科学素养的设计

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出版者:科学普及出版社
作者:美国科学促进协会
出品人:
页数:293
译者:
出版时间:2005-1
价格:39.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787110060667
丛书系列:
图书标签:
  • 科普
  • 教育
  • 科学
  • 教育书单
  • 心理学
  • 科学素养
  • 科学教育
  • 课程设计
  • 教学方法
  • STEM教育
  • 素养导向
  • 教育创新
  • 学科融合
  • 探究式学习
  • 教育理论
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具体描述

人类经过几千年漫长的农业经济时代,由于诞生了近代科学,导致了产业革命的兴起,人类历史才真正跨入工业经济时代。随着21世纪的到来,人类社会有工业经济迈向知识经济的步伐不断加快,科技和教育在经济和社会发展中的地位正日益增强。在人类文明历史的长河中,科学技术将发挥关键性的作用。在这样一个科学技术快速发展的时代,党中央和国务院提出了“科教兴国”的伟大战略,这对于实现我国经济腾飞,实现中华民族的伟大复兴,造福子孙后代意义重大。

  可以预计,21世纪科学技术将更加迅猛发展,未来的国际竞争,焦点是科学技术,最激烈的应是人才的竞争。这种竞争的态势要求人才培养和教育体制必须及时跟进与调整,以适应21世纪国际竞争的需要。在当今时代,科学在基础教育中比重正逐渐加大,西方尤其是美国的教育比较宽松,聪明的孩子如果给他机会能很快地成长。而亚洲特别是我国的教育重视基础,培养的学生是基础知识扎实,但对学生约束太多,不利于学生的个性发展。所以,东西方教育的取长补短,相互交融,非常重要。为此,及时研究、借鉴发达国家人才培养和教育的经验十分重要。

  “2061计划”是美国科学促进协会联合美国科学院、联邦教育部等12个机构,于1985年启动的一项面向21世纪人才培养、致力于中小学课程改革的跨世纪计划,它代表着未来美国基础教育课程和教学改革的趋势。“2061计划”在美国和西方发达国家的未来发展战略中具有极高的影响和地位,该计划认为:美国的下一代必将面临巨大的变革,而科学、数学和技术位居变革的核心,它们导致变革,塑造变革,并且对变革做出反应,它们对今日的儿童适应明日的世界十分重要。“2061计划”还提出了未来儿童和青少年从小学到高中应掌握的科学、数学和技术领域的基础知识的框架,包括主要学科的基本内容、基本概念、基本技能,学科间的有机联系,以及掌握这些内容、概念和联系的基本态度、方法和手段。由于,1985年恰逢哈雷彗星临近地球,改革计划又是为了使美国当今的儿童——下世纪的主人,能适应2061年哈雷彗星再次临近地球的哪个时期科学技术和社会生活的急剧变化,故取名为“2061计划”。所以,在我国目前开展素质教育的探索和改革中,借鉴美国“2061计划”具有一定的现实意义。

  “2061计划”系列著作包括:《面向全体美国人的科学》、《科学素养的基准》、《科学教育改革的蓝本》、《科学素养的导航图》、《科学素养的设计》、《科学素养的资源》(3卷,包括专业的发展、课程教材和评估)等。相信“2061计划”系列著作的翻译出版,对推动我国素质教育的探索和改革,提高全民科技教育意识、培养跨世纪人才及制定科技教育发展规划等方面都具有一定的借鉴意义。

参照设计的一般原理,《科学素养的设计》认为课程改革必须更为根本和广泛,而不只是修补个别的课题和科目。《科学素养的设计》论述了将合适的教材应用到“从幼儿园到十二年级”全部教学中,这包括科学、艺术和人文科学的联结。在倡导全国性的宏伟学习目标的同时,《科学素质的设计》又鼓励通过适用于不同学校、社区和学生需要的各种多样化课程,探索达到这些共同目标的途径。《科学素养的设计》还特点关注教师的业务发展,这对完善和实施新的课程设计是必不可少的。

要进行根本的课程改革,就必然要经过一个开发各种替代方案的新过程,《科学素养的设计》提出了这种改革进程的基础性工作内容。

《星辰的低语:宇宙学前沿探索》 内容简介 本书旨在为普通读者提供一个深入浅出、引人入胜的窗口,窥见当代宇宙学研究的前沿动态与深邃奥秘。我们不再满足于仅仅仰望星空,而是试图理解那构成万物的基本法则,以及宇宙自诞生之初至今的宏大叙事。 第一部分:重访创世的黎明 本部分将带领读者回到时间的原点,探索宇宙起源最令人着迷的理论——大爆炸模型。我们将详细剖析早期宇宙的几个关键阶段,从普朗克时期到暴胀时代的理论构建,力求揭示宇宙如何在极短的时间内获得了我们今天所观察到的均匀性和结构。 暴胀理论的修正与挑战: 暴胀模型极大地完善了标准大爆炸理论,解决了视界问题和磁单极子问题。然而,不同的暴胀模型(如指数膨胀、混沌暴胀)在预测的引力波背景和原初密度扰动谱上存在细微差异。本书将梳理最新的观测数据,例如普朗克卫星对宇宙微波背景辐射(CMB)的精细测量,来评估这些模型的可行性。我们将深入探讨“多重宇宙”这一引人遐思的概念,它是暴胀理论自然导出的推论,还是尚未证实的数学猜想? 早期物质的形成: 在宇宙冷却的过程中,夸克-胶子等离子体如何凝结成质子和中子?我们将探讨核合成的精确过程,包括轻元素(氢、氦、锂)的丰度与理论模型的精确匹配,以及这些匹配如何为大爆炸理论提供了无可辩驳的证据。同时,我们将关注“奇点”之外的物理学可能性,探讨量子引力理论在描述宇宙开端时的潜在角色。 时间之箭的追溯: 物理学定律在时间上大多是对称的,但我们却只经历一个方向的时间流逝。本书将结合热力学第二定律、宇宙学演化以及信息理论的角度,探讨宇宙学意义上的“时间之箭”是如何确立的,以及它与宇宙膨胀的终极命运有何关联。 第二部分:暗物质与暗能量的迷宫 现代宇宙学面临两大核心谜团:约占宇宙总质能构成95%的暗物质和暗能量。本部分将集中火力,剖析人类如何通过间接证据“捕捉”这些看不见的实体,以及当前粒子物理学和天体物理学如何试图揭示它们的本质。 暗物质的粒子候选者: 从修正牛顿动力学(MOND)的争议,到WIMPs(弱相互作用重粒子)、轴子(Axions)等主流理论,我们将系统梳理对暗物质的搜寻策略。本书将详细介绍全球各地正在进行的地下直接探测实验(如XENONnT、PandaX),以及利用粒子对撞机(如LHC)间接寻找暗物质信号的最新进展。对于弱相互作用重粒子(WIMP)的“侦测窗口”正在收窄的现实,我们将进行审慎的分析。 暗能量的本质探究: 暗能量是推动宇宙加速膨胀的神秘力量。我们将深入探讨最简单的解释——宇宙学常数(Lambda),并分析其理论上预测值与观测值之间“最尴尬的120个数量级”的差异。此外,我们也将考察替代性的暗能量模型,例如动态的标量场(如“第五元素”Quintessence)或修改的引力理论(如f(R)引力)。 宇宙结构形成的模拟: 物质如何在引力作用下从早期宇宙的微小涨落演化成如今星系、星系团的巨大网状结构?我们将介绍“N体模拟”等计算工具如何结合暗物质的分布来再现我们观测到的宇宙大尺度结构,并指出在这些模拟中,暗物质的性质是如何起到决定性作用的。 第三部分:引力波与时空涟漪 引力波的首次直接探测(LIGO/Virgo)开启了多信使天文学的新纪元。本部分将聚焦于如何利用时空本身的振动来探查极端宇宙事件,并将其作为检验爱因斯坦广义相对论的终极实验室。 黑洞与中子星的合并事件: 我们将解析GW150914等标志性事件的数据,学习如何从引力波的“啁啾信号”中提取出合并双星的质量、自旋和距离信息。本书将特别讨论双黑洞合并、黑洞与中子星合并的物理过程,以及这些事件对恒星演化模型的检验作用。 引力波对宇宙学的贡献: 利用“标准警报器”(Standard Sirens)——即观测到引力波事件并同时捕获其电磁对应体(如双中子星并合Kilonovae)——可以独立于宇宙学标准模型(如超新星)来测量哈勃常数。我们将评估多信使天文学如何帮助解决当前哈勃常数测量中的“张力”问题。 第三代探测器的展望: 随着地面上的KAGRA、更灵敏的LIGO/Virgo升级,以及空间中的LISA(激光干涉空间天线)的规划,我们将展望未来对超大质量黑洞合并、早期宇宙原初引力波的探测潜力,这些探测将可能揭示宇宙暴胀的更深层信息。 第四部分:超越标准模型的前沿理论 宇宙学的前沿不仅仅是观测,更是理论物理学的创新。本部分将探讨当前物理学试图统一现有理论框架的宏大尝试,以及这些理论对宇宙演化产生的可能影响。 弦理论与额外维度: 弦理论试图将所有基本粒子和四种基本力统一在一个框架内。本书将概述弦理论的基本思想,并探讨其在宇宙学中的应用,例如,是否存在可观测的“紧致化”的额外维度留下的痕迹? 圈量子引力(LQG)与宇宙反弹: 作为广义相对论在量子尺度上的一种替代性处理方法,圈量子引力理论预测在极高密度下,引力会变成斥力,这可能意味着我们的大爆炸并非开端,而是一个“大反弹”(Big Bounce)。我们将讨论反弹宇宙模型对CMB谱的潜在修正。 信息的守恒与黑洞热力学: 黑洞信息悖论仍然是理论物理学的顽疾。本书将回顾霍金辐射的理论,探讨“防火墙”假说和“软毛”理论等试图解决信息丢失问题的最新思路,并讨论这些对宇宙时空本质的理解有何深远意义。 结语:未知的疆域 本书的最终目的,是引导读者理解科学探索的本质:知识的边界永远在向外扩展。宇宙学正处于一个数据爆发和理论创新的黄金时代,每一个新的观测都可能推翻一个旧的范式,并催生出更加恢宏的图景。我们对宇宙的认知,正如同攀登一座高山,每一次艰难的向上,都将带来更广阔、更令人敬畏的视野。本书希望成为读者攀登这知识之山的坚实阶梯,激励下一代人去解答那些我们今天尚未能触及的终极问题。

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读后感

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用户评价

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这本书的排版设计简直是一次视觉上的享受。字体选择优雅古典,行距和字间距都拿捏得恰到好处,即便是面对大段的论述,眼睛也不会感到疲劳。但更重要的是其内容结构,它巧妙地避免了线性叙事可能带来的枯燥。作者似乎深谙读者的注意力曲线,总能在关键时刻插入一些富有趣味性的案例研究或悖论,瞬间就能将读者的精神重新聚焦。比如,书中对“控制论”的介绍部分,它没有过多纠缠于复杂的数学模型,而是通过剖析一个精妙的恒温器工作原理,生动地阐释了反馈机制的本质,这种化繁为简的能力,绝对是大家风范。它成功地架设了一座桥梁,让那些原本遥不可及的硬科学知识,变得可以触摸、可以感知。这本书的价值不仅仅在于知识的传授,更在于它提供了一种理解世界的全新“工具包”,让人在面对信息爆炸的时代时,能够更有效地进行筛选和判断。

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读完这本著作,我感觉自己的思维模式被彻底重塑了一遍。它不是教你“是什么”,而是教你“为什么”以及“如何思考”。我印象最深的是其中关于“不确定性原理”的探讨,作者没有止步于物理层面,而是将其延伸到了社会学和心理学的范畴,探讨了我们如何用一种更加宽容和开放的心态去面对生活中的模糊地带。这种跨学科的融合,展现了作者深厚的学养和独到的洞察力。书中的语言风格带着一种老派学者的沉稳,但逻辑链条却极其清晰、缜密,仿佛每句话都是经过精密计算的,却又自然流畅得如同水银泻地。尤其是论证过程中引用的那些哲学思辨,将科学探索的边界推向了更深远的维度,让人在合上书本后,依然久久不能平静,总想拿起笔,在笔记本上画出新的思维导图。这是一本需要“慢读”的书,每一次重读都会有新的领悟,它更像一位智者在与你进行一场跨越时空的对话。

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这本厚厚的书一上手就给人一种沉甸甸的感觉,封面设计得非常简洁,黑白分明,仿佛在暗示着内容的严谨与深刻。我原本以为它会是一本枯燥的教科书,但翻开扉页才发现,作者的笔触是如此的生动有趣。它不像传统的科普读物那样,堆砌着晦涩难懂的术语,而是通过一个个引人入胜的故事,将复杂的科学原理娓娓道来。比如,书中对“量子纠缠”的阐述,竟然是用一个关于遥远星球上双胞胎的类比来解释的,读完之后,我竟然感觉自己真的理解了那种“超距作用”的奇妙。作者的叙事节奏把握得极好,张弛有度,让人在享受阅读乐趣的同时,不自觉地就被那些深邃的科学思想所吸引。最让我惊喜的是,书中对科学史的梳理,它没有简单地罗列时间线,而是着重刻画了那些伟大科学家们在思想突破时的挣扎与光辉,这让科学不再是冰冷的公式,而是一部充满人性光辉的史诗。我强烈推荐给所有对世界本质充满好奇心的人,它会是你知识图谱中一块极其坚实的基石。

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这本书的语言风格是极其独特的,它混合了诗意的抒情和严谨的逻辑推演,读起来仿佛在品尝一种经过精心调配的鸡尾酒——既有烈酒的冲击力,又有果汁的清爽感。作者非常擅长使用类比,但这些类比绝非肤浅的比较,而是深入到事物本质的相似性。例如,在讨论信息熵时,它巧妙地联系到了古老的图书馆管理学,这种不着痕迹的跨界引用,极大地丰富了读者的联想空间。我特别欣赏书中对于“科学的局限性”的坦诚讨论,它没有将科学描绘成无所不能的万灵药,而是诚实地指出了科学探索的边界,以及科学共同体内部存在的争议与发展趋势。这种批判性思维的植入,使得整本书的基调更为成熟和可信赖。它鼓励读者去质疑、去探索更深层次的问题,而不是满足于表面的答案。这绝对是一本能提升读者整体思维品质的力作。

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坦率地说,这本书的切入点非常新颖,它没有遵循传统科学普及读物“从宏观到微观”或者“按学科分类”的模式。作者似乎是选择了一条“问题驱动”的路径,每开启一个章节,都是抛出一个我们日常生活中可能遇到、但从未深究过的现象,然后层层剥茧地将其背后的科学机制展现出来。这种叙事策略极大地激发了我的求知欲,让我感觉自己像个侦探,跟着作者的线索去追踪事物的真相。书中对于“混沌理论”的阐述尤为精彩,它不是简单地罗列蝴蝶效应,而是深入探讨了在看似随机的现象背后,隐藏着多么严谨的数学结构,这种对“秩序中的无序”的深度挖掘,令人拍案叫绝。读完全书,我发现自己看待天气预报、交通拥堵甚至人际关系的角度都发生了微妙的变化,更加注重系统的相互作用和非线性反馈。这是一次智力上的探险,充满了惊喜和挑战。

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