【小学科学软件】新课标跨学科概念“系统与模型”

更新时间:2023-01-04 来源:矩道科技 浏览:0

小学科学软件



      小学科学软件XR虚拟教学系统,立足学生核心素养的发展,以了解物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程等领域的一些常见基础知识为重点。       

新课标

跨学科概念


2022年版科学课程标准提出了不同领域的13个学科核心概念,蕴含了物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化等4个跨学科概念。通过科学课程学习,学生能从不同学科核心概念中了解跨学科概念,并最终理解、掌握这些跨学科概念,更好地指导未来的学习和工作。

在关于课程开发与利用中提到“教师应利用信息技术辅助手段,如虚拟仿真实验、数字化实验等,让学生比较直观便捷地学习相关知识。”

义务教育科学课程标准(2022年版)

系统与模型


        科学研究离不开系统与模型。系统是根据研究目的人为界定的,由一些有关联的物体或元素(成分)组成的有序整体。简单地说,系统就是我们关注或研究的对象,系统包含边界、元素(成分)和相互作用;模型是经过处理的简化系统,但能体现原系统的本质特征,是描述和理解系统的有效工具。真实世界很复杂,但可以用简化的模型来描述。模型超越了我们可观察的范围,把不可见的抽象的现象或特征形象化,有利于理解和研究。


物质科学领域中的系统与模型


        物质科学领域有大量的问题涉及系统与模型的概念,如原子模型、质点模型、磁场模型、受力图、运动图等,都是真实系统的简化。其中,原子模型体现了人类对原子的认知水平,它的建立是人类认识自然的重要里程碑。


原子模型





晶体模型






受力图

型也可以是对系统的抽象,要点是反映系统本质或特征,集中体现系统主要因素之间的关系。例如下方例子,晶体模型不考虑粒子的大小,只考虑粒子间距离的变化。



生命科学领域中的系统与模型


        生命科学领域有很多系统与模型的案例。除了典型的细胞与细胞模型,DNA 与它的双螺旋结构模型是另一个典型的案例,它体现了一个合适的模型是帮助人类开启一个全新领域的钥匙,同时,DNA 双螺旋结构模型的发现,也是跨学科跨领域合作的一个典型案例。


DNA 双螺旋结构模型


        利用虚拟现实模型,容易把不同尺度的系统进行比较,更容易发现不同系统的相同点和不同点。例如利用模型比较鸡蛋和细胞的结构,由于两者尺度差距很大,实际细胞肉眼也看不见,利用模型反而比实物更方便。植物细胞与鸡蛋有很多共同点:



        两者都有坚固的边界 (细胞壁和卵壳) 维持一定的形状;边界内部都有较软的膜,膜的主要功能是选择性地交换物质,吸收营养物质,排出代谢废物 (系统内部与外界有物质和能量交换);内部都有一个核 (细胞核和卵黄),核内都包含了遗传物质(DNA和RNA);核都被液体包裹 (细胞质和卵白);等等。



地球与宇宙科学领域中的系统与模型


        地球与宇宙科学领域有大量的系统与模型。大到宇宙模型、太阳系模型、地球模型,小到地图、矿物模型。


太阳系模型





地震模型






矿物模型

        宇宙是人类面对的最大谜团和系统。宇宙是如何运行的?古代科学家已经采用模型来描述或解释这一复杂系统。古希腊天文学家托勒密建立了“地心说”模型来描述宇宙,认为地球在宇宙中心,太阳、月球、行星等绕地球运动。



“地心说”模型

        利用宇宙模型可以解释一些日常见到的现象。


技术与工程领域中的系统与模型


        技术与工程领域有助于学生更直观地理解“系统与模型”这一跨学科概念。

        在技术与工程领域,系统是人们所关注的对象,如房屋、车辆、发电站都可以作为一个系统。有时由于系统比较庞大,还可以根据功能分为若干子系统


真实发动机 & 发动机抽象模型


        在技术与工程领域,更容易理解“系统是复杂的而模型是简单的”这一特点。例如实际发动机很复杂,有成千上万个零件,但是反映其主要特征的简化模型(曲柄滑块机构)只有三个运动部件--曲柄、连杆和滑块,它能演示把直线运动(燃烧汽油导致滑块运动) 转换为圆周运动(曲柄输出动力);而其抽象模型更为简单用直线和方框表示曲柄、连杆和滑块。






       科学研究离不开系统与模型。简单地说,系统就是我们关注或研究的对象,系统包含边界、元素 (成分) 和相互作用;模型是经过处理的简化系统,但能体现原系统的本质特征,是描述和理解系统的有效工具。真实世界很复杂,但可以用简化的模型来描述。


通过矩道科学XR软件,把不可见的、抽象的现象或特征形象化,有利于理解和研究。

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