发达国家关于地球与空间科学领域探究活动的特点.ppt

1,上海市科技教师培训课程,发达国家关于地球与空间科学领域探究活动的特点,华东师大课题组 陈胜庆,2,提 纲,一、美国科学课程中关于地球与空间科学领域的探究要求（一）关于地球与空间科学领域探究要求的规定（二）美国的地球与空间科学领域的科技活动例举 1、NASA（美国宇航局）举办青少年航天夏令营 2、建立SETIhome网站收集与处理太空信息 3、HOU 利用互联网动手实践研究宇宙的活动 4、利用简易可行的条件进行空间和地球探究活动（三）美国国家科学教育标准对我们的启示,3,二、发达国家开展地理科技活动的理念与特点（一）地理学和地理科技活动的特点 1、现代地理学的特点 2、地理科技活动的特点（二）国际地理奥林匹克竞赛的概观与启示（三）日本学校的地理野外考察活动,4,一、美国科学课程中关于地球与空间科学领域的探究要求,（一）美国国家科学教育标准关于 地球与空间科学领域探究要求的规定,“科学内容标准”中，列入8项内容：1、科学的统一概念和过程2、作为探究过程之科学3、物质科学4、生命科学5、地球与空间科学 6、科学与技术7、从个人和社会的视角所见的科学8、科学的历史与本质”,知识领域,5,具体内容要求,6,（二）美国的地球与空间科学领域的科技活动例举,1、NASA（美国宇航局）举办青少年航天夏令营2、建立SETIhome网站收集与处理太空信息3、HOU 利用互联网动手实践研究宇宙的活动4、利用简易可行的条件进行空间和地球探究活动,7,1、NASA（美国宇航局）举办青少年航天夏令营,美国俄亥俄州和休斯顿的宇航中心都有青少年宇航活动基地，连续不断读接待美国各地与世界各国前来参观的青少年学生。,8,2、建立SETIhome网站收集与处理太空信息,Arecibo射电望远镜与SETIhome网站,1963年建成直径305米的固定球面望远镜，焦点在天线面之上空168米，它放在波多黎各的阿雷西博。,9,射电望远镜是用来接收天体的无线电辐射的望远镜，它不同于光学望远镜，所接收到的是无线电讯号而不是光讯号，直接用肉眼是看不到的，必须通过无线电接收设备来加以显示。,10,寻找地外生命是一个诱人的科学课题,11,关于UFO是科学的命题吗？,UFO 不明飞行物,在google中出现UFO的频率为25,500,000,高级智慧的外星人,光临地球留下痕迹,2005年9月在大连召开”世界UFO研究大会”,200余人出席,网易163.COM统计,？,12,人人都可参与的SETI home项目,阿雷西博射电望远镜接受大量来自太空的各种电磁波。但是要在这些信息中筛选可能是地外文明的讯号，则需要一台巨型超级计算机不断地工作。科学家则把大量数据分割成0.25Mb大小的工作单元，通过设立在美国加州大学的SETIhome的主服务器发送给世界各地的科学爱好者的个人电脑中。利用成千上万的个人电脑在闲置的时候，会按照预设的程序，自动进行计算分析，并把数据输送回主服务器。1999年5月后的一个月时间内，全球各地有50万人次下载。一位参与者说:成功的可能性难以估计，但是我们不去探索，成功的机会就是零。,13,论坛留言板SETI文库INTERNATIONALBIG5SETI的未来！文章推荐SETI是如何工作的 搜索未知的生命 无线电波的搜索 无线电波的干扰 下载&使用 外挂软件服务器状态技术新闻报告,SETIhome网站的中文主页,14,3、HOU 利用互联网动手实践研究宇宙的活动,HOU(Hands-On Universe)是由美国加州大学伯克利分校创始的、基于互联网的天文普及活动项目。HOU获得美国国家科学基金会（NSF）、国防部和能源部的资助。HOU利用互联网供天文研究者、教师或学生在网上 操作开放的能远程控制的专业天文望远镜，进行实际观 测，并对数据、图像等资料进行分析研究。Hands-On Universe的意思是“动手实践研究宇宙”。,15,Hands-On Universe网站主页,16,HOU的全球组织机构 经过近十年的发展，HOU积累了大量的观测和教学经验和资源。利用国际互联网，HOU实现了国际化的资源共建和共享，并把它的成果扩大到世界范围，产生了全球范围的HOU，参与的国家有欧洲、南美、亚洲、大洋洲、非洲的几十个国家。中国最近也加入HOU。,国际上与HOU合作的望远镜分布情况,17,图中展示了展览的望远镜、图像处理及显示站和一个遥控望远镜,HOU 的长远目标 HOU 预期将致力于把高质量的天文数据教育方法提供给一个正在成长着的全球教育工作者、科学家以及学生所组成的联合体系。为他们提供高质量的天文观测资料、方法及教学、实践的平台。HOU 正在稳步地发展为全世界网上教学科研一体化的简洁便利易操作的资源体系。国际虚拟天文台（IVO）在在迅速发展，将为HOU 提供高质量的大量的天文数据，由空间探测器获得的大量高分辨率的宽能量范围的图像数据也将源源不断地充实HOU 组织的全球共享网络资源。,18,4、利用简易可行的条件进行空间和地球探究活动,美国中学科学活动设计与示范（华夏出版社）（1）怎样确定某个星或星座的位置？怎样制作星盘？（P360）所需材料：麦秆戏管、量角器、底板（15cm X 15cm）、直立的木块、用量角器画一个罗盘的盘面、密封蜡或胶水、橡皮泥、螺丝刀、螺丝钉、大头针或小钉子、钻头、星图等参考资料。,19,期望结果：学生们将学会构造简单的星盘。学生们将了解古代的水手在看不见陆地时怎样航行。学生们将提高他们的数学能力。基本事实和补充资料：这台设备也被称为“经纬仪”。这台设备能测量任何星体或其他物体的角度。垂直的精确性能从它的顶端落下一根铅锤线来检查。早期水手用这样的一台简单仪器发现了许多新陆地。课堂讨论思考题：这台设备与六分仪有何不同？三角学是研究什么的？在晚上，什么使星星显出横过天空在运动？如果在地球上不同地点看星星，它们的角度会变化吗？,20,（2）什么是地下蓄水层？（P389）所需材料：空塑料喷雾器瓶子，水，海绵，水杯，盘子或浅碗。步骤：讨论淡水的重要性。讨论那些急需要水的地区。告诉学生“地下蓄水层”是指地面下的大水盆。水杯里倒入部分水。把干海绵放在盘子上或浅碗中。慢慢往海绵上滴水，直到它完全饱和。把这与下雨相比较，下雨时土壤吸收大部分水，但是 其中一些水渗透地下蓄水层，并被坚硬的岩石像盘子或浅碗一样保留住。问学生如果蓄水层在地下数百米，他们怎样得到这些水。往喷雾器瓶子里倒一半水。用手泵把瓶子里的水泵出来，告诉学生可以用泵把水从地下蓄水层中取出来。,21,期望结果：学生将了解地下蓄水层是什么。学生将知道可以用水泵把地下蓄水层的水取出来。课堂讨论思考题：用完地下蓄水层所有水的后果是什么？除了地下水之外，我们还有什么淡水的来源吗？由于有一些杀虫剂和肥料进入了我们的供水，我们应该怎么办？进一步探索的有关思路：考察你的社区的淡水资源。就你的社区的供水情况访问本地的水管理员。,22,（三）美国国家科学教育标准对我们的启示,1、重视“地球与空间科学”领域 科学的三大领域的划分 地理与天文活动的师资2、重视课内与课外的探究活动 课内针对“标准”的要求 课外根据科技与社会的发展要求3、既有高科技的活动，也有因陋就简的活动 课内的普及，以简易活动为主 课外的提高，充分应用高科技资源,23,二、发达国家开展地理科技活动的理念与特点,1、地理学和地理科技活动的特点,钱学森论地理科学现代十大科学部门之一,24,1、地理科学与自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、思维科学、人体科学、美学、军事科学、行为科学并列，是现代科学十大部门之一。2、地理科学是自然科学与社会科学相结合的科学。3、地理科学分为基础科学、技术理论和应用技术三个层次。4、地理科学的研究对象是地球表层系统一个开放的、复杂的巨系统。5、地理科学的基本方法是从定性到定量的综合集成法。6、地理建设是社会经济的基础条件建设，如交通运输、能源发展、环境保护、防灾救灾、资源开发与保护等。,钱学森论地理科学,25,地理学是一门研究地球表层系统的自然要素、人文要素及其互相关系的科学，或者说，地理学是研究地理环境以及人类活动与地理环境相互关系的科学。,地理科学的两大特点：1、综合性，即地理环境是由大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和人类智慧圈组成、由地球表层各种自然现象和人文现象有机组成的复杂系统。2、地域性，即地理学不仅研究地理事物的空间分布与空间结构，而且要阐明地理事物的空间差异和空间联系，并且致力于地理事物的空间运动和空间变化的规律。,26,（1）现代地理科学以研究环境、资源、人口、经济、社会的可持续发展为主题,人地关系人受制约于天 人定胜天 人地和谐相处协调发展,（2）现代地理科学以“3S”技术的应用为标志,RS（remote sensing）遥感GIS（geography information system）地理信息系统GPS（global positioning system）全球定位系统,27,遥感技术,一、遥感技术,1、遥感对象2、传感器3、信息传播媒介4、遥感平台5、信息处理系统,航天遥感 航空遥感,28,遥感图片的判读,三峡大坝可见光彩色像片,29,遥感图片的判读,黄河入海口的近红外假彩色遥感图片,30,气象卫星云图,31,长江入海口水下沉积遥感,32,遭受水灾的新奥尔良市,33,1、定位的重要性（航海航空航天）定时的重要性（太阳钟机械种原子钟）2、美国1973年1994年耗资200亿美元建成GPS 由24颗卫星（21颗工作卫星、3颗备用卫星）和9个地面监控站组成。3、GPS的静态精度为毫米 级，动态精度为厘米级。4、欧盟与中国联合正在建立“伽利略”卫星定位系统。,全球定位系统,34,地理信息系统,地理信息的特点：1、区域性（空间位置）2、相关性（层次性）3、动态性 超短期（地震）短期（降水）中期（土地利用）长期（城市化过程）超长期（气候变化）,35,地理信息系统工作原理,运用计算机技术把地理事象的空间位置的分布特征、数量以及变化规律进行数字化处理，进行编辑、存储，并且设计计算机软件对地理信息作出图形化、可视化的处理，并且可以对大量地理信息进行统计分析、预测与决策。,36,地理信息系统应用的示例,37,数字地球（Digital Earth）,1998 年 1 月 31 日，美国副总统戈尔作了题为“数字地球认识二十一世纪我们这个星球”的讲话，率先 提出“数字地球”这一名词，他说：“我们需要一个数字地球，一种关于地球的可以嵌入海量数据的、多分辨率和三维的表示。”1999年11月29日，全球首次“数字地球 国际会议”在北京召开。世界上近30个国家 和地区的400多位科学家参加这次国际会议，大会通过的北京宣言奠定世界各国“数 字地球”发展的基础。,38,数字地球数字化的虚拟地球 高分辨率的遥感技术 可视化的地理信息技术 高精度的全球定位系统 海量存储技术 信息高速公路 高速度大型计算机,39,数字地球的应用“数字地球”将相关的自然科学、社会科学等海量信息融合为模拟实验平台，使人们对全球性复杂巨系统进行科学的分析和客观的预测成为可能。“数字地球”把国家地理信息组织起来，包括地质地貌、气候、山川河流、人口交通等等，利用“数字地球”，有助于在实施可持续发展战略、解决全球性危机等许多方面产生广泛的社会效益和经济效益。“数字地球”在军事战略和国防建设上将产生重大的影响，对提高军队战斗力具有划时代性的影响。,40,“数字地球”与“数字中国”“中国数字地球计划”将建立国家空间数据基础网，确立整个地球的三维动态地球数据。我国已经积累了大量建立数字地球所需的原始数字化 数据和相应的资料，这包括各类数字化地理基础图、专题 图、城市地图等。全国各地已建、在建和计划建设的大中 型地理空间数据库多达200多个，在中国21世纪议程的62 个优先发展项目中，有42个需要建立或者应用地理信息系 统。我国已经发射了68颗卫星，获取了高分辨率的全景摄 影图像，建立了多个遥感卫星地面接收站，能够接收和处 理卫星图像数据。,41,地理科技活动的特点,（1）重视实地观察、考察、调查，获取信息进行分析比较得出结论。（2）充分应用地图、遥感照片和地理信息系统所提示的信息。（3）融合自然科学需要的实验方法（包括运用物理、化学的分析方法），也需要社会调查等社会科学研究方法。课题选择的广泛性与综合性；研究过程的实践性和开放性。,42,2、国际地理奥林匹克竞赛的概观与启示,国际地理联合会（Internatioanl Geographical Union 简称 IGU）在1996年在荷兰主办了首届“国际地理奥林匹克竞赛”，之后每两年举办一次，与国际地理学大会同期举行。中国地理学会在2000年首次派出中学生代表团，参加在韩国举行的第三届国际地理奥林匹克竞赛。2006年中国地理学会在番禺举行了第一届全国的地理奥林匹克竞赛。2006年的国际地理奥林匹克竞赛在澳大利亚举行，参赛赛共13个队，我国为第8名，暴露出我国学生在地理实地考察能力方面有很多弱点。,43,竞赛有3个部分组成：笔试（占40）野外考察（占40）选择题（占20）。学生必须独立完成考试任务。（注：野外远足活动以跨国小组形式开展，而野外考察任务考试问题应独立解决 完成。）学生的答案必须以英语形式。所有参赛学生会得到参赛证明书。大约一半的学生会 得到奖牌。奖牌的比例大约是：金牌1，银牌2，铜牌3。按照传统，竞赛期间将会举行文化晚会，所以各参赛队应准备一段自己国家独特风格的节目。还将邀请各国参赛队介绍自己国家的地理方面内容。,44,国际地理奥林匹克竞赛题举例,2002年8月在南非德班市举行的第四届国际地理奥林匹克竞赛第一部分：德班市的商业竞争：中心商业区和区域购物中心 实地考察：德班市的中心商业区和 区域性Gateway购物中心 绘图要求：要求在一小时内绘出West大街地图，标明土地利用类型、步行测量各建筑物之间的距离、标明商业点和非法小商贩的位置等。分析要求：购物中心的选址原因，商业特色、优势与问题。用图表表达两类商业中心在相同与不同之处。,45,第四部分：农村地区发展规划任务：你被一个非官方机构任命为顾问，要评价如何利用五百万美元进行Trust谷地周围地区的农业发展。应用你作为一个地理学学者的观察、经验和思考，提交一份预算表，说明具体如何使用这些钱，以及为什么要这样使用。各参赛队伍都要提交这样的一份预算表，表中要说明经费使用在哪些部门，经费的数量以及为什么要这样使用。示例：使用经费的项目方案：五个新的连锁电影院，每个四十万美元（居民在这里可以看到最新的好莱坞电影），理由：农村居民需要娱乐；人们可以在电影院进行社交活动；人们通过电影受到教育；受爱滋病感染的机会减少了；总计二百万美元。,46,3、日本学校的地理考察活动,日本是一个自然资源短缺、人口众多的经济发达国家，所以非常重视地球科学的科技活动。在日本高中课程中，单独设有“地学”课程，重视野外的地理考察活动。笔者在2007年8月参加日本地学教育学会的年会，了解了他们在开展地理野外考察活动的情况。地理野外考察活动与我国现在开展的研究性学习的方式非常相似。学生用PPT或者展板的形式汇报他们的考察结果。许多课题与当地的自然环境与自然灾害有关，如地震、台风灾害的调查。教师的指导也很专业。,47,日本学生的考察汇报,48,介绍一个日本学校的案例,0416号台风对香川县高松市造成的风暴潮灾害的调查 香川县丸龟高等学校（2005.7）香川县在2004年8月末遭受台风侵袭，造成大面积风暴潮的灾害。8月30日午后11时最高潮位2.46米，沿岸广阔范围内土地、建筑和街道浸水，许多家庭也进水，还造成死亡。关于自然灾害和防灾的学习是初中理科中的地学内容之一，但是在高中理科中的地B部分，随着减少学习项目，取消了风暴潮，也没有在“气象灾害”中记载。笔者认为，关于自然灾害的教育，应该考虑区域性的自然灾害的教材化。,49,1、调查地域风暴潮浸水范围2、调查项目（1）树木叶子的变化（变色与落叶）（2）自动售货机的故障（3）加油站的故障（4）浸水家屋的分布3、调查结果 浸水范围的确定（在地图中用等高线表达）防波堤的作用 不同树木的耐潮性 自动售货机电源与水深的关系 等等（引自日本地学教育2006.3）,50,对我们的启发,1、地理科技活动的指导教师在哪里？地理科技活动的区域性和综合性的特点要求多种学科的指导教师参与。“专业”的与“非专业”的。2、地理科技活动的项目的哪里？地理科技活动的“课堂”是自然界与社会。,51,互动讨论题,1、如果你没有经过天文或地理专业的系统学习，在选题与指导方面有哪些困难？2、据你的了解学生对那些天文与地理问题感兴趣？3、你对美国开展非常专业的和非常普及的科技活动有什么感想？4、你对我国中小学现状条件下开展课外（野外）的科技活动有什么设想？,52,谢谢 欢迎提出宝贵意见 2007-7,53,.,谢谢！,54,.,谢谢！,55,.,谢谢！,56,.,谢谢！,57,.,谢谢！,58,.,谢谢！,59,.,谢谢！,60,.,谢谢！,61,.,谢谢！,62,.,谢谢！,