的特征

多元性

开放性

综合性

交叉性

互动性

人本性

STS教育与科学教育

定义：所谓社会性科学议题，是指因科学技术的发展与应用，而对社会产生冲击和影响的议题。它对社会所带来的影响具有争议性，其引发争议的原因来自人们彼此间对该议题所持立场不同而导致价值上的冲突。

SSI教学的意义

SSI教学提供了一种境脉（context），可以让学生以自己的生活经验为基础，运用争辩（controversy）的方式，促进学生从事非形式推理（informal reasoning），从而发展个人的决策能力、道德性。在这种过程中，丰富了课程，也提供了学生探讨议题各个层面的机会，学习包容各种不同的意见，帮助发展学生的社会责任感。当学生运用各种已有的科学知识去讨论所面临的问题时，当学生在探究解决各种形形式式的议题时，需要不断地提出假设、收集证据，不断地进行相互驳议、争辩，需要相互沟通和互动，需要反思和修正，需要从中学会分享和合作等。

SSI教学中的非形式推理

科学教学中的大部分推理都需要应用非形式推理，非形式推理是批判性思维的核心内容，学生对复杂问题的论证（argument）源于非形式推理。科学教学中运用社会性科学议题，可以培养学生的非形式推理能力和信息评价能力，增强对科学本质的理解，促进学生道德观念的发展和对科学知识的学习。非形式推理有利于培养学生的非逻辑思维，包括直觉、灵感、想像等思维形式，而这些思维形式是创造性思维的精华，也是创造性思维中最为活跃的部分。因此，社会性科学议题有利于培养学生的质疑态度，发现问题和提出问题的能力，有利于培养学生的创造能力。

超越STS教育

STS教育在涉及到认识论基础、道德和伦理发展、学习科学的情感方面等明显地失去了作用，SSI却特别地把这些个体学习的基本方面作为目标。STS教育使人们确信科学、技术与社会并不是彼此孤立的，但却没有提供强调知识固有的个人本质和关于科学信念的一种宗旨。通过强调学生道德的、伦理的、情感的和认识论的发展，SSI教学提供了一种对科学知识的发展做出贡献的各种力量相联合的连接点。SSI教学不但可以体现STS教育所能具有的教育功能，而且实现了对STS教育的超越。

SSI教学对我国传统的科学教育必将形成有力的冲击，它对培养具有科学素养，又具有能倾听多元话语并做出决策的能力，有强烈的社会责任感的公民，具有不可替代的作用。SSI教学能使学生养成有证据地（而不是想当然地）思考问题，有理智地（而不是随意地）处理问题，民主地（而不是武断地）对待不同的意见，综合地（而不是单一地从某一学科或某一视角）看待问题。从这样的认识看，SSI教学可以针砭我国传统的科学教育，纠其偏颇，同时，也彰显出SSI教学在我国科学教育中应用的价值。

四、科学教育与人文教育

主要内容：

科学教育与人文教育发展的历史考察

科学教育与人文教育的融合

科学教育与人文教育发展的历史考察：

古典人文教育的盛行与科学教育的产生

古典人文教育经过中世纪这一否定环节后，到文艺复兴得以“再生”（Rebirth）

14世纪文艺复兴运动的兴起推动了自然科学的发展，使科学教育开始进入了萌芽状态。

科学教育与人文教育发展的历史考察：

科学教育正式地位的确立及对人文教育的冲击

自然科学课程的上升

科学教育制度的形成

人文教育的衰落与抗争

科学教育与人文教育发展的历史考察：

科学教育与人文教育相互牵制

科学教育的发展

古典文科教育运动

科学教育与人文教育发展的历史考察：

现代人文教育对科学教育的反击和二者的融合

20世纪50年代，人类进入了第三次科学技术革命时代。

20世纪末，科学教育与人文教育终于从相互排斥走向了相互融合，产生了科学人文主义。

20世纪八九十年代以来，各国纷纷开始以科学人文主义思想为导向，重视科学素养的培养

科学教育与人文教育的融合：

科学教育与人文教育融合的必然

科学教育与人文教育内在的一致性：融合的客观基础

人的发展：融合的内在要求

社会的发展：融合的外在需求

科学教育与人文教育的融合：

科学教育与人文教育融合的趋势

自然科学与人文科学的汇流

科学方法与人文方法的互补

五、科学教学研究的新取向

  科学教育的主要领域：

1.概念发展的研究采取定性与定量相结合的研究思路

自从20世纪50年代以来,关于儿童科学概念的发展研究不断涌现,研究主题几乎涉及到科学的各个领域,包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理、生物等。

对20世纪90年代以来国际上一些主要的科学概念发展研究的分析可以看出,研究者采用问卷、访谈、测验、Demonstration技术、任务施测技术等定性与定量相结合的研究思路,对儿童青少年单一科学概念的发展进行了全面的研究,使人们对学生的概念表征以及相异概念有了较为系统的了解,为科学概念的教学提供了依据。

利用定性与定量相结合,识别学生的错误概念和概念表征,是20世纪90年代以来科学概念发展研究的主要趋势。

2. 概念转变的研究强调影响因素及教学策略

概念转变模型也遭到了一些批评:

(1)除了看到概念内容的改变外,还要看到学生认识方法的改变。Gil &Carroscosa发现,学生的错误概念往往是与他们的认识世界的直觉经验方法相联系的。

(2)概念转变除受认知影响外,还受动机、态度的影响。Dreyfus等在教学实验中发现,学生积极的态度、较高的责任感对概念转变很重要,对知识漠不关心的学生很难产生认知冲突;另外,不成功的学生由于消极的自我印象、过高的焦虑或消极的态度等,也会妨碍认知冲突的产生。

(3)不要过于强调儿童日常经验中的核心信念对具体概念转变的限制,概念转变常常并不是随核心信念的改变而整个地改头换面,而是一个一个地进行的。

(4)概念转变并不一定是一步完成,它是一个渐进的过程,有时两种概念同时存在和使用,或者是把原有概念和科学概念结合成新的混合概念。

2. 概念转变的研究强调影响因素及教学策略

为了使学生的前概念能够顺利的转变为科学概念,研究者在教学中采用了多种教学策略：

Bryce&MacMillan调查了21位15岁的学生对于重量、作用力等的前概念,并运用类比的教学方法转变其错误概念,发现类比教学比讲授教学更有效。

Savinainen, Scott&Viiri也利用类比进行了牛顿第三定律的概念转变教学研究。

Niaz运用了教学实验使学生转变对电化学的错误认识。

She利用双情境学习模式有效的转变了学生对热传递的错误概念。

Tsai运用认知冲突来改变学生对简单电路的错误认识。

3. 概念图的研究重视技术提高与教学应用

20世纪80年代以来,概念图有如下发展趋势:

第一,概念图的功能由最初的评价工具发展到教学技能、教学策略。概念图理论提出的早期,研究者主要把概念图作为一种评价工具,目的是为了测定学习者已有的知识的结构,以及检验学习者的有意义学习的情况。20世纪90年代以来,研究主要集中在把概念图作为一种教学技能和教学策略上,大量的研究充分的证实了概念图的效果;

第二,概念图的研究领域由科学学科扩展到其他学科和领域。早期的研究主要是集中在生物、物理和化学科中,但是, 20世纪80年代以来,研究很快就突破了科学学科范围而被广泛应用到文学、阅读、生态学、计算机辅助教学、地球科学、数学等其他学科;

第三,图式开发技术日新月异,从手工绘制到使用电脑软件和网络技术。早期的概念图主要依靠手工绘制,随着计算机及其技术的普及,可以使用计算机软件进行编制,现在已经开发出了许多计算机绘制概念图软件;

第四,从个人编制到合作编制概念图,体现合作化学习特点。最初的概念图一般都是由个人独立完成,并作为一种评价个人知识结构的工具,但是现在作为一种学习工具和教学工具的概念图越来越多的强调合作完成。

4.科学素养的研究强调对科学本质的理解

在最近的研究中,研究者开始关注学生和教师对科学本质的理解。研究者普遍认为,科学知识是人类共同创造的财富,是人类社会赖以存在、继承和发展的重要资源,是推动社会生产力和科学技术发展的重要因素。

在科学教育领域,科学知识是培养学生智力、发展学生能力的实体因素,而学生对科学知识本质的认识,则从一个侧面反应了他们对科学的态度和看法(即科学观),学生对科学及科学知识本质的理解是构成科学素养的重要成份;教师对科学本质的理解影响学生对科学本质的理解,教师科学素养的提高是学生科学素养提高的前提。

5.科学阅读

有关科学史的阅读，有助于学生科学本质观的发展

科学阅读，有助于儿童科学概念的掌握

科学阅读的三种交互因素

科学教育中的科学阅读策略

6．科学写作

科学写作的类型

科学写作的组成元素

科学写作在科学教育中的作用

科学写作的实施策略

7. 科学读写模式

（1）IDEAS科学读写模式实施的三种先存知识

内容知识（content knowledge）

结构知识（structural knowledge）

过程知识（process knowledge）

（2）IDEAS科学读写模式的学习活动结构、顺序及评价方式

六种学习活动

8.科学教师的研究集中于对教师知识的研究

20世纪80年代末期以来,对科学教师的研究已经从观察行为和教学技巧转移到对教师知识和观念的研究。

20世纪90年代初,对教师的实践知识或技能的研究有所增加。Shulman (1986)提出了教学法知识的概念(PCK)。

对教师的教学法知识的研究表明,熟悉特定的课题并与教学经验相结合,对教学法知识有积极的影响。尽管有经验的教师与新教师在教同一门课程时,具有相似的学科知识,但他们的教学法知识可能有很大的区别,这种区别表象在课堂教学实践中具有不同的教学策略。教师的策略性知识包括思维导向策略、知识同化策略和过程监控策略。

9.科学推理的研究更加系统和深入

科学推理的基本内涵包括:第一,科学推理是个体思维能力发展到一定水平之后具有的推理类型;第二,在个体进行科学推理时一般采用的推理类型是归纳推理和演绎推理;第三,个体应用科学推理进行假设检验或问题解决。

科学推理发展研究结论包括：第一,大多数初中生,甚至是部分高中生乃至大学生,其科学推理发展水平都不高,没有达到皮亚杰理论中形式操作阶段的水平;第二,.不同科学推理类型之间发展不平衡,学生相关推理和概率推理的发展相对滞后,有的研究还表明学生在守恒推理的发展上也遇到了困难;第三,有关性别对科学推理发展水平影响的结论尚不一致;第四,科学推理能力与学习成绩等因素呈现一定程度的相关;第五,科学推理能力的发展随着年龄的变化呈现非线性发展趋势,在从儿童到成人的发展过程中,科学推理有一个或几个突变期。人们从不同方面研究了科学推理的影响因素,主要包括知识、信息加工能力、认知风格、年龄、智商、文化背景、社会经济地位、民族、个体的能力、个性因素等。

讲座主题：不同时代的物理学知识

主讲人：程燕平

时间：2010年7月13日上午

主要内容

笔记备注

不同时代的物理学知识

古代物理学时期

近代物理学时期

现代物理学时期

托马斯·S·库恩的困惑：

亚里士多德是一个伟大的思想家吗？

一个漏洞百出的运动理论，怎么可能有那么多后继者？

作为一个“全才”，亚里士多德为什么一遇到运动问题就一败涂地？

亚里士多德的三段论：

人都是要死的，

苏格拉底是人，

所以，苏格拉底是要死的。

在一个炎热而又难忘的夏日，库恩茅塞顿开。在这个基础上，库恩的工作导致了思想史上的一场革命。

结论：

以伽利略、笛卡尔为代表的近代科学先驱；

误读了亚里士多德；

并且创造了这种误读的方式。

在阅读重要思想家的著作时，一定要找出其中明显的荒谬之处；

然后，问问你自己：一位神志清醒的人怎么会写出这样的东西！

亚里士多德时代的物理学家与牛顿时代的物理学家好像生活在两个不同的世界一样。（库恩）

科学革命的内涵……

库恩因此成为科学哲学“历史主义”流派的唯一领袖；

被收入《20世纪著名思想家辞典》；

其代表作《科学革命的结构》风靡全球。

当人们因为科学发现问题而争论不休时，库恩的观点总是被用来做最后的裁决。

“如果你无法确定哪一个是正确的，那就问库恩吧！”

正是库恩提供了不同时代物理学的“分界线”。

古代物理学时期

圣贤

象牙塔里的科学

学者传统

“不懂数学者不得入内！”

（柏拉图宣言）

“吾爱吾师，吾更爱真理！”

（亚里士多德的表白）

科学精神的诞生以及登峰造极是“柏拉图学园”最杰出的成就，因为该学园营造了有史以来最重要的学术氛围，并且培养了包括亚里士多德在内的一大批人才。

亚里士多德树立了物理学的第一个丰碑：创建了古希腊物理学。

希腊人既没有留下造福于后人的伟大工程，也没有作出什么杰出的技术发明；

但是，在人类思想史上，希腊思想具有至高无上的地位；

因为希腊人开启了科学，希腊人创造了科学精神。

随着时间的推移，人类历史上曾经大放异彩的各个文明相继陨落；

（玛雅文明，巴比伦文明早已成为历史古迹。）

但是，科学精神永不衰落。

亚里士多德：欧洲古代知识的集大成者。他的学识和著述涉及哲学、逻辑学、天文学、气象学、生物学、修辞学和文学等领域。他在科学史上的最大功绩在于他开始从对自然界的观察中去寻求对自然的认识，并以此为依据在分类的基础上进行概括，从而开创了一个全新的知识体系。

泰勒斯 ：以泰勒斯为首的万物本原学派(即“爱奥尼亚学派“)开创了西方历史上摈弃神话传说，用自然物来说明世界的先河。自那以后，探讨万物本原便成了古希腊自然哲学的主要课题之一。

柏拉图：柏拉图及其学派把数学概念的抽象化定义这一具有历史意义的工作大大地向前推进了一步。他们不仅把数学概念和现实中相应的实体区分开来，并把它和在讨论中用以代表它们的几何图形严格地分开。柏拉图是从理念论的角度去探讨数学概念的含义的，是将数学对象置于现实对象与理念之间的，数学对象因其常驻不变而区别于现实对象，又因其可能有許多同类对象而区别于理念。

欧几里得：集前人几何知识之大成。他从不证自明的公理出发，经过严密的演绎逻辑的推理，把初等几何知识组织成了一个严密的理论体系。他的《几何原本》堪称全世界最杰出的教科书，被誉为“希腊理智最完美的纪念碑之一”。

近代物理学时期

绅士

两种传统的碰撞与融合

在牛顿时代，实验物理学与理论物理学几乎是齐驾并驱的；

要营造这种局面，必须在科学方法方面实现重大突破。

培根，科学方法论的创始人之一。提倡观察、实验、经验、归纳、总结、分析、发现真理、验证真理的思想方法。强调工艺与学术两大传统的渗透。提出“知识就是力量”的口号。

培根：知识就是力量

笛卡尔，科学方法论的创始人之一。

笛卡尔从理性直觉出发，强调演绎法和数学方法的应用，弥补了培根轻视数学演绎法的不足。

他的名著《方法论》和《哲学原理》对后世科学家和科学研究都产生了很大的启发和影响。

笛卡尔：我思故我在

牛顿

发现了万有引力定律——天体的运动规律；

发现了物体运动三定律——世界万物的运动规律；

发明了微积分——数学在物理学中得到了最完美的应用。

现代物理学时期

英雄辈出的时代

大科学的挑战

怪人

讲座主题：力和运动

主讲人：程燕平

时间：2010年7月13日下午

主要内容

笔记备注

力与运动

作用与反作用

重力与重心

运动及其悖论

一、作用与反作用

力是什么？

物体对物体的作用。

运用物理语言。

例：

放在桌面上的杯子为什么不掉下去？

第一层次的理解：

直接的物理原因。

第二层次的理解：

作用与反作用。

一学生手握条形磁铁，走近一个大铁盘。

问：感觉到什么？

问题的关键：

误认为施力者总是主动的；

没有意识到作用与反作用是同时出现的。

我给了对方一拳，这一拳的反作用是什么？

学生：对方凭本能还击我的一拳！

从对称性角度考虑。

情形一：绝对对称

无限空间中空无一物；

情形二：球对称

无限空间中只有一个质点；

情形三：轴对称

无限空间中只有两个质点。

大小相等，方向相反；

作用在一条直线上；

作用在两个物体上。

结论：力是物体之间的相互作用。

火箭为什么运动？

学生：因为作用与反作用。

正确的思考方式：

什么力使火箭运动？

气体为什么给火箭推力？

是哪一对作用与反作用？

真正理解了这一关系，大部分与力有关的现象就容易解释了。

力的另一个必须掌握的定义：

力是改变物体运动状态的原因。

因此，没有力作用于物体时，物体做匀速直线运动。

二、重力与重心

大多数学生对重力满足于一知半解的认识。

例如，对失重的误解。

手托一个铁球；

铁球向你飞来。

因此，从小学开始，就通过实例教学，让学生逐步理解重力及其意义。

教师心目中的重力应该是一对质点之间的作用与反作用。

地球：等效于质量集中于球心。

重物：等效于质量集中于重心。

均匀薄板的重心。

例如，长方形薄板的重心。

巴贝斯定理：让一平面作一种垂直于该平面的运动，则平面扫过的体积等于该平面面积与质心运动路程的乘积。

例如，边长为a的正方形沿垂直方向平移距离d。

重力的细节问题。

两极；

赤道；

其他位置。

假如地球均匀膨胀。

如果能从万有引力角度理解重力，

就会发现这种最普通的力暗藏玄机。

四种基本相互作用：

引力；电磁力；弱力；强力。

大统一理论。

三、运动及其悖论

芝诺悖论

运动的一个特例：液体的流动。

应用：连通器。

几个特别适合于学生上讲台表演的实验：

连通器原理；大气压实验；惯性球实验。

怎样理解不改变速度的运动？

物体从斜面获得速度后在水平面上运动。

推理：阻力越来越小。

伽利略从斜面实验中发现阻力的作用。

从阿基米德浮力研究中得到启示。

力是物体之间的相互作用；

力是改变物体运动状态的原因；

力的其他效果。

讲座主题：地球与宇宙（一)

主讲人：吴樟华

时间：2010年7月14日上午

主要内容

笔记备注

1．地球的概貌与地球的物质

1.1地球的概貌

1.1.1 地球的形状与大小

1.1.2 地球的结构

1.1.3 地球仪与地图的标设和功用

1.1.1 地球的形状与大小

人类对地球形状的认识历史

地球的真实形状

地球的大小及测定

古时候的人，由于活动的范围很小，只看到自己生活地区的一小块地方，因此单凭直觉,就产生了种种有关“天圆地方”的说法。

我国早在两千多年前的周代，就有“天圆如张盖，地方如棋局(棋盘)”的盖天说。

古代埃及人认识,天像一块穹窿形的天花板，地像一个方盒。

俄罗斯人则认为，大地像一块盾牌，由三条巨鲸用背驮着，漂游在茫茫的海洋里。印度人也有类似的传说，不过他们认为驮着这块大地的，不是巨鲸，而是站在海龟背上的三头大象。大象动一动，便引起地震 。

随着生产技术的发展,人类活动范围的扩大和各种知识的积累，人们逐渐认识到，大地在大范围内不可能是平坦的，而应该是弯曲呈弧形的。

登高可以望远。人在地平只能见到4.6km远，而升到1000米，便能看到121km远的地方。

在海边看离岸的船，先是船身隐没，然后才是桅帆。

在陆地上（北方）旅行的人，如果向北走去,一些星星就会在南方的地平线上消失，另外一些星星却在北方的地平线上出现，象北极星的地平高度会升高 。如果向南走去，情况就相反。

这些现象，只有大地是弧形的才好解释。

古希腊著名的科学家，哲学家亚里士多德第一次对大地是球形作出了论证。他观察天象，从月食时地球在月球上的投影等现象中，推断大地的形状为球形。

当时，一些持反对意见的人便提出:如果大地真是圆球状的，为什么住在地球另一端的人,没有掉向下面的空中呢 ?

那时候，由于人们还不懂得有地心引力,要回答这个问题是很难的.

15、16世纪的地理大发现，特别是1519——1521年，麦哲伦率领的一支船队，环绕地球航行一周成功，这为大地是球形提供了有力的证据。

明朝末年，西方传教士利玛窦、汤若望等来到我国，介绍了天文、地理、数学等科学知识，我国才出现“地球”这个译名。

地球是一个球体

1、地球形状：是指大地水准面的形状；

2、大地水准面是指全球静止海面（海拔起算面）。

地球是一个扁球体

赤道半径（a）为6378.140千米；

极半径（b）为6356.755千米；

扁率：f=（a－b）/a=1/298.257.

地球是一个不规则的扁球体

十分迫近大地水准面形状的扁球体；以大地水准面对于参考扁球体的偏离大小来表示前者形状

关于“梨形地球”

似梨：

半球高纬和南半球低纬，水准面高出扁球体；

北半球低纬和南半球高纬，水准面低于扁球体。

非梨：

忽略了赤道半径与极半径的22千米的巨大差异。

大了南北极半径之间40米的微小差异。

笼统地说地球呈梨形是不确切的。

地球的形状示图

地球的大小:

赤道半径a为6378140±5米

极半径c为6356755±5米

总面积5.1×108平方公里

总体积10820×108立方公里

总质量5.98×1027克 

地球的平均半径6371110米

地球的经线周长为40008548米

赤道周长为40076604米

1.1.2 地球的结构

地球的圈层结构（内部和外部结构）

地球的内部构造

地球的外部构造

地球的外部构造是指地球大气圈，水圈和生物圈

（一）大气圈    （二）生物圈    （三）水圈

1.1.3  地球仪与地图的标设和功用

地图的三要素：

方向

比例尺

图例和注记

1、方向

一般定向法：面对地图，“上北下南，左西右东”

指向标定向法： 用箭头指示正北方向

（只要把箭头指向正上方，还是符合上北下南，左西右东）

经纬网定向法：

2、比例尺

3、图例和注记

图例：地图中的各种符号。

注记：地图中的文字和数字

构成地图的基本内容，叫做地图要素。它包括数学要素、地理要素和整饰要素（亦称辅助要素），所以又通称地图“三要素”。

（l）数学要素，指构成地图的数学基础。例如地图投影、比例尺、控制点、坐标网、高程系、地图分幅等。这些内容是决定地图图幅范围、位置，以及控制其它内容的基础。它保证地图的精确性，作为在图上量取点位、高程、长度、面积的可靠依据，在大范围内保证多幅图的拼接使用。数学要素，对军事和经济建设都是不可缺少的内容。 

（2）地理要素，是指地图上表示的具有地理位置、分布特点的自然现象和社会现象。因此，又可分为自然要素（如水文、地貌、土质、植被）和社会经济要素（如居民地、交通线、行政境界等）。

（3）整饰要素，主要指便于读图和用图的某些内容。例如：图名、图号、图例和地图资料说明，以及图内各种文字、数字注记等。

1.2   地球的物质之一：

岩石、沙、土壤

1.2.1 岩石的分类及三大类岩石的特征 

1.2.2  矿物及其矿产 

1.2.3  土壤及构成

1.2.1 岩石的分类及三大类岩石的特征

岩石——是地质作用形成的具有一定产状的地质体，主要由造岩矿物按一定的结构和构造集合而成。 

结构和构造 是识别岩石的重要特征之一。岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小和形状以及颗粒间相互关系的特征，称为岩石的结构 。岩石中矿物的组合形状、大小和空间上相互关系和配合方式，称为岩石的构造。

岩石按其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

岩浆岩

沉积岩

变质岩

岩浆岩

（一）岩浆作用和岩浆岩的概念

岩浆岩是由岩浆在地下结晶或喷出地表凝固而成的岩石。

当岩浆沿着岩石圈破裂带上升而侵入到地壳中时，称为岩浆侵入活动；由此冷凝结晶而成的岩石称为侵入岩。当岩浆喷出地面时，称为火山活动或喷出活动；由此冷却凝固而成的岩石称为火山岩或喷出岩。

岩浆的活动和冷凝的整个过程统称为岩浆作用。

（二）岩浆岩的矿物组成

岩浆岩按其化学成分和矿物组成的不同可分为四类：

1）超基性岩——二氧化硅含量＜45％，含铁镁较多，含钾钠甚少。主要由橄榄石、辉石组成。如橄榄岩。

2）基性岩——二氧化硅含量45—52％，主要由辉石、钙斜长石和少量橄榄石和角闪石组成。如辉长岩、玄武岩。

3）中性岩——二氧化硅含量52—65％，主要由角闪石、长石和少量石英、辉石、黑云母等组成。如闪长岩、安山岩、正长岩和粗面岩。

4）酸性岩——二氧化硅含量＞65％，含钾和钠较多而铁镁较少，主要由长石、石英和云母组成。如花岗岩、流纹岩。

（三）岩浆岩的产状

根据岩体在地壳中形成的深度和方式，可分为喷出岩体(如玄武岩)和侵入岩体（如花岗岩），后者又可再分为深成岩体和浅成岩体。

按岩体的形状及其与上覆岩层的关系，可分为整合侵入体和不整合侵入体。前者如岩盆、岩盖、岩床、岩鞍等；后者如岩株、岩瘤、岩脉等。

侵入岩与喷出岩产状综合示意图

（四）岩浆岩的结构与构造

岩浆岩常见的结构有：

1）玻璃质结构

2）隐晶质结构

3）显晶质结构

4）斑状结构

岩浆岩常见的构造有：

1）块状构造

2）斑杂构造

3）流纹构造

4）气孔构造

5）杏仁状构造

玻璃质结构

斑状结构

显晶质结构

隐晶质结构

（五）岩浆岩的主要类型

岩浆岩根据其化学成分和矿物组成可分为酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩等四类；

根据其结构与构造和产状的特征可分为深成岩、浅成岩（包括脉岩）、喷出岩等三种。

岩浆岩分类简表

玄武岩与花岗岩的成因差别

四、沉积岩

（一）沉积物和沉积岩的概念

沉积岩是由成层堆积于陆地或海洋中的碎屑、胶体和有机物质等疏松沉积物固结而成的岩石。

沉积物的来源：①先成岩石风化产物；②火山喷发沉降物③生物成因的各种有机物；④宇宙尘埃

按沉积物的成因和性质可分以下各类： ①机械（碎屑）沉积物； ②化学沉积物 ；③有机沉积物

沉积过程

（二）沉积岩的基本特征

1、沉积岩富含次生矿物和有机物质以及存在化石。这是与岩浆岩最大区别

2、沉积岩具有多种构造，其中最突出的是层理构造和层面构造

层理是指岩石的成分、结构、粒度、颜色等性质沿垂直于层面方向变化而形成的层状构造。

层理通常可分为：1）水平层理 ；2）波状层理 ；3）交错层理

层面构造系指上、下层面中留下的与岩石成因有联系的各种印模和痕迹。

3、沉积岩主要的结构类型有：碎屑结构、泥质结构、化学结构和生物结构。

沉积岩的层理构造－水平层理

冲积交错层理和斜层理

沉积岩的层面构造－－波纹和干裂

（三）沉积岩的主要类型

1.碎屑岩类 ：按成因可分为火山碎屑岩和正常碎屑岩两种。

火山碎屑岩可分为：①火山集块岩；②火山角砾岩； ③凝灰岩；等。

正常碎屑岩可分为：①砾岩与角砾岩 ；②砂岩 ；③粉砂岩

2.粘土岩类 ：常见的有泥岩和页岩。

3.生物化学岩类 ：最常见的为碳酸盐岩，如石灰岩

沉积岩的分类

火山集块岩

火山凝灰岩

角砾岩和砾岩

显微镜下的粉砂岩

砂岩

泥岩

白垩崖（石灰岩）

五、变质岩

（一）变质作用和变质岩的概念

地壳中原有的岩石，由于经受构造运动、岩浆活动或地壳内的热流变化等内动力的影响，使其矿物成分和结构、构造发生不同程度的变化，统称为变质作用。由变质作用形成的岩石称为变质岩。

（二）变质作用的因素

控制变质作用的因素主要有温度、压力和化学活动性流体（溶媒）。

（三）变质作用的类型和常见的变质岩

1.动力（碎裂）变质作用 －－构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩、千糜岩等（其碎裂程度愈来愈细）

2.接触（热力）变质作用 －－例如，粘土岩变质成为角岩，灰岩变质为大理岩，砂岩变质为石英岩等

3.交代（热液）变质作用－－如碳酸盐岩与中、酸性岩浆接触交代变质产生的矽卡岩等。

4.区域（动力）变质作用 －－常见的岩石类型有：板岩 、千枚岩 、片岩 、片麻岩 等

5.超变质作用

碎裂岩

构造角砾岩

接触变质岩

糜棱岩

板岩

角岩

汉白玉

云石（大理石）

板岩

矽卡岩

片麻岩

片岩

混合变质岩

六、地壳岩石类型的转化

组成地壳的三大类岩石，火成岩、沉积岩与变质岩，具有各别独特的成岩环境，但在物质来源方面存在着相互依存和互相转化的关系岩石类型的互相转化，有的学者称为岩石的转化循环

1.2.2 矿物及其矿产

矿物：

是由化学元素在一定的地质环境中形成的，具有一定的化学成分和理化性质的化合物或单质。

矿物是构成岩石或地壳的基本单元。

矿物的物理性质

主要造岩矿物：

石英

在大陆地壳中的数量仅次于长石，常见于各类岩石中。

成分简单（SiO2），无解理，呈贝壳状断口，玻璃光泽，硬度7，质纯者无色透明，含杂质时会有各种颜色。

在自由生长时结晶成六面锥体

性质稳定，难于风化

石英双晶

铁石英

长石

地壳中最大量的一类矿物

具瓷状光泽，硬度为6，二向完全解理。

依据解理可分为正长石 和斜长石

钾长石

钠长石

钙长石

云母

晶体构造呈层状，有一向极完全的解理，易剥成具弹性的光滑透明薄片；

珍珠光泽，硬度2—3，成分复杂多样。

常见的有黑云母和白云母两种。

在酸性岩浆岩、砂岩和变质岩中常见。

金云母

铜铀云母

角闪石

成分复杂多变，常见的一种为普通角闪石，呈长柱状或条状，暗绿至黑色，硬度5.5—6，比重3.1—3.3，二向完全解理呈彼此斜交，性脆；在中性和酸性岩浆岩和某些变质岩中常见。

透闪石

直闪石

透辉石

锂辉石

钠辉石

（硬玉）

橄榄石

成分为（Mg·Fe）2SiO4，粒状，橄榄绿色，玻璃光泽，硬度6.5—7，性脆；为超基性岩和基性岩的主要组成矿物。

其它常见造岩矿物：

方解石CaCO3

常发育成单晶，或晶簇、粒状、块状、纤维状及钟乳状等集合体。纯净的方解石无色透明。因杂质渗入而常呈白、灰、黄、浅红（含CO、Mn）、绿（含Cu）、蓝（含Cu）等色，玻璃光泽，硬度3，解理完全，易沿解理面分裂成为菱面体，比重2.72。遇冷稀盐酸强烈起泡。

白云石  CaMg[CO3]2

单晶为菱面体，通常为块状或粒状集合体。一般为白色，因含Fe常呈褐色，玻璃光泽，硬度3.5—4，有完全解理，比重2.86，含铁高者可达2.9—3.1。

石榴子石

常形成等轴状单晶体。集合体成粒状和块状。浅黄白、深褐至黑色（一般随含铁量增高而加深），玻璃光泽，硬度6—7.5，无解理，断口为贝壳状或参差状，比重4左右。

磁铁矿  Fe3O4

常为致密块状或粒状集合体，也常见八面体单晶，颜色为铁黑色，条痕为黑色，半金属光泽，不透明，硬度5.5—6.5，无解理，比重5，具强磁性。

褐铁矿

实际上是多种矿物的混合物，主要成分是含水的氧化铁（Fe2O3·nH2O），并含有泥质及二氧化硅等，褐至褐黄色，条痕黄褐色，常呈土块状、葡萄状，硬度不一。

矿产：

能源矿产

金属矿产

非金属矿产

1.2.3 土壤及构成

土壤——是地球陆地表面覆盖于岩石圈之上的由风化产物经生物改造作用形成的具有肥力的薄的疏松物质层。

形成土壤的两个基本作用  

中国汉字里的“土”，实际上就反映了土壤在自然地理环境中的位置和作用。 “二”代表了土壤的位置是在岩石面以上，地面以下，处在大地的表层；“｜”则是表示土壤能够生长植物（图）。

以现代土壤科学的观点来分析，“二”也可看作是代表了岩石表面的风化壳，“｜”则意味着生物对风化壳的改造作用。这体现了土壤形成的两大基本作用：

1、风化作用与疏松层的形成过程; 

2、生物作用对母质的改造过程.

风化作用与疏松层的形成

岩石的风化作用是土壤形成与发育的先决条件致密的岩体不透水、不通气，所有的养分元素都被牢固地封闭在矿物晶格之中，高等植物难以立足和利用。风化过程起着两方面的作用：

A、致密岩石的破坏。致密岩石的破坏形成了大小不同的颗粒物质，组成疏松的层次，水分和空气才可以自由地进出。

B、营养元素的释放。把营养元素从封闭状态中释放出来，成为有效的离子形态，植物才能吸收和利用。

(2) 风化作用主要有物理风化（physical weathering）和化学风化（chemical weathering）两种基本形式（一般性的生物风化可以分别归入上述两种基本形式）。物理风化促进岩石的机械崩解和破碎，但并不改变原有矿物的结晶结构和化学性质。化学风化则是原有矿物的蚀变过程。蚀变的结果一方面形成新的细小粘粒，一方面使原有矿物中的养分元素释放出来（图9.12）。

生物作用对母质的改造

单纯风化过程形成的疏松风化层（regolith）不等于土壤。疏松的风化层只有经过生物的进一步改造作用，才能出现土层的发育，形成真正的土体。

(2) 生物的改造作用也有两个方面：

A、有机质的加入在岩石刚刚进行风化和崩解的最初阶段，一些低等的先锋植物就已经依靠释放出来的少量养分而生活了。一代代的生物残体不断积累和分解，有些转化为腐殖质加入到风化层中，逐渐使原有的风化层得到改造：a、腐殖质是一种暗色无定形的胶体物质，具有比粘粒还强的吸持养分和水分的能力；b、腐殖质胶体使矿物质颗粒组合成为团聚体，改善了土壤的结构性，协调了空气流通与水分保蓄之间的矛盾。

B、养分元素的富积生物改造作用的另一显著影响是植物对养分元素的富积过程。化学风化所释放出来的可溶性盐和阳离子极易随水流失，而植物根系却能有选择地吸收那些对植物生长有用的养分元素，暂时储存在生物体内，并通过残落物的分解作用释放至土壤的表层。在这个过程中，植物好象起着“循环泵”的作用，经过长期不断的植物筛选和循环，其他元素逐渐淋失，养分元素在土壤中相对富积起来（图）。

土壤剖面及其变化

土层（soil horizon）——成土过程对疏松物质的改造作用，特别是腐殖质的形成和加入过程，以及颗粒与溶解物质的转移过程，导致土壤内部沿垂直方向发生分异，形成了一些物理和化学性质明显不同的水平层次，称为土层（soil horizon）。

土壤剖面（soil profile）——自然土壤是由不同性质的土壤层叠合构成，由上而下，显示土层序列及组合状况的垂直切面，称为土壤剖面（soil profile）（图）。

1、土壤剖面分层模式

——土壤学家按照土壤层的性质及其在土壤剖面中的位置划分土层类型的模式（图）

(1) O层（某些书中以Ａ0代表，有机质层，organic horizon）

——覆盖于矿质土壤表面的由植物和动物残落物及其腐解产物组成的层次。或土壤剖面顶部，以腐殖质的积累为主要特征的土层。  

（2） A层（淋溶层，eluvial horizon）

——土壤剖面中由水分淋溶作用所形成的土层，位于矿质土壤的最上层，直接处于有机质层之下。

(3) B层（淀积层，illuvial horizon）

——土壤剖面中位于淋溶层之下的矿质土壤，是A层淋洗出来的物质沉淀和集聚的层次。一般位于土壤剖面中部又被称为B层。 

(4) Ｃ层（风化层或母质层，regolith）

——指土体以下疏松的、尚未受到成土过程（特别是生物作用）影响的层次。它是上部土体赖以形成的母体物质。

(5) R层（基岩层，bed rock）——尚未受到风化作用影响的下垫坚硬岩石，如花岗岩、砂岩、石灰岩等。有些土壤与基岩有发生上的继承关系（通过风化层）有些则没有（异地沉积母质）。

土壤学家一般仅视A层和B层为真正的土壤（true soil），或称土体（solum）。

土壤的构成

土壤是由固体、液体和气体三相物质组成的疏松的多孔体。固体物质部分包括矿物质、有机质和微生物。矿物质构成土壤骨架，被喻为土壤的骨胳；有机质被称为土壤的肌肉；土壤水分恰似土壤的血液；土壤通气性相当于土壤的呼吸。因此，土壤是类似生物的自然体。

暗棕壤剖面图

潮土剖面图

黄绵土剖面图

黑钙土剖面图

龟裂性土剖面

红壤剖面图

褐土剖面图

灰化土剖面图

黑土剖面图

黄壤剖面图

灌淤土剖面图

栗钙土剖面图

石灰土剖面图

磷质石灰土剖面

灰钙土剖面图

石膏盐盘棕漠土剖面图

海滨盐土剖面图

1.3地球的物质之二：

水

1.3.1 地球上的水资源及其分布 

1.3.2  水体的 类型 

在《英国大百科全书》中，水资源被定义为“全部自然界任何形态的水，包括气态水、液态水和固态水”。此定义被广泛引用，这与英国大百科全书权威性有很大关系。1977年联合国教科文组织建议“水资源应指可资利用或有可能被利用的水源，这个水源应具有足够的数量和可用的质量，并能在某一地点为满足某种用途而可被利用。”

《中国大百科全书》中，水资源被定义为“地球表层可供人类利用的水，包括水量（水质）、水域和水能资源，一般指每年可更新的水量资源。

海洋水：

一、海洋起源

假说：

1.洋壳原生，地球形成初期已形成。

2.泛大陆分离时海底扩张形成了洋壳。

3.熔融岩浆侵入地壳并溢出地表冷凝，因其密度大，导致其下伏地壳沉入上地幔，最终形成洋壳。

二、世界大洋及其区分

地球表面广阔连续的水面称为大洋。目前的世界大洋根据相对隔离的状况分为四大部分，即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。

三、海及其分类

各大洋的边缘部分接近或伸入陆地，并或多或少地与大洋主体有所隔离的水域则分称为海。据国际水道测量局统计，四大洋的边缘共有54个海。

海被分为四类。

1. 内海

也称“地中海”。它四周被陆包裹，仅有一个或几个海峡与大洋或与邻海沟通，如欧洲与非洲之间的地中海，以及红海、里海、波罗的海、渤海等。

2. 边缘海

位于大陆边缘，以半岛或岛弧与大洋或与邻海相隔，但直接受到洋流、潮汐传播的影响。边缘海都连列在西北太平洋一侧，如白令海、鄂霍茨克海、日本海、黄海、东海和南海等。

3.外海

它虽位于大陆边缘，但与大洋有广阔的联系，如阿拉伯海、巴伦支海等。

4.岛间海

指大洋中被一系列岛屿环绕的水域。如爪哇海、苏拉威西海等。

河流：

长江流域

（三）河流的纵横断面

河源---河流开始的地方，可以是溪涧、泉水、冰川、沼泽或湖泊等。

上游---直接连着河源，在河流的上段，它的特点是落差大，水流急，下切力强，河谷狭，流量小，河床中经常出现急滩和瀑布。

中游---中游一般特点是河道比降变缓，河床比较稳定，下切力量减弱而旁蚀力量增强，因此河槽逐渐拓宽和曲折，两岸有滩地出现。

下游---下游的特点是河床宽，纵比降小，流速慢，河道中淤积作用较显著，浅滩到处可见，河曲发育。

河口---河口是河流的终点，也是河流流入海洋、湖泊或其它河流的入口，泥沙淤积比较严重。

二、水情要素

水位

流速

流量

水温与冰情

湖泊与沼泽：

湖泊常见的分类：

1、按来源：河迹湖和陆面糊

2、按湖水与径流的关系：内陆湖和外流湖

3、湖水矿化程度：淡水湖、咸水湖

4、按湖水温度状况：热带湖、温带湖、极地湖。

5、以湖水存在的时间久暂：湖泊可以分为间歇湖、常年湖。

人工湖——千岛湖

面积最大的是青海湖(4200km2)

贮水量最多的是西藏纳木错(768×108m3)，

淡水湖的排位依次是鄱阳湖(高水位面积3 960km2、贮水259×108m3)

洞庭湖(高水位面积2 740km2、贮水178×108m3)

太湖(2 338km2、44.4×108m3)

洪泽湖(1851km2、24.4×108m3)

南四湖(1225km2、19.3×108m3)

巢湖(753km2、18×108m3)等

湖泊的实质是于低洼地中蓄水。

按湖盆洼地的成因，主要可分为：

构造湖、火山(口)湖、冰蚀湖、风蚀湖、堰塞湖、喀斯特溶蚀湖、牛轭湖、热融湖、泻湖、人工湖等。

湖泊成因之构造湖－－岱海

湖泊成因之构造湖－－滇池

湖泊成因之构造湖－－洱海

湖泊成因之构造湖－－巢湖（在郯庐断裂带中）

湖泊成因之冰蚀湖

湖泊成因之河迹湖（牛轭湖）-瘦西湖

湖泊成因之喀斯特湖－－七星岩湖

湖泊成因之喀斯特地下湖－－广东凌霄岩

湖泊成因之火山熔岩堰塞湖－－五大连池

湖泊成因之崩塌堰塞湖－－日月潭

湖泊成因之堰塞湖－－九寨沟海子

湖泊成因之火山口湖－－长白山天池

湖泊成因之火山口湖－－俄勒冈火山口湖

古泻湖－－西湖

3、化学成分      

降水、地表径流和地下水，含有许多溶解气体和盐类，例如雨水含氮、氧、氢、二氧化碳等 ;河流还含有有机酸。                  

盐湖是化学成分很特殊的一类湖泊。其湖水主要以氯化物为主。

在不同的自然条件下，降水、地表径流和地下水带入湖泊的化学元素种类和含量有差别。

二、沼泽

沼泽特指大片平坦或稍低洼而过度潮湿，盛长各种喜湿植物，并有有机质堆积形成泥炭的地域。

在沼泽地中，水占85-95%，过多的水引来并确保各种喜湿植物的繁盛生长，并使下垫层通气状况恶化，在嫌气菌的作用下发育泥炭。

（三）沼泽的分类：

按沼泽发育过程和阶段分为低位沼泽和高位沼泽；

按所处地貌部位分湖滨洼地沼泽、阶地沼泽、闭流宽谷沼泽等亚类；

冰川：

冰川是指发生在陆地上，由大气固态降水演变而成的，通常处于运动状态的天然冰体。

它随气候变化而变化，但不是在短期内形成或消亡。

雪线触及地面是发生冰川的必要条件。

因此，冰川是极地气候和高山冰雪气候的产物。

冰川的类型

山岳冰川：主要分布于中低纬山区，由于雪线较高，积累区不大，因而冰川形态受地形的严格限制。山岳冰川按形态又可分为：

（1）悬冰川

（2）冰斗冰川

（3）山谷冰川

大陆冰川：曾占据很广阔的面积。但目前只发育在两极地区。

高原冰川：也叫冰帽，是大陆冰川和山岳冰川的过度类型。

山麓冰川：树条山谷冰川在山麓扩展汇合成为广阔的冰原。

地球上冰川的分布

目前全球冰川面积约为1500×104km2,占陆地总面积的10﹪以上。冰川总体积（2400~2700）× 104km2。如果这些冰全部融化，将使世界洋面上升66m。

南极大陆是世界上冰川最集中的地区，冰盖面积约1260× 104km2，包括四周的边缘冰棚，则为1320× 104km2，冰盖平均厚度为2000m

北极地区包括格陵兰岛、加拿大极地岛群和斯匹次卑尔根群岛，冰川总面积约200 ×104km2。

亚洲冰川面积共114000km2，主要分布在兴都库什山、喀喇昆仑山、喜马拉雅山、青藏高原、天山和帕米尔。其中我国冰川面积共58000km2略超过50﹪。

北美洲冰川面积共67000km2，主要分布在阿拉斯加和加拿大。

南美洲冰川面积约25000km2。

欧洲8600km2。主要分布在斯堪的纳维亚、阿尔卑斯山。

大洋州1000km2，主要分布在新西兰。

非洲是全世界冰川最少的大陆，冰川面积只有23km2

地下水：

类型：

浅层地下水

深层地下水

潜水

承压水

1.4地球的物质之三：

空气

1.4.1大气的组成、结构及热能

大气的组成

大气的结构

大气的热能

大气的组成：

一、大气的成分

（1）干洁空气

（2）水汽

（3）固、液体杂质（悬浮颗粒）

干洁空气的物质成分，主要由氧(O2)、氮(N2)二种气体组成，此外，还有惰性气体氩（Ar）、二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等气体。

0 － 90 km内的干洁空气各种气体成分比例基本不变，100 km以上氧分子离解为氧原子，250km氮基本离解。

氧 (O2)

占整个大气容积 21％（五分之一以上）的氧，人们一直认为，是绿色植物的光合作用，补足了大气中因燃烧和生物呼吸作用消耗掉的氧。其实供应大气中氧的主要来源，是在海洋、湖泊等水体表面的浮游生物——藻类。

如：海洋中含有定量的氧，并同大气中的氧保持大致的平衡，大气的氧气少了，海洋中的氧气就进来补充。

氧是一切生物生存和消失的基本保证，被人们称为“有生命的气体” 。

氮 (N2)

约占整个大气容积 78％（3／4以上）的氮，早期来源于小行星与刚形成的地球碰撞产生的气体中，近期研究发现雷电是制造天然优质的“氮肥厂”。

据测算，一场大雷雨能制造 4－5 万吨优质氮肥，全年雷雨可制造氮肥 1000 万吨以上。

氮能降低大气氧浓度，缓减氧化作用，并为植物生长时不可缺少的养料。全球每年可从大气中得到 250 万吨氮。

二氧化碳 (CO2)
占空气容积仅 0.05％ 的二氧化碳，来源—地表火山喷发、燃料燃烧、动植物呼吸及有机物腐败等，主要集中在20km以下大气浅薄底层。含量—城市工业中心、火山周围较高，农村较少。最大特点：对太阳辐射吸收很少，主要吸收和放射长波辐射。对大气有增温作用，被称为“温室气体”，直接干扰气温垂直变化规律，间接影响气候变化。

CO2 含量增加导致气候变暖，受到世界各国关注。在“联合国气候大会” （2000年荷兰海牙”和“2001年德国波恩）上，用允许造林抵消发达国家温室气体减排指标的妥协意见，使落实《京都议定书》成为可能。

二氧化碳含量逐年递增

臭氧(O3)

占空气容积微不足道的臭氧，其微不足到的变化，对气温和气候影响十分明显。

来源—低层大气有机物的氧化和雷电作用（少量）及高层大气的太阳紫外线作用（大量）。12km－50km含地球大气90％的量，被称为“臭氧层”。

最大特点：能大量吸收太阳紫外线增暖气温。直接影响气温垂直分布规律，但吸收高层大气大量太阳紫外线使地表生物和人类免遭伤害。

臭氧受人类不自觉破坏已在极地上空等局部区域日趋变薄，并已行成空洞，使过多紫外线通过臭氧层空洞进入低层大气。导致人类众多疾病（皮肤癌、白内障等）发生，危害人们健康。

地球：谁破坏了我的伞？

臭氧空洞

温室效应和全球变暖

（2）水汽

来源—海洋、江、河、湖泊等各种水体、土壤和潮湿物体表面蒸发和植物蒸腾。

含量—1.5km－2km为地表一半，5km高度仅为地表1／10，随高度增加迅速减少。

主要特点：①有三相变化，是天气变化中成云致雨主要因素。

② 能吸收、放射长波辐射增暖气温。

（3）固态、液态粒子

①固态微粒

主要来源—海浪、风沙、植物及生活生产垃圾。

最大特点：①能够充当水汽的凝结核。

②能吸收一部分太阳辐射和阻挡地表

放热，减小气温变化振幅。

②液态粒子

来源—地表各种水体等。

主要特点：①常聚集成云、雾，降低大气能见度。

②减弱太阳辐射、地面辐射，影响低层大气温度。

大气的结构

大气圈下界——地表

大气圈上界——不同学者研究结果不同。一般按人造卫星探测资料为依据，定为 2000 km－3000 km。

大气的垂直分层

1对流层（troposhere）

对人类生活、生产关系最密切，是气象、气候工作者和不同学科科研人员研究的重点层次。

（ 1） 范围：

H ＝0－11km，但因各纬度地表热量（气温）分布不同而厚度不均。

低纬度：平均  17－18 km

中纬度：平均  10－12 km

高纬度：平均    8－ 9 km

不同区域、不同季节其厚度范围不一。

例：南京夏季厚约15km，冬季厚约11km。

（2）对流层特征

① 气温随海拔高度增加而降低（例：夏季山

地顶上有积雪）。用气温垂直递减率（r）

表示(即：单位距离内的气温差）。

表达式 ： r= 0.65 ℃/100 m

② 空气对流运动显著，天气现象复杂多变。

③ 温度、湿度水平分布不均匀。

2平流层（stratosphere）

（1）范围：对流层顶－52 km

（2）特点：

①平流层下层气温受地面影响很小，在25km处形成高空暖区。

②水汽含量少，气流十分平稳。平流层由此得名，是飞机飞行的理想层次。

3中间层（ mesosphere）

（1）范围： 52－80 km

（2）特点：

空气上下垂直对流旺盛，故被称作高空对流层。

4  暖层（ionosphere）

（1）范围： 80－800 km

（2）特点：

①气温随高度升高明显，温度梯度较大。

②空气（大气）处于高度电离状态。

5  散逸层（exosphere）

（1）范围： ＞800 km

按气温分布，为离地表最远的大气层。

（2）特点：

几乎不受地球引力场作用影响，大气质点常能自由散逸到星际空间。

地冕

（1）范围：

2000－3000 km——22000 km

（2）特点：

电离气体组成的稀薄大气层。大气圈到星际空间呈逐步过渡状态。

大气的热能

地球气候系统的热量来源主要是太阳辐射

1、短波辐射

（1）大气上界太阳短波辐射－太阳常数

据科学工作者测算：在日地平均距离（1.5亿km）处、大气上界、垂直于太阳光线的平面、每分钟每平方厘米面积上得到的太阳辐射能量值，平均为8.16J /cm2·min。该数值称为太阳常数，用S。表示（即S。＝ 8.16J/cm2·min）。

实际上太阳向地表传递太阳辐射能量穿透大气层时，大气圈中的各种气体物质（O2 O3 、CO2 …）和水汽、固体等物质均会不同程度的吸收、反射和散射一部分太阳辐射能量，因此真正到达地表的太阳辐射量远小于太阳常数值。

（2）到达地表的太阳短波辐射

经大气削减后到达地表的太阳短波辐射由直接辐射和散射辐射二部分组成。二者之和为到达地表的太阳辐射总量，常称为太阳辐射总量。

直接辐射（S）

概念——由平行光形式直接投射到地面上的太阳辐射。

影响直接辐射值大小、强弱的二个最主要因素为太阳高度角（h⊙）和大气透明度。

大气透明度

概念——大气允许电磁波通过的百分率。也指大气透明的程度。

大气透明度好，到达地表的直接辐射量多，反之则少。

太阳高度角（h⊙）

概念——太阳光线与地平面之间的夹角。用h⊙表示，见图（1）。

图（1）一天中，中午太阳光线最强，早晚太阳光线较柔和。人们常用“骄
                阳似火”形容夏季中午的太阳。

图（ 2）太阳高度角（h⊙）愈小，太阳辐射强度愈弱，单位时间、单位面积地表上获得太阳辐射热能（直接辐射）愈少；相反愈多。

全球赤道地区地表获辐射热能最多，极地最少，其它纬度间于两者之间。全年夏季太阳光最强，冬季最少。

散射辐射（D）

概念—— 经大气散射后从天空投射到地表的太阳辐射。

影响散射辐射值大小、强弱的二个主要因素仍为太阳高度角和大气透明度。

大气透明度不好时，参与散射作用的水汽、尘埃、水汽凝结物质多，散射作用强，反之则弱。据观测：2－3km高度，散射辐射量仅为海平面1／5。为什么？

太阳高度角愈大，散射辐射值愈大，相反愈小。

一天内，中午前后散射辐射最强；一年内，夏季最强。

实际大气一般以直接辐射为主，散射为辅。

总辐射（Q0）

概念——直接辐射与散射辐射之和。

表达式：Q0＝S+D

单     位：千焦耳（KJ）/cm2·a

全年冬季最小，夏季最大。

最大值在20 oN－20 oS赤道带附近。 气候上称该纬度为热赤道。

反射辐射（Qr）

概念——表示物体反射辐射情况。一般用反射（照）率表示。

反射辐射（Qr）与总辐射（Q0）之比称为反照（射）率（r）。单位：％

表达式：r＝ Qr ／ Q0 ×100％

反射率愈大，地表吸收的辐射热能愈少，地表温度愈低；反之则愈高。

 地表状况不同决定着反照（射）率值的大小，它又是决定地表温度分布不均一的重要原因之一。

不同性质地面的反射率

若将射入大气上界的太阳辐射作为100%处理，全球平均状况——太阳辐射约31%被反射和散射作用返回作用返回宇宙空间，24%被大气直接吸收，被地表吸收45%。但大气直接吸收太阳辐射热能增温每天小于1oC。

即大气获得热能多少取决于地表。大气的最直接热源为地球表面。

2长波辐射

概念——地面和大气系统在吸收太阳辐射后，又依自身的温度高于四周而向外放射辐射、辐射热能的形式称为长波辐射。

据统计，约75—95%的地面长波辐射，被近地表40—50m大气吸收，并又以长波辐射形式将热能向上一层一层传给更高一层大气，以此加40～50m热大气温度，故对流层气温随垂直高度增加而降低。

（1）大气辐射

概念——大气质点吸收地面长波辐射后，再产生的长波辐射称为大气辐射。

（2）大气逆辐射

概念——与地面辐射方向相反的大气辐射叫大 气逆辐射。

特点——对地表失去的热量起到了补偿作用。

大气逆辐射的保温作用与花房相类似，被称为“大气花房效应”，也叫“温室效应”。

（3）地表有效辐射（ Fo）

概念—— 地面辐射和地面吸收的大气逆辐射之差称作地面有效辐射。表示地表实际损失的长波辐射热能量。 关系式 Fo=Eg–δEA

式中：Eg—地面长波辐射

δE—地面吸收的大气逆辐射

 Fo 值大小与地面温度、空气温度、空气湿度（水汽… ）、风、云等因素有关。

大气逆辐射愈强，它馈赠给地表的热能（热量）愈多，地表实际损失的热量愈少（有效辐射值愈小），地表气温则愈多，反之则低。

例：① 有云夜晚比晴天暖（冬季“月夜苦寒”）

 ② 空气污染严重城市较一般城市温度高。

4）辐射差额

概念——某一时段内物体长波辐射的收支差值。

即：辐射差额=收入辐射–支出辐射

收入辐射>支出辐射时辐射差额为正，温度上升（白天）。

收入辐射<支出辐射时辐射差额为负，温度降低（晚上）。

收入辐射=支出辐射时辐射差额为零，温度无变化（日落前或日出后1小时左右）

一天的日辐射曲线