学校怎样组织学生探索科学奥秘（上）(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：学校科普活动指导小组

出版社：辽海出版社

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学校怎样组织学生探索科学奥秘（上）试读：

前言

科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机，大力普及科学知识，传播科学精神，提高青少年的科学素质，是我们全社会的重要课题。

科学教育，是提高青少年素质的重要因素，是现代教育的核心，这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能，更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。

科学教育，让广大青少年树立这样一个牢固的信念：科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象，研究和掌握新规律，它是创造性的，它又是在不懈地追求真理，需要我们不断地努力奋斗。

在新的世纪，随着高科技领域新技术的不断发展，为我们的科普教育提供了一个广阔的天地。纵观人类文明史的发展，科学技术的每一次重大突破，都会引起生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步。随着科学技术日益渗透于经济发展和社会生活的各个领域，成为推动现代社会发展的最活跃因素，并且是现代社会进步的决定性力量。发达国家经济的增长点、现代化的战争、通讯传媒事业的日益发达，处处都体现出高科技的威力，同时也迅速地改变着人们的传统观念，使得人们对于科学知识充满了强烈渴求。

对迅猛发展的高新科学技术知识的普及，不仅可以使青少年了解当今科技发展的现状，而且可以使之从小树立崇高的理想：学好科学知识，长大为人类文明作出自己应有的贡献。

学校科学技术普及是指采用广大学生易于理解、接受和参与的方式，普及自然科学和社会科学知识，传播科学思想，弘扬科学精神，倡导科学方法，推广科学技术应用的活动。目的是使广大青年学生了解科学技术的发展，掌握必要的知识、技能，培养他们对科学技术的兴趣和爱好，增强他们的创新精神和实践能力，引导他们树立科学思想、科学态度，帮助他们逐步形成科学的世界观和方法论。

为此，我们特地编写了这套“学校科普活动设计与组织实施”丛书，包括《学校科技教学的创新指导与实施》、《学校怎样组织学生阅读科学故事》、《学校怎样培养学生科学幻想思维》、《学校怎样培养学生科学兴趣爱好》、《学校怎样培养学生学习发明创造》、《学校怎样培养学生科学发现能力》、《学校怎样组织学生试验制作发明》、《学校怎样组织学生参观科普场馆》、《学校怎样组织学生探索科学奥秘》、《学校怎样组织学生体验科技生活》共十册，具有很强的系统性、实用性、实践性和指导性，不仅是广大师生科学教学指导的最佳读物，也是各级图书馆珍藏的最佳版本。

第一章　学生探索科学奥秘的指导

1.指导学生探索奥秘的教学方法

深化素质教育观念，指导学生探索科学奥秘，不仅能使学生学到在常规教育中学不到的知识，而且还能使学生在创造思维训练过程中学会灵活应用学到的知识。在探索奥秘活动过程中，老师应指导学生坚持动手动脑相结合，在创造实践中提高创造思维能力好。教师还应把思维品质的培养和思维方法的训练结合起来，起到培养学生多种意识和能力的作用。具体应做到以下几点：（1）培养学生课外探究科技知识的浓厚兴趣。（2）努力提高学生的动手操作的实验能力，在此基础上培养其独创精神。（3）培养学生的科学素质，以求用高结构的知识体系来武装自己。（4）培养学生相互间合作的团队精神和尊重他人劳动成果的品质。（5）合理把握好课堂和课外的延伸、衔接工作。

探索奥秘活动原则（1）坚持自愿原则。对于学生来说，参加兴趣小组的机会是均等的，不应以成绩作为限制条件，只要有兴趣均可自愿参加，也可以中途退出。自愿选择合作伙伴、活动内容、活动方式，并允许在同一活动中出现不同层次的结果，教师精心组织与辅导，但不越俎代庖。（2）坚持活动原则。教师根据小组成员的特长和工作热情，选定好分组组长，指导其组织，使活动不至于虎头蛇尾，要保证时间和地点，保证活动正常开展，不怕无活动场所，就怕无持之以恒的决心。（3）落实项目原则。每一项活动内容，要使每一个成员都积极动脑和动手，因此，要把活动项目落实到各分组，乃至每一个成员。（4）循序渐进性原则。无论是小论文、小制作还是小发明等，都应根据学生的实际水平，统筹安排，要注意保护和培养学生的学习兴趣，切忌要求过高，以免挫伤他们的积极性。（5）互补性原则。课外活动不能成为解决课堂教学遗留问题的延伸复习，但应使有关内容与学科教学有联系，使学生在活动中灵活运用已学知识解释、解决有关问题，反过来又可深刻理解学科知识，实实在在的以活动激兴趣、练技能、促思维、求发展，使二者的互补有度，相得益彰。（6）创新性原则。活动内容及项目的确定应有利于鼓励学生独立思考、善于想象、勇于探索、敢于标新立异及创造发明；有利于学生多角度分析问题，多方法解决问题；有利于引导学生以开放性思维、开放性视角关注当代科技与社会进步的趋向；有利于引导学生用求异性思维、创造性思维，研究、解决与社会实际与生产、生活有关的实际问题。（7）安全性原则：活动环境的选择，活动方式、内容、过程等，自始至终要坚持学生的安全第一，并经常加强学生的安全教育。

教学内容与要求（1）多种形式培养兴趣，生动活泼发掘潜能。充分挖掘学科课程教材中的科技含量，有意识、有计划地对学生进行科学思想和科学方法的教育，结合学生特点适当补充一些科普新知识和科学技术研究新成果，激发学生的兴趣。（2）学生自寻课题，写科学小论文。一般是3～4个同学合写，先各自寻找问题，研究讨论，统一意见后，再分头寻找科学依据，尔后再讨论集中，确定一人执笔，经老师辅导后，再交给学生讨论改写。小论文可以就某一日常问题或生产生活实际发表见解、议论，也可以写阅读笔记等，但都力求有自己的观点和较好的见解。（3）组织学生专题演讲。每个成员都准备一典型问题的讲稿，轮流在小组范围内进行演讲。“培养口才，实际上是提高教师们民族的思维能力和素质，把教师们的青年培养得更聪明”。（4）开展科技小制作。因地制宜，因陋就简开展小制作。学生在设计制作中，不仅可以学习巩固书本知识，加深对概念规律的深刻理解，更重要的是制作中的困难磨练学生意志，成功地喜悦激励他们不断进取，增强战胜困难的信心。（5）开展小实验。教师们的学生受应试教育的影响，多为“书生型”，缺乏动手习惯与能力，学生自己动手实验正是对学生的两个基本能力——动手能力、思维能力的全面综合训练，是培养新型人才，改善民族素质的重要途径。（6）抓好科普宣传活动。（7）订阅、收听、收看、收集科普知识。鼓励学生自己订阅科普报刊，利用各种渠道借阅科普读物，并提倡互通有无，积极有效地引导学生注意收集最新科技发展动态。

具体活动方法（1）问题探究法。从学生兴趣出发，紧密结合学生日常生活、工农业生产提出一系列实际问题，引导学生根据原有知识及生活体验进行探究，直到解决问题。（2）问题座谈法。教师提出一些社会问题让学生根据已学知识展开讨论，培养学生灵活应用学科知识解决实际问题的能力。（3）现场调查法。通过对学生到现场实地对实际现象的观察、调查来增加他们的科学知识与技能以及社会责任感。（4）实验操作法。尽可能地提供动脑动手的机会，使学生通过自己设计、操作、实验解决某一实际问题。（5）决策模拟法。就某一社会问题让学生扮演决策者的角色，应用所学知识提出解决的方案，以培养学生运用科学知识解决某一问题的态度、方法和能力。

2.在科学课中探索科学奥秘

小学科学是一门以自然界为主要认识对象，对小学生进行科学启蒙教育的综合性基础学科，承担着提高小学生科技文化素养和创造精神、实践能力的主要任务。为了激发学生探索大自然秘密的兴趣和欲望，扩大知识领域，探索科学的奥秘，使学生快乐学习。在科学课上教师应积极带领学生做实验，激发学生学习科学的兴趣。

例如，教师在教《空气中有什么》一课的时候，教师问同学们：“空气中有什么呢？”同学们立即议论纷纷。这个说：“空气是一种单纯的气体。”那个说：“空气中有氧气、二氧化碳……是一种混合气体。”……

教师说：“同学们看老师做完这个实验就清楚了。”教师把粘有蜡烛的玻璃片放在盛有红水的水槽里（水不要太多，能淹没蜡烛下部即可）。点燃蜡烛等燃旺后，用去底的塑料饮料瓶把蜡烛扣上，立即拧紧瓶盖。教室里顿时鸦雀无声，学生们都在观察发生了什么现象。

果然“奇迹”出现了，燃烧着的蜡烛火焰渐渐变小，慢慢地竟然熄灭了。又过了一会，瓶里的水上升了一截。学生以为教师在变戏法，都在疑惑不解。教师先不做解释，向水槽里加水，加到略高于瓶内的水的高度的时候，请一名学生把细铁丝的一端绕在火柴棍上，擦燃火柴时，在请另一名学生拧开瓶盖，最后把燃烧的火柴迅速插入瓶内。学生们都瞪大眼睛看到火柴竟然熄灭了。教师追问：“这说明了什么呢？”

一位的学生突然说道：“老师，蜡烛先是燃烧着的，但是不一会儿就熄灭了，说明瓶内物体发生了变化，使得燃烧条件不具备了。”教师听了很高兴，又进一步启发大家。这时，又有一位学生说道：“蜡烛熄灭以后，瓶里的水上升了，说明瓶内的空气少了，占据的空间小了，水就可以进去了。这就是说，瓶内的空气变少肯定与燃烧有关系。”教师又问：“那么水为什么只能进去一点儿，只占据了一小部分空间，而不是全部占据呢？”有学生说：“瓶里其余大部分空间还有其它气体占着呢，而这些气体对于燃烧没有用处，也不能参与燃烧。”老师不需要讲解，学生们就明白了：空气不是一种单纯的气体，空气中至少含有两种气体：一种气体是支持燃烧的，其它的是不支持燃烧的。这时，教师向学生们讲解：空气中支持燃烧的气体叫做氧气，大约占空气体积的21%，其它的主要是氮气，大约占空气体积的78%，此外还有少量的二氧化碳、水蒸气等等，这些气体都是看不见、摸不着，弥漫于地球周围。

可见，一节科学课通过师生共同实验探索，激发学生的兴趣，使得学生感到大自然真的很奇妙。实践表明，让学生大胆探索，有助于学生提高观察能力、实验操作能力和创造能力，还陶冶了学生情操，帮助学生养成爱科学、学科学、用科学的习惯。其实在大自然中有很多的奥秘值得教师和同学们去探索、实践。

3.在自然课中探索科学奥秘

自然是小学阶段一门综合性的基础学科，它担负着向学生进行科学启蒙教育的任务。当前，课堂教学设计的改革仍然是教学改革的关键。如何促进课堂教学结构各个要素之间的有机结合，促进小学生认知心理和智力的和谐统一的发展，这就要求教师不断地对课堂教学设计进行探索和研究。进行课堂教学设计，是将课堂教学过程中的各个要素有机地结合起来，让其发挥最佳的教学效果。各个要素间相互联系形成系统的教学结构，不同的课堂设计会产生不同的效果。在小学自然教学活动中，运用“教师、媒体、学生”三维双向反馈构成的信息交换系统促进课堂教学的优化组合，这一系统反映了主导、信息、主体之间的相互关系。因此，课堂教学设计必须考虑教师的教学活动，学生的学习活动，教学媒体的选用等方面的问题以及它们之间的相互关系。现以《金属》一课的教学设计为例，谈谈小学自然课堂教学设计。

教师的教学活动设计

教师在教学过程中起主导作用，教师要避免单纯地靠一本教科书来灌输知识，必须把它转化为利用投影、实物、标本等多种教学媒体启发、引导学生掌握知识。通过教师的引导、主持、评价来激励和指导学生学习，完成教学任务。（1）指导观察，分组实验。

教师首先要展示四幅反映实验内容的图片，指导学生仔细观察，然后让学生进行分组实验，寻找铜、铁、铝的四个共同特征，激起学生的求知欲。（2）启发引导，设计实验。

教师要善于借助实验提出问题，启发学生根据已经掌握的第一组实验方法自行设计第二组实验，研究木棍、粉笔、瓦片与铜、铁、铝不属于同一类物体。这样，由浅入深地引导学生开动脑筋，积极主动地参与教学活动。（3）组织讨论，归纳总结。

在学生已经完成两组实验的基础上，组织学生分组讨论，金属有哪些共同特征。这样，既活跃了课堂气氛，又调动了学生的学习主动性和积极性。在各实验小组讨论完毕之后，教师进行归纳概括，总结出金属的共同特征。（4）强化记忆，扩散思维。

为了进一步掌握金属的共同特征，教师运用了投影与实物相结合的教学手段，让学生从多种物体中辨别金属，既做到了新授知识与生活实践相结合，同时，也扩散了学生的思维，使学生的知识水平和认识能力得到了提高。

教师的主导作用在教学活动中主要是通过指导学生分组实验、激发学习兴趣、启发设计实验、组织观察讨论、归纳概括总结、强化记忆、扩散思维等活动中完成。

学生的学习活动设计

学生是课堂教学活动的主体。在自然课的教学活动中，应该通过学生多动手、多动脑、多动口、亲自动手参与做实验的活动，使学生更加热爱大自然，喜欢到大自然中去观察、分析、探索、研究，学会进行科学试验的本领，使学生在课堂教学中成为真正的主体。（1）观察思考，分组实验。

学生对教师展示的四幅反映实验内容的图片进行认真细致地观察，并大胆地进行实验。（2）自行设计实验过程。

学生由第一组实验获取的知识联想与第二组实验之间的关系，然后各实验小组展开讨论，自行设计实验过程进行实验，汇报实验结果。（3）小组讨论，大胆发言。

由于学生在获取两组实验结果的基础上，掌握了知识，有话可说，就会踊跃回答教师提出的各种问题，主动参与实验小组的讨论，发表自己的见解，从而形成一个课堂教学高潮。（4）运用概念辩别金属。

众所周知，教学目的就是要使学生熟练掌握知识，在自然课《金属》中，教学目的之一，就是要求学生学会识别金属，由于教学活动组织得充分，学生掌握了金属的特性、共性，根据金属的共性、特色，学生能够很快从多种常见的物体中辨别出金属，并说出辨别的方法，教学目的实现就成为一种可能。（5）阅读教材，提出质疑。

学生在教师的指导下，认真阅读教材，及时发现问题，提出质疑，并在教学活动中，不断寻找解决问题的途径，以掌握新授知识，完成教学任务。

学生的主体作用在教学活动中主要是通过阅读教材、提出质疑、分组实验、观察思考、设计实验、小组讨论、大胆发言、辨别金属等活动中完成。

教学媒体选用的设计

教学媒体是传递教学信息的载体。在教学活动过程中经常要用语言、板书、挂图、模型、实物以及幻灯、投影、录音、录像等来传递教学信息，它们都是必不可少的教学媒体，具有生动、形象、感染力强等特点，适合小学生的年龄特征。合理的采用媒体既可以丰富教学内容，又可以开扩学生的视野，充分调动学生的视觉器官和听觉器官，能够极大地提高感知效果，有利于对知识的理解和巩固。《金属》一课的教学活动运用了展示图片和学生分组实验、教师演示实验相结合的教学手段，并借助媒体投影与实物相结合进行教学，学生在轻松愉快的气氛中认识金属的共同特征，从多种物体中辨别金属。既做到理论联系实际，又扩散了学生的思维，学生的知识水平和认识能力得到了提高，使教学目的在生动的教学过程中得以实现，因此说，教学媒体的选用能够促进小学生认知心理和智力的全面发展，帮助教师在教学过程中实现教学目的。

在《金属》一课的课堂教学设计活动中，教师主要围绕“教师、媒体、学生”三维双向反馈构成的信息交换系统促进课堂教学的优化组合，收到了较好的教学效果。它既体现了教师的主导作用，也充分发挥了学生的主体作用，并且，选用不同的教学媒体交替使用，共同参与教学活动，使学生学得轻松愉快，知识技能掌握的牢固持久，对知识学习乐而不疲，收到课虽终而趣无尽的效果。

4.在语文课中探索科学奥秘

随着语文新课程标准的颁布实施，“综合性学习”便日益成为语文教师关注的焦点。那么，什么是综合性学习？中学语文教师如何指导学生进行语文综合性学习？《全日制语文课程标准（实验稿）》中指出“语文综合性学习是以语文学科为依托，以实践活动为主要形式，综合其他学科、学习生活及现代社会的内容，运用合作、探究等学习方式，使学生在感兴趣的自主活动中得到语文素养的全面提高。”

那么，语文教师应该如何指导学生进行语文综合性学习呢？

教师指导学生进行语文综合性学习应根据学生的心理特点、知识结构以及教师、学校的具体情况做出具体安排。总的来说，应遵循以下几个原则：（1）重探究、重应用，学会利用一切资源优势。其特征是结合学生生活实际，引导学生观察、思考、分析现实生活，并和家长、社区紧密配合，进行调查研究。（2）重过程、重参与。综合性学习就是在提出学习目标及其要求的前提下，让学生有强烈的参与意识和合作意识，人人主动积极地投身其中，善于与他人合作。（3）重赏识，重鼓励。在学生参与活动的过程中，老师要鼓励学生采用不同的方法，摸索适合自己获取新知识和提高能力的途径。

学生通过自己参与，获得的答案有可能一致，也可能不一致，可以通过讨论，让学生反思自己学习的过程和方法，找到合理的答案。可时时鼓励学生敢于说出与别人不同的想法，包括与教师不同的想法，要支持学生在现成的答案之外探寻“新解”的尝试。在学生学习的过程中，教师应尽量地捕捉、放大学生学习过程中的闪光点，及时对学生做出评价，当学生发现自己的见解被肯定、被鼓舞、被信任时，他们的学习兴趣和强烈的求知欲自然的就被激发了出来。“兴趣是最好的老师”，有了兴趣，就会产生强烈的“教师要学”的愿望和要求，就能真正主动参与学习活动，成为学习的主体。（4）重方法、重体验、重归纳。在综合性学习中，学生掌握的学习方法主要在于各种知识和能力的“整合”、课内外学习的“综合”、书本学习与实践活动的“结合”。

这一学期，教师结合“中秋”、“国庆”两大节日相差没几天的特点，准备搞一次有关“月亮”的综合性学习——《探索月球奥秘》。为了不打没准备的仗，教师在9月份上旬进行了大量的准备工作：查书刊、读报纸、看电视、上网搜索……上课铃响了，教师兴致勃勃地走进教室，和学生闲谈：“知道八月十五是中国的什么传统节日吗？”

学生齐答：“中秋节。”“中秋节有那些活动，你们知道吗？”“吃月饼、赏月。”

趁着学生提到“月亮”时，教师说：“提到月亮，同学们就想到了李白的‘举头望明月，低头思故乡’”，许多人对月球充分满了向往。都希望了解更多有关“月球的知识”。今天，教师们就进行《探索月球奥秘》的综合性学习，看看月球有哪些奥秘。

学生一听，表现出极大的兴趣，纷纷提问有关“月亮”的问题，教师立即进行现场调查，看看学生最关心的问题集中在些方面，由班长进行统计，放学时交给教师。

统计结果显示，学生最想探索月球的年龄、来源、地质构造和资源、人类登月的历史、开发月球的进程及前景、月相、月食、潮汐、朔，望等现象及成因……

教师根据同学们提出的问题，将全班分成几个研究小组，每个小组一个课题进行研究，各组设组长一人，负责组内事务，并随时向教师汇报研究进展。一周后汇报结果。

任务轻松地布置下去了，作为教师的教师并轻松，“要想给学生一碗水，教师必须有一桶水”。教师将“偷懒”出来的时间用来充电，多渠道的搜集有关月球奥秘的知识。

一周后，教师摸清了学生的调查研究情况，又布置了新的任务：每组汇报时间不超过10分钟，但形式不限。还要评选优秀小组。学生听了，好一阵高兴。

汇报结果的时间终于到来，学生个个兴致勃勃。

精彩大戏上演了：资料展示（图片、文字）、模仿月球进行的演示、科学小品表演、还有月球知识擂台赛。最值得一提的就是这个擂台赛了，学生们把比赛规则和题目都想好了，真是出乎教师的意料。现把比赛规则和比赛题目展示如下：

第一轮：月球奥秘知多少（必答题）

规则如下：男队和女队必须抽一人在规定时间内答题，规定时间内答不出来给对方加十分，己方答对加十分，答错或答不完全不扣分。

出的题目也很有价值，如“关于月球的来源有哪些说法？”“你知道人类什么时候第一次登上月球？”“哪个国家的哪个宇航员第一次登上月球？”“为什么天文台大多建在山顶上？”

……

第二轮：抢答题……

第三轮：小组合作必答题……

两节课下来，学生显出意犹未尽的样子。直埋怨时间过得太快了。教师也发现，这节课是教师从教以来同学们上得最认真、效果最好的一堂课，最让教师感动的是许多开学以来几乎从不举手发言的同学也在研究性学习中表现得异常活跃。学生还要求教师将同学们收集的研究成果编成册在全班传阅，起互相学习、资源共享的作用。

回味着同学们的出色表现，想起他们自己动手，乐在其中的样子，教师脸上不觉得笑开了花。

5.在外语课中探索科学奥秘

在小学阶段，儿童对周围世界有着强烈的好奇心和探究欲望，他们乐于动手操作具体形象的物体，这一时期是培养儿童科学兴趣、体验科学过程、发展科学精神的重要时期。

作为一名科学双语教师就要在不断的思考和课堂实践中摸索教学的可行方法和有效途径。根据自然教学大纲提出的“教师要尽可能地启发学生自行探求和应用知识”的教学要求，以及结合中年级双语科学的教学目标，作为双语教师必须在课堂教学时采用大量输入的原则，用学生能理解的英语语言进行描述和讲解，并用英语不断向学生提出疑问，启发学生用英语思考和回答。这种大量的输入原则不仅让学生锻炼其英语听力水平，更使他们不停地进行思考和猜测以及运用自己动手实验的方法验证自己的猜测并总结出相应的规律。教学过程中还要善于充分发挥学生的主体作用，让学生积极主动参与到观察、实验等学习活动中去，亲自感知实验所产生的各种现象和变化，从而提高自行获取知识的能力。因此，在日常教学中教师应精心设计教学过程，充分发挥实验在自然科学知识学习中的功能和作用，启发学生通过认真观察实验，达到自行探求和应用知识的目的。

可是在小学科学双语教学过程中也经常碰到这样的问题是：科学术语冷僻繁多，教师的课堂用语学生听不懂，不能用英语流畅地表述出来等等。学生可能会逐渐对科学双语课失去兴趣，失去进一步在双语科学课中学习和获取知识的动力，从而进入双语自然教学的尴尬局面。

如何避免这种局面呢？着眼于激发学生学习探索的兴趣，使他们产生强烈的求知欲望，以饱满的情绪参与科学实验的全过程，只有这样才能充分发挥学生的主体作用，培养学生的创新精神和创造能力，让学生自觉、自愿地通过英语这个媒介来获取科学知识、科学方法，同时习得科学的表述方式，从而淡化科学双语实施初期学生、教师所遇到的语言难关。

课堂设疑，学生亲自动手解疑，培养探究能力

在小学阶段，学生学习的动机大都取决于对学习内容的兴趣。新的课程标准在评价一节课时主要看教师能否激发学生兴趣、充分调动学生学习的积极性。因为他们的好奇心强，求知欲旺，喜欢追根究底，遇到感兴趣的问题总要弄个究竟。所以在课堂教学过程中，应根据学生这一特点，选择与教学内容相关的实验，多创设一些趣味性的活动，以直观新颖的、奇妙视听的感受来满足他们的参与激情和探究心理，调动他们学习的主动性，有效地唤醒创造意识。与此同时，使学生明确实验目的，自觉地投入本节课的学习中去。因为，知识是不能传递的，老师传递的只是信息。信息通过学生的主动吸纳、加工才能产生智能意义，才能变成学生认知结构中的知识。因此，作为双语科学教师要想方设法在课堂教学的各个环节中，促使学生积极主动地学习科学，运用英语。课堂教学不充分调动学生学习的主动性和积极性，就不能使学生形成学习的内驱力，就很难实现知识的迁移和知识体系的建构。

例如在教学《UsingSenses》一课时，如果单纯只是老师站在讲台前面用语言讲解知识点，学生必定感觉枯燥无味。在以观察实验为主要教学方法和手段的自然教学中，如果一味地按照“教师讲，学生听”，“教师让学生怎样实验，学生只得照办”的传统方法进行教学，不仅限制了学生的学习积极性，而且有碍于学生思维的训练和发展。这时，教学中指导学生运用充分运用自己的手、眼睛、鼻子、舌头、耳朵这些感觉器官进行观察和体验，并能综合运用感官感知事物。

在教学《UsingSenses》时，为了让学生掌握五官中耳朵的作用，课堂设置疑问，让学生亲自动手解疑，培养探究能力。先拿出3个分别标有1、2、3的罐子，里面分别装有水、沙子和米，在不能打开罐子的前提下问学生们3个罐子里到底哪个装有沙子。有的学生说是1，有的说2，有的说3……到底用什么方法才能得出正确的结论呢？只有通过用耳朵听的方法，于是，引出了要学习的Sense：hearing。通过提问，一下子就抓住了同学们一心想探个究竟的心理，有效地激发他们的学习、动手的兴趣，调动了他们学习的积极性，从而培养他们的创造能力。

观察实验，学生依据事实数据或现象，归纳总结规律

观察实验是人类认识自然的基本途径，也是自然教学的特点。对于学生的观察实验活动，教师是手把手地教，还是放手让学生亲自实践、尝试，标志着两种教学观。在以培养学生创新精神和实践能力为重点的素质教育中，教师必须启发引导学生积极思维，自己提出观察实验的方法，自己动手实验，通过观察实验活动，锻炼学生，提高他们的创新意识和勇于探究未知的能力。

如教学《downtheramp》一课时，通过2个小组合作实验，使他们亲身了解到物体下坡时滑行的距离和所搭斜坡的高度有一定的关系；并且在滑行过程中平面的材质与滑行的距离有一定的关系。在设计教学时考虑到贴近学生的生活与实际，着重培养学生学以致用的能力，使学生从科学世界回归到生活世界。《downtheramp》一课中，涉及到物理中的外力、重力、摩擦力、加速度等知识，先是询问同学怎么让物体移动，孩子们立即回答“hand（手）”“push（推）”。“对，物体移动需要force（外力），但不需要手推而使小车移动靠什么方法呢？”接着老师引入了斜坡的概念，让孩子们用书本和木板搭建起斜坡，让孩子们分别用2本书、4本书、6本书垫斜坡，让玩具车在斜坡上向下运动，测量其水平滑行距离。

于是在让学生思考和动手的过程中安排一个小组学习与合作的任务，教师把时间和机会交给学生自己，让他们亲自动手，气氛一下子就被活跃和调动了起来。有的操控玩具车担当“驾驶员”，有的拿起尺子做起“测量员”，有的垫书本做起了“工程师”，好不热闹。“两本书斜坡，车子滑行22厘米，四本书，40厘米……”一个个结果很快出来了。在实验中学生观察、动手、记录数据、讨论结论，积极性充分调动。

在学习过程中，学生相当感兴趣，非常渴望学习科学知识，很多同学都能积极开动脑筋，热情投入各种活动，乐于动手，勤于合作，达到了该教材的教学目的。在教师的双语科学课堂上，学生通常以小组为单位，并明确分工进行各项实验。让学生通过实践增长才干、陶冶情操，让人人都承担集体的委托和责任，进行有益的尝试和探索，并通过归纳、总结来共同提高，从而促进学生的可持续发展。

但是，仅仅通过观察实验还是不够的。实验的目的是为了透过现象看本质，通过去粗取精由表及里地思考和分析发现和认识规律。当学生通过观察实验获取到足够的感性认识后，教师要启发学生让他们自己进行讨论，通过分析、综合的思维加工，用自己的语言描述通过实验产生的想法。教师要多给学生发言的机会，鼓励学生积极发言。当学生对科学问题进行探讨时，不论他们的发言是否正确，教师都不要急于表态，而是要认真倾听。让学生在相互交流中辨别是非，形成共识，得出正确的结论。使感性认识上升到理性认识，初步形成科学概念。

注重学生在学习中的主体地位，启发引导他们动口、动手、动脑、亲身经历科学发现的全过程，按照“发现问题，提出假想——设计实验，反复研究——归纳概括，得出结论——验证假想，联系实际”的教学模式自行获取自然科学知识，不断地提高学科学、用科学的能力，以适应终身学习和探索的需要。

知识同化重组，大量输入全面刺激，创设英语氛围

当然，只是激发学生的兴趣是不够的，教师要引导学生有序地进行各种活动的同时进行知识同化重组，通过大量输入全面刺激的英语思维，潜移默化中创设英语氛围。科学双语课堂上，大多数学生愿意在同学面前表现，却不能注意倾听他人的发言，在用英语交流时常常是一些极其简单的单词或词组。针对这种情况，教师通常把一些常用的课堂用语，科学术语和表述方法汇编起来，发给学生，要求学生掌握并运用。并把每堂课可能用到的关键句型呈现在黑板上，以便学生交流时能说得更地道。一段时间下来，学生们和教师还一起制定了合理的游戏规则（首当其冲的一条是：一定要用英语交流，并尽量适用完整的句子），适当的奖惩办法。这样既培养了学生的组织性、纪律性，又能使情绪高涨的学生快速地接受和消化学科知识，运用和积累英语，学生用英语表达的积极性更高了。这样也达到了英语和科学相互促进、共同提高的目的。

双语教学训练学生的观察能力，有各方面的知识，这些知识是穿插的。学生在一个章节中听到的新单词句子，有时几个星期后才能重新听到，可是早已忘记了。因此，即使类似的内容，学生对其英语发音仍是陌生。根据遗忘规律，在不影响总体科学素质训练的前提下，适当调整教材内容，将相关内容的章节重组在一起，学生在第一节听到的新单词新句子在第二节、第三节仍能听到、说到。在不断重复中，减小了遗忘速度，记住了大量的科学英语词句章，日积月累，学生的英语词汇量增加了，英语思维能力和理解能力逐渐得到提高。

一些常用的自然课堂术语，多次重复使用也能使学生完全掌握，脱口而出，教师通过多次重复，学生自然明白要做什么。这样的双语自然课，就是让学生通过接触英语认识客观世界，使学生的语言得到更快的发展，达到更高的水平。

总之，双语科学教育的目的是通过教师运用英语对科学的教授，让学生得到运用英语进行听说读写的机会，开阔自己的眼界，完善自己的思维，使其英语和母语能够得到共同、协调发展。这样才能使双语教学健康而有效地发展，这样教师们才能培养出具备可持续发展能力的未来高素质复合型人才！

6.在课余时间探索科学奥秘

浩瀚无边的宇宙总是让人类充满着好奇，而年轻人对于未知的事物，又有着天生的渴望。学校应该努力创造条件，为学生提供了天文观测及学习的平台，让更多的学生了解自己生活的地球，以及地球以外的浩瀚星空。

南京市一中1985年建成了全国首家中学生天文台，同时成立了以天文活动为兴趣的“望星会”。在天象厅，学生能够亲身感受天象仪的运转。天象仪由操纵台控制，逼真表演古往今来千万年内在地球上任何地点所见的四季星空、太阳系行星运动、月相变化。辅助设备则表现四季的地景、早晚霞，表演流星雨、彗星运动、人造卫星、日月食过程等内容。斗转星移，让人仿佛置身于浩瀚的宇宙星空中。

这个学校的天文台，为学生提供了专业的天文观测仪器，星球体重磅、天文图库电子触摸屏、各种天文望远镜等设备，让爱好天文的学生用到天文发烧友都无法全部拥有的设备，体验到震撼的浩瀚星空。

不管是日全食还是流星雨，只要有特别天象的日子，都少不了学生的身影。学校为此专门组织了一个探索星际奥秘的望星还组织。望星会除了自己进行观测星象的活动，还组织过多场面向市民的公益活动，让全市学生及市民共同来观天象。

有一次社团在学校广场架起10座天文望远镜，打开大门邀请市民“观天象”。为了让“路边天文夜”活动更精彩，学校还特别发“邀请书”给高一年级部分班级的学生和家长，邀请学生和家长一起参与。望星社还组织30多位学生成为活动志愿者，为市民调整望远镜，解读问题，充当小小解说员，帮助市民了解望远镜，了解天象。

对于很多南京一中的学生来说，参加天文活动不仅是因为兴趣，更因为这是人生中一份宝贵的经历。

南京一中的一位学生曾参加了第四期国际小行星搜寻活动，谈到自己亲身经历的一些科学探秘活动，他说：“我喜欢天文，这是人类千百年来智慧的结晶。”他说，目前已被发现的小行星大概有20多万颗，已计算出轨道并命名的有1万多颗。对于一些人来说，那些在数亿数十亿公里外飞奔的大石头对他们根本无关紧要，但在天文学家眼里，它们却可能承载着宇宙之初最原始的信息。“虽然没有命名权，但要是知道有一颗由你发现的的小行星正穿梭在宇宙空间中，那是多么令人激动啊！我几乎有一种要流出眼泪感觉。”

第二章　学生太空奥秘的科学探索

1.宇宙诞生之谜

宇宙是如何诞生的？现在的样子又是如何演变而成的呢？在很早以前人类就提出了这些疑问。这个使人类困惑千年而未能破解的重大问题，直到70年前爱因斯坦完成了一般相对论学说之后，才首次提出符合科学逻辑的解答。

一般相对论提出宇宙有可能发生膨胀，后来研究的结果证实了这一点。科学家们发现远方的银河正在以非常快的速度和我们的银河拉远距离，这说明宇宙正在逐渐地膨胀着。另外，还发现宇宙空间到处充满着3度K的杂音电波，这证明宇宙曾经是一个超高温，高密度的大火球。

在以上事实的基础上而产生的“大爆发宇宙论”已被公认为是当前最标准的宇宙进化理论。根据这个理论推算，宇宙诞生的时间在150亿年之前。宇宙刚刚诞生时它的直径仅有1/1033厘米，但它的温度和密度却高得让人无法想像。由于物质的温度和密度骤然下降，使这个宇宙之卵以爆炸性的速度猛烈膨胀。在“大爆发”中诞生了各种元素和支配它们运动的力，也因此形成了星球和银河，顷刻间宇宙之卵便演变成了“成年”的宇宙。“大爆发宇宙论”提出，宇宙可能是从既无空间也无时间的“虚无”之中以惊人的速度迅猛膨胀而瞬间诞生的。这种理论还提出，宇宙常常是周而复始地从诞生到消亡，再诞生、再消亡的轮回，我们现在的这个宇宙只是从过去到未来无数个宇宙中的一个而已。

到目前为止，对于宇宙的起源还没有一个统一的理论，这还需要人类待进一步的考察和研究。

2.宇宙年龄之谜

宇宙的年龄有多大，这一直是科学家所关注的问题。因为它是宇宙是否会膨胀的一个指标。

测定宇宙年龄的方法有很多。用同位素年代法测量过地球的年龄为40至50亿年，月球年龄为46亿年，太阳年龄为50至60亿年，此法测定宇宙年龄为120亿年。

比较常用的还有球状星团测量法，它是借助恒星演化理论来测算恒星年龄，利用这个方法计算的宇宙年龄为80至180亿年。如果从测定的最老恒星的年龄约200亿年来看，宇宙的年龄至少应在180亿年以上。

哈勃常数测定法是基于宇宙膨胀的观测事实确立的。在一个不断膨胀的宇宙中，测膨胀速度可通过红移量的测量来获得。测出邻近星系与我们的距离，再由此标定红移与距离的关系，就可提供宇宙的尺度，进而计算宇宙的年龄，因此测定出邻近星系与我们之间的距离是最为关键的。

测量与邻近星系距离的方法有两种，每种方法测量出的结果也都有两种，即200亿年和100亿年。

还有人采用一种与哈勃常数无关的测定方法，测得的宇宙年龄为240亿年。最近，德国的科学家测定出宇宙年龄为340亿年。

总之，运用不同的测定方法测出来的宇宙年龄都不一样，而且相差非常远。由于宇宙是怎样产生，又是怎样演化等问题至今也没有一个正确的解释，所以宇宙的寿命到底有多大，也无法给它一个合理的解释，有待科学的进一步研究。

3.宇宙也会死亡吗

宇宙会有完结的一天吗？会以怎样的形式完结？

根据科学家利用天文望远镜获得的最新观测结果，宇宙最终不会变成一团熊熊燃烧的烈火，而是会逐渐衰变成永恒的、冰冷的黑暗。但是，科学家推测，宇宙很可能至少将目前这种适于生命存在的状态再维持1000亿年。

与此同时，科学家又指出：宇宙也许不会突然消失，但是，随着时间的推移，它可能会逐渐变得不再适于生命存在。科学家根据“大爆炸”的理论指出：宇宙的最终命运取决于两种相反力量长时间“拔河比赛”的结果：一种力量是宇宙的膨胀，在过去的100多亿年里，宇宙的扩张一直在使星系之间的距离拉大；另一种力量则是这些星系和宇宙中所有其他物质之间的万有引力，它会使宇宙扩张的速度逐渐放慢。如果万有引力足以使扩张最终停止，宇宙注定将会坍塌，最终变成一个大火球——“大崩坠”，如果万有引力不足以阻止宇宙的持续膨胀，它将最终变成一个漆黑的寒冷的世界。

宇宙始于一个像气泡一样的虚无空间，在这个空间里，最初的膨胀速度要比光速快得多。然而，在膨胀结束之后，最终推动宇宙高速膨胀的力量也许并没有完全消退。它可能仍然存在于宇宙之中，潜伏在虚无的空间里，并在冥冥中不断推动宇宙的持续扩张。

倘若真是这样的话，决定宇宙未来命运的就不仅仅是宇宙的扩张和万有引力，还与在宇宙中久久徘徊的膨胀推动力所产生的涡轮增压作用有关，而它可以使宇宙无限扩张下去。宇宙的奥秘是非常深奥的，相信人类总有一天会真正了解它。

4.宇宙内部和谐吗

宇宙的运动有规律与和谐似乎已成为一种万古不变的信条。从古希腊时期起，著名的毕德哥拉斯学派就指出，人类生活的宇宙正是由于和谐才演化到今天并且秩序井然的。也正是由于这种和谐，天体才应该是球形的，其运动也应该是圆周运动。

16世纪，哥白尼经过自己的观测，否定了传统的“地心说”，提出了“日心说”。他认为，以太阳为中心的这种宇宙模型既符合天体运动的规律，又体现了一种“美妙的和谐”。

牛顿从力学上对天体运动作了更深入的探讨，他提出了万有引力定律，不仅对运动的变化提出了更科学的解释，而且还指导天文学家发现了海王星。牛顿的万有引力定律体现出宇宙的秩序是如此的和谐。

这种“先定的和谐”也影响着现代天文学的研究。著名的反映宇宙膨胀的“宇宙大爆炸”假说非常具体地体现了“和谐”的原则，它以哈勃关于星系红移的观测事实为基础，并且预言了宇宙背景微波辐射的存在。这些都是宇宙和谐图景在大尺度宇宙空间上的再现。

长期以来，宇宙的和谐性已被人们普遍接受，但近年来却遭到了挑战。以美国麻省理工学院的科学家萨斯、天文学家威兹德姆为代表的一些人认为，整个太阳系根本无法预测，也许400万年后，牛顿学说就被证实是错误的。他们认为，在宇宙中存在一种现象，根据某种简单的法则预测，由于许多偶然的因素起作用，会导致非常复杂和无规则的现象，这就是混沌现象。

那么，宇宙的主宰究竟是和谐还是混沌呢？这真是一个无法解释的谜。

5.银河系的秘密

17世纪时，伽利略发现，银河是一个恒星密集的区域。

后来，英国人赖特提出了银河系的构想，并具体描绘出了银河系的形状。他假定，银河系是个透镜，连同太阳系在内的众星位于其中。

18世纪时，英国著名天文学家赫歇尔父子对赖特的猜想进行了验证。他们发现，银河系是一个恒星体系，非常庞大，但范围是有限的，可容纳3亿颗恒星，其直径为8000光年，厚1500光年。

20世纪初，荷兰天文学家卡普亭对银河系的观测和赫歇尔的观测结果基本相似。1906年，他测出银河系直径为23000光年，厚6000光年。但1920年他对银河系测出的新数据变化很大，银河系直径为55000光年，厚11000光年。

以赫歇尔为代表的一些科学家提出，太阳是银河系的中心。1915年，美国天文学家卡普利研究了许多球状星团的变星，发现太阳仅仅是银河系内的一颗普通恒星，而不在银河系的中心，它距中心约5万光年并朝向人马座，银河系的范围大约有30万光年。

20世纪80年代，银河系又有了新的数据，即质量相当于2000亿个太阳的质量，直径为8万光年，厚2000光年，太阳距银河系中心距离为2.5光年。

关于银河系的观测一直在进行着。有科学家指出银河系是镶嵌在硕大无比的异常低密度的星系冕——银冕之中。银河系至少应存在一个至少延伸到80000光年以外的星系冕。

目前，人类所掌握的银河系的知道，只是一个开始，还有待进一步探索。

6.新星和超新星之谜

什么是新星和超新星呢？它的剧烈爆发又是怎么回事呢？有时候在某一星区突然看到一颗原来没有的亮恒星，经过几个月后又突然不见了。于是，就有人误认为产生了一个新的“恒星”。

其实根本就不是这么一回事，事实上是因为原来这里本身就有一颗比较暗的恒星，由于内部突然爆炸，光度增大到原来的上万倍，原来看不到，现在看到了。等爆炸消失以后，又看不到了。目前在银河系已发现了200多颗这样的恒星。

但如果一个新星的亮度超过原来的1000万倍以上，这样的恒星就是超新星。超新星的爆发异常猛烈，它以每秒几千甚至几万公里的速度向外发射能量，可以说是目前已知天体上最激烈的天体活动。

早在我国宋朝的时候，就曾记录了一起超新星爆发时的情景：那是在1054年7月的一个清晨，突然出现了一个非常亮的星体，就是在白天也能看得到，一直持续了23天才渐渐暗淡下去。

关于超新星，人们已经发现了很多，但对其爆炸的原因，还只是处于猜测、设想阶段。目前一种较有说服力的观点是：其爆炸的原因很可能是由恒星内层向中心“坍缩”时极其迅速地盘旋出来的引力势能引起的。如果是这样，那么久而久之，它一定会形成宇宙中神秘莫测具有超能力的黑洞。

7.神秘天体环绕太阳运行之谜

英美科学家们意外地发现，很久以前发射的“先锋10号”宇宙探测器竟给他们带来一个让人无法相信的事实：一个新的天体正围绕太阳运行。

早在1992年12月8日，那时“先锋10号”已飞离地球84亿公里，该天文小组就发现探测器的飞行轨道发生了变化，他们一直在探测这一现象，希望找到什么新的东西。直到最近，将“先锋10号”发回的数据经过多方面的分析研究之后，他们才确定了自己的推论——太阳系又有了新的天体。

在几个星期之中，他们希望研究出此天体可能达到的最远距离以及具体位置。他们初步推断，此天体是在撞上一个大行星后而被抛到太阳系边缘的。

据称，这一天体可能是在茫茫宇宙中，已知的数百个围绕太阳运行的天体之一，它们多数是由冰和岩石构成，而且离冥王星很远。这些天体在行星大家族中并不起眼，直径仅有几百公里，但天文学家相信，有几百万个这种小行星围绕太阳运行，并形成一条庞大的“星带”。1992年，天文学家首次发现了这类天体。

观测者们还未亲眼见到这一天体，但他们坚信这一天体的存在，因为“先锋10号”的轨道因它发生了偏差！

假如这一发现成为事实，那它将成为因引力这唯一的原因而被发现的太阳系中的又一颗行星。

8.行星会撞地球吗

自古以来人类一直对别的星球是否会撞击地球，给人类带来毁灭性灾难一事怀有深深的忧虑，直到现在，这种忧虑仍没有完全消除。

1968年初，澳大利亚悉尼大学巴特拉教授预言，1968年6月15日伊卡鲁斯小行星稍许偏离轨道就会进入地球，它将会以每秒9公里的速度把大城市撞得粉碎。如果伊卡鲁斯行星与地球相撞，它可以在陆地上造成直径为1000公里的大坑穴；如果掉在海中，造成的海浪将高达600米，数千个城市和村镇被淹没；即使它掠过地面，所造成的损失也不亚于一次大地震或龙卷风的灾害，甚至会引起火山爆发。

但前苏联科学家指出，此计算有误，相撞的可能性为零。果然，1968年6月15日，伊卡鲁斯与地球“擦肩而过”。

1978年，一位天文学家的计算结果表明，“地理小行星”于1995年将与地球相撞。但中国天文学家的计算表明，1995年“地理小行星”距地球有四五百万公里之遥，大可不必担心。后来证明果真如此。

计算表明，直径为1.5公里的小行星进入大气层的机会约30年一次，而直径为9米的小行星击中地球，破坏力不亚于一颗原子弹，而直径为1.5公里的小行星击中地球，破坏力相当于10万颗百万吨级炸弹的威力。

然而，迄今为止，人类还未曾目睹过一次小行星撞击地球的事件，那么，小行星真的会撞击地球吗？这还是一个未解之谜。

9.类地行星有环吗

1610年，著名科学家伽利略在宇宙中发现了一个色彩美丽、排列匀称的光环，但并没有引起他的注意。直到1659年，荷兰科学家才证实那个光环是土星的光环。1979年，行星探测器飞近土星发现，土星环由上千个环组成，由土星云层顶部一直延伸到32万公里处。后来科学家们发现，在85万公里以外还有一些外环。

很长一段时间内，人们都认为只有土星有环围绕，但是到了1977年，科学家们发现天王星也有9个细环围绕，1986年又观测到1个环。1979年3月，科学家发现木星也有虽暗但却清晰可见的环。它们是由一个较明亮的窄环和一个扁环形的晕环组成的。1989年，“旅行者2号”宇宙探测器飞近海王星，发现了海王星也有5条围绕它的环，有的环是完整的，有的则是环的一部分——环弧。

太阳系内有四颗大行星有环围绕，这引起了中国天文学家的关注。很多人都在设想，太阳系的其他行星，包括人类居住的地球，是否都有环围绕呢？

1964年，前苏联曾将两个人造卫星关入围绕地球的椭圆形轨道，卫星上装备有陨石微粒记录器，测量结果表明靠近地球也有一个稳定的、相当稠密的尘埃组成的环。通过进一步观测查明，它们是地球外围的几个与赤道平面倾斜度不同的圆环，由极细的尘埃粒子构成。尘埃环的高度在23.5～400万公里之间。随着远离地球表面的距离的增加，尘埃粒子的数量显著减少。

关于其他类地行星是否也有环围绕，也许随着将来空间探测的进一步深入，这个问题肯定会迎刃而解。

10.小行星起源之谜

按宇宙的法则和规律，太阳系的九大行星都有自己的轨道，且行星与行星之间也都有相应的距离。所以，当人们发现火星与木星之间的距离过于大时，就推测这中间还应有一颗行星。

19世纪初，意大利西西里岛天文台台长皮亚齐在观察金牛星座时，意外地发现了一颗从未见过的星星。经计算，它与人们所要寻找的行星相仿，便给它起了个名字——色列斯。

接着科学家又发现了智神星、婚神星、灶神星等小行星。

这么多小行星是从哪来的呢？1807年，奥伯斯就小行星的起源问题提出了一种假说，他认为在火星和木星之间原来有一颗大行星，后来不知什么原因爆炸了，那些小行星就是它爆炸的碎片。

美国天文学家柯伊伯则提出了碰撞说。他认为，这些小行星就是由行星之间碰撞之后产生的碎片。

以瑞典物理学家阿尔文、前苏联天文学家施米特为代表的一派则提出“成品说”。他们认为在太阳系形成初期，小行星与大行星一样，都是从原始星云中诞生的，其他大行星得到了完全的发育，这些小行星由于各种各样的原因没有成为大行星，而以半成品的散状形态遗留至今。

关于小行星的起源还有其他许多种假说，哪一种是正确的，还需要经过人们的进一步探索才能得到答案。

11.大爆炸宇宙学

大爆炸学说可以解释较多的观测现象。例如，天文学家观测到远处的天体总是远离地球而去，这证明宇宙仍在膨胀。另外，大爆炸理论还成功地预言了宇宙背景辐射的存在。

大爆炸学说预言在大爆炸之后，星系形成之前宇宙的结构应当是云团。这一巨大云团的发现证实了大爆炸学说的预言，通过对这一云团的观测，科学家可以进一步推测宇宙初期的情景。

这一巨大云团的发现还证实了科学家的另一个预言，即宇宙质量的90%存在于“暗物质”中。以往天文学家观测到的宇宙总质量远比理论上计算出的宇宙总质量要小得多。这些“消失”了的物质被称为“暗物质”。“暗物质”的多少直接影响着宇宙的未来，如果宇宙总质量小于某一数值，那么它将像现在这样一直膨胀下去；如果它的总质量大于这一数值，那么天体之间的引力将使宇宙停止膨胀，并在这一巨大引力作用下开始收缩，形成宇宙“大坍塌”，直至大爆炸前的状态。

12.宇宙的膨胀与收缩理论

俄国科学家费里德曼经过计算表明，宇宙可能周期性地收缩和膨胀，也可能无限地膨胀下去。比利时天文学家勒梅特则认为，我们的宇宙原来装在一只“宇宙蛋”中，由于它的突然爆炸才逐渐形成现在人们观测到的宇宙。

在勒梅特的理论提出后不久，美国天文学家哈勃利用加州威尔逊山上1.5米和2.5米直径的天文望远镜发现宇宙是在膨胀着的。

宇宙会永久地膨胀下去吗？这个问题并不容易回答。为此人们进行了大量的观测与研究。

能使宇宙中止膨胀的是引力，但它要达到一定的量。能否达到这个量，要看宇宙物质的平均密度能否达到一个量（临界密度）。可是，如果宇宙中存在着大量的“暗物质”，其平均密度就难定了。

20世纪80年代，前苏联科学家发现一种叫做中微子的基本粒子质量不为零。如果它得到确认，宇宙物质就会超过临界密度，宇宙膨胀就会中止。

宇宙年龄测定也是宇宙膨胀与否的一个指标，但宇宙年龄测定的难度很大。目前为止，虽然可以检测宇宙的膨胀还是收缩，但都缺乏可靠的证据，但科学家相信人类迟早会有一个清楚的认识。

13.宇宙的反物质推断

反物质是和物质相对立的一个概念。众所周知，原子是构成化学元素的最小粒子，它由原子核和电子组成。原子的中心是原子核，原子核由质子和中子组成，电子围绕原子核旋转。原子核里的质子带正电荷，电子带负电荷。从它们的质量看，质子是电子的1840倍，形成了强烈的不对称性。因此，本世纪初有一些科学家就提出疑问，二者相差这么悬殊，会不会存在另外一种粒子，它们的电量相等而极性相反，比如，一个同质子质量相等的粒子，可带的是负电荷，另一个同电子质量相等的粒子，可带的正电荷。

人们根据反粒子，自然联想到反原子的存在。一个质子和一个带负电荷的电子结合，便形成了原子。那么，一个反质子和一个带正电荷的“电子”结合，不就形成了一个反原子了吗？类推下去，岂不会形成一个反物质世界吗？于是有人认为，宇宙是由等量的物质和反物质构成的。

从理论上看，宇宙中应该存在一个反物质世界。可事实并不这么简单。经研究发现，粒子和反粒子一旦相遇，他们就会“同归于尽”。

按照对称宇宙学的观点反物质与反物质世界是存在的。这一学派认为，我们所看到的全部河外星系（包括银河系在内），原本不过是个庞大而又稀薄的气体云，由等离子体构成。等离子体既包含粒子，又包含反粒子。当气体云在万有引力作用下开始收缩时，粒子和反粒子接触的机会就多了起来，便产生了湮灭效应，同时释放出巨大能量，收缩的气体云开始膨胀。

基于以上观点，反物质世界一定在宇宙中某个地方存在着，前提是不与物质会合，可物质和反物质怎样才能不会合呢？为什么宇宙中的反物质会这么少呢？这些都是待解之谜。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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