自然科学基础

本书是北京市高等教育自学考试小学教育专业的试用教材。重点介绍物理学、化学、生物学、地学的基础知识，如物理学中的力学、电磁学、光学、热学及近代物理学的有关知识;化学中的空气、水溶液和常见的几种元素;生物学中的生物体构造及生物的营养、呼吸等机能，生物的进化及与环境的关系;地学中的宇宙、地壳、矿物岩石、土壤及气象观测知识等。

本书包含了自然科学基础知识的主要内容，论述简明扼要、通俗易懂、深入浅出;便于自学。文中配有例题，每章后配有练习，便于读者深入理解书中的内容。

本书可供广大干部、教师及具有中等文化水平以上各类人员学习和参考。

本书共分八章，分别为自然的探索，自然界的物质性，自然界的运动性，生命与自然，资源、能源及其利用，生活中的科学技术，人类活动与地球环境，人类科学技术的进步及其对生活的影响，八个实验穿插到各有关章节中。每章后面附有思考与练习，并结合学习内容介绍一些阅读材料，便于进修及自学。

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水圈是地球特有的环境优势。水圈的运动和循环影响了地球上各种环境条件的变化，影响各个圈层，使地球处在不断变化之中。如水体通过蒸发、降水、下渗和径流等形式构成水循环，直接影响大气的温度环流；水的径流对岩石圈表层“削高填低”，改造着地表形态。更重要的是水是生命过程的重要介质，是地球上的生命之源，没有水就没有生命，水对亿万种生命以及人类能在地球上生存和发展，具有决定性的意义。

（3）生物圈生物圈是太阳系所有行星中仅于地球上存在的一个独特圈层。生物圈是指地球表层生物有机体及其生存环境的总称，是一个有生命的特殊圈层。

生物圈是一个和大气圈、水圈甚至地壳交织在一起的圈层，是有机体活动和影响的范围。地球上的生物就生活在岩石圈的上层、大气圈的下层和水圈的全部，其上限一般为7000－8000m，其下限在大洋中的深度为10000m，在陆地上深度一般为百余米。有机界的组成除了人类以外，还有植物、动物和微生物，是极其丰富多彩的。现有生存的植物约有40万种，动物约有110多万种，微生物至少有10多万种。生物之间相互依存和制约，共同构成整个生态系统。

生物圈是地球特有的圈层，它是地球大气、水和地壳长期演化、相互作用的结果，它又参与了对岩石、大气和水等其他圈层的改造，对地表物质的循环、能量转换和积聚具有特殊作用。例如绿色植物能降低大气层中的二氧化碳，增加氧气，形成臭氧层，调节气温；生物影响一些元素在水中的迁移和沉淀过程；生物体中的水通过被吸收和排除以及在生命系统内部的运动，参与着水圈的循环；生物对岩石圈进行生物分化作用和生物成矿作用等。

由此可见，地球上外部圈层的大气圈、水圈和生物圈既是相互区别和相互独立的，又是相互渗透和相互作用的。

3．地球的内部圈层

相对于可以直接观测到的地球外部各圈层而言，地球内部的情况是无法直接观测到的，科学家就使用人工地震等方法来进行研究，探测到地球内部是非均质体，各层物质的密度、压力、温度、物理状态和化学成分存在着明显差异。在地球内部发现两个明显的地震波不连续界面，即莫霍面和古登堡面，由此将地球内部分为地壳、地幔和地核三个同心圈层（图2—7）。

第一章 自然的探索

第一节 自然科学发展的历史轨迹

一、古代自然科学

二、近代自然科学的发展

三、现代科技发展趋势

第二节 自然科学研究的基本方法

一、选题、实验计划的制订

二、观察、实验方法

三、观察、实验结果的整理和总结

第三节 科学、技术与社会

一、科学

二、技术

三、科学、技术与社会

第二章 自然界的物质性

第一节 宇宙和地球

一、宇宙起源和宇宙结构

二、地球及其圈层结构

三、板块构造理论

第二节 自然界的物质

一、物质

二、大气和水

三、单质、无机物

四、元素周期律

五、有机物

六、分散系

第三节 地球上的生物

一、生物的基本特征

二、生命存在的必要条件

三、生命的物质基础

四、生命的结构基础

五、生物的类群

第三章 自然界的运动性

第一节 物体的最简单运动方式

一、运动的描述

二、运动和力

三、功和能

四、碰撞

第二节 天体的运行

一、地球的运动

二、季节和历法

三、天气与气候

第四章 生命活动与自然界

第一节 植物的光合作用

一、光合作用的器官

二、光合作用的过程

三、光合作用与自然界的关系

第二节 动物的营养

一、营养

二、营养物质的消化与吸收(以人体为例)

三、均衡的膳食

第三节 生命的延续

一、生物的生殖

二、生物的遗传

三、生物的变异

四、人类遗传病

第四节 生命起源和生物进化

一、生命起源

二、生物进化

第五节 人类的起源

一、从猿到人

二、人类发展的基本阶段

第五章 资源、能源及其利用

第一节 地球上的资源

一、土地资源

二、水资源

三、生物资源

四、矿物资源，

第二节 地球上的能源

一、能源及其分类

二、常用能源的开发利用

三、新能源和开发利用

第三节 能量及其转化

一、氧化

二、机械能及其转化

三、内能及其转化

四、电能及其转化

五、能的转化和守恒定律

第四节 原材料的开发利用

一、原材料的开发

二、非金属和非金属材料

三、金属和金属材料

四、有机化合物和合成高分子材料

第六章 生活中的科学与技术

第一节 光和眼

一、光的量度

二、光的反射、折射

三、全反射

四、光学仪器及眼睛

五、电磁波

第二节 声和耳

一、声音的产生和传播

二、耳

三、声音的要素

四、超声和次声

五、声波的反射、折射和衍射

六、驻波和共鸣

第三节 能量和生活

一、温度和热量

二、测能仪器简介

三、生物体内能量流通物质——ATP

第四节 信息及其处理

一、信息的记录

二、信息的处理

第七章 人类活动与地球环境

第一节 人类生存的环境

一、环境及其作用

二、生态系统

三、人类生态系统

第二节 人口状况和人口问题

一、人口增长的历史与现状

二、人口的分布

三、人口问题

第三节 环境保护和人类发展

一、自然灾害与减灾防灾

二、人类活动对环境的影响

三、环境污染与环境保护

四、可持续发展

第八章 人类科学技术的进步及其对生活的影响

第一节 生物技术

一、现代生物技术的研究内容

二、现代生物技术的应用

三、生物技术的安全性与伦理道德问题

第二节 飞速发展的通信与网络技术

一、日趋成熟的通信技术

二、日新月异的网络技术

第三节 人类文明的物质基础

一、材料发展概况

二、新金属材料

三、高性能的无机非金属材料

四、新型有机高分子材料

五、特殊功能的复合材料

六、纳米材料

七、新材料发展的方向

第四节 激光科学技术

一、激光的特性

二、激光原理

三、激光的应用

我国已进入全面建设小康社会、加速推进现代化建设的新的历史阶段，在这样一个历史阶段，教育越来越成为促进社会全面发展、推动科技迅猛进步，进而不断增强综合国力的重要力量，成为我国从人髓大国逐步走向人力资源强国的关键因素。我国的教师教育正面，临着前所未有的机遇和挑战：教师教育的改革发展直接关系到千百万教师的成长，关系到素质教育的全面推进，关系到一代新人思想道德、创新精神和实践能力的培养和提高，最终关系到十六大提出的全面建设小康社会奋斗目标的实现。

培养具有较高学历的小学教师是全面建设小康社会和适应基础教育改革与发展的迫切需要，也是我国教师教育改革发展的必然趋势，为了适应基础教育改革与发展的需要，我国时培养较高学历小学教师工作进行了长时间的积极探索，取得了较大成绩，并积累了许多宝贵经验。中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》指出：建设高质量的教师队伍是全面推进素质教育的基本保障。教育部在《关于“十五”期间教师教育改革与发展的意见》中明确指出：“开创教师培养的新格局，提高新师资的学历层次。”教育部印发的《关于加强专科以上学历小学教师培养工作的几点意见》（以下简称《意见》）中指出：“教育部将组织制订专科学历小学教师的培养目标、规格，完善和改革课程体系和教学内容，制定《师范高等专科三年制小学教育专业教学方案（试行）》，组织编写小学教育专业教材，加强小学教育专业建设。”