作者：学生素质教育指导小组
出版社：辽海出版社
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学生的科学素质教育与升级方案（下）试读：
前言
素质教育主要着眼于广大学生及社会长远发展的要求，以面向全体学生、全面提高学生的基本素质为根本宗旨，是以注重培养广大学生的态度、能力、促进他们在德智体等方面生动、活泼、主动地发展为基本特征的教育。
素质与素质教育有着密切的联系。人的素质的提高离不开教育。有什么样的素质，就应有与之相对应的素质教育。人的素质可大致分为生理素质、心理素质和社会文化素质，与之相对应，则有生理素质、心理素质和社会文化素质教育。若详细划分，人的素质可分为思想道德素质教育、文化科学素质、身体素质、心理素质、审美素质和劳动技能素质等，与此相对应，则有思想道德素质、文化科学素质教育、身体素质教育、心理素质教育、审美素质教育和劳动技能素质教育等。素质具有整体性，人的诸方面素质不是孤立存在的，而是互相制约、相互依存的整体。素质教育必须遵循人的素质整体结构的规律，从人的整体素质结构出发，使素质教育与人的素质结构相适应，养成人的整体素质。现代素质教育不仅深入到素质的生理与心理层面，而且扩展到社会文化层面，成为个体性、群体性和民族性的统一。这就要求既重视个体的各种素质的教育，又重视群体素质的完善，还要致力于全民族整体的提高。
实施素质教育是我国现代化建设事业的需要。它体现了基础教育的性质、宗旨与任务。提倡素质教育，有利于遏制当前基础教育中存在着的“应试教育”和片面追求升学率的倾向，有助于把全面发展教育落到实处。从教育面向现代化、面向世界和面向未来的要求看，素质教育势在必行。这是我们基础教育时代的主题和任务。
多年来，我国实行的“应试教育”片面追求升学率，严重偏离了人和社会发展的实际需要，导致了学生素质的整体下降。为了提高学生素质，普及学校素质教育，我们特地编辑了这套“学生素质教育与全面升级”图书，分为《学生的身体素质教育与升级方案》、《学生的心理素质教育与升级方案》、《学生的观念素质教育与升级方案》、《学生的道德素质教育与升级方案》、《学生的形象素质教育与升级方案》、《学生的智力素质教育与升级方案》、《学生的美育素质教育与升级方案》、《学生的科学素质教育与升级方案》、《学生的创造素质教育与升级方案》、《学生的成功素质教育与升级方案》10册，本套书详述了培养学生内在素质即他们对世界、环境、人生的看法，以及世界观、人生观、价值观、道德观的形成和外在素质即学生的能力、行为和成就等方面的培养等内容，具有很强的系统性、实用性、实践性和指导性，可供各级学校领导、教师以及有关人员长期阅读和参考，也非常适合各级图书馆陈列和收藏。
第一章 学生的科学素质教育与升级理论指导
1.科学故事在素质教育中的应用
改革开放后，教育曾一度推行应试教育，出现重理工轻人文、重智育轻德育、重专业知识轻综合素质的片面倾向，培养出来的学生只会做题，不会做人；只会做事，不会思考。虽然掌握了一些知识和技能，却科学素质上不去，人格修养跟不上，不适应现代社会发展的需要。
树立科学形象，促进学生身心健康的发展
科学家对人类的贡献是无法衡量的，他们改变了世界，创造着未来。这些科学家恢宏伟大的人生价值，对学生的熏陶感染、对学生心灵的震撼无疑是巨大的。介绍牛顿、安培、法拉第等众多科学家的生平和事迹的书籍，把这些材料与教学结合起来对学生进行思想、精神、道德、意志等方面的教育。
爱迪生为找做灯丝的最好材料，先后实验了1600多种材料，法拉第通过十年不懈努力才找到了磁生电的方法；现在看到的欧姆定律公式那么简单，但是欧姆为了研究这个问题，经历了多次失败，花费了十年心血，把数学和物理结合起来，最终才把电学中的三个量U、I、R之间的关系用一个完美的形式表达出来，即I=UR。
牛顿是以半工半读完成其在剑桥大学的学业的；爱迪生只读了三个月的书就因耳聋而辍学，从小以卖报为生。艰苦的环境磨练了他们的意志，造就了他们的事业。
学生从科学家的身上理解了“天才不过是百分之一的灵感加上百分之九十九的汗水”这句话的深刻含义。从科学家身上学到的热爱科学、实事求是、勤奋好学、刻苦钻研的精神，正在成为学生学习的动力，并有力地促进了学生身心健康的发展。
科学家敢于创新的精神，树立正确价值观
科学家们重视继承前人的知识和经验，更有敢于创新的精神。爱迪生想他人不敢想，做他人不敢做，不怕失败，做了2000多次实验，发明了灯泡，建立了纽约中心发电站，为人类带来了光明。
引导学生去研究科学家的思想和价值取向，从而树立与现代社会发展相适应的人与自然和谐统一的世界观；建立人生的意义不仅在于向自然和社会索取，更应在于通过自身的发展、实践向自然和社会的发展做出自己贡献的人生观；确立人与自然、个人与社会、今世与后代公平、合理、和谐发展，以人类长远利益为崇高目标的人文理性的价值观。使青年学生具有高度民主的政治意识，公平、公正的社会理想。
科学家求真精神，提高学生辩证思维能力
在物理教学中，大多数教师注重让学生掌握的是教学大纲中规定的物理概念和规律，这使得学生对物理学发展的曲折历史知道得很少。学生不了解所学知识的形成过程，这不利于学生对物理知识的深入了解。
把历史上不同学派间的争论展示给学生，可以打破传统的逻辑教学给学生留下的科学发展是直线前进的印象，使学生了解到，科学发展史是一部理论与实践交叉、失败与成功并存的发展史。回顾历史，还可以加深学生对物理概念的进一步了解，同时对学生进行探索、开拓精神方面的教育。
不同内容的历史，可以使学生得到不同方面的教育。例如利用“热机发展史”可以向学生阐述这样一个道理：各种机器的发明，是生产发展的必然产物，先进机械设备的出现推动了工业革命的发展，而工业革命的发展又带动了机器设备的不断改进社会要前进，科学发展永无止境。物理学史实中包含有深刻的辩证唯物主义原理，在教学中有意识地用辩证唯物主义观点介绍物理学的某段历史，可以使学生潜移默化地领会并接受辩证唯物主义。
科学的灵魂是求真，使我们获得对自然事物的了解，但不能为我们判断善、恶，鉴别美、丑。断了臂的维纳斯不必为真，却是最美的艺术。人类精神境界的全部内容就是求得真、善、美的和谐。爱因斯坦、奥本海默、萨哈罗夫，这几位被称为核武器之父的顶尖科学家事后无一不对自己进行过忏悔和自责。二战结束后，爱因斯坦非常后悔自己曾写信给罗斯福建议美国研制原子武器，并且全身心地投入废除所有核武器的运动中，萨哈罗夫更成为反核运动的前行者。
科学家求真、求善、求美的精神，正是科学最根本的价值，人的精神价值的体现。科学家的故事必将激发学生去感悟做人的道理，提高自身素质，去追求成功的人生。
2.心理教育渗透与学生科学素质
物理新课程标准注意在物理知识学习、技能训练的同时，强调过程与方法的学习，注重科学情感态度与价值观的培养，从而提高全体学生的科学素质。个性心理健康是“科学素质”的一个重要组成部分。
心理素质教育，即培养人良好的心理品质教育，包括培养认知、兴趣、情感、意志，技能等方面的品质。心理品质直接控制着人体自然力的发动，调节着活动能量的释放。健康的心理状态是有效学习的基础，能促进入的智力稳定发展。
因此，物理课堂教学中应注重渗透心理教育，培养学生良好的学习心理品质。这样可以充分调动学生学习的积极因素，发挥学生的主体作用，进一步把学习物理的主动和兴趣还给学生，使学生以最佳的心理状态进行物理学习，真正成为学习物理的主人，从而培养学生健康的个性心理品质和终身学习兴趣、科学探究能力、创新精神，促进学生全面发展。那么在物理教学中应如何渗透心理教育呢？
挖掘心理因素，激活心理体验
物理新教材在编排结构、内容选择等方面都较好地考虑了学生学习物理的心理因素，具体表现在：（1）新教材的编排
新教材打破以前按力学、光学、热学、电磁学等知识板块进行编排，而是从学生最容易认识的简单现象入手，由现象到本质、由浅入深、由易到难来进行编排。且教材中配有大量插图，图文并茂，便于学生感观，所有这些都符合学生认知的心理。（2）教育内容的来源
物理内容选择的是来自于自然、生活、社会中学生较感兴趣的物理知识。物理知识的实用性表现在联系生产生活实际多。如杠杆中的汽水扳子、起重机的吊臂等等，都是日常生活和生产中常用的物理知识，都是从学生经常看到或体验到的大量生活经验出发而引出的知识。物理知识本身存在着趣味性，如雨后彩虹、幻日的形成等都能给学生以美妙与和谐、丰富的直观体验和揭穿物理谜底后的乐趣。心理研究表明，初中学生对物理概念的应用性和具体性较敏感，实际物理现象是学生认识物理形象生动的感性材料，让学生感到物理学与科学技术社会密切相关，进一步明确物理教学的社会价值，从而产生学习物理知识的责任心，深入强化学习动机。（3）以实验为基础
教学实践证明，物理实验所提供的感应材料要比生产生活中的物理现象更加具体形象，展现在学生面前的是直观生动的物理事实，学生学习物理的感受比较深刻，学生对实验的好奇心这一心理特点表现较为强烈，希望看到不寻常的物理现象。新教材中所设计的学生实验活动，演示实验、小制作等都有利于激发学生学习物理的求知欲。（4）科学家的故事
物理教材中有大量的物理学史、中外科学家的有关故事，通过介绍典型故事，结合学生爱听故事的心理，来感化学生的心理品质。如法拉第经过十年不懈的努力，终于发现了电磁感应现象，导致了发电机的发明；科学家对科学真理的这种执着追求，不畏艰难，刻苦钻研的坚强意志品质深深地激励学生奋发学习，勇克挫折的自信心。
通过上述分析，我们应充分认识到物理教材不仅是知识的载体，同时其中又蕴含着丰富的心育因素。教者必须善于将抽象内容具体化，枯燥材料生动化，以适应学生心理特点加深对知识的理解。教学活动离不开学生的心理活动，教材的应用实质上就是一种心智活动。只有把握教材的心育因素，才能在教学中做到有机适时地渗透，唤起学生的内心体验。
创设物理情境，疏导心理障碍
分析物理教材教育因素的同时，也必须对学生学习物理常见的心理障碍进行研究：依赖心理；传统的应试教育采取的是注入式教学法，学生失去学习的主动杈，养成学的惰性，形成强烈依赖老师讲解的心理；自卑心理；随着物理知识内容的增多，难度增大，部分学生在物理学习中成功的机会很少，逐渐损伤自尊心，心理就产生了自卑感；厌学心理；由于部分学生只注重物理考试成绩，当他们经过努力物理成绩仍然不及格，老师的批评、家长的指责，便使他们对物理失去了信心，若再得不到老师的耐心帮助，随着学习物理的深入，逐渐产生厌学情绪。
出现上述心理障碍后，学生就很难投入到物理学习中去。教师要正确理解学生的个性心理需要，以“假如我是学生”的心理去感受体验学生实际，正确分析学生心理，积极引导，热情帮助。在物理教学中应根据学生求趣、求新、求动等心理特点，积极创造新异有趣的物理教学情境，以激发学生的愉快心理，从而疏通学生心理障碍，使学生乐于接受物理知识。（1）问题情境
教师在进行物理教学中使学生产生悬念及要求释疑的心理，从而转化为强烈的学习愿望。如在浮力教学中，为了让学生理解物体的浮沉由哪些因素决定，可设计出问题：“为什么木块浮在水面上而铁块在水中下沉？”学生经常回答铁块比木块重。进而再设问：“为什么用钢铁制成的铁船浮在水面上，而小小的绣花针却下沉到时水底？”学生对上述的结论就产生了疑问，彼此间相互讨论，产生了强烈的探究心理。教者在设计问题时应针对不同的学生提出的问题难度要适中，考虑到学生能回答出来，设问要问得准而能思，不可挫伤学生积极性。（2）实验情境
物理实验以其形象、有趣，看得见、摸得着等特点对学生有很强的吸引力，富有浓厚的神秘感，能激发学生操作兴趣的形成，维持和强化学习需要。因此，物理教学中要精心设计、组织实验内容，积极引导学生自己动手进行实验操作，观察现象，思考归纳，粗知结论，激起学生认识物理现象、本质的内在需要。如在演示大气压存在实验中，教者课前准备好器材，课堂上让学生阅读教材，再让他们亲自动手做“纸片会托住一杯水”的实验，通过这一生动的事实，学生兴趣高涨，课堂气氛非常活跃。最后再启发学生分析实验过程，让学生认识到大气压确实存在。
物理教学中通过情境设计创造出生动活泼的探索物理现象奥秘的气氛，培养学生学习物理的直觉兴趣和操作兴趣，让学生用自己的手、眼、口、耳、脑去揭示和领悟出物理知识的内涵，自觉主动接受新知识，从而为获得新知识感到心理上的满足，养成积极思维，勇于实验的学习品质。
建立师生情感，内化心理素质
物理课堂教学是师生双边活动的过程，是人与人之间心理的情感交流。因此，物理教学中必须热爱自己的学生，关心学生的学习和成长。当学生在物理学习中遇到困难挫折时，教师要耐心帮助其分析原因找出症结，促其尽快进步；对待后进生不要过多指责批评，以免伤害自尊心，要有意识地接近他们，多给鼓励、表扬，消除师生间的隔阂心理，形成一种和谐轻松、愉快的人际关系，取得学生的信任，让学生不健康的心理在感情上得到及时自制、自控，从而达到“以情动情”的目的，这样就能较好地调动学生学习物理的积极性，学生内心总感到决不能辜负物理老师的期望，树立一定要学好物理的信心。
优秀的物理教师在物理教学中总是充满饱满的教学激情，表现出亲切和蔼的面容，期待的目光，适当的手势动作等表情。一个肯定的点头等等往往会引起学生的情感共鸣，这些一经化为学生的情感体验，学生就会产生相应的心理来对等老师，产生积极的心理倾向而愉快地接受老师所授的教学内容。物理老师的语言深沉有力、筒洁意深，讲究物理术语的严密性。如“导体中的电流强度”、“导体两端的电压”等等，形成一种特有的语言教学魅力，使学生心理上感到接受物理知识入情入理，坚信不疑。所有这些都体现了“教态表情”、“语感传情”，从而实现“动之以情”。教师的教态、语感等成为学生回忆所学知识的线索，使学生能够长时间理解记忆。
学生具有善摸仿、可塑性大的特点，教师在物理教学中应有意识地提高自身的心理素质，以良好的个性心理品质来影响学生，让学生默默地按照老师的人格模式塑造自已的个性。通过教者认真严谨的教学态度，按规则操作，如实记录的行动，深深影响学生的实验态度，培养了学生尊重事实，严肃认真、按科学规律办事的品质。实践告诉我们，课堂教学中只有注重情知教学，才能启动学生的心理功能。
启发自我成功开发心理潜能
心理学认为，成功体验是指学生在学习中取得成功后产生的自我满足、积极愉快、自豪的心理感受，它能增强学生学习的信心，产生一种。好了还要求更好的自我激励、自我要求的心理，成为促使学生学习成功的内部诱因。因此，物理课堂教学中，教师要结合教材和学生实际，积极给每个学生创造更多的成功机会，使他们都能体会到学习成功的感觉，增强学生学习物理的情趣。（1）提倡因材施教
教者注意设置教学内容的层次和梯度，对学有余力的学生适当拓展知识，对差生只需掌握基本知识。精心设计作业，可分为A、B、C三级作业，优等生、中等生、后进生按级选择。试卷题目以基本知识为主，附加题目供选择，要让学生从考试成绩中看到希望，有所收获和提高，燃起学习物理的星星之火。（2）鼓励“跳起摘桃”
学生在物理学习中遇到问题时，不宜直接予以解答，尽可能启发学生自己提取头脑中已有的知识来解答，给学习的大脑提供一些自动加工处理问题的机会，使大脑得到锻炼。久而久之，大脑的这种自动化功能得以开发，并通过学习，推动和加速智力的发展。学生通过启发后去努力克服困难解决疑难问题，解题后获得成功的心理体验最能激励人、鼓舞人。这种潜能的挖掘有助于学习成果的巩固和发展，甚至无意地引发灵感顿悟。（3）开展“表现教育”
好表现求刺激是学生的天性，在物理教学中加以正确引导，给学生提供表现的舞台，使学生在表现中增强自尊心、自豪感，优化个性心理品质，从而形成。表现—成功——快乐的心理三步曲。如学过惯性知识后，让学生运用惯性知识来分析判断熟蛋与生蛋，请学生登台表演。最终由教者做出中肯的评价，表扬学生积极思维、勇于探索的精神，学生自我成功的内在体验得到进一步强化。
总之，在物理教学中渗透心理教育，应根据学生学习物理的心理特点，充分挖掘心育因素，注重对学生心理障碍的研究，认真钻研物理新课程标准，有效地培养学生学习物理的心理品质，开发学生学习物理的心理潜能，从而促进学生科学素质的提高。
3.物理教学中的科学素质教育
所谓科学素质，是指一个人从小养成、不断发展、最基本但又是终身起作用的科学素养和心理品质。如对科学的兴趣、敢于探索和创新的勇气、初步的观察和动手能力、正确的思维方式以及实事求是的科学态度和良好的科学品质。物理学家劳厄有句名言：“重要的不是获得知识，而是发展思维能力，教育无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候，所剩下的东西。”，“所剩下的东西”就是我们指的科学素质。
科学素质是一个包括智力因素和非智力因素的一个系统，这个系统由知识、智力和非智力因素三个方面所组成，主要包括科学方法、科学精神、科学态度、科学知识、科学品质等。物理学的知识是发展学生科学素质的基础，对科学知识的教育历来高度重视。结合新课改教材的特点和初中学生的实际，在初中物理教学实践中对学生进行除科学知识外的科学素质教育，浅谈一些自己的探索与体会。
物理教学中科学方法的教育
科学方法是人类认识世界改造世界的强大武器，所以掌握知识，固然重要，但掌握方法比掌握知识更重要，因为掌握了方法，就可以从旧知识中产生出新知识，而在物理教学中学习和应用科学方法对于学生的知识学习、能力培养更有不可低估的作用。
学习物理主要通过实验探究，观察现象，取得数据和资料，发掘问题，在此基础上进行分析论证，概括得出结论和上升为理论，最后应用知识来说明，解决一些简单实际问题。所以教学过程中应尽可能地按照“提出问题”、“猜想与假设”、“制定计划与设计实验”、“进行实验与收集证据”、“分析与论证”、“评估”、“交流与合作”的程序教学，在各程序中，注重教给学生观察、实验探究的方法；分析、概括的方法和应用物理知识解决实际问题的思路和方法。
物理的现象、概念和规律中也蕴含着极其丰富的科学研究方法，教师要善于挖掘教材的这种潜在因素，对学生进行科学方法的教育和训练。例如：在研究平面镜成像中，用两根完全相同的蜡烛，其中一根等效另一根的像等的等效法；研究电流与电压、电阻之间的关系等的控制变量法；研究惯性定理等的实验推理法；分子运动看不见，摸不着，通过扩散现象认识它。磁场看不见，摸不着，用磁针转动来确定它等的转换法；通过杠杆示意图的画法，使学生掌握简化抽象的方法，忽略杠杆的次要部分和形状，用直线表示整个杠杆等的理想模型法；水流比作电流，水压比作电压等的类比法。
物理教学中科学精神的培养
科学精神的核心是创新精神，创新精神和创新能力的培养是素质教育的重点。江泽民同志曾说：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”。就社会发展的需要来说，人的素质的重要内涵之一是创新，而创新，首先是创新精神，要学生对某学科或某些课题有创新精神，首先是他对这一学科或课题有兴趣。所以激发学习兴趣，是培养创新精神的第一步。
所以在教学过程中，教师必须做到以学生为本，处处为学生着想，不断激发学生的学习兴趣，让学生热情高涨地自己举手、动脑、动口，以达到学习知识，巩固知识，拓展知识的目的，这样学生才能不断独立，不断自主学习新知。也只有让学生积极参与，亲自经历与体验，才能不断提高课堂效率。只要教师充分相信学生、尊重学生，以充分调动学生学习的积极性为前提，以教给学生学习方法为重点，以促进学生智能提高为核心，把学生作为课堂的主人、学习的主人，让学生有足够的时间操作、观察、思考、质疑、讨论、交流、评价等。就能使学生逐步形成具有较强的自主学习素质，从而更加主动的学习，主动的发展。
课堂教学也要注意启发学生思考，多参加讨论发言，鼓励学生提问题，提出不同的看法和不同的解决问题的方法。对于离题较远的问题，可放在课外解决。组织学生积极参加课堂活动，营造民主热烈的课堂氛围，容易将学生注意力集中到课题上来，对加深理解，培养能力有很大作用。对多发言、爱提问题的同学，要给予表扬，鼓励更多的同学参加进来。教师不要怕学生提难题，再高明的教师也难免遇到一时解决不了的问题，可向学生说明，待自己研究明了再解答，只要自己认真对待，学生会理解支持的。
物理教学中科学态度的培养
培养学生的科学态度是初中物理教学中进行科学素质教育的重要内客。在教学中培养学生的科学态度可以采用以下几种方式：
首先，通过介绍科学家的故事感染和教育学生，让学生懂得物理学中的自然规律是科学家在长期研究中认识的，有许多是几代人锲而不舍的艰苦探索才发现的，从而培养学生端正科学态度。
其次，引导学生阅读有关的科学资料，教会学生明白科学结论的获得是需要付出艰辛的劳动，从而培养学生奉献的科学态度，如：在讲解声音的现象时，可让学生阅读“不是老天爷显灵，是建筑师的杰作”，使学生相信科学，热爱科学。
再次，通过实验培养学生严谨的科学态度，求实的精神，演示实验时教师操作规范，给学生树立榜样，学生实验探究时，必须从本组的实验操作得出的结果和数据来填写实验报告，来总结、验证。绝不容许在实验误差太大时，不是设法找出问题，改进实验以减少误差，而是重改数据，使之与定律相符合，或者抄袭别组实验数据。因为这些做法完全违反认识的规律，没有从自己的实践中找出规律性。所以教师在批改学生的分组实验报告时，要逐份细阅过，发现涂改或抄袭别组数据时，一一给予严肃批评，并利用课外时间重做，这样利于养成严谨的科学态度。
物理教学中学生良好心理素质的培养
学生学习物理总会遇到大大小小的挫折，受挫学生往往会出现自卑、恐惧、厌恶、逆反等心理，遇到问题时，首先要缓解他们心理的压力，及时找他们谈心，给予关心和安慰，避免消极的心理进一步发展，其次给他们树立信心，提高学习物理的兴趣，在平时教学中，多介绍一些有成就的科学家百折不挠、锲而不舍的故事，增强克服勇气，积极挖掘学生中刻苦顽强学习，而进步显著的先进事例树立榜样，激励他们奋发图强、不怕困难。再次要通过各种实践的锻炼来提高学生的心理承受力。
要有意识地创设适度的挫折情境，给学生独立活动，依靠自己克服困难的机会。如出些具有一定难度，经过努力又能解答的题目，如选择一些合适的探究实验，使学生在挫折成功的转折中，看到自己的潜在力量，从而增强学生学好物理的信心和勇气。
科学素质教育贯穿于教学过程的始终，不可能一蹴而就，更不能急于求成，但只要坚持做到在物理教学中，以人为本，从班级学生的实际出发，透彻领会新课标精神与理念，深入钻研教材，千方百计挖掘课本中的科学素质的素材，持之以恒，逐步渗透，就一定能不断提高学生的科学素质，就一定能为中华民族的伟大复兴不断地作出自己应有的贡献。
4.化学教学中的科学素质教育
中小学要“面向全体学生，全面提高学生的思想品德、文化水平、劳动技能和身体心理素质”。这就为素质教育的基本理论探讨指明了方向。科学文化素质作为人的整体素质教育的一个方面包括哪些构成要素，人们进行过探究。
科学素质内涵比科学文化素质的内涵窄，科学素质主要由科学知识、科学能力、科学方法、科学意识和科学品质五大要素构成。在对学生进行科学素质教育的过程中，科学知识是发展学生科学素质的基础，科学教育的过程，能逐渐培养、发展学生的科学能力，使学生掌握科学方法，培养良好的科学品质，同时促使学生逐步形成科学意识。
让学生牢固地掌握化学学科的基本知识
科学知识在构成科学素质五要素中起着基础作用，它是人类世世代代积累和传递下来的宝贵遗产，它是今后学生从事科学工作和其他工作的基础。因此，在中学阶段通过化学课程的教与学的活动，要让学生牢固地掌握化学的基本知识。
化学知识是发展学生科学素质的基础，但化学知识总量大，应该选择那些对学生认识世界、面向社会以及自身发展来说是必不可少的、最基本的、最典型的关键性知识让学生学习。这些知识主要有：最基本的化学现象和事实、最普遍的化学常识及科学史知识。化学计量系统，化学用语，命名法。最重要的化学概念和最根本的化学原理，包括溶液理论、气体定律、物质结构、元素周期律、化学反应热力学、化学反应动力学。典型金属、典型非金属、过渡元素、稀有气体以及有关的化合物知识。无机化学、有机化学、核化学、生物化学、环境化学、地球化学、化学分析、化学合成。化学与社会、化学科学新进展、化学的未来发展方向。包括化学在日常生活与生产中的重大应用以及与当前社会发展与生活密切关联的问题。
培养、发展学生的科学能力
在化学教学过程中，科学素质教育的第二个方面应该强调培养、发展学生的科学能力。科学能力应是科学素质教育的核心。因为，从社会的生存和进步来看，这种能力的重要性远远超过对具体科学概念的掌握，不论这些概念有多么重要。科学能力应是获取科学知识和探索科学新知识的能力，自然科学方法论是培养学生科学能力的依据，科学能力的形成过程是在科学知识的教与学的过程中形成的，教师采用各种不同的教学方式和手段组织学生学习各种科学知识，训练学生的科学能力。
科学能力是一个属于能力范畴的概念，其包括的内容比较广泛，如有观察、思维、想象、实际操作和创造能力等，但在中学化学教学中应着重注意以下五个方面的能力培养。（1）实验能力
观察与实验能力是科学能力的基本要素，是一种全面的综合能力，包含相当高的独立探索能力和创造性。在实际教学过程中，可把培养学生的实验能力具体化为以下几个方面：按一定的认知目的安排观察或实验的活动；让学生独立地完成观察与实验；使学生学会如何记录、分析、观察和实验所得的资料及数据，导出正确合理的结论并进行报告。（2）思维能力
思维是智力的核心。思维能力包含的范围很广，化学学科知识的特点非常有利于培养学生分析、综合、抽象概括的能力，也非常有利于培养他们对事物进行对比、类比、逻辑推理的能力。在化学教学过程中，应注意利用有关化学知识的特点，进行相关的思维能力的培养。例如，进行碱金属族元素教学时，利用该族元素具有相同核外电子数的特点，在已知钠元素的性质后，可以演绎推理出其他元素的性质，培养学生演绎思维能力。同时，利用它们具有不同的电子层数，又可以进行各元素性质的对比，找出它们性质的异同点，培养学生的对比能力和分析能力等。（3）自学能力
自学能力是一种较高要求的科学能力，是建立在观察、理解、思维、记忆等能力基础上的一种比较综合的独立学习的能力，它是多方面能力的综合。使学生具有自学能力，能独立地获得和探求新知识，这是教育的最终目标之一。在化学教学中培养学生自学能力，可以具体化为以下两个方面：重视学生阅读能力的培养，教给学生掌握科学的阅读方法；着重对学生进行学习方法训练。（4）理解能力
理解能力能反映学生科学能力好坏的一个重要方面是学生学习、消化知识，不断扩大知识范围和增大知识深度，以及提高自学能力所必不可少的能力。在中学化学的教学实际中，培养学生的理解能力，应帮助学生和要求学生在学习化学知识时能做到：掌握所学化学概念和规律产生的背景或实验条件和现象；掌握所学化学概念和规律的确切含义，会分析物质发生变化时的原因；掌握所学的化学知识和其他化学知识的联系、区别；掌握所学的化学概念和规律的成立条件和应用范围，且会依据对基本概念和规律的解释做出正确的推断。（5）创造能力
培养学生创造力也是教育的主要目标之一，未来社会需要更多的创造型人才。人人都具有创造能力，只是程度高低不同而已，创造能力能通过教育和训练予以提高。创造性的思维能力是创造能力的核心，在化学教学中，培养创造性思维能力应注意以下几个方面：在教学实践中，应该有意识地使用创造教育的教学模式，组织学生进行学习活动，从而培养创造性的思维能力。
注意创造性思维的发散性特点，培养学生善于对已知事物进行怀疑和再思考，能够打破习惯性思路，提出几种另外的解决问题的办法；注意联想能力的培养。由于化学学科知识的特点，有利于培养学生类似联想、对比联想、因果联想等能力；注意利用课外活动培养学生的创造能力，在丰富多彩的兴趣小组活动中，让他们有机会充分施展才能和创造性。
教给学生科学方法
科学方法是人们在科学研究中所遵循的途径和所运用的各种方式及手段的总称。掌握科学方法无论从学习知识的角度或者从发展能力的角度来看都是非常重要的。在中学阶段，要求学生掌握科学方法是有一定难度，但教给学生普通的自然科学方法是很有必要的。在化学教学过程中，通过采用下列程序来训练学生的科学方法：
搜集有关资料、文献和数据；观察，实验，条件控制，测定，记录；分析、研究和处理有关资料、文献和数据，资料和数据的处理，分类；得出规律性结论，科学抽象，发现规律，模型化，提出假设，验证假说。
促使学生逐渐形成科学意识
科学意识包括两重意义，一是辩证唯物主义的世界观，自然科学观。二是在日常生活中，遇到实际问题，要有科学意识的进行对待、处理或解决。
辩证唯物主义的内涵丰富，在化学教学过程中，不要求学生系统掌握辩证唯物主义的原理，但学生在学习化学知识时，可以促使学生形成很多唯物主义的观点，这是化学科学作为一门自然科学具有的特点。例如，可以促使学生逐渐树立起物质第一性的观点，树立起尊重事实的观点，树立相信科学、反对迷信的观点，树立为科学而不断探索、不断奋斗的观点等。
促使学生形成化学科学意识，这也是化学素质教学的一个应重点加强的方面。我们的教育最起码应做到：一个受过中学化学教育的学生，在日常生活中，遇到化学问题时，不要求他们能说出问题的原因，但应具有知道这是化学现象的化学科学意识。就好比说，一个公民走在大街上，看到汽车后面排出尾气，他应该意识到这些气体会污染空气。
要促进学生形成化学科学意识，最主要的手段应该是让学生参与实践，理论联系实际。可以采取活动课的形式，让学生亲身经历周围环境中存在的化学问题，让学生形成化学能给人类带来利益的观点。同时也应告诉学生，如果不合理地利用科技成果也会给人类的生存环境及社会生活带来消极影响。
培养良好的科学品质
科学品质是一种非智力因素，它主要包括兴趣、情感、意志、作风、态度等方面。因为这些品质具有强化学习过程的驱动力的作用，又对学生学习科学具有控制调节的反作用。所以，我们把这些品质称为科学品质。
良好的科学品质能使人们乐于参与科学的学习与实践活动并从中得到乐趣和满足，能使人们有坚强的意志，表现出高度的自觉性、顽强性和自制性，能坚持实事求是的作风，谦虚谨慎、勤奋努力。在学习化学教学中，通过多种生动活泼、丰富多彩的科技活动，逐渐培养学生的良好品质，对发展学生科学素质有重要意义。
5.生物教学中的科学素质教育
科学素质有高低两个层面的表现形式：比较大众的是指能够合理地将所学的科学知识运用到社会及个人生活中；较高层面的就是有科学的世界观和科学态度，并能敏锐洞悉科学发展方向，做出有依据的预言加以研究，站在科学的前沿。能具有最高科学素质的人就是“科学家”了，而产生“科学家”的“土壤”就是大批的有科学素养的群体。当然，要成为科学家还要有其他一些必备的能力素质，这里不作重点论述。而其中重要的基本信念和态度。
科学素养，却是现代人基本素质中不可缺少的重要组成部分。作为一名普通的生物学教学工作者，可以利用生物学自身的优势资源作为培养学生科学素质的材料和平台。多年来我一直在这方面实践探索着，试图找到适合自身的有力于培养学生科学素质的方法和途径。
科学素质的形成是需要通过学习才能产生的。但不是所有的学习方式都能有利于科学素质的积淀。选择有利于科学素质形成的学习方式，就是现代教育的发展趋势和改革方向。尤其在基础教育中，怎样发挥学生的主观积极性，让学生的好奇心变成自觉的科学好奇和科学探究方法，变成主动的学习以及发现问题解决问题的欲望；这样一个循序渐进的过程，就是我们要培养和教给学生的一种学习方式。
合理利用学生的好奇心，培养科学的求知欲
在生物教学活动过程中，绝大部分学生从一开始就有强烈的好奇心和兴趣。但是，的课堂教学不能完全满足学生的这种求知欲望，或者说不能较顺利的将好奇保持下去，更不用说能帮助学生主动学习、探求生物科学的研究方法和研究规律。科学是在不停的变化发展的，掌握书本知识重要，但学习探究知识的规律和发展方向，利用已知的学识去发现问题解决问题，习惯用科学的思维方式更重要。课堂中利用媒体和网络资源，将《动物世界》、》《走近科学》、《探索发现》《绿色空间》DISCOVERY等节目引入到课堂教学中，增强学生对科学技术的兴趣和爱好。
利用生物实验课使学生具备初步的操作能力
操作是一种技能，操作强调动手，行为心理学告诉我们，一种技能需要足够的刺激—反应才能形成，要让学生多动手，从操作的角度培养学生的科学技能。
例如在实验中，让学生到市场去采集实验材料并进行初加工，再回到实验室按实验步骤操作；当通过艰辛和严谨的科学实验操作后，学生看到了预期的实验结果。对科学探究的基本方法、程序有了具体认识，掌握了一定的实验操作技能。
开展内容、形式丰富多彩的生物科技活动
实践能力主要指学生能够对所收集的有关生物科学的信息进行分析、整理，得出合理结论；能够用文字、图表、生物学术语进行表达，并自觉与他人交流、合作，共享资源，共同发展；具有自主学习能力，通过多种途径，获取生物学鲜活的事实、数据和基础理论知识；具有科学观察和科学实验的一般方法及操作技术，能够按照实验的目的要求，科学地进行观察、操作、记录、分析、报告实验现象和实验结果，学会结合社会生活实际设计和完成简单生物学实验；具有科学探究的一般方法，能够从自然环境、社会生产和生活中提出问题、做出假设、进行论证，分析和解决问题；具有综合应用知识分析问题和解决问题的能力等。开展生物科技活动是培养实践能力的最佳途径；生物课外活动是利用学生的课余时间开展的生物课堂教学以外的有关植物、动物、微生物、生理、生态、环境保护等方面的科技活动。其形式包括观察、饲养、科学小实验、科技小制作、生态调查等；在教师指导下经综合分析上升为调查报告、科技小论文的创作活动。
以观察、调查活动、文献研究、实验、技术设计为主要类型的生物探究活动的实施能有效发展学生的思维能力，为提高学生的实践能力提供了很好的实践途径，有利于创新精神的培养；对我们探索培养学生实践能力提高科学素质起到了促进作用。
创新精神是创新意识、创造性个性品质、创造性人格的整合。创新意识是指勤于思考，有创新的欲望和动机。创造性个性与一般的个性不同。一般的个性指的是一个人的心理特征或行为方式的综合。而创造性个性是指与一个人的创造性活动关系最密切，或相关性最高的个性因素，包括好奇心、想象力、挑战性、冒险性。创造性个性品质是进行创新的基础，是创新活动成功的关键。创造性人格是指善于发现问题，追求新异，悦纳新知，勇于战胜困难的自主独立的人格意识。实践能力主要包括与时俱进的获取信息能力，敏锐的观察能力和动手操作技能，运用网络能力，对创新成果的表达、物化能力。创新精神是创新实践的“动力件”，实践能力是创新精神的“运作件”。在具体科学探究活动我们总结出以下操作模式，旨在寻求促进未成年人科学素质提高的新途径。
总之，科学教育资源无处不在。多年来的教学实践中，通过改变课堂教学模式及组织和指导学生开展各种生物科技活动，积极整合了课内外生物科学资源。转变了教育思想，改变了以往以传授更多知识为目标的教学旧观念，建立了以培养学生创新精神和实践能力为最终目标的现代教育观；提高了生物学教学质量。逐步形成了以学生为主体，以主动参与和自主探究为基本学习方式的新型教学模式。
让学生通过实践、感知、概括、应用的思维过程去发现真理，把科学思想和科学方法渗透的到活动之中，使学生在活动过程中，学会并运用科学的方法解决问题；将有助于未成年人科学素养的培养和提高。
6.生物课外活动中的科学素质教育
人的素质包括思想道德素质、文化科学素质、身体心理素质、劳动技能素质等方面，而科学素质是文化科学素质的重要组成部分，其包括科学观点、科学态度、科学思维、科学方法、科学精神等。对学生进行科学素质教育是素质教育的基本要求之一，科学素质也是人们认识事物、进行社会实践活动应具备的素质。生物学作为一门基础自然科学，又是二十一世纪的领先科学，在培养学生的科学素质方面，具有十分重要的地位。因此，生物教学中既要教给学生生物知识和技能，又要重视培养学生的科学素质。
利用实践活动和实地考察
生物学是一门自然科学，其中渗透了大量的辩证唯物主义思想及其科学的世界观和方法论，例如：关于生物起源和生物进化的研究，就科学地阐明了物质第一性和事物发展变化的基本原理，从根本上否定了神创论和孤立静止的唯心主义思想；生物与环境、同化与异化、遗传与变异等关系，又深刻地揭示了矛盾的普遍性与特殊性、同一性与斗争性、相互联系、对立统一等哲学原理；少年儿童生长发育的基本规律、细胞的生长和分裂、种子的萌发、物种的形成与进化等规律，体现了事物发展的连续性与阶段性、前进性与曲折性、量变与质变、内因与外因等辩证关系；动植物的形态解剖和分类方面的知识，包含了共性与个性、主要与次要、稳定与发展等关系问题。这些科学思想和观点，对于学生认识世界、进行社会实践活动，具有十分重要的意义。
教师要善于挖掘素材，指导学生用辩证唯物主义的世界观和方法论去分析问题、解决问题，学会用科学的观点和方法来观察事物、思考问题，从平凡中见真理。可利用实践活动和野外实地考察等形式加以正面引导，使学生掌握这些科学思想和观点，把这些科学思想和观点渗透到具体的活动内容中去。如：在组织学生野外植物考察过程中，引导学生对叶序的认真观察，可发现叶在茎干上的排列，无论是互生、对生还是轮生，它们自上而下都互不遮挡，形成镶嵌式的排列，这样可以使每一张叶子都接受足够的阳光，这种天然形成的叶镶嵌的合理性充分体现了自然界中真善美的和谐统一，使学生得到科学审美观的教育；组织学生到池塘观察青蛙的发育过程时，引导学生形成生物进化发展的观点。
总之，教师在组织学生观察、活动过程中要善于适时的引导，把相关的哲学理论运用到具体的生物学知识中，并用自己的情趣去感化陶冶学生，使他们从中受到教育和启示，逐渐形成科学的观点。
课外实验培养科学态度
生物学的研究范围很广，与人类的关系也非常密切。在生物课外实验中，要善于联系社会生产、生活实际，对学生进行各方面的心理品质教育，特别是要培养学生积极的科学态度，激发学生热爱科学、追求真理、刻苦钻研、勇于探索的精神。首先，教师要以身作则，对工作尽职尽责，严谨治学。
培养学生严谨的科学态度，一丝不苟的科学作风，要经常鼓励学生勇于面对困难。如：组织学生在课余时间在校内、外搞无土栽培试验；嫁接试验；培养草履虫；采集和饲养水螅和蚯蚓；盆景栽培；收集锯木厂的木屑进行代料栽培香菇等试验。在教师指导下有目的、有计划、有组织地开展，让学生独立思考，主动探究，亲身实践，动手操作。学生在这里将理论知识与生产实际、生活实践进行有机结合，充分认识到实验、观察和科学的思维是相辅相成的，从中使得学生懂得成功是要通过无数次的失败才能获得的，有严谨求实的科学态度、百折不挠的科学精神才能最终尝到成功的喜悦。
培养学生的科学思维
在生物活动课中开展丰富有趣的讨论会、辩论会，既可活跃学生的思维，又可调动学生对生物学的兴趣和激发学生对生物科学探索的热情。如组织学生对学校附近环境进行实地考察后，就环保问题开个讨论会并进行分析评价，提出环保建议；还可针对一些热点问题开个小型辩论会，如现在农村正搞“三高”农业，大力发动农民开山种果，就这一实例开个以“开山种果利大于弊还是弊大于利”为主题的辩论会。另还定期开展“生物知识知多少？”的知识竞赛。这样，学生的科学思维便可得到有效的训练。
培养学生的科学方法
生物科的认识活动方式与其它学科相比，既有相同点，又有不同点。首先，生物是一门以实验为基础的自然科学，生命现象及其规律必须通过实验观察加以证实，因此，实验观察是生物学认识活动的主要方式；其次，生物学是一门形象、具体的科学，具有较强的直观性、形象性和描述性，它不需要很多的推导、演算，也没有多少抽象的数字、符号和公式，而需要更多的观察、实验、论证和表述，因此，在学习生物时，要求学生具有较强的观察能力、形象思维能力和丰富的想象力；此外，从思维过程来看，学习生物，需要运用分类、比较、联系、归纳、系统化、具体化等科学方法，对学习材料进行加工。这些科学方法对学生将来从事社会实践活动都是非常重要的。在生物课外活动中，要针对不同的内容采取不同的思维加工方式，要特别注意引导学生的思路，指导学生认识活动的方法，使学生在掌握知识的同时，学会分析问题、解决问题的方法。引导学生通过自己深入调查研究、实践总结，写出小论文或调查报告，可以使学生逐渐掌握一些生物的科学研究方法。
利用课外活动开设选修课和举办专题讲座，向学生介绍生物学的新技术与新成就、基因工程与人类的未来、环境与人类的未来、种养技术、仿生学的成就等，观看科技成果展览、参观访问等，可以使学生获得大量课堂上难于接触的科技知识信息。然后是创造条件让学生所学知识能在课外活动中得以应用。如：带学生对校园植物或附近树林、草地、沼泽、池塘、农田进行实地调查考察后，写出调查报告。另可依学生的水平，布置一些课题或让学生自己选题，撰写小论文。
如：“为什么有的黄瓜吃起来很苦？”“本地药用植物的调查”“本地药用昆虫调查”等。使学生在轻松愉快的氛围中增长知识，掌握一些生物科学的研究方法。让学生明确：“在研究实验和观察时，要力求不停留在事实的表面，切勿变成事实的保管人，要洞悉事实的底蕴，要坚持不懈地寻求那些支配事实的规律。”这样既有利于掌握生物知识，又可使学生从中掌握一些生物的研究方法。
采用有效的评价机制
科学创新精神是科学素质中的核心内容。生物世界丰富多彩，奥妙无穷，生物教学不仅要教给学生书本知识，更要注重激发学生的探究意识，教给学生主动探索自然的方法，培养学生的创新能力，将来才能成为创造型、实用型人才。在课外活动中，各式各样、生动活泼的评价形式是推动生物课外活动课健康开展的重要措施，也是培养学生科学创新精神的有效途径。
如可通过组织各种小发明、小创造比赛活动，使学生深入大自然、深入社会生活，进行积极的探索和创新；又如搞自我报告、角色表演、办小报、成果展示、论文评比等；每学期评选出一些优秀的调查报告、小论文，向有关报刊推荐或参加上级部门举办的比赛，把学生的成果存档并表彰。这些有意义的评价机制使生物课外活动课的开展进入良性发展轨道，从而也激发的学生不屈不挠，不甘落后，进取创新的科学精神。
总之，科学素质教育于生物课外活动中，对教育教学改革的意义是十分深远的。
第二章 学生的科学素质教育与升级故事推荐
1.依撒克·牛顿的故事
依撒克·牛顿（1642～1727年）是有史以来最伟大的天才之一。在数学上，他发明了微积分，在天文学上，他发现了万有引力定律；在物理学中，他系统总结了三大运动定律；在光学中，他发现了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜。一个人享有这里的任何一项成就，就足以名垂千古，而牛顿一个人作出了所有这些贡献。
牛顿生于1642年，是个遗腹子。年少时，他性情孤僻，上小学时，成绩也十分平常；12岁进中学，由于寄宿在一位药剂师家里而学会了做化学实验。
1661年，牛顿进入剑桥三一学院。他阅读了大量书籍，基本上掌握了当时的全部数学和光学知识。1665年初大学毕业，由于伦敦正闹瘟疫，他回到他母亲的农场里，度过了两年。这两年是牛顿创造发明最为旺盛的时期。他发明了二项式定理和微分运算，研究了颜色理论和积分运算，并继续思考动力学和引力问题。
1667年，牛顿回到剑桥。1669年，27岁的牛顿当上了剑桥大学的卢卡斯数学教授。1678年，因在光学问题上与胡克争论，牛顿深受刺激，性格内向的他不再发表文章，光学问题也被搁置一边，转而思考天文学问题。1679年，胡克主动与牛顿通信讨论引力问题，这也促使牛顿重新研究早年的课题。
1684年1月，胡克向当时的皇家学会主席雷恩和天文学家哈雷声称，自己已经发现了天体在与距离平方成反比的力作用下的轨道的运行规律，但他给不出数学证明。雷恩决定悬赏征解。哈雷8月份专程去剑桥，请教牛顿。牛顿于是在11月写出了《论运动》手稿。
向心力与半径的平方成反比，牛顿早就得出了这一结论。到了17世纪80年代，胡克、雷恩和哈雷也都独自发现了这一关系。
但他们都没能证明其逆命题在平方反比于距离的力的作用下，行星必作椭圆运动。只有牛顿给出了这一数学证明。
然而，即使确认了椭圆轨道与平方反比作用力之间的这种互推关系，也并不等于发现了万有引力。万有引力的关键在“万有”，它是一种普遍存在的力。首先，人们必须证明支配行星运动的那个力与地面物体的重力是同一种类型的力。牛顿最先想到这一点，著名的苹果落地的故事说的就是这段历史。
17世纪60年代就已萌发的思想，为何直到80年代才重提？事实上，牛顿面临的一个主要困难是，他不能肯定是否应该由地心开始计算月地距离，因为这牵涉到地球对月亮的引力是否正像它的全部质量都集中在中心点上那样。
1685年初，情况出现了转机，牛顿运用微积分证明了地球吸引外部物体时，恰像全部的质量集中在球心一样。在哈雷的鼓励下，牛顿全力投入写作一本著作。花了不到18个月的时间，科学史上最伟大的一部著作——《数学原理》，于1686年完成，并于1687年以拉丁文初版问世。《数学原理》共分三篇。极为重要的导论部分，包括“定义和注释”、“运动的基本定理或定律”。定义分别是：“物质的量”、“运动的量”、“固有的力”、“外加的力”以及“向心力”，注释中给出了绝对时间、绝对空间、绝对运动和绝对静止的概念。在“运动的基本定理或定律”部分，牛顿给出了著名的运动三定律，以及力的合成和分解法则、运动迭加性原理、动量守恒原理、伽利略相对性原理等。这一部分是牛顿对前人工作的一种空前的系统化，也是牛顿力学的概念框架。《数学原理》的出版立即使牛顿声名大振。它开辟了一个全新的宇宙体系。正是从这里，人们获得了用理性来解决面临的所有问题的自信。《数学原理》出版后，牛顿不再考虑力学问题。1689年，牛顿当选为国会议员。1690年，他开始研究《圣经》。1695年，他被任命为造币厂督办，1699年被任命为造币厂厂长。1701年，牛顿辞去教职。1703年，他当选为皇家学会主席，以后每年连任。1727年，牛顿去世。“如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”“我不知道世人怎么看，但在我自己看来，我只不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为比别人找到一块更光滑、更美丽的卵石和贝壳而感到高兴，而在我面前的真理的海洋，却完全是个谜。”从牛顿的名言中，可以窥见他博大深邃的精神境界。
2.雅格布·伯努利的故事
世界著名的大数学家欧拉与伯努利家族关系很好。伯努利家族在世界家族史上创了一项纪录：数学世家。
在数学与物理数学领域中，伯努利随处可见，比如说伯努利数列、伯努利—莱布尼茨诡论、伯努利方程。
数学史上，有一个历经2000多年才被解决的难题，此题形式简单：求自然数1，2，3，一直到几的任意次方（自然数次方）之和。kkkk写成公式就是求S1+2+3+……+n,K为自然数。k
当K=1时，公元前6世纪的毕达哥拉斯学派求出了答案，即S=1+2+3+……+n，可得S=1/2（n+1）。后来，公元前200多年的阿11基米德求出S=2/6（n+1）（2n+1）。公元1世纪的尼扣马克求出了S，23但S直到1000年后才由公元11世纪时的阿拉伯数学家解出。4
对于任意自然数K，彻底解决了这个问题的是17世纪的雅格布·伯努利。
雅格布·伯努利1655年出生，是伯努利家族的后裔。这个家族近一半人天资聪明，他们几乎都是杰出的学者、教授、政治家和艺术家等等。这个家族在发展微积分理论上，起着突出的作用。他们为近代数学的发展做出了家族贡献。
伯努利家族祖居荷兰，他们信奉新教。因此受到天主教会的迫害。1583年，为了逃避天主教徒的大屠杀和残酷迫害，伯努利家族迁居到瑞士，在著名的巴塞尔城住下来。刚搬到巴塞尔，便与当地一位富商联上姻亲，始祖尼古拉·伯努利与富商的女儿结了婚，后来便成了统治整个巴塞尔缄商人贵族集团的重要成员之一。
雅格布·伯努利是迁至巴塞尔的家族第二代人。他的两个弟弟是尼古拉第一和约翰第一。他们三人在微积分上贡献非凡，享有盛誉。
17世纪末，雅格布·伯努利发展了莱布尼茨的微积分学，创立了变分法，提出并解决了部分等周问题和切线问题。
据不完全统计，伯努利家族祖孙四、五代12人中，至少有10名数学家。
雅格布·伯努利还提出中等数学中有名的题目，若一个等差数列前两项为正月，互不相同，而这两项与一个等比数列的前两项相同，则这个等差数列所有以后各项都小于相应的等比数列的各项。
雅格布·伯努利又叫雅格布第一。他自幼聪明勤奋，自学了笛卡尔的著作，后来结识了莱布尼茨、惠更斯等著名数学家。
伯努利家族的数学家从雅格布开始，大都担任巴塞尔大学的数学教授。
1686年，雅格布成为伯努利家族第一位巴塞尔大学教授。他详细彻底地研究了悬链线问题。
雅格布·伯努利证明，给定长度的绳子，如果两头悬挂它，悬链线的重心最低。现在的悬桥和高压输电线应用原理由此而来。
雅格布第一的墓志铭上镌刻着一反一正两条对数螺线，这是他晚年的发现。对数螺线无论是放大还是缩小，只要它的位置有所改变，
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]