美式课堂如何培养孩子的科学思维

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原文地址：美式课堂如何培养孩子的科学思维作者：sally
    美国历来把培养高科技人才看做是促进经济发展、进行经济竞争的重要条件，因此，他们非常重视儿童在科学知识、探索研究问题方面的早期教育。
    而“美国小学”的科学课生机勃勃，是“动真格”的实践，通常美国孩子会带两个大空可乐瓶，在里面培养小植物、小动物；会集体出游考察纳什瓦河，将捕捞的生物分类，研讨污染度和河流健康安全问题，在探索中习得知识，在实践中学到本领。

启发探索，培养孩子观察思考的能力



    为什么牛顿能通过观察苹果落地，从而发现“万有引力”？因为这类科学家通常都善于观察和思考，从而发现很多奇怪的自然现象和规律。
    看似每个孩子都会观察，但观察不同于看到，而是要看到需要看到的东西。瑞思不仅锻炼孩子观察的敏锐度，更培养孩子从如何观察单个物体或现象特征，到如何观察几个现象的共同特征，最后如何把自己的观察与已有的观察¾¬验产生新的联系。如在学习季节的科学课上,老师先让孩子们看一幅季节的图画，观察里面动植物的状态；接着，老师会让孩子们对比另一幅季节图，观察不同季节动植物的变化；最后，老师引导孩子们对应不同场景，找不同事物的联系，帮孩子们理解季节变化对生态系统的影响，自然习得了科学知识，还培养了孩子的观察和思考能力。

分类概括，教孩子多角度多维度看问题


    孩子们都非常喜欢上瑞思“美国小学”的科学课，因为课堂上总有很多跟生活息息相关的趣味场景，与课件进行互动，感受到探索式学习的乐趣。
    通过观察，孩子们发现每种事物都有特点，但这时孩子的思维还是单向思维。在学习动物习性的知识时，孩子们通过尝试来验证自己观察总结出来不同动物的共性特点。教师带孩子们去发现不同动物的共性，对不同种类动物进行分类，帮孩子们建立分类概括思维。如：有翅膀的是一类；4条腿的是一类；2条腿的是一类等。当然，有的孩子会大胆进行想象，创新分类标准，也会受到老师的鼓励，久而久之，孩子们的独立思考、分类以及概括的能力得以建立起来。

大胆猜想，培养孩子预测未知的能力


    若干年前，谁也不知道大轮船能在水面飘起来，谁也不知道，飞机插上翅膀就能邀游蓝天，科学起源于猜想，“美国小学”课堂鼓励孩子们进行猜想，创造性地思维。
    如：结合课件里的场景，孩子们理解了不同温度、气候对动物的影响，从而学会了依据周围环境变化，大胆进行猜想和预测。老师说：“This is summer”,有孩子说：“No, this is winter!”他们会预测说，在赤道,冬天也是这么热。当看到企鹅时，孩子们会预测，只要利用冷气给它们提供低温环境，它们都能活下来。在看似漫无边际的猜想和预测中，孩子们不仅增长了见识，提高了兴趣，也迈出成为科学家的第一步。

判断推理，帮孩子养成严谨的思维习惯


    通常，科学家不仅具有敏锐的观察能力，根据已知预测未知的能力，还具有严谨的思考力，善于判断推理。在瑞思，科学理念通常都不是老师直接告诉孩子，孩子们就像一个个“小科学家”，通过试验、与课件互动，对科学现象进行观察、判断和推理，养成科学思维的好习惯。
    如：学习水的性质，老师不直接告诉孩子答案。而是拿出几杯水，一杯放在教室外，一杯放在教室里，一杯盖上盖子，孩子们讨论不同杯子里的水在若干天后会有什么变化。Julie推理说教室外的肯定少，因为有阳光；Luck却推理说，教室里面有空调，里面的也会少……随后，孩子们聚精会神地跟随老师做一个关于水滴的试验，去验证自己的推理是否正确，从而发现随着温度和环境变化，水分子在高温、开放式的环境中会变成水蒸气蒸发掉。

    孩子们天性对世界充满好奇，渴望了解身边的一切，有着无穷的创造力和想象力。科学不只是简单的知识积累，也不只发生在实验室，而是人们观察和改变世界的一种方式。

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从《美国国家科学教育标准》看美国中小学课程理念

以科学探究为核心

——支撑《美国国家科学教育标准》的课程理念

美国全国科学教育标准与评价委员会（National Committee on Science Education Standards and Assessment）自1992年5月召开首次会议以来，用4年的时间，经过认真研究，于1996年初推出了美国历史上第一部国家科学教育标准。在这一过程中，为唤起公众对有关科学教育改革的种种问题以及对科学教育标准的性质和内容的讨论，仅向公众介绍有关情况的报告等活动就举行了150多次。1994年5月，预印稿分发，供批评和审议。在此基础上出台的修改稿作为官方正式文献，有40 000份于1994年12月分别散发到全国18 000人手上和250个小组中，供各地讨论审查。1996年初推出这一最后文本。
《美国国家科学教育标准》是在美国科学教育多年改革的基础上设计出来的，吸取了当今美国科学教育实践领域的大量优秀经验，在内容、结构、思想上都值得研究。
一、未来社会的特点
未来的工作环境以变化快、技术新、系统由计算机控制、办事采用新方式为特点。所以未来的的技术工人和专业人员不能不在进行做中学，不能不在阅读和领会新知识中继续接受教育，没有这种本领就会落伍。
二、未来社会所强调的素质
有越来越多的工作需要高级的技能，因而要求人们得会学习，会推理，会创造性思维，会做决策，会解决问题。了解科学、了解科学中的种种过程是掌握这类高级技能的一种根本性途径。
工商业界所需要的新就业者是那种善于学习、善于推理、思维具有创造性、能决善断、会解决问题的人。
未来社会将会越来越强调创造性地解决问题的能力、运用判断进行思维的能力、在集体中协同工作的能力、有效地运用技术的能力、懂得活到老学到老的价值，等。
三、课程应强调些什么
1．学科学是学生主动积极地参与的能动的过程
学科学是学生们要自己实践的事。首先，学生们要亲自动手做，而不能由别人来代劳，不是要别人做给他们看。其次，“动手”的实践活动自不可少，但是这还不够，学生们还必须有“动脑”的理性体验。学科学的过程应该是体与脑的共同活动过程，不仅要有动手的活动，而且要有动脑的活动，更多的则需要既动手又动脑的活动。
应把学科学作为一种过程，作为学生学习诸如观察、推断和实验等诸种能力的过程。
2．科学探究是科学学习的核心
学科学的中心环节是探究。学生们应该在积极地参与科学探究的过程中逐渐对自然界有所认识。对从学生们所亲历的事物中产生的一些实际问题进行探究，是科学教学所要采取的主要做法。应该尽可能地提供机会让学生在他们力所能及的范围内从事科学探究，如低年级的学生可以在日历上画出每天晚上月亮的形状，然后揭示出若干周内月亮形状变化的模式，或通过工作日志发现一年里本地天气变化的模式。
科学探究，指学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。
《美国科学教育标准》中提供了一些科学探究的例子，如探究蚯蚓（这一学生们都很熟悉的生物）的生活习惯和所具有的科学价值，探索影响水蒸发的种种影响因素，单摆研究。
科学探究活动在科学学习中具有重要价值：通过“做科学”（即“科学探究”活动）来学科学，在这一过程中学生们就可以把科学知识与观察、推理和思维的技能结合起来，从而可以能动地获得对科学的理解。在科学探究活动中，在参与解决问题，参与做计划，参与决策，参与小组讨论，参与评价的过程中，学生们将所掌握的科学知识同他们从多种渠道获得的科学知识联系起来，并把所学的科学内容应用到新的问题中去。通过科学探究活动，学生们对科学探究的手段、使用证据的规则、形成问题的方式、提出解释的方法等一系列问题有了亲身的经验，而不仅仅是听到或记住有关的知识或结论。通过科学探究活动，学生们对科学与数学的关系，科学与技术的关系，科学的性质（什么样的东西是科学，什么样的东西不是科学，科学能够做什么，科学不能够做什么以及科学如何在文化中起作用）等一系列问题，有了切身的认识和体验，而不仅仅是获得了关于这些问题的标准答案。
3．课程应该强调什么
第一，课程要引导学生通过积极参加对他们既饶有趣味又十分重要的科学探究活动来学习科学。课程中应给学生提供更多的时间和机会参与诸如搜集证据、观察现象、撰写概述、会见记者、使用仪器与科学有关的活动。
课程中设计的学习活动不仅应该有助于积累关于世界的科学知识（科学事实、科学概念、科学定律、科学理论和科学模型），亦应有助于培养学生科学的思维习惯，学生应培养对证据、逻辑和科学见解提出疑问的习惯；学生应该懂得社会对科学技术发展的影响，也应该懂得科学技术对社会的影响，等。
第二，课程更加强调技术设计能力的培养。
科学的目标是探知自然界，而技术的目标是对这个世界加以改造使之适应人类之需。科学以探究为特点，技术以设计为特点。作为对通过科学探究培养出的能力的补充，《美国科学教育标准》号召学生通过参与一些既具有挑战性又适合他们发展水平的设计活动项目，来培养技术设计的能力，包括发现和描述问题的能力，设计解决方案（包括成本与风险效益分析）、实施解决方案并评价解决方案的能力，针对问题、设计和解决方案进行交流的能力。如设计一种方法来固定物体或移动物体，设计一个天平用于比较两个物体的重量，设计警报装置的电路，设计满足营养标准的食谱，为学校某个区域选择植物，等。《美国科学教育标准》中提供了一个设计的例子：每个小组用两周的时间制作一个乐器，然后与班上其他组同学交流讨论，并为全班同学演奏一下。
在技术设计活动中，强调引导学生思考系统设计、成本、风险、效益和非常重要的利弊权衡，以及替代方案的问题。
这一标准还强调对日常生活中的技术产品和技术系统加以研究，如拉链、衣帽钩、罐头起子、桥和汽车等。
第三，课程越来越强调科学技术的个人和社会侧面，强调对个人的生活需要和社会发展需要密切相关的科学技术的了解，从而为学生提供一种理解个人问题和社会问题并采取行动的手段，为学生将来成为公民时所面对的未来决策奠定基础。
第四，课程更加强调关于科学的历史与本质的学习和理解。标准中提供了一个介绍关于人们对光合作用的认识历史的例子。
第五，课程越来越强调跨学科的观点，强调为科学学习综合方法的运用提供更多机会。
4．科学探究活动的设计
（1）科学探究活动探究题目的选择
科学探究的题目应该源于学生觉得有意义的疑问和问题。时事所强调的科学课题是一个好的选择，而与科学和技术有关的实际问题是有意义的科学探究题目的又一选择。有些题目开始时对学生似乎意义不大，但通过积极参与、不断接触，以及理解力和探究能力的增长，其意义也就越来越大了。
（2）科学探究活动过程的设计
科学探究是包括以下过程的一种有多侧面的活动：观察，描述物体和事件（相互作用的过程）；提出问题；查阅书刊及其他信息源以便弄清楚什么情况已经是为人所知的东西；运用判断思维和逻辑思维，考虑作出可能的各种解释；然后根据现有科学知识对所作解释以多种不同方式加以检验，包括运用各种工具和技术搜集、分析和解读数据，对证据与解释之间的关系进行批判性和逻辑性思考，构造和分析其他解释方法，等；把自己的看法和意思通过多种不同的交流方式（如口头方式、书面方式、绘画方式、图表方式、数学方式、电子方式等）传达给别人。
学生可以参与科学探究中某些方面、某些环节的活动，但也应该给学生从事完整的探究活动全过程的机会。
学生们可以从图书馆、政府文献和计算机数据库等信息源中获取和解读信息，或者从工业界的、社区的和政府的专家那里惧信息。在利用科学知识的信息源时，学生们有必要知道，展现在这类信息源中的知识都要用什么方法来获取；学生们有必要了解，这些信息源是具有权威性的，在科学界是得到大家承认的。
科学探究常常是协作性的活动，因此学生们应该在小组合作认识到进行信息、观念、思考的分享和相互启发的意义，并获得交流合作的经验和能力。
（3）各阶段的科学探究活动
《美国科学教育标准》分阶段（幼儿园至4年级、5至8年级、9至12年级）详细列出了各年龄阶段要求学生达到的不同层次科学探究水平。如，
小学低年级学生的科学探究活动主要是以系统的观察、对常见物体的摆弄、测量为基础，对物体及其属性的检验和定性描述（物体的性质、这些性质随时间的变化、当物质相互作用时所发生的变化），从事分组和分类的活动，思考这些物体之间的共同之处和不同之处，以及对世界动作的方式进行观察和跟踪记录。如可以让学生在日历上画出每天晚上月亮的形状，从而揭示出若干周内月亮形状变化的规律，或通过工作日志发现一年里本地区天气变化的规律。
随着年龄的增长，他们可以设计和完成简单的实验来探究科学问题了。到了4年级，许多学生已经可以接受科学实验的概念了。学生要学会采用简单的设备和工具（如尺子、温度计、钟表、天平、弹簧秤、放大镜等）收集数据，并学会以口头方式、图示方式或书面方式报告和交流研究过程和研究结果。
小学阶段的重点是培养观察能力、描述能力、根据观察结果进行解释说明的能力。应该鼓励年幼的儿童谈论和画出他们的所见、所闻和所想。年龄大的学生应该学会记日志、使用仪器并记录他们的观察结果和测量结果。对于小学生来说，应该强调科学探究的经验和对假设的思考，不要过分强调科学术语的使用、科学结论和信息的记忆。
对初中学生的要求有所提高，如学生除了应该学会系统的观察外，还应该能够进行精确测定（定量描述），并会确定和控制变量。学生还应该学会运用计算机查询、检索、收集、存储、组织、总结、显示并解释数据，并在此基础上预测和构建模型，还应该学会通过批判性和逻辑性思维建立证据和解释之间的关系。同时，学生还应该学习把数学运用在科学探究的各个方面，并认识到不同性质的问题需要进行不同的科学探究。
对于高中生，则要求他们阐明问题、方法、对照组、变量的选择与控制（如识别不产生影响的变量、影响较小的变量、对结果有负面影响的变量）、实验的误差，要求他们对指导科学探究的概念和理论框架进行思考和说明。高中学生应该具有以下数据分析的能力：确定数据的范围、数据的平均值和众数值、根据数据做图和寻找异常数据。
高中学生的探究活动最终应该构造出一种解释方案或一个模型（模型可以是物理模型、概念模型或数学模型），还要承认并分析其他解释方案和模型，而且能够通过对证据的权衡和对逻辑的检查，决定哪种解释和模型是最佳的（而不是通过考察这些解释与自己已有经验的一致性来评价这些解释）。由于高中生了解了更多的科学概念和过程，因此就要求他们的解释更加精致。也就是说，他们的科学解释应该更加频繁地运用丰富的科学基础知识（如科学术语）、逻辑证据、更深入的分析、更经受得起批评和不确定性并且更加清楚地展示逻辑、证据和现有知识之间的关系。
对高中生所提出的解释也要进行以公开讨论方式开展的“同行评议”，讨论应该以科学知识和科学准则为依据，并运用逻辑和调查研究中所获得的数据。
（4）科学探究能力的培养与科学知识的学习应相结合，提高探究技能不能脱离科学内容。进行观察、提出假说、设计探究方案，都必须围绕某一科学内容来进行。科学内容的学习应通过科学探究活动来开展；通过科学探究活动，并在这一探究过程中，来学习科学知识。
5．科学探究需要时间
课程要留出足够的时间，以使教师可以运用跨学科的战略，利用野外考察活动，为学生们提供多种机会让他们参加一些他们感兴趣的研究。
学生们得要有时间去试验自己的新想法，得要留出出错误耽误的时间，得要有时间作沉思默想，还得有时间用来开展相互讨论。需要给学生留出充裕的时间去安排科学设备做实验，去野外作考察，或者去思考总结个人经验，去进行相互交流。还需要给学生们留出时间让他们以不同的组合方式——或个人，或结对，或小组，或全班——去做诸如阅读、实验、思考、记述和讨论等多种多样的活动。
因此对课程中的知识总量必须加以控制，以便为科学探究活动留出足够的时间。过去，为了腾出时间学习大量的内容，只进行少量的探究活动。现在，为了培养探究能力、了解探究的价值和科学知识，标准强调要进行大量的科学探究。
6．探究不是唯一的学习方式
对从学生亲历的事物中和生活中产生的一些实际问题进行探究，是科学教学所要采取的一种主要做法。但强调探究的重要，并不意味着所有的教师都应以一种方式来教学生学科学。教师也需要运用多种不同的策略来促进学生对知识和能力的掌握。教师需要对各种不同的科学学习策略或模式及其长处与弱点了然于心，并知道什么样的科学内容应该采用什么样的教学方法。[ 点评：在中国，要通过改革使科学探究成为科学学习的核心，恐怕步子太大。但每学期精选几个范例，进行科学探究式的设计，还是可行的。]
四、课程改革需要哪些相关支持
1．教师的支持
首先是训练有素的专业教师。好的教师善于创造环境，使教师及其每一个学生都能以积极主动的学习者的态度共同参与。
教师要了解学生们的特殊兴趣、知识水平和现有技能；了解学生们以前产生的问题和形成的理念；他们的认识潜能、发育善状况、身体素质、情感发展和行为动机，尤其是他们是怎样学习的；教师要了解学生们的文化背景和经历，以及这种背景和经历对他们的影响；还要了解学生们在科学认识上的原有的幼稚想法是什么。然后在此基础上，因材施教地为学生制订一个以探究为基础的科学学习计划，并确定在什么时候以及为了什么目的运用全班性教学、小组合作和个人单独工作这样一些方式，以使所有学生都有平等的机会参与到科学探究活动中来。
在实施这一计划时，教师根据当时的具体情况对计划随时做出即时的修改，例如，一次探究因为能够激起学生们的兴趣而可以把时间拉长，一堂课因为某个概念学生们尚未弄清楚而可以增加某项活动，或者为了促进更加充分的相互交流也可以在原计划中临时多加入点小组活动。
在教学活动中，教师应对科学知识之力量、之美妙不仅富于热情和兴趣，而且常常津津乐道。在教学活动中，教师应对不同的观点、不同的态度和不同的价值观念都有所尊重。教师应把自己视为激发、鼓励、促进学生学习和探索的引导者、促进者、咨询者、支持者，而不是学生主张的裁判。教师与学生应共同参与到探究活动中，齐心协力，一起出主意、想办法。这样，可以鼓励和培养究根问底的好奇心、乐于接受新思想与新信息，以及对事物常常持怀疑态度等科学品质。
2．课程评价理念的改革
评价标准中包含了对“什么是重要的”这一问题的可操作性的定义，对科学教育的直接承担者具有强调的、最实在的导向作用。
评价的内容应包括丰富而多样的科学学习成果，如：探究的能力；了解和理解科学事实、概念、原理、定律和理论；进行科学推理的能力；运用科学进行个人事务决策和形成对社会问题的看法的能力。对知识的评价也不是检查学生记住了多少信息，而是必须测试学生的知识广度和知识结构，了解其对知识的理解、推理和应用。
必须同样重视学习过程的评价和学习成绩的评价。因为对学习过程的评价能够揭示出相同的学习成绩这一表面现象背后的不同的科学学习质量。
如果不对学习过程和所有各方面的学习成果都进行评价，而只评价学习成果的某些方面，那么，教师和学生很可能会重新定向，只注重那些要评价的内容。
评价方法应该包括除笔试之外的多种手段，如在教学活动中观察学生的表现、面谈、正式作业、项目调查、书面报告、作文，以及其他种种开放性的方法。《美国科学教育标准》中提供了学生科学成绩评价的示例和探究能力评价的示例。
3．其他的支持
学校、学区、地方社区以及州当局都应给教师提供必要的支持和帮助，如足够的时间，专业进修的机会，丰富多彩的学习材料，适当的师生比，条件适宜的学习空间，学校以外各界人士所提供的人力、财力、物力方面的支援，等。

小结    课程理念的变化

支持本标准的基本概念和原理包括：
一．　细胞
1.　细胞具有支撑其功能的特定结构。每个细胞都包有一层细胞膜，它把细胞与外界隔离开来。细胞内部是成千上万个分子的浓缩混合物，这些分子所形成的种种特化结构使细胞具有各种各样的功能，例如能量的产生、分子的输运、废物的排放、新分子的合成和遗传物质的存储。
2.　细胞的大多数功能都涉及化学反应。被细胞吞噬的食物分子要发生化学反应，以提供合成其他分子所需要的化学成分。无论分解还是合成都需要各种各样的蛋白质催化剂，这些催化剂称为酶。有些食物分子的分解能使细胞把能量存储在特定的化学物质中，这些化学物质用来完成细胞的许多功能。
3.　细胞要存储和利用信息来指导自己的功能。存储在脱氧核糖核酸中的遗传信息用来指导每个细胞所需要的成千上万种蛋白质的合成。
4.　细胞的功能是受到调节的，调节的方式有两种：—‘种是通过蛋白质所执行的功能活动的变化来进行调节，另一种是通过个别基因的有选择表达来进行调节。这种调节功能使细胞能够对周围的环境作出反应并且控制和协调细胞的生长和分裂。
5.　植物细胞含有叶绿素，这是进行光合作用的场所。植物和许多微生物要利用太阳能把二氧化碳分子和水结合成为复杂的、具有丰富能量的有机化合物，并且向环境中释放氧气。这一光合作用过程在太阳和生命系统的能量需要之间建立起了重要的联系。
6.　细胞会分化，分化细胞高度组织化地排列起来，就形成了复杂的多细胞生命体。在形成这些多细胞生命体的过程中，单个细胞的后代形成了胚胎；胚胎中的细胞成倍增长和分化，形成了构成最终有生命体的许多特化细胞、组织和器官。这一分化是通过不同基因的表达进行调节的。
二．遗传的分子基础
1.　在所有的生命体中，确定生命体特征的指令是由脱氧核糖核酸携带的，这是一种由四种从属单位(A、G、C和T)构成的巨大高分子。脱氧核糖核酸的化学性质和结构性质解释了，遗传所依赖的信息是如何在基因(好象一串分子“字母”)中编码和复制(利用一种模板机制)的。细胞中的每个脱氧核糖核酸分子形成一个染色体。
2.　人体中的大多数细胞都含有22对不同的染色体。此外，还有一对染色体是确定性别的：女性含有两个X染色体，男性含有一个X染色体和一个Y染色体。遗传信息向后代的转移是通过卵子细胞和精于细胞完成的，这些细胞只含有每对染色体中的一个。一个卵子和一个精子结合在一起就形成了一个新的个体。构成人体的细胞含有每个染色体的两份拷贝因而也就是每个基因的两份拷贝这一事实解释了人类遗传的许多特性，例如隐藏在某一代的变异是如何在下一代表现出来的。
3.脱氧核糖核酸中的变化(变异)缓慢地自发发生着。其中的某些变化对生命体来说没有影响，而有些变化则能够改变细胞和生命体。只有胚芽细胞中的变异才会引起生命体后代的变化。
三．　生物进化
1.　物种的进化需要一定的时间。进化是一系列因素相互作用的结果，包括：(1)一个物种增加其个体数量的潜力；(2)由基因的变异和重组所造成的后代的遗传可变性；(3)生命所需资源的有限供应；(4)随后，环境对能够更好地生存和进一步繁衍后代的个体的选择。
2.　生命体的高度多样性是35亿多年进化的结果，在这一过程中，各种生命形态填补了每一个能够利用的生命空间。
3.　自然选择及对生物进化的影响为古代生命形式的化石记录以及不同种生命体之间的惊人的分子相似性提供了科学的解释。
4.今天地球上生活的数百万种植物、动物和微生物物种是相互有亲缘关系的，因为都来自共同的祖先。
5.　生命体之间的联系是生物分类的基础。生命体是根据它们的相似性划分出种和属等层次结构的，这种相似性反映了它们之间的进化关系。物种是最基本的分类单位。
四．　生命体的相互依赖性　　
1.地球上的原子和分子在生物圈的有生命成分和元生命成分之间周而复始地循环着。
2.能量通过生态系统单向流动，即从利用光合作用的生命体向食草动物流动，再从食草动物向食肉动物和分解物流动。
3.生态系统的生命体既合作又竞争。这些生命体之间的相互关系和相互依赖性所产生的生态系统也许能稳定运行几百几千年。
4.　有生命的有机体具有产生规模无限大的种群的能力，但是环境和资源是有限的。这一根本的拮据状态对于生命体之间的相互作用具有深远的影响。
5　人类也生活在世界的生态系统之中G由于入口增长、技术和消费、人类给生态系统带来的变化越来越大。由于直接捕获、污染、大气的变化和其他因素、人类对栖息地所造成的破坏正在威胁着当前的全球稳定，如果不加以解决，生态系统就会受到无可挽回的影响。
生命系统中的物质、能量和组织
1　所有的物质都有一向朝无组织状态发展的趋势。生命系统为了维持其化学组织和物理组织，需要连续不断地输入能量。生命系统死亡后，能量摄入停止，便迅速解体。
2.生命所需能量主要来源于太阳。植物吸收光并利用光在含碳(有机)分子的原子之间形成强有力的化学键(共价键)，从而捕获能量。利用这些分子可以装配成具有生物活力的更大的分子(包括蛋白质、脱氧核糖核酸、糖和脂肪)。此外，还可以把存储在原子之间的化学键中的能量(化学能)作为生命过程的能量来源。
3.食物分子的化学键含有能量。当食物分子的化学键被打破并且形成化学键能量较低的新的化合物时，食物分于中的能量就会释放出来。细胞通常把这种能量暂时存储在一种小型高能化合物的磷酸盐键中，这种化合物称为三磷酸腺苷(ATP)。
4.正因为生命体的复杂性和组织性，才满足了生命体为生存而获取、转换、输运、释放和消解物质和能量的需要。
5.生命体和种群在生态系统中的分布和繁衍受制于物质和能量的可获性以及生态系统循环使用物质的能力。
6.当物质和能量在组织层次不同的生命系统(细胞、器官、生命体和社会)中、在生命系统与物质环境之间流动时，化学元素就以不同的方式被重新组合起来。每次重新组合的结果．能量以热的形式存储和消散到环境之中。物质和能量在每次变化中都是守恒的。
六．　生命体的行为
1　多细胞动物具有产生行为的神经系统。神经系统是由一些特化细胞构成的，这些细胞通过神经突触迅速传递信号。神经细胞以分泌特殊的兴奋分子和抑制分子的方式互相传递信息。在感觉器官中，也是特化细胞感受光、声和特殊的化学物质，使动物能够监视周围世界所发生的一切。
2　生命体对内部的变化和外部的刺激具有行为反应能力。外部刺激可能来自生命体所属物种和其他物种的相互作用．也可以来自环境变化。这些反应可能是天生的．也可能是习得的。为了保证繁殖的成功，动物的广泛行为模式一直在进化。动物经常生活在不可预料的环境之中，因此它们的行为必须具有足够的灵活性，以应付不确定性和变化。植物也对外部刺激有反应。
3　正如生命体生物学的其他方面一样，行为也是通过自然选择而进化的。从进化原理的观点看．行为经常具有适应性逻辑。
4.行为生物学对人类是有意义的．因为它提供了心理学、社会学和人类学之间的联系。

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