第一篇：生物科學(xué)論文

生物技術(shù)

現(xiàn)代生物技術(shù)一般包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程。

基因工程

基因工程是指在基因水平上，按照人類的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后按設(shè)計(jì)方案創(chuàng)建出具有某種新的性狀的生物新品系，并能使之穩(wěn)定地遺傳給后代?；蚬こ滩捎门c工程設(shè)計(jì)十分類似的方法，明顯地既具有理學(xué)的特點(diǎn)，同時(shí)也具有工程學(xué)的特點(diǎn)。

生物學(xué)家在了解遺傳密碼是RNA轉(zhuǎn)錄表達(dá)以后，還想從分子的水平去干預(yù)生物的遺傳。1973年，美國(guó)斯坦福大學(xué)的科恩教授，把兩種質(zhì)粒上不同的抗藥基因“裁剪”下來，“拼接”在同一個(gè)質(zhì)粒中。當(dāng)這種雜合質(zhì)粒進(jìn)入大腸桿菌后，這種大腸桿菌就能抵抗兩種藥物，且其后代都具有雙重抗菌性，科恩的重組實(shí)驗(yàn)拉開了基因工程的大幕。

DNA重組技術(shù)是基因工程的核心技術(shù)。重組，顧名思義，就是重新組合，即利用供體生物的遺傳物質(zhì)，或人工合成的基因，經(jīng)過體外切割后與適當(dāng)?shù)妮d體連接起來，形成重組DNA分子，然后將重組DNA分子導(dǎo)入到受體細(xì)胞或受體生物構(gòu)建轉(zhuǎn)基因生物，該種生物就可以按人類事先設(shè)計(jì)好的藍(lán)圖表現(xiàn)出另外一種生物的某種性狀。

1、DNA重組技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)

（1）目的基因

基因工程是一種有預(yù)期目的的創(chuàng)造性工作，它的原料就是目的基因。所謂目的基因，是指通過人工方法獲得的符合設(shè)計(jì)者要求的DNA片段，在適當(dāng)條件下，目的基因?qū)?huì)以蛋白質(zhì)的形式表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者改造生物性狀的目標(biāo)。

（2）載體

目的基因一般都不能直接進(jìn)入另一種生物細(xì)胞，它需要與特定的載體結(jié)合,才能安全地進(jìn)入到受體細(xì)胞中。目前常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和病毒。

質(zhì)粒是在大多數(shù)細(xì)菌和某些真核生物的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的一種環(huán)狀DNA分子，它位于細(xì)胞質(zhì)中。許多質(zhì)粒含有在某種環(huán)境下可能是必不可少的基因。圖4-25是不同構(gòu)型的質(zhì)粒。

噬菌體是專門感染細(xì)菌的一類病毒，由蛋白質(zhì)外殼和中心的核酸組成。在感染細(xì)菌時(shí)，噬菌體把DNA注入到細(xì)菌里，以此DNA為模板，復(fù)制DNA分子，并合成蛋白質(zhì)，最后組裝成新的噬菌體。當(dāng)細(xì)菌死亡破裂后，大量的噬菌體被釋放出來，去感染下一個(gè)目標(biāo)。圖4-26，噬菌體侵染細(xì)菌的過程。

質(zhì)粒、噬菌體和病毒的相似之處在于，它們都能把自己的DNA分子注入到宿主細(xì)胞中并保持DNA分子的完整，因而，它們成為運(yùn)載目的基因的合適載體。因此，基因工程中的載體實(shí)質(zhì)上是一些特殊的DNA分子。

（3）工具酶

基因工程需要有一套工具，以便從生物體中分離目的基因，然后選擇適合的載體，將目的基因與載體連接起來。DNA分子很小，其直徑只有20埃（10-10米），基因工程實(shí)際上是一種“超級(jí)顯微工程”，對(duì)DNA的切割、縫合與轉(zhuǎn)運(yùn)，必須有特殊的工具。

1968年，科學(xué)家第一次從大腸桿菌中提取出了限制性內(nèi)切酶。限制性內(nèi)切酶最大的特點(diǎn)是專一性強(qiáng)，能夠在DNA上識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定切點(diǎn)上切割DNA分子。70年代以來，人們已經(jīng)分離提取了400多種限制性內(nèi)切酶。有了它，人們就可以隨心所欲地進(jìn)行DNA分子長(zhǎng)鏈切割了。表4-3是一些限制性內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)

1976年，5個(gè)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)發(fā)現(xiàn)并提取出一種酶，作DNA連接酶。從此，DNA連接酶就成了 “粘合”基因的“分子粘合劑”。

1、DNA重組技術(shù)的一般操作步驟

一個(gè)典型的DNA重組包括五個(gè)步驟：

（1）目的基因的獲取

目前，獲取目的基因的方法主要有三種：反向轉(zhuǎn)錄法、從細(xì)胞基因組直接分離法和人工合成法。

反向轉(zhuǎn)錄法是利用mRNA反轉(zhuǎn)錄獲得目的基因的方法?，F(xiàn)在用這種方法人們已先后合成了家兔、鴨和人的珠蛋白基因、羽毛角蛋白基因等。

從細(xì)胞基因組中直接分離目的基因常用“鳥槍法”，因?yàn)檫@種方法猶如用散彈打鳥,所以又稱“散彈槍法”。用“鳥槍法”分離目的基因，具有簡(jiǎn)單、方便和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。許多病毒和原核生物、一些真核生物的基因，都用這種方法獲得了成功的分離。

化學(xué)合成目的基因是20世紀(jì)70年代以來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。應(yīng)用化學(xué)合成法，可在短時(shí)間內(nèi)合成目的基因?？茖W(xué)家們已相繼合成了人的生長(zhǎng)激素釋放抑制素、胰島素、干擾素等蛋白質(zhì)的編碼基因。

（2）DNA分子的體外重組

體外重組是把載體與目的基因進(jìn)行連接。例如，以質(zhì)粒作為載體時(shí)，首先要選擇出合適的限制性內(nèi)切酶，對(duì)目的基因和載體進(jìn)行切割，再以DNA連接酶使切口兩端的脫氧核苷酸連接，于是目的基因被鑲嵌進(jìn)質(zhì)粒DNA，重組形成了一個(gè)新的環(huán)狀DNA分子（雜種DNA分子）（圖4-27）。

（3）DNA重組體的導(dǎo)入

把目的基因裝在載體上后，就需要把它引入到受體細(xì)胞中。導(dǎo)入的方式有多種，主要包括轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、顯微注射、微粒轟擊和電擊穿孔等方式。轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)主要適用于細(xì)菌一類的原核生物細(xì)胞和酵母這樣的低等真核生物細(xì)胞，其他方式主要應(yīng)用于高等動(dòng)植物的細(xì)胞。

（4）受體細(xì)胞的篩選

由于DNA重組體的轉(zhuǎn)化成功率不是太高，因而，需要在眾多的細(xì)胞中把成功轉(zhuǎn)入DNA重組體的細(xì)胞挑選出來。應(yīng)事先找到特定的標(biāo)志，證明導(dǎo)入是否成功。

例如，我們常用抗生素來證明證明導(dǎo)入的成功。（圖4-28）

（5）基因表達(dá)

目的基因在成功導(dǎo)入受體細(xì)胞后，它所攜帶的遺傳信息必須要通過合成新的蛋白質(zhì)才能表現(xiàn)出來，從而改變受體細(xì)胞的遺傳性狀。目的基因在受體細(xì)胞中要表達(dá)，需要滿足一些條件。例如，目的基因是利用受體細(xì)胞的核糖體來合成蛋白質(zhì)，因此目的基因上必須含有能啟動(dòng)受體細(xì)胞核糖體工作的功能片段。

這五個(gè)步驟代表了基因工程的一般操作流程。（圖4-29）

人們掌握基因工程技術(shù)的時(shí)間并不長(zhǎng)，但已經(jīng)獲得了許多具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的成果，基因工程作為現(xiàn)代生物技術(shù)的核心，將在社會(huì)生產(chǎn)和實(shí)踐中發(fā)揮越來越重要的作用。

（三）細(xì)胞工程

關(guān)于細(xì)胞工程的定義和范圍還沒有一個(gè)統(tǒng)一的說法，一般認(rèn)為，細(xì)胞工程是根據(jù)細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)原理，采用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，在細(xì)胞水平進(jìn)行的遺傳操作。細(xì)胞工程大體可分染色體工程、細(xì)胞質(zhì)工程和細(xì)胞融合工程。

1、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)

細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是細(xì)胞工程的基礎(chǔ)技術(shù)。所謂細(xì)胞培養(yǎng)，就是將生物有機(jī)體的某一部分組織取出一小塊，進(jìn)行培養(yǎng)，使之生長(zhǎng)、分裂的技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)又叫組織培養(yǎng)。近二十年來細(xì)胞生物學(xué)的一些重要理論研究的進(jìn)展，例如細(xì)胞全能性的揭示，細(xì)胞周期及其調(diào)控，癌變機(jī)理與細(xì)胞衰老的研究，基因表達(dá)與調(diào)控等，都是與細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)分不開的。

體外細(xì)胞培養(yǎng)中，供給離開整體的動(dòng)植物細(xì)胞所需營(yíng)養(yǎng)的是培養(yǎng)基，培養(yǎng)基中除了含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，一般還含有刺激細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育的一些微量物質(zhì)。培養(yǎng)基一般有固態(tài)和液態(tài)兩種，它必須經(jīng)滅菌處理后才可使用。此外，溫度、光照、振蕩頻率等也都是影響培養(yǎng)的重要條件。

植物細(xì)胞與組織培養(yǎng)的基本過程包括如下幾個(gè)步驟：

第一步，從健康植株的特定部位或組織，如根、莖、葉、花、果實(shí)、花粉等，選擇用于培養(yǎng)的起始材料（外植體）。

第二步，用一定的化學(xué)藥劑（最常用的有次氯酸鈉、升汞和酒精等）對(duì)外植體表面消毒，建立無菌培養(yǎng)體系。

第三步，形成愈傷組織和器官，由愈傷組織再分化出芽并可進(jìn)一步誘導(dǎo)形成小植株。

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)有兩種方式。一種叫非貼壁培養(yǎng)：也就是細(xì)胞在培養(yǎng)過程中不貼壁，條件較為復(fù)雜，難度也大一些，但是容易同時(shí)獲得大量的培養(yǎng)細(xì)胞。這種方法一般用于淋巴細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和一些轉(zhuǎn)化細(xì)胞的培養(yǎng)。另一種培養(yǎng)方式是貼壁培養(yǎng)：也稱為細(xì)胞貼壁，貼壁后的細(xì)胞呈單層生長(zhǎng)，所以此法又叫單層細(xì)胞培養(yǎng)。大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)必須采用這種方法。

動(dòng)物細(xì)胞不能采用離體培養(yǎng)，以人的皮膚細(xì)胞培養(yǎng)為例，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的主要步驟如下：

第一步，在無菌條件下，從健康動(dòng)物體內(nèi)取出適量組織，剪切成小薄片。

第二步，加入適宜濃度的酶與輔助物質(zhì)進(jìn)行消化作用使細(xì)胞分散。

第三步，將分散的細(xì)胞進(jìn)行洗滌并純化后，以適宜的濃度加在培養(yǎng)基中，37℃下培養(yǎng)，并適時(shí)進(jìn)行傳代。（圖4-31）

在細(xì)胞培養(yǎng)中，我們經(jīng)常使用一個(gè)詞——克隆?？寺∫辉~是由英文clone音譯而來，指無性繁殖以及由無性繁殖而得到的細(xì)胞群體或生物群體。細(xì)胞克隆是指細(xì)胞的一個(gè)無性繁殖系。自然界早已存在天然的克隆，例如，同卵雙胞胎實(shí)際上就是一種克隆。

基因工程中，還有稱為分子克隆(molecular cloning)的，是科恩等在 1973年提出的。分子克隆發(fā)生在DNA分子水平上，是指從一種細(xì)胞中把某種基因提取出來作為外源基因，在體外與載體連接，再將其引入另一受體細(xì)胞自主復(fù)制而得到的DNA分子無性系。

2、細(xì)胞核移植技術(shù)

由于克隆是無性繁殖，所以同一克隆內(nèi)所有成員的遺傳構(gòu)成是完全相同的，這樣有利于忠實(shí)地保持原有品種的優(yōu)良特性。人們開始探索用人工的方法來進(jìn)行高等動(dòng)物克隆。哺乳動(dòng)物克隆的方法主要有胚胎分割和細(xì)胞核移植兩種。其中，細(xì)胞核移植是發(fā)展較晚但富有潛力的一門新技術(shù)。

細(xì)胞核移植技術(shù)屬于細(xì)胞質(zhì)工程。所謂細(xì)胞核移植技術(shù)，是指用機(jī)械的辦法把一個(gè)被稱為“供體細(xì)胞”的細(xì)胞核（含遺傳物質(zhì)）移入另一個(gè)除去了細(xì)胞核被稱為“受體”的細(xì)胞中，然后這一重組細(xì)胞進(jìn)一步發(fā)育、分化。核移植的原理是基于動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核的全能性。

采用細(xì)胞核移植技術(shù)克隆動(dòng)物的設(shè)想，最初由一位德國(guó)胚胎學(xué)家在1938年提出。從1952年起，科學(xué)家們首先采用兩棲類動(dòng)物開展細(xì)胞核移植克隆實(shí)驗(yàn)，先后獲得了蝌蚪和成體蛙。1963年，我國(guó)童第周教授領(lǐng)導(dǎo)的科研組，以金魚等為材料，研究了魚類胚胎細(xì)胞核移植技術(shù)，獲得成功。到1995年為止，在主要的哺乳動(dòng)物中，胚胎細(xì)胞核移植都獲得成功，但成體動(dòng)物已分化細(xì)胞的核移植一直未能取得成功。

1996年，英國(guó)愛丁堡羅斯林研究所，伊恩?維爾穆特研究小組成功地利用細(xì)胞核移植的方法培養(yǎng)出一只克隆羊——多利，這是世界上首次利用成年哺乳動(dòng)物的體細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞核移植而培養(yǎng)出的克隆動(dòng)物。圖4-33克隆羊示意圖。

在核移植中，并不是所有的細(xì)胞都可以作為核供體。作為供體的細(xì)胞有兩種：一種是胚胎細(xì)胞，一種是某些體細(xì)胞。

研究表明，卵細(xì)胞、卵母細(xì)胞和受精卵細(xì)胞都是合適的受體細(xì)胞。

2000年6月，我國(guó)西北農(nóng)林科技大學(xué)利用成年山羊體細(xì)胞克隆出兩只“克隆羊”，這表明我國(guó)科學(xué)家也掌握了哺乳動(dòng)物體細(xì)胞核移植的尖端技術(shù)。

核移植的研究，不僅在探明動(dòng)物細(xì)胞核的全能性、細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)關(guān)系等重要理論問題方面具有重要的科學(xué)價(jià)值，而且在畜牧業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用前景。

3、細(xì)胞融合技術(shù)

細(xì)胞融合技術(shù)屬于細(xì)胞融合工程。細(xì)胞融合技術(shù)是一種新的獲得雜交細(xì)胞以改變細(xì)胞性能的技術(shù)，它是指在離體條件下，利用融合誘導(dǎo)劑，把同種或不同物種的體細(xì)胞人為地融合，形成雜合細(xì)胞的過程。細(xì)胞融合術(shù)是細(xì)胞遺傳學(xué)、細(xì)胞免疫學(xué)、病毒學(xué)、腫瘤學(xué)等研究的一種重要手段

動(dòng)物細(xì)胞融合的主要步驟是：

第一步，獲取親本細(xì)胞。將取樣的組織用胰蛋白酶或機(jī)械方法分離細(xì)胞，分別進(jìn)行貼壁培養(yǎng)或懸浮培養(yǎng)。

第二步，誘導(dǎo)融合。把兩種親本細(xì)胞置于同一培養(yǎng)液中，進(jìn)行細(xì)胞融合。動(dòng)物細(xì)胞的融合過程一般是：兩個(gè)細(xì)胞緊密接觸→細(xì)胞膜合并→細(xì)胞間出現(xiàn)通道或細(xì)胞橋→細(xì)胞橋數(shù)增加擴(kuò)大通道面積→兩細(xì)胞融合為一體。

植物細(xì)胞融合的主要步驟是：

第一步，制備親本原生質(zhì)體。

第二步，誘導(dǎo)融合。

微生物細(xì)胞的融合步驟與植物細(xì)胞融合基本相同。

從20世紀(jì)70年代開始，已經(jīng)有許多種細(xì)胞融合成功，有植物間、動(dòng)物間、動(dòng)植物間甚至人體細(xì)胞與動(dòng)植物間的成功融合的新的雜交植物，如 “西紅柿馬鈴薯”、“擬南芥油菜”和“蘑菇白菜”等。（圖4-36是利用細(xì)胞融合培育雜交植物）從目前的技術(shù)水平來看，人們還不能把許多遠(yuǎn)緣的細(xì)胞融合后培養(yǎng)成雜種個(gè)體，尤其是動(dòng)物細(xì)胞難度更大。

（四）酶工程、發(fā)酵工程與蛋白質(zhì)工程

1、酶工程

酶工程是指利用酶、細(xì)胞或細(xì)胞器等具有的特異催化功能，借助生物反應(yīng)裝置和通過一定的工藝手段生產(chǎn)出人類所需要的產(chǎn)品。它是酶學(xué)理論與化工技術(shù)相結(jié)合而形成的一種新技術(shù)。

酶工程，可以分為兩部分。一部分是如何生產(chǎn)酶，一部分是如何應(yīng)用酶。

酶的生產(chǎn)大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段。最初從動(dòng)物內(nèi)臟中提取酶，隨著酶工程的進(jìn)展，人們利用大量培養(yǎng)微生物來獲取酶，基因基因工程誕生后，通過基因重組來改造產(chǎn)酶的微生物，近些年來，酶工程又出現(xiàn)了一個(gè)新的熱門課題，那就是人工合成新酶，也就是人工酶。

酶在使用中也存在著一些缺點(diǎn)。如遇到高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿時(shí)就會(huì)失去活性，成本高，價(jià)錢貴。實(shí)際應(yīng)用中酶只能使用一次等。利用酶的固定化可以解決這些問題，它被稱為是酶工程的中心。

60年代初，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，許多酶經(jīng)過固定化以后，活性絲毫未減，穩(wěn)定性反而有了提高。這一發(fā)現(xiàn)是酶的推廣應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也是酶工程發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。如今，酶的固定化技術(shù)日新月異。它表現(xiàn)在兩方面：

一是固定的方法。目前固定的方法有四大類：吸附法、共價(jià)鍵合法、交聯(lián)法和包埋法。

二是被固定下來的酶，具有多種酶，能催化一系列的反應(yīng)。

與自然酶相比，固定化酶和固定化細(xì)胞具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：

1.可以做成各種形狀，如顆粒狀、管狀、膜狀，裝在反應(yīng)槽中，便于取出，便于連續(xù)、反復(fù)使用。

2.穩(wěn)定性提高，不易失去活性，使用壽命延長(zhǎng)。

3.便于自動(dòng)化操作，實(shí)現(xiàn)用電腦控制的連續(xù)生產(chǎn)。

如今已有數(shù)十個(gè)國(guó)家采用固定化酶和固定化細(xì)胞進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品包括酒精、啤酒、各種氨基酸、各種有機(jī)酸以及藥品等等。

2、發(fā)酵工程

現(xiàn)代的發(fā)酵工程。又叫微生物工程，指采用現(xiàn)代生物工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定的功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程。

發(fā)酵是微生物特有的作用，幾千年前就已被人類認(rèn)識(shí)并且用來制造酒、面包等食品。20世紀(jì)20年代主要是以酒精發(fā)酵、甘油發(fā)酵和丙醇發(fā)酵等為主。20世紀(jì)40年代中期美國(guó)抗菌素工業(yè)興起，大規(guī)模生產(chǎn)青霉素以及日本谷氨酸鹽(味精)發(fā)酵成功，大大推動(dòng)了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展。

20世紀(jì)70年代，基因重組技術(shù)、細(xì)胞融合等生物工程技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)酵工業(yè)進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)酵工程的階段。不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長(zhǎng)激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產(chǎn)天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料，在化學(xué)工業(yè)上生產(chǎn)氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和單細(xì)胞蛋白等。

從廣義上講，發(fā)酵工程由三部分組成：上游工程，發(fā)酵工程和下游工程。其中上游工程包括優(yōu)良種株的選育，最適發(fā)酵條件（pH、溫度、溶解氧和營(yíng)養(yǎng)組成）的確定，營(yíng)養(yǎng)物的準(zhǔn)備等。發(fā)酵工程主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)。

發(fā)酵工程的步驟一般包括：

第一步，菌種的選育。

第二步，培養(yǎng)基的制備和滅菌。

第三步，擴(kuò)大培養(yǎng)和接種。

第四步，發(fā)酵過程。

第五步，分離提純。

發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、冶金工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

3、蛋白質(zhì)工程

在現(xiàn)代生物技術(shù)中，蛋白質(zhì)工程是在20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)的。蛋白質(zhì)工程是指在深入了解蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，并在掌握基因操作技術(shù)的基礎(chǔ)上，用人工合成生產(chǎn)自然界原來沒有的、具有新的結(jié)構(gòu)與功能的、對(duì)人類生活有用的蛋白質(zhì)分子。

蛋白質(zhì)工程的類型主要有兩種：

一是從頭設(shè)計(jì)，即完全按照人的意志設(shè)計(jì)合成蛋白質(zhì)。從頭設(shè)計(jì)是蛋白質(zhì)工程中最有意義也是最困難的操作類型，目前技術(shù)尚不成熟，已經(jīng)合成的蛋白質(zhì)只是一些很小的短肽。

二是定位突變與局部修飾，即在已有的蛋白質(zhì)基礎(chǔ)上，只進(jìn)行局部的修飾。這種通過造成一個(gè)或幾個(gè)堿基定位突變，以達(dá)到修飾蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)目的的技術(shù)，稱為基因定位突變技術(shù)。

蛋白質(zhì)工程的基本程序是：首先要測(cè)定蛋白質(zhì)中氨基酸的順序，測(cè)定和預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，建立蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)模型，然后提出對(duì)蛋白質(zhì)的加工和改造的設(shè)想，通過基因定位突變和其它方法獲得需要的新蛋白質(zhì)的基因，進(jìn)而進(jìn)行蛋白質(zhì)合成。（圖4-37）

由于蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在技術(shù)方面有很多同基因工程技術(shù)相似的地方，因此蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程。

蛋白質(zhì)工程為改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能找到了新途徑，而且還預(yù)示人類能設(shè)計(jì)和創(chuàng)造自然界不存在的優(yōu)良蛋白質(zhì)的可能性，從而具有潛在的巨大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

生物技術(shù)的應(yīng)用

1、生物技術(shù)在工業(yè)方面的應(yīng)用

食品方面

首先，生物技術(shù)被用來提高生產(chǎn)效率，從而提高食品產(chǎn)量。

其次，生物技術(shù)可以提高食品質(zhì)量。例如，以淀粉為原料采用固定化酶(或含酶菌體)生產(chǎn)高果糖漿來代替蔗糖，這是食糖工業(yè)的一場(chǎng)革命。

第三，生物技術(shù)還用于開拓食品種類。利用生物技術(shù)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白為解決蛋白質(zhì)缺乏問題提供了一條可行之路。目前，全世界單細(xì)胞蛋白的產(chǎn)量已經(jīng)超過3000萬噸，質(zhì)量也有了重大突破，從主要用作飼料發(fā)展到走上人們的餐桌。

材料方面

通過生物技術(shù)構(gòu)建新型生物材料，是現(xiàn)代新材料發(fā)展的重要途徑之一。

首先，生物技術(shù)使一些廢棄的生物材料變廢為寶。例如，利用生物技術(shù)可以從蝦、蟹等甲殼類動(dòng)物的甲殼中獲取甲殼素。甲殼素是制造手術(shù)縫合線的極好材料，它柔軟，可加速傷口愈合，還可被人體吸收而免于拆線。

其次，生物技術(shù)為大規(guī)模生產(chǎn)一些稀缺生物材料提供了可能。例如，蜘蛛絲是一種特殊的蛋白質(zhì)，其強(qiáng)度大，可塑性高，可用于生產(chǎn)防彈背心、降落傘等用品。利用生物技術(shù)可以生產(chǎn)蛛絲蛋白，得到與蜘蛛絲媲美的纖維。

第三，利用生物技術(shù)可開發(fā)出新的材料類型。例如，一些微生物能產(chǎn)出可降解的生物塑料，避免了“白色污染”。

能源方面

生物技術(shù)一方面能提高不可再生能源的開采率，另一方面能開發(fā)更多可再生能源。

首先，生物技術(shù)提高了石油開采的效率。

其次，生物技術(shù)為新能源的利用開辟了道路。

2、生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

現(xiàn)代生物技術(shù)越來越多地運(yùn)用于農(nóng)業(yè)中，使農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)達(dá)到高產(chǎn)、高質(zhì)、高效的目的。

農(nóng)作物和花卉生產(chǎn)

生物技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)作物和花卉生產(chǎn)的目標(biāo)，主要是提高產(chǎn)量、改良品質(zhì)和獲得抗逆植物。

首先，生物技術(shù)既能提高作物產(chǎn)量，還能快速繁殖。

其次，生物技術(shù)既能改良作物品質(zhì)，還能延緩植物的成熟，從而延長(zhǎng)了植物食品的保藏期。

第三，生物技術(shù)在培育抗逆作物中發(fā)揮了重要作用。例如，用基因工程方法培育出的抗蟲害作物，不需施用農(nóng)藥，既提高了種植的經(jīng)濟(jì)效益，又保護(hù)了我們的環(huán)境。我國(guó)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種，1999年已經(jīng)推廣200多萬畝，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

畜禽生產(chǎn)

利用生物技術(shù)以獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的畜禽產(chǎn)品和提高畜禽的抗病能力。

首先，生物技術(shù)不僅能加快畜禽的繁殖和生長(zhǎng)速度，而且能改良畜禽的品質(zhì)，提供優(yōu)質(zhì)的肉、奶、蛋產(chǎn)品。

其次，生物技術(shù)可以培育抗病的畜禽品種，減少飼養(yǎng)業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。如利用轉(zhuǎn)基因的方法，培育抗病動(dòng)物，可以大大減少牲畜瘟疫的發(fā)生，保證牲畜健康，也保證人類健康。

農(nóng)業(yè)新領(lǐng)域

基因工程不僅提高了農(nóng)牧產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)?？蒲腥藛T希望能用食用植物表達(dá)疫苗，人們通過食用這些轉(zhuǎn)基因植物就能達(dá)到接種疫苗的目的。目前已經(jīng)在轉(zhuǎn)基因煙草中表達(dá)出了乙型肝炎疫苗。

利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥用蛋白同樣是目前的研究熱點(diǎn)?？茖W(xué)家已經(jīng)培育出多種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，它們的乳腺能特異性地表達(dá)外源目的基因，因此從它們產(chǎn)的奶中能獲得所需的蛋白質(zhì)藥物，由于這種轉(zhuǎn)基因牛或羊吃的是草，擠出的奶中含有珍貴的藥用蛋白，生產(chǎn)成本低，可以獲得巨額的經(jīng)濟(jì)效益。

3、生物技術(shù)在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

目前，醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域是現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用得最廣泛、成績(jī)最顯著、發(fā)展最迅速、潛力也最大的一個(gè)領(lǐng)域。

疾病預(yù)防

利用疫苗對(duì)人體進(jìn)行主動(dòng)免疫是預(yù)防傳染性疾病的最有效手段之一。注射或口服疫苗可以激活體內(nèi)的免疫系統(tǒng)，產(chǎn)生專門針對(duì)病原體的特異性抗體。

20世紀(jì)70年代以后，人們開始利用基因工程技術(shù)來生產(chǎn)疫苗。基因工程疫苗是將病原體的某種蛋白基因重組到細(xì)菌或真核細(xì)胞內(nèi)，利用細(xì)菌或真核細(xì)胞來大量生產(chǎn)病原體的蛋白，把這種蛋白作為疫苗。例如用基因工程制造乙肝疫苗用于乙型肝炎的預(yù)防。我國(guó)目前生產(chǎn)的基因工程乙肝疫苗，主要采用酵母表達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生疫苗。

疾病診斷

生物技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，提供了新的診斷技術(shù)，特別是單克隆抗體診斷試劑和DNA診斷技術(shù)的應(yīng)用，使許多疾病特別是腫瘤、傳染病在早期就能得到準(zhǔn)確診斷。

圖4-40是單克隆抗體的制備。單克隆抗體以它明顯的優(yōu)越性得到迅速的發(fā)展，全世界研制成功的單克隆抗體有上萬種，主要用于臨床診斷、治療試劑、特異性殺傷腫瘤細(xì)胞等。有的單克隆抗體能與放射性同位素、毒素和化學(xué)藥品聯(lián)結(jié)在一起，用于癌癥治療，它準(zhǔn)確地找到癌變部位，殺死癌細(xì)胞，有 “生物導(dǎo)彈”、“腫瘤克星”之稱。

DNA診斷技術(shù)是利用重組DNA技術(shù)，直接從DNA水平作出人類遺傳性疾病、腫瘤、傳染性疾病等多種疾病的診斷。它具有專一性強(qiáng)、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

疾病治療

生物技術(shù)在疾病治療方面主要包括提供藥物、基因治療和器官移植等方面。

利用基因工程能大量生產(chǎn)一些來源稀少價(jià)格昂貴的藥物，減輕患者的負(fù)擔(dān)。這些珍貴藥物包括生長(zhǎng)抑素、胰島素、干擾素等等。

基因治療是一種應(yīng)用基因工程技術(shù)和分子遺傳學(xué)原理對(duì)人類疾病進(jìn)行治療的新療法。

世界上第一例成功的基因治療是對(duì)一位4歲的美國(guó)女孩進(jìn)行的，她由于體內(nèi)缺乏腺苷脫氨酶而完全喪失免疫功能，治療前只能在無菌室生活，否則會(huì)由于感染而死亡。經(jīng)治療，這個(gè)女孩可進(jìn)入普通小學(xué)上學(xué)。截至1997年6月，全世界已批準(zhǔn)的臨床基因治療方案有218項(xiàng)，接受基因治療和基因轉(zhuǎn)移的患者總數(shù)已有2557名患者。

1990年，人類基因組計(jì)劃在美國(guó)正式啟動(dòng)，2003年4月14日，中美英日法德六國(guó)科學(xué)家宣布：人類基因組序列圖繪制成功。人類基因組計(jì)劃的完成，有助于人類認(rèn)識(shí)許多遺傳疾病以及癌癥的致病機(jī)理，將為基因治療提供更多的理論依據(jù)。

器官移植技術(shù)向異種移植方向發(fā)展，即利用現(xiàn)代生物技術(shù)，將人的基因轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物種上，再將此物種的器官取出來置入人體，代替人的生病的“零件”。另外，還可以利用克隆技術(shù)，制造出完全適合于人體的器官，來替代人體“病?！钡钠鞴佟?/p>

4、生物技術(shù)在環(huán)保方面的應(yīng)用

污染監(jiān)測(cè)

現(xiàn)代生物技術(shù)建立了一類新的快速準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)環(huán)境的有效方法，主要包括利用新的指示生物、利用核酸探針和利用生物傳感器。

人們分別用細(xì)菌、原生動(dòng)物、藻類、高等植物和魚類等作為指示生物，監(jiān)測(cè)它們對(duì)環(huán)境的反應(yīng)，便能對(duì)環(huán)境質(zhì)量作出評(píng)價(jià)。

核酸探針技術(shù)的出現(xiàn)也為環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供了一條有效途徑。例如，用桿菌的核酸探針監(jiān)測(cè)水環(huán)境中的大腸桿菌。

近年來，生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用發(fā)展很快。生物傳感器是以微生物、細(xì)胞、酶、抗體等具有生物活性的物質(zhì)作為污染物的識(shí)別元件，具有成本低、易制作、使用方便、測(cè)定快速等優(yōu)點(diǎn)。

污染治理

現(xiàn)代生物治理采用純培養(yǎng)的微生物菌株來降解污染物。

例如科學(xué)家利用基因工程技術(shù)，將一種昆蟲的耐DDT基因轉(zhuǎn)移到細(xì)菌體內(nèi)，培育一種專門“吃”DDT的細(xì)菌，大量培養(yǎng)，放到土壤中，土壤中的DDT就會(huì)被“吃”得一干二凈。

參考文獻(xiàn)：《生物技術(shù)概論》

生物工程生物技術(shù)類》 《

第二篇：科學(xué)論文

關(guān)于小學(xué)科學(xué)課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考

[摘要] 小學(xué)科學(xué)課程是以培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的啟蒙課程。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)興趣，培養(yǎng)學(xué)生問題意識(shí)，科學(xué)創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)手操作能力、觀察能力、思維能力和創(chuàng)新能力，才能最終實(shí)現(xiàn)提高每個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞] 情景設(shè)計(jì) 問題意識(shí) 認(rèn)知沖突 激勵(lì)

小學(xué)科學(xué)課是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，它是以培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的科學(xué)啟蒙課程。為了讓孩子們從小學(xué)科學(xué)、愛科學(xué)、用科學(xué)，并在學(xué)習(xí)中認(rèn)識(shí)大自然，喜愛大自然，主動(dòng)到大自然中去觀察、發(fā)現(xiàn)、分析、研究他們感興趣的事物和問題，那么科學(xué)合理的引導(dǎo)兒童對(duì)周圍世界固有的強(qiáng)烈的好奇心和探究欲望，培養(yǎng)他們樂于動(dòng)手操作具體形象的物體的能力，使我們的教學(xué)真正貼近自然、貼近經(jīng)驗(yàn)、貼近生活、充滿生命的活力，是如何上好小學(xué)《科學(xué)》課應(yīng)該思考和探討的問題。

一、激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)

課前情境的設(shè)計(jì)和演示，可在課堂教學(xué)中要向全體學(xué)生提供充分的探究機(jī)會(huì)，使他們?cè)诳鞓返奶骄窟^程中體驗(yàn)學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，增長(zhǎng)科學(xué)探究能力，獲取科學(xué)知識(shí)。教學(xué)實(shí)踐中，課前創(chuàng)設(shè)一定的教學(xué)情景導(dǎo)入新課，對(duì)引發(fā)學(xué)生探究興趣，激發(fā)兒童學(xué)習(xí)的好奇心和上好本節(jié)課會(huì)起到事半功倍的效果。也是引發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)的不竭動(dòng)力。因此，教師備課要精心設(shè)計(jì)好導(dǎo)入激趣這一環(huán)節(jié)，通過猜謎語、故事和游戲等活動(dòng)，給學(xué)生以懸念和激情，吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的思考力和想象力，探究活動(dòng)就開好了頭。如上《種子的萌發(fā)》一課在導(dǎo)入時(shí)讓學(xué)生猜謎語：“葉子圓圓個(gè)兒小，全身長(zhǎng)滿小鐮刀，鐮刀外面長(zhǎng)毛毛，鐮刀里面藏寶寶?！睂W(xué)生猜后，就明確知道了本節(jié)課我們所需要研究的問題了。對(duì)種子的探究就會(huì)引發(fā)許多興趣和問題，探究教學(xué)的氛圍營(yíng)造得更濃厚。接著老師設(shè)置疑問：種子里面有什么？為什么能生根、發(fā)芽長(zhǎng)成新的植物呢？這樣就激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的興趣，引入了本節(jié)課所探究新知的教學(xué)過程。

二、培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的意識(shí)

問題是科學(xué)研究的出發(fā)點(diǎn)，是開啟任何一門科學(xué)的鑰匙。新課標(biāo)也指出：?jiǎn)栴}意識(shí)是學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，特別是發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，探究學(xué)習(xí)，研究性學(xué)習(xí)的重要心理因素。沒有問題也就難以誘發(fā)和激起學(xué)生的求知欲；沒有問題，學(xué)生也就不會(huì)去深入思考；沒有問題，難以激發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)的沖動(dòng)和思維的活躍。那如何培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)呢？

1、營(yíng)造民主“土壤”，強(qiáng)化問題意識(shí)氛圍

學(xué)生問題意識(shí)淡薄的原因是多方面的，而教師在教學(xué)中民主意識(shí)的缺乏，課堂教學(xué)氣氛的不融洽是一個(gè)主要的因素。因此，強(qiáng)化學(xué)生的問題意識(shí)，我們首先做的工作就是要求教師在教學(xué)中營(yíng)造民主的氣氛。小學(xué)生好奇心強(qiáng)，求知欲旺盛，這正是問題意識(shí)的表現(xiàn)，教師在教學(xué)活動(dòng)中要充分愛護(hù)和尊重學(xué)生的問題意識(shí)，師生之間要營(yíng)造融洽、寬松、平等、合作的民主平臺(tái)，以消除學(xué)生在學(xué)習(xí)中、課堂上的緊張感、壓抑感和焦慮感，學(xué)生的問題意識(shí)就可以獲得充分發(fā)揮和顯示，各種奇思異想、獨(dú)立見解就會(huì)層出不窮。由于舊的教育思想的影響，學(xué)生多數(shù)迷信書本，迷信老師，主動(dòng)提出問題怕出丑，不敢大膽提問。在這種情況下，我們可告訴學(xué)生，老師喜歡有問題，愛提問的孩子，并常鼓勵(lì)學(xué)生敢于思考，敢說，敢問，對(duì)于大膽提問的學(xué)生，不論問題的質(zhì)量如何都給予鼓勵(lì)。學(xué)生渴望成功，成功將更能激發(fā)他們的問題意識(shí)，所以，教師要善于運(yùn)用有效的激勵(lì)手段，通過精心設(shè)計(jì)符合不同知識(shí)基礎(chǔ)和能力水平的問題，為每個(gè)學(xué)生的成功創(chuàng)造條件和機(jī)會(huì)，假如學(xué)生有時(shí)提出了不合理的問題，也要首先肯定學(xué)生思考問題的主動(dòng)性、積極性，然后共同分析思維不合理的原因，讓學(xué)生自悟自明，獲得成功的喜悅。

2、創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)問題意識(shí)形成

認(rèn)知沖突，即學(xué)生原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與新的學(xué)習(xí)任務(wù)之間的矛盾沖突是問題產(chǎn)生的根本原因。認(rèn)知沖突造成學(xué)生認(rèn)知心理的不平衡，從而使學(xué)生產(chǎn)生解決這一沖突實(shí)現(xiàn)新的平衡的需求，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，從而激發(fā)問題意識(shí)形成。思維通常是由問題情境產(chǎn)生的，而且是以解決問題情境為目的的。因此，教師無論教學(xué)的整體過程，還是在教學(xué)過程中的某些

微觀環(huán)節(jié)，都應(yīng)十分重視問題情境的創(chuàng)設(shè)。如果教師不精心創(chuàng)設(shè)一定的問題情境，不講究提問的藝術(shù)：只是問學(xué)生：“想研究什么”，其結(jié)果常常是泛泛而提。如：我在第一個(gè)班上《磁鐵》這課時(shí)，問：對(duì)于磁鐵，你了解什么？你還想知道什么？學(xué)生提了很多問題：“磁鐵為什么能吸鐵的東西”；“磁鐵是怎樣來的”；“磁鐵為什么能指方向”??有的在課堂上不可能解決，有的是不著邊際的與探究活動(dòng)無關(guān)的問題，繞了很大一個(gè)圈后我不得不告訴學(xué)生要研究的問題。在第二個(gè)班上這課時(shí)，我重新設(shè)計(jì)了提出問題這一環(huán)節(jié)：我先演示了小鴨在水池中停下來時(shí)，頭總朝著南方這一現(xiàn)象。學(xué)生們急于想揭開其中的奧秘，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)小鴨的底下有一個(gè)磁鐵時(shí)，自然而然就產(chǎn)生了問題：為什么有一個(gè)磁鐵就讓小鴨的頭總朝一個(gè)方向？磁鐵能指方向嗎？這樣，探究問題在情境中自然誕生，使探究活動(dòng)成為學(xué)生的一種心理需求。

3、在探究中生成問題，養(yǎng)成問題意識(shí)習(xí)慣

科學(xué)教學(xué)不能“以問題開始，以答案結(jié)束”，而要“以問題開始，以問題結(jié)束”。教學(xué)中，要讓學(xué)生通過問題來學(xué)習(xí)，再通過學(xué)習(xí)生成問題。愛因斯坦曾說過：“發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，比解決一個(gè)問題更重要。” 一堂課結(jié)束時(shí)，讓學(xué)生提出新的問題，給課堂留個(gè)“小尾巴”，這會(huì)在學(xué)生心理造成一種懸而未決但又急于解決的求知狀態(tài)，激發(fā)起學(xué)生勇于探索、創(chuàng)造和追求真理的科學(xué)精神，從而積極主動(dòng)的投入學(xué)習(xí)。

三、給學(xué)生探究問題的空間。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)手操作能力、觀察能力、思維能力和表達(dá)能力的重要途徑。教師要鼓勵(lì)學(xué)生親身經(jīng)歷以探究為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一片自主學(xué)習(xí)的天地，真正使學(xué)生成為科學(xué)探究的主體，使學(xué)生的創(chuàng)造力得到鍛煉。如：筆者在教學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)》這部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生們知道了種子發(fā)芽與水有關(guān)，就有學(xué)生提出這樣的問題：種子發(fā)芽與陽(yáng)光、溫度等條件有關(guān)嗎？這時(shí)，教師不需作任何解釋，而是鼓勵(lì)學(xué)生自己去找答案，讓他們把種植的綠豆種子一盆放在明亮有陽(yáng)光的地方，一盆放在黑暗處，幾天后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)綠豆種子發(fā)芽不僅需要水，還需要陽(yáng)光、溫度，空氣等條件。通過學(xué)生自己實(shí)驗(yàn)找到了提出的問題答

案，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，學(xué)生不但獲得了知識(shí)，而且提高了實(shí)驗(yàn)技能，還培養(yǎng)了自己的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。再如：在教學(xué)四年級(jí)下冊(cè)第一單元第二課《點(diǎn)亮小燈泡》一課時(shí)，我一開始簡(jiǎn)單介紹了電池、電線、燈泡后，沒有講明怎樣做才會(huì)讓小燈泡發(fā)光，而且提出問疑問：“誰能讓小燈泡發(fā)光。”在學(xué)生認(rèn)識(shí)儀器的基礎(chǔ)上充分調(diào)動(dòng)學(xué)生敢于思考，通過親自實(shí)踐，小燈泡亮了，學(xué)生在愉快的氣氛中獲得了知識(shí)，這樣，激發(fā)了學(xué)生的興趣，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力

四、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新意識(shí)

質(zhì)疑是發(fā)現(xiàn)的設(shè)想、探究的動(dòng)力、創(chuàng)新的前提。在科學(xué)探究活動(dòng)中，探究者所具有的良好的質(zhì)疑意識(shí)無疑是探究活動(dòng)的催化劑。從一定程度上說，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑意識(shí)比培養(yǎng)學(xué)生的解疑能力更為重要。因此，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑意識(shí)，應(yīng)該從激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑動(dòng)機(jī)入手，通過啟發(fā)引導(dǎo)，精心設(shè)置質(zhì)疑情境，讓他們自己產(chǎn)生強(qiáng)烈的質(zhì)疑意識(shí)，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。胡適先生談及考古學(xué)曾言，要大膽假設(shè)，小心求證。這在科學(xué)發(fā)現(xiàn)上，同樣適用。

1．激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生愿意質(zhì)疑。如在教學(xué)《淀粉的蹤跡》時(shí)，首先以小魔術(shù)的形式演示“白紙顯字”的小實(shí)驗(yàn)，教學(xué)《混合身邊的物質(zhì)》部分時(shí)，演示“清水變牛奶”的小實(shí)驗(yàn)等等，使學(xué)生感到十分新奇，紛紛質(zhì)疑“怎么回事”，個(gè)別學(xué)生甚至懷疑有假。老師則趁勢(shì)鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己產(chǎn)生的疑問展開探究。這樣，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大增，自然而然地也就產(chǎn)生了質(zhì)疑意向。教學(xué)中，還可以充分利用課本上的小資料、“閱讀與拓展”材料等，適當(dāng)結(jié)合進(jìn)一些課外資料，引導(dǎo)學(xué)生了解科學(xué)家敏銳的質(zhì)疑意識(shí)對(duì)推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的重要作用，潛移默化地影響學(xué)生，幫助他們認(rèn)識(shí)到培養(yǎng)自己質(zhì)疑意識(shí)的重要性，增加他們學(xué)習(xí)探究科學(xué)的興趣。

2．突破思維禁錮，使學(xué)生敢于質(zhì)疑。如在《動(dòng)物和植物》一課中探討“植物是否能夠運(yùn)動(dòng)”時(shí)，有一些學(xué)生就植物不會(huì)運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)向教師質(zhì)疑：“向日葵不是會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)嗎？”“有些植物還會(huì)吃動(dòng)物呢！”“太陽(yáng)花不是會(huì)見了太陽(yáng)就開花，太陽(yáng)落山就閉攏嗎？”這時(shí)，學(xué)生還可能會(huì)找來有

關(guān)的書本資料。對(duì)這種情況，老師不能含糊應(yīng)對(duì)，而應(yīng)在充分查找了相關(guān)資料后，向?qū)W生認(rèn)真解釋了有關(guān)植物的這些現(xiàn)象，并進(jìn)一步拿動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)器官與之對(duì)比，消釋學(xué)生的疑問。對(duì)于這些敢于向老師質(zhì)疑的學(xué)生，我們應(yīng)該充分肯定他們的精神。

3．創(chuàng)設(shè)質(zhì)疑情境，使學(xué)生能夠質(zhì)疑。質(zhì)疑的產(chǎn)生應(yīng)源于學(xué)生對(duì)某一事物的觀察和感知。怎樣才能使學(xué)生積極地投入到感知活動(dòng)中去呢？這時(shí)，我們就應(yīng)該認(rèn)真研究教材，精心設(shè)計(jì)教學(xué)步驟，利用探究式教學(xué)模式，巧設(shè)疑問，以趣激疑、以問設(shè)疑、以疑導(dǎo)思，誘發(fā)學(xué)生質(zhì)疑、解疑。如《了解空氣》一課，可以演示“紙的奇遇”實(shí)驗(yàn)，當(dāng)學(xué)生看到燒杯中的紙團(tuán)被壓到水下卻并沒有如他們預(yù)期中的被浸濕時(shí)，頓時(shí)被激起了求知欲，這時(shí)適時(shí)提問：“是誰保護(hù)了杯中的紙團(tuán)不被浸濕呢？”學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，初步推斷出可能與空氣有關(guān)，那么究竟是不是空氣呢，由于課堂一開頭就引起了學(xué)生的探究興趣，自然也就產(chǎn)生了如我們?cè)鯓硬拍芸吹娇諝狻⒚娇諝獾鹊纫贿B串的疑問。把課堂讓給學(xué)生，讓學(xué)生帶著質(zhì)疑走進(jìn)教室，帶著更多的質(zhì)疑走出教室。這些新疑問出現(xiàn)的意義，不僅在于它能夠使教學(xué)活動(dòng)無止境地進(jìn)行下去，而且更重要的還在于它能最終把學(xué)生引上創(chuàng)新之路，進(jìn)而成為創(chuàng)新者。

五、繽紛多樣的激勵(lì)策略

科學(xué)課程的教學(xué)評(píng)價(jià)，其主要目的是了解學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)和發(fā)展?fàn)顩r，以利于改進(jìn)教學(xué)、促進(jìn)學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)課程宗旨，提高每個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。所以對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，教師態(tài)度應(yīng)謹(jǐn)慎，不要輕易否定，要給出合理、公正的評(píng)價(jià)；課外，教師還可以安排一些思考性、研究性、實(shí)用性的實(shí)驗(yàn)，延續(xù)探究；也可以組織學(xué)生成立科學(xué)興趣小組，交流科學(xué)小論文和科技小發(fā)明，鼓勵(lì)他們向競(jìng)賽活動(dòng)投稿，遞交作品。只有在老師多種方法激勵(lì)下,才能讓他們始終保持這種熱情，讓實(shí)驗(yàn)探究成為一種習(xí)慣。

科學(xué)課程的教學(xué)，簡(jiǎn)單說就是不斷激發(fā)培養(yǎng)小學(xué)生的好奇心和探究欲望，教師要通過精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，來自己解決問題。培養(yǎng)他們問題意識(shí)和創(chuàng)新能力，在提出問題、解決問題的反復(fù)過程中，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。

參考書目：

1、全日制義務(wù)教育《科學(xué)（3～6年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)》（實(shí)驗(yàn)稿）

2、《透視科學(xué)探究性學(xué)習(xí)》 羅星凱

3、《探究性學(xué)習(xí)》

4、《小學(xué)自然課改革探索》 劉默耕

第三篇：科學(xué)論文

試論小學(xué)科學(xué)教學(xué)中課程資源的開發(fā)和利用

一、小學(xué)科學(xué)教學(xué)的特點(diǎn)

小學(xué)科學(xué)教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，積極倡導(dǎo)讓學(xué)生走出課本、走出校園、走向大自然，真正以探究學(xué)習(xí)為核心，經(jīng)歷科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生的好奇心和探究欲，發(fā)展他們對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

1、開放性?！缎W(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中基本理念之一就是“科學(xué)課程應(yīng)具有開放性”。小學(xué)科學(xué)教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，而科學(xué)素養(yǎng)的提升就要在豐富的科學(xué)探究活動(dòng)中，給學(xué)生提供開放的材料、開放的探究空間，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)校、家庭、社會(huì)中學(xué)習(xí)科學(xué)，將學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)置于開放的背景之中，幫助他們不斷擴(kuò)展對(duì)周圍世界的科學(xué)體驗(yàn)，豐富科學(xué)探究經(jīng)歷。

2、實(shí)踐性?？茖W(xué)這門課程與語文、數(shù)學(xué)課程不同，在教與學(xué)的同時(shí)都兼顧著實(shí)踐性。要求學(xué)生以動(dòng)手實(shí)踐為核心，以操作有結(jié)構(gòu)的材料為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)科學(xué)的真諦，從而學(xué)習(xí)常見的科學(xué)知識(shí)，體驗(yàn)學(xué)科學(xué)的過程與方法，發(fā)展良好的科學(xué)情感，形成積極的態(tài)度。因此，在不斷實(shí)踐的過程中，就要有豐富的資源作為載體，完成科學(xué)探究活動(dòng)。

3、探究性?！疤骄考仁强茖W(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，又是科學(xué)學(xué)習(xí)的方式?！盵2],小學(xué)科學(xué)教學(xué)倡導(dǎo)學(xué)生親身經(jīng)歷以探究為核心的學(xué)習(xí)活動(dòng)，像科學(xué)家那樣進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)，在探究過程中長(zhǎng)智明理。這就需要我們科學(xué)教師提供探究的機(jī)會(huì)、探究的資源，讓學(xué)生真正成為探究的主體。

二、科學(xué)課程資源的內(nèi)涵

說起課程資源，其概念是非常豐富的。它是指形成課程的因素來源與必要而直接的實(shí)施條件，它可以分為廣義性課程資源和狹義性的課程資源：

1、從廣義來看：只要有助于課程目標(biāo)達(dá)成和學(xué)生發(fā)展之物，無論校內(nèi)還是校外，也無論是物質(zhì)的還是精神的，均為課程資源。如知識(shí)、技能、經(jīng)驗(yàn)、活動(dòng)方式與方法、情感態(tài)度和價(jià)值觀以及培養(yǎng)目標(biāo)、對(duì)于課程的認(rèn)識(shí)狀況等因素等。

2、從狹義來看：指可以直接為課程實(shí)施服務(wù)之物?！缎W(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在“課程資源的開發(fā)與利用”中詳細(xì)列舉了教科書之外的科學(xué)課程資源，包括紙介質(zhì)的書報(bào)雜志、影視、音像、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等媒體，演講、辯論、討論、表演等形式，博物館、紀(jì)念館、風(fēng)景名勝等場(chǎng)所，以及日常生活、重要文件等都可以成為科學(xué)課程的資源。即科學(xué)課程內(nèi)容無時(shí)不有、無處不在。

三、科學(xué)教學(xué)中開發(fā)和利用科學(xué)課程資源的必要性。

1、科學(xué)教學(xué)目標(biāo)落實(shí)的需要。新課標(biāo)指出小學(xué)科學(xué)教育目標(biāo)就是提升廣大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，而科學(xué)素養(yǎng)的提升需要豐富的探究活動(dòng)、可探究的科學(xué)資源作載體，這就要求小學(xué)科學(xué)教學(xué)要走出課堂，走向生活。以課堂為橋梁，淡化教材，以生活為基點(diǎn)，重視應(yīng)用，發(fā)展小學(xué)生的科學(xué)能力，開發(fā)和利用各種有效的科學(xué)資源，為全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)服務(wù)。

2、轉(zhuǎn)變兒童學(xué)習(xí)方式的需要。新課程提倡學(xué)生進(jìn)行“自主、探究、合作”的學(xué)習(xí)方式，其中學(xué)習(xí)方式的呈現(xiàn)不能空手說白話，沒有真實(shí)有效的科學(xué)資源，學(xué)生怎么自主？更談不上探究和合作了，這就需要有可操作的材料提高給學(xué)生，讓學(xué)生與文本、學(xué)生與科學(xué)資源之間進(jìn)行有效對(duì)話學(xué)習(xí)，真正實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究的自主性、探究性和合作化。因此，在轉(zhuǎn)變兒童學(xué)習(xí)方式的同時(shí)，挖掘有效的科學(xué)資源是關(guān)鍵。

3、提高科學(xué)教學(xué)質(zhì)量的需要?？平膛d國(guó)，科學(xué)教學(xué)質(zhì)量是關(guān)鍵，科學(xué)教師就要抓好每一堂科學(xué)課，徹底打破封閉式的教學(xué)結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生跳出書本的框框，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)過程，體驗(yàn)研究科學(xué)的快樂，為此，科學(xué)教學(xué)必須提供探究的空間和科學(xué)資源，讓學(xué)生在每節(jié)課中都能圍繞科學(xué)探究的每一環(huán)節(jié)，進(jìn)行有效的探究活動(dòng)，長(zhǎng)期下來，學(xué)生沉浸在探究科學(xué)的美好氛圍中，科學(xué)素養(yǎng)的提升，科學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高就不言而喻了。

四、開發(fā)和利用科學(xué)課程資源的對(duì)策

那么如何開發(fā)利用有效的科學(xué)課程資源呢？我在教育教學(xué)過程中有幾點(diǎn)粗淺的體會(huì)和嘗試：

1、師生資源的開發(fā)和利用。

教師和學(xué)生在課程實(shí)施過程中，既是教與學(xué)的主體，又是課程資源的開發(fā)者，因?yàn)閹熒际腔钌膫€(gè)體，教育需要具有強(qiáng)烈生命意識(shí)的個(gè)體來創(chuàng)造和交流，最終獲得心靈的震撼。

（1）利用學(xué)生之間差異實(shí)施分層教學(xué)。把學(xué)生視為寶貴的課程資源，是因?yàn)槊總€(gè)學(xué)生之間都有一定的差異，有的學(xué)習(xí)方式不同、有的智能表現(xiàn)不同，如美國(guó)心理學(xué)家加德納教授就認(rèn)為每個(gè)學(xué)生都是不同智能的個(gè)體，都有發(fā)展空間，或語言智能、或音樂智能、或動(dòng)作智能、或交往認(rèn)識(shí)智能，或擁有多項(xiàng)智能，科學(xué)學(xué)習(xí)也是如此，學(xué)生在搞科學(xué)的同時(shí)也有自己的優(yōu)勢(shì)智能和弱勢(shì)智能，如有的學(xué)生愛問，有的學(xué)生愛動(dòng)手等，教師要及時(shí)有效地了解每一個(gè)學(xué)生的智能勢(shì)態(tài)，把學(xué)生智能上的“優(yōu)勢(shì)和弱勢(shì)”轉(zhuǎn)化為自己的教學(xué)資源。例如在學(xué)生分組探究時(shí)，就可讓有不同智能的學(xué)生分在一組，愛動(dòng)的學(xué)生注重動(dòng)手技能，愛問的注重質(zhì)疑，在共同完成探究任務(wù)的同時(shí)，相互學(xué)習(xí)，相互同化，取長(zhǎng)補(bǔ)短。另外利用個(gè)體多元智能，還是轉(zhuǎn)化后進(jìn)學(xué)生的催化劑，后進(jìn)學(xué)生在語數(shù)外學(xué)習(xí)上感到吃力，教師可利用在科學(xué)課上的優(yōu)勢(shì)智能，大放光彩，增加學(xué)習(xí)的動(dòng)力和在同學(xué)中的威信，各門學(xué)科成績(jī)大步上升，我們用此法已轉(zhuǎn)化10對(duì)后進(jìn)生，實(shí)踐證明是有效的。教師要根據(jù)學(xué)生的差異設(shè)計(jì)有層次的探究?jī)?nèi)容，調(diào)控課堂。（2）利用教師自身素養(yǎng)開展有效教學(xué)。教師是最重要的科學(xué)課程資源，因?yàn)榭茖W(xué)教師在整個(gè)課程資源尤其是素材性資源的開發(fā)和利用過程中，起著決定和主導(dǎo)的作用。教師自身就是科學(xué)課程資源組成部分之一，教師個(gè)人的科學(xué)素養(yǎng)決定著科學(xué)課程資源的識(shí)別能力、開發(fā)和利用程度以及發(fā)揮效益的水平，教師的創(chuàng)新能力將在資源的開發(fā)于利用中起著重要的作用。如兩位教師在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有關(guān)垃圾場(chǎng)的調(diào)查，第一位教師就布置布置學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，后進(jìn)行大組交流；第二位老師先對(duì)本地的教育資源進(jìn)行調(diào)查和勘探，明確本地垃圾場(chǎng)的形成原因，而后指導(dǎo)學(xué)生有目的地調(diào)查，比較兩位教師的教育方法，可以鮮明地看出第二位教師善于對(duì)本地的課程資源進(jìn)行了解和調(diào)查，做到心中有數(shù)，對(duì)本地垃圾場(chǎng)的預(yù)先調(diào)查，就是對(duì)科學(xué)課程資源的有效利用和開發(fā)，因此教師在開發(fā)科學(xué)課程資源的過程中，既是開發(fā)者，又是一種極為重要的資源。

2、文本資源的開發(fā)與拓展

實(shí)施新課程以來，最大的感受就是科學(xué)教材難教，難教的是教材中文字?jǐn)⑹鲚^少，引導(dǎo)探究的圖片較多，形象感知豐富，這使得教師根本不可以像以前那樣拿著書本教書了，必須動(dòng)腦筋收集材料豐富教學(xué)活動(dòng)。這樣的教材特點(diǎn)正好是科學(xué)新課程的理念所倡導(dǎo)的，科學(xué)學(xué)習(xí)應(yīng)以探究為核心，學(xué)生的學(xué)習(xí)更是經(jīng)歷過程而并非學(xué)書本。探究活動(dòng)的載體便是適合學(xué)生可探究的資源，教師不僅要用好科學(xué)教材，更要以教材為依托創(chuàng)造性的整合身邊的科學(xué)課程資源，以豐富學(xué)生的探究活動(dòng)。

（1）“增”。即是在原有文本提供的科學(xué)探究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上根據(jù)學(xué)生的不同特點(diǎn)適當(dāng)增加一些探究?jī)?nèi)容，學(xué)生在探究過程中有時(shí)感到“吃不飽”，這時(shí)教師就根據(jù)學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)和探究?jī)?nèi)容的需要增加部分內(nèi)容，以達(dá)到鞏固和補(bǔ)充科學(xué)知識(shí)和能力的目的。讓學(xué)生能比較豐富地進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)。如教學(xué)六年上冊(cè)《顯微鏡下的世界》學(xué)生雖然對(duì)老師調(diào)好的顯微鏡進(jìn)行觀察而且興趣較濃，但大部分學(xué)生對(duì)預(yù)先調(diào)好的顯微鏡感到?jīng)]有多大挑戰(zhàn)力，最好自己手把手地調(diào)試，這時(shí)教師可以根據(jù)學(xué)生的需要增加教學(xué)內(nèi)容，練習(xí)顯微鏡的使用和調(diào)配，在教師示范的基礎(chǔ)上個(gè)個(gè)學(xué)生興趣高漲，都學(xué)會(huì)了顯微鏡的使用，既認(rèn)識(shí)了微觀世界，又學(xué)會(huì)使用精密的儀器，一舉兩得，豐富了學(xué)生科學(xué)探究的活動(dòng)。

（2）“替”。即是略去一些不太適合學(xué)生的生活實(shí)際，或是不合時(shí)、不合地、不合情的探究?jī)?nèi)容，替換成同類的但是卻能貼近學(xué)生生活的內(nèi)容。如科學(xué)教材中有一課《種油菜》，目的是讓學(xué)生體驗(yàn)生命的生長(zhǎng)過程，獲得科學(xué)研究的第一手資料，但都是城市學(xué)生，種油菜的周期長(zhǎng)，有一定的難度，我在教學(xué)時(shí)就把這一內(nèi)容替換成《種青菜》，因?yàn)榍嗖耸菍W(xué)生熟悉的生活材料，而且我校學(xué)生大都是城郊農(nóng)民子女，對(duì)種青菜有一定的經(jīng)驗(yàn)，開展活動(dòng)以來，學(xué)生在種青菜、管理青菜、思青菜、用青菜的過程中，表現(xiàn)除了無比喜悅的舉動(dòng)，他們時(shí)而記錄，時(shí)而交流種青菜的感受，并寫下了一片片優(yōu)美的日記和一張張小報(bào)，轟動(dòng)了校園?？梢?，利用符合學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)教學(xué)資源是比較重要的。

（3）“鏈”。則是為了讓學(xué)生更清楚地明白科學(xué)探究中的內(nèi)容，可以鏈接一些與探究?jī)?nèi)容相關(guān)的材料，讓學(xué)生更深層次地學(xué)習(xí)科學(xué)，如教學(xué)“認(rèn)識(shí)地球的表面”這一內(nèi)容后，學(xué)生對(duì)地球表面的形態(tài)分布、做地球表面模型圖，基本了解后，這時(shí)教師可以鏈接一些資料豐富學(xué)生對(duì)地球表面的真實(shí)認(rèn)識(shí)，在教學(xué)時(shí)，就可以鏈接一些家鄉(xiāng)的地形特征，如天目湖的地表分布情況，讓學(xué)生分析、探究，畫出地形圖等，有時(shí)課上來不及，可以作為課后作業(yè)，豐富學(xué)生對(duì)地球表面形態(tài)的研究。這樣學(xué)生在收集天目湖地形資料，訪問有關(guān)老專家的過程中，畫出了一幅幅比較標(biāo)準(zhǔn)的天目湖地形圖，既增強(qiáng)了科學(xué)探究?jī)?nèi)容的豐富性，又提升了熱愛家鄉(xiāng)的情感，一箭雙雕。作為科學(xué)教師，在進(jìn)行科學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，就要多層次、全方位地鏈接一些與探究?jī)?nèi)容相關(guān)的資料，真正實(shí)現(xiàn)“用教材教”。

3、生成資源的發(fā)現(xiàn)和捕捉

課堂教學(xué)是一個(gè)變量，科學(xué)學(xué)習(xí)也是如此，學(xué)生在建構(gòu)新經(jīng)驗(yàn)的過程中，隨著活動(dòng)情景的需要，不斷生成新的目標(biāo)或者是新的感興趣的主題，這時(shí)課堂教學(xué)所要調(diào)控的是教師要以參與者的身份，耐心傾聽學(xué)生的發(fā)現(xiàn)，敏銳地觀察有價(jià)值的觀點(diǎn)，作為課堂教學(xué)的學(xué)習(xí)資源。我們的操作是教師準(zhǔn)備一本問題本，把學(xué)生在上課動(dòng)態(tài)生成的問題及時(shí)地記錄下來，對(duì)活動(dòng)狀態(tài)及時(shí)作出判斷，隨機(jī)靈活的調(diào)整指導(dǎo)策略：

（1）集體性生成資源。有的動(dòng)態(tài)生成資源是全體學(xué)生質(zhì)疑、反駁、爭(zhēng)論的結(jié)果，代表著全班同學(xué)的困惑焦點(diǎn)和思維深度，像這些資源就要及時(shí)改變教學(xué)目標(biāo)，拋給全班學(xué)生探究，如學(xué)生在研究蝸牛時(shí)都感覺到蝸牛蜷縮在殼里，有什么辦法弄它出來呢？這時(shí)及時(shí)改變?cè)瓉硪骄康奈伵３燥垺⑿螒B(tài)等內(nèi)容，建議全班同學(xué)研究怎樣把蝸牛弄出來，結(jié)果學(xué)生通過反復(fù)討論實(shí)驗(yàn)，終于得出用溫水可以是蝸牛從殼里出來，學(xué)生個(gè)個(gè)喜氣揚(yáng)揚(yáng)，你看雖然改變了教學(xué)計(jì)劃，卻得到了生命的自由和能動(dòng)，張揚(yáng)了個(gè)性，尊重了學(xué)生的選擇。

（2）異步分層性資源。有的生成資源只有一部分學(xué)生有能力探究，這就要進(jìn)行異步分層實(shí)驗(yàn)，將生成的資源拋給學(xué)有余力的小組進(jìn)行深層次的探究，其余小組還是預(yù)定目標(biāo)進(jìn)行探究。如學(xué)生在連接電路的活動(dòng)中，有的學(xué)生在連接了簡(jiǎn)單電路的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)另外一種連接方法也能使燈泡亮起來（復(fù)雜電路），這時(shí)教師就可以抓住這一資源，根據(jù)學(xué)生需要，及時(shí)調(diào)整教學(xué)目標(biāo)，讓一部分人繼續(xù)研究簡(jiǎn)單電路，讓另一部分同學(xué)研究復(fù)雜電路，進(jìn)一步提高探究能力。這樣既尊重了學(xué)生的需求，又發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)探究深層次的能力。

（3）拓展性生成資源。還有一些有用的生成資源，課堂沒有余地解決，可以留到課外，合理開展綜合實(shí)踐活動(dòng)，這樣就含而不露地讓學(xué)生感興趣的問題進(jìn)行深究，把科學(xué)探究活動(dòng)延續(xù)到生活之中乃至終身，如學(xué)生在研究“振動(dòng)產(chǎn)生聲音”時(shí)，又提出了振動(dòng)能產(chǎn)生能源：馬路上每天人、車與地面的振動(dòng)產(chǎn)生的能源應(yīng)合理利用，為此我讓他們先設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案（該方案在江蘇省科技競(jìng)賽方案設(shè)計(jì)中榮獲一等獎(jiǎng)），學(xué)生興奮之極，個(gè)個(gè)表示長(zhǎng)大了一定要把這個(gè)項(xiàng)目研究出來，服務(wù)于社會(huì)，你看，一個(gè)不經(jīng)意的設(shè)想竟蕩起了層層漣漪，創(chuàng)新的火花四射，科學(xué)的態(tài)度、社會(huì)的責(zé)任感就流露出來了，我們?cè)诮虒W(xué)時(shí)也就真正實(shí)現(xiàn)了科學(xué)與生活的有機(jī)結(jié)合。

4、生活社會(huì)資源的挖掘和深化

科學(xué)是以自然為研究對(duì)象，學(xué)習(xí)科學(xué)從觀察自然生活開始，又回到自然之中，為此我們的科學(xué)教育也應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生回歸生活世界，了解社會(huì)，學(xué)習(xí)生活中的科學(xué)，充分利用校內(nèi)外的自然資源進(jìn)行主動(dòng)建構(gòu)。

（1）建設(shè)班級(jí)生物角，帶動(dòng)校園生態(tài)網(wǎng)。學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)不僅要改變學(xué)習(xí)方式，還要拓寬學(xué)習(xí)活動(dòng)的空間，形成科學(xué)就在身邊的意識(shí)。班級(jí)生物角和校園生態(tài)網(wǎng)就是學(xué)生隨機(jī)搞科學(xué)的有效途徑，我們的操作是各班生物角的開辟與少先隊(duì)陣地建設(shè)相掛鉤：A低年級(jí)提興趣，如以科學(xué)畫報(bào)，圖片展覽為主；B中年級(jí)打基礎(chǔ)，如以常見簡(jiǎn)單的生物觀察為主，如飼養(yǎng)小金魚、小烏龜?shù)葋慝@得初步的科學(xué)研究的方法和情趣；C高年級(jí)搞特色，如有的搞制作宣傳、有的搞動(dòng)植物飼養(yǎng)并作長(zhǎng)期研究；有的立足環(huán)保、氣象、材料科學(xué)等，這樣的生物角精彩分層，充滿活力。在此基礎(chǔ)上大隊(duì)部可根據(jù)各班搞生物角的態(tài)度，初步效果來評(píng)分,最后精選各班最拿手的生物角項(xiàng)目組成校園生態(tài)網(wǎng)。如我校的校園生態(tài)網(wǎng)在原操場(chǎng)上開辟一塊地方由六（1）中隊(duì)的家禽飼養(yǎng)、六（2）中隊(duì)的氣象觀察站、四（1）中隊(duì)的植物盆景雕刻等組成，每期更換內(nèi)容。這樣從班級(jí)生態(tài)角到校園生態(tài)網(wǎng)，都是學(xué)生親手實(shí)踐、親身體驗(yàn)的結(jié)果。

（2）根據(jù)地理優(yōu)勢(shì)，活用校外資源。我校是一首城郊結(jié)合部學(xué)校，大部分科教機(jī)構(gòu)（環(huán)保局、氣象站）、農(nóng)田、城郊村莊都在學(xué)校附近，我們利用這些有效的地理資源進(jìn)行教學(xué)收到了很好的效果。

首先，直接將校外資源活用為第一課堂實(shí)現(xiàn)真正的科學(xué)見習(xí)。如蘇教版三年級(jí)上冊(cè)科學(xué)教材中的“天氣單元”的教學(xué)，就可聯(lián)系學(xué)校后面的氣象站，讓學(xué)生直接去觀察各種氣象儀器、訪問氣象專家、親自在氣象站測(cè)量氣溫、風(fēng)速、風(fēng)力等探究活動(dòng)，把氣象站當(dāng)作課堂，結(jié)果個(gè)個(gè)同學(xué)對(duì)氣象儀器的識(shí)別、氣溫、風(fēng)向風(fēng)力的測(cè)量,還在專家的指導(dǎo)下畫氣溫變化的曲線圖等，你看，學(xué)生在真實(shí)的環(huán)境中真刀真槍地接觸到了社會(huì)生活中的科學(xué)技術(shù)，像科學(xué)家那樣進(jìn)行見習(xí)活動(dòng)，既提高了探究活動(dòng)的效率，又受到了心靈的震撼，教師也就真正“用教材教了”。

其次，利用城郊特色，聘請(qǐng)家長(zhǎng)參與，形成有指導(dǎo)性的專題研究。學(xué)生課余雖能基本獨(dú)立進(jìn)行課題研究但還是離不開有效的指導(dǎo)，這時(shí)老師不在身邊怎么辦？有效的途徑便是向家長(zhǎng)請(qǐng)教，得到支持。這里大部分學(xué)校家長(zhǎng)忙于工作，力不從心，但由于我校是城郊結(jié)合部學(xué)校，大部分家長(zhǎng)利用城郊菜田進(jìn)行種小菜，搞栽培等經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目，這就可以利用家長(zhǎng)現(xiàn)成的技術(shù)，聘請(qǐng)他們當(dāng)輔導(dǎo)老師，自然而然地把農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)滲透給孩子。如我校的張明同學(xué)和同伴們一起聘請(qǐng)他的爸爸當(dāng)老師，進(jìn)行日本富士蕃茄的栽培和嫁接實(shí)驗(yàn)，他們不斷地觀察，不斷地和爸爸一起交流實(shí)踐，終于成功地長(zhǎng)出了五個(gè)不像樣的富士蕃茄，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)報(bào)告中詳細(xì)地記錄了和爸爸的交流，以及有關(guān)栽培蕃茄的20頁(yè)稿紙，并且聲稱一定要研究為什么我們溧陽(yáng)長(zhǎng)的富士蕃茄沒有日本的圓。你看，在不經(jīng)意 的家庭小實(shí)驗(yàn)卻給同學(xué)們的課外生活增添了無限的生機(jī)，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神得到了充分的凸現(xiàn)，這足以說明張明的實(shí)驗(yàn)離不開他爸爸的指導(dǎo)，所以利用城郊農(nóng)民家長(zhǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)來填補(bǔ)學(xué)生課余研究無老師指導(dǎo)的空白，是一條有效途徑。

需要說明的是，大部分學(xué)校雖然不是城郊結(jié)合部，但是各有各的地理優(yōu)勢(shì)，只要我們老師細(xì)心地觀察其周圍的資源，還是源源不斷的。

5、網(wǎng)絡(luò)資源的引入與利用

隨著網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，教材的概念大大擴(kuò)展，形成了以教科書為核心的信息課程資源。其中，電腦網(wǎng)絡(luò)以它的圖象、動(dòng)畫、高度的交互性、共享性、內(nèi)容的豐富性吸引了越來越多的學(xué)生。為此我們要善于引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)信息資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)的意義建構(gòu)，操作策略有二：

（1）教師與教師之間的資源共享。教師是一種很重要的課程資源，每個(gè)老師的信息水平有高有低，如果能把科學(xué)老師的智慧集中起來，那就是資源，而網(wǎng)絡(luò)就給了我們這樣的方便，教師的備課系統(tǒng)可以在網(wǎng)上相互交流，相互討論，豐富課堂教學(xué)。

（2）學(xué)生利用網(wǎng)上資源進(jìn)行有目的地探究。在這里我們分三步操作：

一是教給學(xué)生網(wǎng)上搜索的方法，指導(dǎo)網(wǎng)上搜索的方向。首先在校園網(wǎng)上進(jìn)行訓(xùn)練，先搜索老師預(yù)先搜集的學(xué)習(xí)資料，幫助他們拓寬知識(shí)面。如學(xué)習(xí)《常見材料》一課，教師預(yù)先上網(wǎng)收集課本之外的各種材料如能源材料、高分子材料、納米材料等做好網(wǎng)址讓學(xué)生點(diǎn)擊收集，學(xué)生收集后個(gè)個(gè)振奮人心，想不到科學(xué)技術(shù)是那么的發(fā)達(dá)，光學(xué)書本是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的！從而逐步培養(yǎng)收集信息的興趣和本領(lǐng)。

二是自收資料，資源共享，逐步建立資源庫(kù)。這步操作是有深遠(yuǎn)意義的，不僅可以利用自己的勞動(dòng)成果進(jìn)行探究活動(dòng)，而且可以成為老師教學(xué)資源的一大支柱，因?yàn)檫@畢竟是學(xué)生根據(jù)需要和經(jīng)驗(yàn)自己得來的，富有兒童情趣。

三是利用學(xué)到的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)進(jìn)行網(wǎng)上課題研究。如對(duì)家鄉(xiāng)城市人口的組成來源進(jìn)行調(diào)查探究活動(dòng)，可引導(dǎo)他們?cè)L問政府人口網(wǎng)址，同伴間的交流來完成。所以學(xué)生在這本無言書中可以盡情遨游，對(duì)信息的檢索、信息的收集整理以及信息意識(shí)的培養(yǎng)有著不可替代的作用。

6、評(píng)價(jià)資源的應(yīng)用與落實(shí)

評(píng)價(jià)是一種手段，通過評(píng)價(jià)最終來提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，同時(shí)在科學(xué)教學(xué)中運(yùn)用評(píng)價(jià)功能也是一種重要的課程資源，稱為評(píng)價(jià)資源，因?yàn)樾抡n程的評(píng)價(jià)方法不是為了評(píng)價(jià)而評(píng)價(jià)，而要鼓勵(lì)教師做好評(píng)價(jià)工作，把評(píng)價(jià)工作穿插在學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)之中，時(shí)不時(shí)地監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)質(zhì)量，因此運(yùn)用評(píng)價(jià)方法是否得當(dāng)，直接影響了教與學(xué)的質(zhì)量，評(píng)價(jià)性資源應(yīng)該時(shí)刻伴隨在科學(xué)教學(xué)之中。

（1）即時(shí)評(píng)價(jià)。根據(jù)學(xué)生在科學(xué)研究中的各項(xiàng)表現(xiàn)，給予即時(shí)評(píng)定，可以用各種手段，如一句評(píng)價(jià)性的語言“你做得太認(rèn)真了”，或用一個(gè)動(dòng)作、符號(hào)記錄學(xué)生在研究過程中的良好表現(xiàn)，讓他們?cè)谘芯窟^程中即時(shí)地得到老師和同學(xué)的肯定，從而推動(dòng)科學(xué)學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

（2）評(píng)定量表。對(duì)于一個(gè)值得研究的科學(xué)專題，除了即時(shí)評(píng)價(jià)學(xué)生的行為，還要設(shè)計(jì)以評(píng)價(jià)主體多元化為目標(biāo)的評(píng)價(jià)活動(dòng)，從整體上評(píng)定學(xué)生的表現(xiàn)和成果，如《做酸奶》這個(gè)科學(xué)專題，我們就設(shè)計(jì)了包含動(dòng)作技能和情感態(tài)度為一體的評(píng)定量表，充分展示學(xué)生專題研究成果和成功的歡樂。通過自評(píng)、組評(píng)、家長(zhǎng)評(píng)來展示自己的研究過程和心里感受，達(dá)成三維目標(biāo)，學(xué)生的探究動(dòng)力被不斷激發(fā)，形成不斷建構(gòu)的源泉。因此合理有效地開發(fā)和利用評(píng)價(jià)資源，可以有效地推動(dòng)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量的提高，最終提升學(xué)生整體的科學(xué)素養(yǎng)。

五、開發(fā)和利用科學(xué)課程資源的注意點(diǎn)：

不管是課本資源，網(wǎng)絡(luò)資源還是社會(huì)資源，都是科學(xué)教學(xué)中不可缺少的，如何有效開發(fā)和利用，才是關(guān)鍵所在。所以我們?cè)陂_發(fā)與利用課程資源的同時(shí)應(yīng)該注意以下四方面：

1、調(diào)查與分析。我認(rèn)為在開發(fā)和利用課程資源的前提工作中，教師就要作一個(gè)有心人，在新學(xué)期的教學(xué)計(jì)劃中就要針對(duì)科學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)查與分析，本學(xué)期大致需要哪些課程資源，如四年級(jí)科學(xué)課中有“巖石”單元，在起初就針對(duì)家鄉(xiāng)特色資源，到溧陽(yáng)橫澗地區(qū)進(jìn)行各種巖石的調(diào)查，最終確定橫澗地區(qū)的各種巖石對(duì)學(xué)生探究巖石特種很有用，為本單元的教學(xué)作了鋪墊。：

2、甄選與鑒別。我們往往發(fā)現(xiàn)同一類的資源可能會(huì)不止一種，而且似乎都能派上用場(chǎng)，但是哪一種是最為密切相關(guān)的呢，這就要我們科學(xué)教師針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行甄選與鑒別了，如所選用的資源指向非常明確，同你所要達(dá)到的目標(biāo)也高度一致，效果較好，當(dāng)然是選這一種了。

3、組合與變通。對(duì)于多種科學(xué)資源，我們還需要進(jìn)行有效的組合與變通，進(jìn)一步提高資源利用的價(jià)值，如對(duì)零散的資源進(jìn)行組合，使它們具有一定的系統(tǒng)性和教育性，另外對(duì)傳統(tǒng)科學(xué)資源進(jìn)行變通與激活，為新的科學(xué)課程所用。

4、反思與總結(jié)。這是開發(fā)和利用科學(xué)資源的重點(diǎn)，科學(xué)資源用過以后要進(jìn)行及時(shí)有效的反思：怎么用？效果怎樣？等。最終提高科學(xué)課程資源開發(fā)和利用的力度。如帶學(xué)生到南山竹?？疾鞕M澗地區(qū)的巖石，學(xué)習(xí)過程隨好，但學(xué)生難管理，要考慮學(xué)生安全性等問題，為此我們經(jīng)過反思總結(jié)后，決定用拍錄像、采集標(biāo)本等形式展示和探究家鄉(xiāng)的各種巖石，全面提高教學(xué)效果。

小學(xué)科學(xué)課程資源的開發(fā)和利用是科學(xué)新課程改革的必然產(chǎn)物，沒有課程資源的支持，最好的科學(xué)課程也是空架子，我們科學(xué)教師在開發(fā)和利用科學(xué)課程資源的同時(shí)，必須不斷實(shí)踐、不斷積累，努力提升自己的專業(yè)素養(yǎng)和理論水平，這是科學(xué)課程資源開發(fā)和利用的首要任務(wù)。

第四篇：科學(xué)論文

?淺談減負(fù)增效，力創(chuàng)農(nóng)村小學(xué)科學(xué)高效課堂?

云南省玉溪市易門縣浦貝鄉(xiāng)中心小學(xué)：奇峰?【摘要】 “減負(fù)增效”,就是減輕學(xué)生過重的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，提高學(xué)習(xí)的效益，這是我們科學(xué)教師所期盼的教育教學(xué)理想境界。但是在實(shí)際的科學(xué)教學(xué)中,我們往往把握不住分寸,一味地讓學(xué)生讀.背.識(shí)記。耗費(fèi)了學(xué)生許多寶貴的時(shí)間。不能很好地處理“減負(fù)”與“增效”這一關(guān)系。在實(shí)際教學(xué)中我們應(yīng)該做到一做好課前準(zhǔn)備，用教師“增負(fù)”換回學(xué)生“減負(fù)”；二.培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣；

三、因地制宜，充分利用山區(qū)地理環(huán)境，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容；

四、以活動(dòng)為載體，以探究為核心；五.注重課后反思；六.多維綜合，激情評(píng)價(jià)。

【關(guān)鍵詞】 ： 減負(fù) 增效 高效課堂 探究 反思

小學(xué)科學(xué)課是對(duì)小學(xué)生進(jìn)行科學(xué)教育的一門重要基礎(chǔ)學(xué)科，對(duì)培養(yǎng)孩子興趣、啟迪孩子思維、培養(yǎng)孩子的實(shí)踐能力起著重要作用，具有鮮明的基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和綜合性，是現(xiàn)在小學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課程。但對(duì)于現(xiàn)在的農(nóng)村小學(xué)而言，由于基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善，教學(xué)條件相對(duì)落后，嚴(yán)重地影響了科學(xué)課的正常教學(xué)，然而，農(nóng)村有著得天獨(dú)厚的自然條件這個(gè)“大課堂”。那么如何提高科學(xué)課的教學(xué)效率，將是我們面臨的重要問題。我在農(nóng)村從教二十三年，積累了點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為應(yīng)該從以下幾方面教學(xué)，可以提高農(nóng)村科學(xué)課的課堂效率。確實(shí)減輕學(xué)生過重負(fù)擔(dān)。?一.做好課前準(zhǔn)備，用教師“增負(fù)”換回學(xué)生“減負(fù)”是減負(fù)增效的基礎(chǔ)。科學(xué)是一門基礎(chǔ)課程，在實(shí)施素質(zhì)教育的今天，要對(duì)學(xué)生減負(fù)增效，雖然不可能找到固定的模式，但教師是關(guān)鍵。這要求教師要不斷改進(jìn)教學(xué)方法，提高效率，更好地提升教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生減負(fù)，并不意味著教師也減負(fù)，教師反而要增負(fù)，教師要騰出更多的時(shí)間去鉆教材、鉆教法，備課堂、備學(xué)生、備作業(yè)，最大努力地提高課堂教學(xué)效率，以確保減負(fù)不減質(zhì)。

如：我在備課時(shí)，首先要提前通讀、鉆研教材，弄清講這節(jié)科學(xué)課的重、難點(diǎn)是什么？采用的教學(xué)方法是什么？該準(zhǔn)備什么教具？主要讓學(xué)生掌握些什么基礎(chǔ)知識(shí)？訓(xùn)練學(xué)生哪些能力？要向他們滲透那些情感方面的教育等等。其次還要備學(xué)生，要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)選擇教學(xué)方法，配套例題、習(xí)題，安排不同層次的學(xué)生解決不同層次的問題等。為了保證課堂的有效性，我們老師必須要多花時(shí)間，做好課前準(zhǔn)備，讓教師的“增負(fù)”來?yè)Q回學(xué)生的“減負(fù)”。這樣，老師在上課時(shí)才能按照目標(biāo)，把這些環(huán)節(jié)相互促進(jìn)、相互制約的各項(xiàng)要求組成一個(gè)整體，在教學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)能力、發(fā)展智力，促成大面積提高。二.培養(yǎng)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣是減負(fù)增效的前提?興趣是求知的內(nèi)在動(dòng)力，有了興趣，就能克服學(xué)習(xí)中的困難并勇于探索：有了興趣，就能變學(xué)習(xí)是負(fù)擔(dān)為執(zhí)著的追求。因此，只要激發(fā)起學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生就會(huì)積極主動(dòng)，學(xué)得輕松而有成效，它是減負(fù)增效的前提。?

1、創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

興趣是求知的內(nèi)在動(dòng)力，有了興趣，就能克服學(xué)習(xí)中的困難并勇于探索：有了興趣，就能變學(xué)習(xí)是負(fù)擔(dān)為執(zhí)著的追求。因此，只要激發(fā)起學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生就會(huì)積極主動(dòng)，學(xué)得輕松而有成效，它是減負(fù)增效的前提。興趣是學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率最好的導(dǎo)師。教學(xué)實(shí)踐中，課前創(chuàng)設(shè)一定的教學(xué)情境導(dǎo)入新課，對(duì)激發(fā)學(xué)生的探究興趣、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心和上好本節(jié)課會(huì)起到事半功倍的效果，?

?也是引發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)的不竭動(dòng)力。因此，教師備課要精心設(shè)計(jì)好導(dǎo)入激趣這一環(huán)節(jié)，給學(xué)生以懸念和激情，吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的思考力和想象力，這樣，探究活動(dòng)就開好了頭。如上四年級(jí)下冊(cè)《種子的萌發(fā)》一課，在導(dǎo)入時(shí)讓學(xué)生猜謎語：“葉子圓圓個(gè)兒小，全身長(zhǎng)滿小鐮刀，鐮刀外面長(zhǎng)毛毛，鐮刀里面藏寶寶?！睂W(xué)生猜后，就明確地知道了本節(jié)課我們所需要研究的問題了，對(duì)種子的探究就會(huì)引發(fā)許多興趣和問題，探究教學(xué)的氛圍營(yíng)造得更濃厚。接著老師設(shè)置疑問：種子里面有什么？為什么能生根、發(fā)芽、長(zhǎng)成新的植物呢？這樣就激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的興趣，引入了本節(jié)課所探究新知的教學(xué)過程。?

2、運(yùn)用靈活多變的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

如何在新授課中持續(xù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，充分體現(xiàn)學(xué)生積極思考問題，探求知識(shí)的主體作用。我們只有運(yùn)用靈活多樣的教學(xué)方法讓學(xué)生多動(dòng)手、多動(dòng)腦、多動(dòng)口，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的多種器官，參與教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生勇于實(shí)踐、敢于探索的精神以及良好的個(gè)性，把學(xué)生被動(dòng)聽變?yōu)橹鲃?dòng)的學(xué)。例如 ：在教學(xué)《磁鐵》時(shí)，為了讓學(xué)生徹底弄清磁極的相互作用、南極與北極之間的關(guān)系，我通過小組合作，讓學(xué)生自己動(dòng)手，合作探究，既活躍了課堂，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，還培養(yǎng)了學(xué)生的能力，這種一改老師講學(xué)生記的灌輸方法，大大提高了課堂的教學(xué)效果。同時(shí)在教學(xué)中，我還經(jīng)常給學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)，如：“你能行！”、“沒關(guān)系，愿意再試試嗎？”、“再想想，你會(huì)說得更好！”這一恰當(dāng)評(píng)價(jià)，有利于保護(hù)學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。其實(shí)我們做教師的就是要利用靈活多樣的方法來激發(fā)學(xué)生心靈深處那種強(qiáng)烈的探求欲望，而且要讓學(xué)生在探究活動(dòng)中獲得成功的情感，這樣學(xué)生就能保持足夠的探究熱情，產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)部動(dòng)力爭(zhēng)取新的更大的成功。

三、因地制宜，充分利用山區(qū)地理環(huán)境，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容是減負(fù)增效的保障 1.就地取材，豐富科學(xué)課教學(xué)途徑

雖然農(nóng)村小學(xué)有一定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)器具，但農(nóng)村小學(xué)科學(xué)課教學(xué)儀器的短缺現(xiàn)象仍然時(shí)時(shí)制約著實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有序開展。如何立足于現(xiàn)實(shí)，在進(jìn)一步加大力度裝配、建設(shè)實(shí)驗(yàn)室和儀器室的同時(shí)，走自我創(chuàng)新之路，探索出一條既適合于現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求又富有個(gè)性特色的地方實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新路子呢？我們?cè)谟米阌没瞵F(xiàn)有教學(xué)儀器、設(shè)施的前提下，深入挖掘地方的物產(chǎn)資源，就地取材，配合相關(guān)教學(xué)內(nèi)容開展了教師自制教具、學(xué)生制作學(xué)具活動(dòng)。這樣不但解決了科學(xué)課教學(xué)儀器的短缺問題，而且為學(xué)校充實(shí)了大量的教具、學(xué)具，也推動(dòng)了科學(xué)課教學(xué)器具的更新?lián)Q代，極大地提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開設(shè)率。比如《多種多樣的植物》、《種類繁多的動(dòng)物》等教具都可以自制，采集。制作動(dòng)植物標(biāo)本更是同學(xué)們的拿手好戲，到大自然中采集植物和尋找小動(dòng)物是學(xué)生津津樂道的趣事。這些帶“土”氣的教學(xué)具和現(xiàn)代科學(xué)課教學(xué)具相結(jié)合，確保了科學(xué)課教學(xué)規(guī)范化、現(xiàn)代化、一體化的優(yōu)化運(yùn)行。

2、充分利用學(xué)校及地方課程資源，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容

農(nóng)村小學(xué)科學(xué)教育資源相對(duì)城市而言比較匱乏，但農(nóng)村孩子天天的所見所聞更接近于自然，生活的內(nèi)涵一點(diǎn)也不比城市的孩子落后。科學(xué)課教學(xué)中教師應(yīng)有意識(shí)地加強(qiáng)聯(lián)系他們豐富的社會(huì)生活經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮孩子們豐厚的感性認(rèn)識(shí)的優(yōu)勢(shì)來服務(wù)教學(xué)，自覺充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，常能取得意想不到的效果。例如，根據(jù)季節(jié)的不同，可以改變教科書中有關(guān)教學(xué)內(nèi)容的順序，力求做到因時(shí)而教、源趣而授，使學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生的實(shí)際生活結(jié)合得更為緊密。將《各種各樣的花》的教學(xué)調(diào)整到春暖花開的時(shí)節(jié)教學(xué)，教師帶領(lǐng)學(xué)生到大自然這個(gè)“大課堂”中，放飛在花的海?

?洋里，觀察各種各樣植物的花，學(xué)生在教師的啟發(fā)指導(dǎo)下，就可以掌握花的共性，了解到花的構(gòu)造，進(jìn)而認(rèn)識(shí)到完全花與不完全花的特征及其區(qū)別。而《植物的果實(shí)》則選擇在金秋十月的收獲季節(jié)進(jìn)行教學(xué)，發(fā)動(dòng)學(xué)生到“大課堂”中廣泛收集各種植物的果實(shí)，然后帶到課堂中觀察，采用浸泡、解剖、嘗味等多種實(shí)驗(yàn)方法來豐富、增進(jìn)、完善學(xué)生對(duì)果實(shí)的認(rèn)識(shí)。

3、充分利用自然地理環(huán)境，開展課外科學(xué)研究活動(dòng)

農(nóng)村有得天獨(dú)厚的自然條件，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生走出教室到大自然中去進(jìn)行考察活動(dòng)。教師要充分利用這一有利條件，帶領(lǐng)學(xué)生到大自然這個(gè)“大課堂”去上課。自然課中凡是適合在當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境中教學(xué)的內(nèi)容，如水域的污染和保護(hù)、植物與環(huán)境、能源礦產(chǎn)、巖石、土壤等等，盡可能讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)地考察，直接與大自然接觸，并注意把愛科學(xué)的思想教育和改變當(dāng)?shù)刈匀幻婷步Y(jié)合起來，把自然課的教學(xué)和課外自然研究活動(dòng)結(jié)合起來，從而使本節(jié)課取得了綜合的教學(xué)效果。如學(xué)生通過科學(xué)課里的《水》的學(xué)習(xí)，自覺應(yīng)用于實(shí)踐，主動(dòng)考察研究本地水資源循環(huán)情況，找到了本地居民生活用水存在的問題及原因，從課堂向課外拓展中培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)意識(shí)。學(xué)生在課內(nèi)與課外的溝通中，在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中，真正學(xué)到了科學(xué)知識(shí)，鍛煉了科學(xué)實(shí)踐能力，科學(xué)意識(shí)不斷得到了增強(qiáng)。

四、以活動(dòng)為載體，以探究為核心是減負(fù)增效的關(guān)鍵 1.高效課堂教學(xué)首先是學(xué)生自主的學(xué)習(xí)

我這堂課講什么呢？以往我們教師備課時(shí)總有這么一種定式。教師沒有更多地考慮如何讓學(xué)生去摸索、去探究，讓學(xué)生達(dá)到探究的目標(biāo)，獲得科學(xué)概念。因此高效的課堂，還應(yīng)是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的課堂。在四年級(jí)上冊(cè)《聲音的傳播》一課中，在研究聲音的傳播時(shí)，一些學(xué)生可以創(chuàng)設(shè)出新的實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行研究；在匯報(bào)交流時(shí)，學(xué)生也可以運(yùn)用不同的方式來完成。學(xué)生所進(jìn)行的是自主的探究、自助的實(shí)驗(yàn)和個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)總結(jié)。只有這樣才可以使學(xué)生的個(gè)性得以充分的發(fā)揮，創(chuàng)新的能力得以有效培養(yǎng)，才能實(shí)施高效的課堂教學(xué)。2.高效課堂教學(xué)要以探究為核心 探究既是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，又是科學(xué)學(xué)習(xí)主要方式，親身經(jīng)歷以探究為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的主要途徑。?教學(xué)中要以學(xué)生為主體，教師應(yīng)把最大限度地留給學(xué)生，讓學(xué)生親身經(jīng)歷科學(xué)探究活動(dòng)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力。激發(fā)每一位學(xué)生主動(dòng)參與探究實(shí)踐活動(dòng)，更讓學(xué)生在探究中學(xué)會(huì)合作，懂得思考。

3.高效課堂教學(xué)要自主探究與合作探究相結(jié)合

科學(xué)課中，有些知識(shí)自主探究能解決，有些知識(shí)需要同學(xué)們通過合作探究取得。

如：我們?cè)趯W(xué)習(xí)《蚯蚓》一節(jié)中，對(duì)于蚯蚓身體的外部形態(tài)，學(xué)生們可自主探究，觀察得到，蚯蚓的身體由許多環(huán)狀體節(jié)構(gòu)成，有口，環(huán)帶，肛門。但對(duì)蚯蚓的生活習(xí)性的觀察需要同學(xué)們合作探究去發(fā)現(xiàn)。比如，對(duì)蚯蚓的一個(gè)生活習(xí)性﹙蚯蚓喜歡生活在黑暗、潮濕的環(huán)境里﹚的觀察，需要同學(xué)們以小組合作的方式去觀察探究。通過觀察、探究了解到的知識(shí)，遠(yuǎn)勝于老師說教，老師不僅教會(huì)他們知識(shí)，而且教會(huì)他們?cè)鯓訉W(xué)知識(shí)。一位教育家就曾經(jīng)說過：?教是為了不教?。我們要注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，給他們一堆金子，不如給他們一個(gè)點(diǎn)金石。． 五.注重課后反思是減負(fù)增效的重要途徑。

我國(guó)最早的教育著作《學(xué)記》中說：“學(xué)然后知不足，教然后知困。知不足，然后能自反也；知困，然后能自強(qiáng)也。”，因此任何一個(gè)教師和學(xué)生不論其能力起?

?點(diǎn)如何，都有必要通過多種途徑對(duì)自己的學(xué)習(xí)和工作進(jìn)行反思，從而提高自己的能力。

1、教師課后反思。

教案中的教學(xué)反思和學(xué)生輔導(dǎo)批改紀(jì)錄，是我們學(xué)校的硬性要求，并被納入到教師六認(rèn)真檢查和考核中，我覺得這一制度很好，還值得進(jìn)一步推廣。一節(jié)課下來，靜心沉思，抽些時(shí)間回顧所學(xué)的內(nèi)容，摸索知識(shí)之間的一些規(guī)律和自己在知識(shí)點(diǎn)上有什么發(fā)現(xiàn)；解題的諸多誤區(qū)有無突破；啟迪是否得當(dāng)；訓(xùn)練是否到位等等，及時(shí)記下這些得失，并進(jìn)行必要的歸類與取舍，為下一節(jié)課的有效教學(xué)做好鋪墊。而在作業(yè)中也要認(rèn)真反思，尤其是在批改之后的作業(yè)，并要求學(xué)生仔細(xì)分析自己的對(duì)題和錯(cuò)題，寫下自己的成功之處和不足之處，還可以寫下自己的新思路和自己的創(chuàng)新，這樣更能提高我們教師的教學(xué)能力。

2、學(xué)生課后反思。

課堂教學(xué)是開展反思性學(xué)習(xí)的主渠道。我在課堂教學(xué)中經(jīng)常有意識(shí)的引導(dǎo)學(xué)生從多方位、多角度進(jìn)行反思性的學(xué)習(xí)。如對(duì)日常生活中的事物及課堂中的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生多問一些為什么？想想自己這節(jié)課都有什么收獲？還有哪些疑問？同時(shí)要求學(xué)生掌握好五種反思方法，即（1）在解決問題中反思，掌握方法；（2）在集體討論中反思，形成概念；（3）在回顧知識(shí)獲取時(shí)反思，提煉思想；（4）在分析解題方法中反思，體驗(yàn)優(yōu)勢(shì)；（5）在尋找錯(cuò)誤成因中反思，享受成功。讓孩子們感到自己在不斷地反思后，能夠不斷地成功，能夠經(jīng)常地、認(rèn)真地反思，那么學(xué)生就會(huì)在反思中真正領(lǐng)悟生活和學(xué)習(xí)的思想、方法，優(yōu)化自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，發(fā)展思維能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，從而進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。六.多維綜合，激情評(píng)價(jià)。

每節(jié)課結(jié)束要進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的目的是全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。評(píng)價(jià)也是教師反思和改進(jìn)教學(xué)的有力手段。科學(xué)、有效的教學(xué)評(píng)價(jià)能夠有力地促進(jìn)有效科學(xué)教學(xué)的開展。對(duì)學(xué)生在科學(xué)教學(xué)活動(dòng)中的學(xué)習(xí)狀況的評(píng)價(jià)，教師不僅要關(guān)注學(xué)生知識(shí)和技能的理解和掌握，更要關(guān)注他們情感與態(tài)度的形成與發(fā)展；不僅要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果，更要關(guān)注他們參與科學(xué)活動(dòng)的程度、自信心、合作交流意識(shí)，以及獨(dú)立思考的習(xí)慣。同時(shí)，對(duì)學(xué)生實(shí)施評(píng)價(jià)，教師要特別關(guān)注學(xué)生的個(gè)性差異，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的描述應(yīng)采用鼓勵(lì)性語言，發(fā)揮評(píng)價(jià)的激勵(lì)作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)科學(xué)的自信心，從而使學(xué)生熱情地主動(dòng)參與到科學(xué)教學(xué)活動(dòng)之中。

總之，善于利用我們身邊一切可以利用的因素.資源。注重學(xué)生的愛好和專長(zhǎng)的形成，結(jié)合農(nóng)村教育資源，采取多種措施.渠道，就能較好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識(shí)，創(chuàng)造性地為科學(xué)課教學(xué)服務(wù)。這不僅能提高農(nóng)村小學(xué)科學(xué)課教學(xué)的課堂教學(xué)效益，而且也可在豐富的實(shí)踐活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，建立一種新型的教與學(xué)的平臺(tái)，從而達(dá)到減負(fù)增效之目的。

參考文獻(xiàn)：?《新課程三維目標(biāo)》?《小學(xué)科學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》?人民教育出版社?《減負(fù)增效，構(gòu)建高效課堂教學(xué)》?

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第五篇：材料科學(xué)論文

石墨烯的最新研究進(jìn)展及應(yīng)用

石墨烯的最新研究進(jìn)展及應(yīng)用

摘要：石墨烯以優(yōu)越的性能和獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)成為研究的熱點(diǎn)，本文以材料四要素來分析石墨烯的加工制備，各種熱學(xué)，力學(xué)，電學(xué)，光學(xué)性能，由于單純石墨烯的使用效能在單品中作用有限，因此另加介紹了石墨烯復(fù)合材料的制備和性能。由于中國(guó)科學(xué)家在石墨炔也取得突破，所以也附加介紹以用來比較石墨烯的特點(diǎn)。

石墨烯的發(fā)現(xiàn)；

石墨烯（是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯是當(dāng)今世界上最薄的材料，也是世界上導(dǎo)電性最好的材料，電子在其中的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。石墨烯具有特殊的單原子層結(jié)構(gòu)和新奇的物理性質(zhì): 強(qiáng)度達(dá)130 GPa、熱導(dǎo)率約5000 J/(m·K·s)、禁帶寬度幾乎為零、載流子遷移率達(dá)到2×105 cm2/(V·s)、高透明度(約97.7%)、比表面積理論計(jì)算值為2630 m2/g, 石墨烯的楊氏模量(1100 GPa)和斷裂強(qiáng)度(125 GPa)與碳納米管相當(dāng), 它還具有分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、量子霍爾鐵磁性和零載流子濃度極限下的最小量子電導(dǎo)率等一系列性質(zhì)。最近幾年國(guó)外對(duì)石墨烯的研究如火如荼的進(jìn)行，國(guó)內(nèi)也引起強(qiáng)大的反響。因此結(jié)合材料的知識(shí)，對(duì)其研究進(jìn)行簡(jiǎn)略的介紹。

（一）石墨烯的制備

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石墨烯的最新研究進(jìn)展及應(yīng)用

石墨烯在實(shí)驗(yàn)室中是在2004年，當(dāng)時(shí)，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡(jiǎn)單的方法—機(jī)械剝離法得到越來越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，晶體外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣 相沉積法、液相直接剝離法以及高溫脫氧和化學(xué)還原法等。我國(guó)的科研工作者通過化學(xué)氣相沉積法，利用烴類作為碳源，通過化學(xué)氣相沉積把單層碳原子附在金屬表層，這是一種可以為工業(yè)大規(guī)模制取石墨烯的方法?；瘜W(xué)氣相沉積法相比，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法可在更低的沉積溫度和更短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)制備出單層石墨烯。此外晶體外延生長(zhǎng)法通過加熱單晶6H-SiC 脫除Si, 從而得到在SiC表面外延生長(zhǎng)的石墨烯，但這種方法無法獲得大規(guī)模，層面單一的石墨烯。氧化石墨還原法, 成為實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯最簡(jiǎn)單的方法。

（二）石墨烯的優(yōu)秀性能 2.1力學(xué)性能

石墨烯具有完美的二維晶體結(jié)構(gòu)，它的晶格是由六個(gè)碳原子圍成的六邊形，厚度為一個(gè)原子層。碳原子之間由σ鍵連接，結(jié)合方式為sp2雜化，這些σ鍵賦予了石墨烯極其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)剛性。石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強(qiáng)100倍，甚至還要超過鉆石。2.2 電學(xué)性能

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石墨烯的最新研究進(jìn)展及應(yīng)用

石墨烯最重要的性質(zhì)之一就是它獨(dú)特的載流子特性和無質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子屬性。石墨烯的價(jià)帶和導(dǎo)帶部分相重疊于費(fèi)米能級(jí)處, 是能隙為零的二維半導(dǎo)體, 載流子可不通過散射在亞微米距離內(nèi)運(yùn)動(dòng), 為目前發(fā)現(xiàn)的電阻率最小的材料。石墨烯內(nèi)部電子輸運(yùn)的抗干擾能力很強(qiáng), 其電子遷移率在室溫下可超過15000 cm2/(V·s)[46], 而當(dāng)載流子密度低于5×109 cm-2 時(shí), 低溫懸浮石墨烯的電子遷移率首次被發(fā)現(xiàn)可以接近200000 cm2/(V·s)。單層石墨烯中載流子遷移率幾乎不受化學(xué)摻雜和溫度的影響。因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。2,3光學(xué)性能

單層懸浮石墨烯的白光吸收率是2.3%, 而且吸收率隨著層數(shù)的變化呈線性增加。2.4熱學(xué)性能

單層懸浮石墨烯的室溫?zé)醾鲗?dǎo)率可達(dá)到3000~5000 W/(m·K)，石墨烯的熱導(dǎo)率是如今在電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的銅的2 倍和硅的50 倍。

（三）石墨烯的復(fù)合材料

基于石墨烯的復(fù)合材料是石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域中的重要研究方向, 其在能量?jī)?chǔ)存、液晶器件、電子器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領(lǐng)域展現(xiàn)出了優(yōu)良性能, 具有廣闊的應(yīng)用前景。目前石墨烯復(fù)合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物復(fù)合材料和石墨烯基無機(jī)納米復(fù)合材料上,因此本文對(duì)石墨烯復(fù)合材料的最新研究進(jìn)展做詳細(xì)介紹。3.1 石墨烯聚合物

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石墨烯的最新研究進(jìn)展及應(yīng)用

根據(jù)石墨烯與聚合物的相互作用方式不同, 可將石墨烯聚合物復(fù)合材料分為石墨烯填充聚合物復(fù)合材料、層狀石墨烯聚合物復(fù)合材料和功能化聚合物復(fù)合材料等。

3.1．1 石墨烯填充聚合物復(fù)合材料

通過溶液混合、熔融共混和原位聚合等方法，我們可以來制備石墨烯復(fù)合材料，石墨烯的分散性和聚合物基體的相互作用是影響復(fù)合材料性能的主要因素。例如通過溶液混合制成的石墨烯復(fù)合材料聚乙烯醇的力學(xué)性質(zhì)得到很大改善，抗拉強(qiáng)度是原來的1,5倍，楊氏模量提高10倍。這說明利用溶液混合制成的石墨烯復(fù)合材料的分散性比較好，所以其力學(xué)性能比較好。與之相比，熔融共混法比較經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，不需要想溶液混合所需的昂貴分散液。利用熔融共混法制成的聚對(duì)苯二甲酸石墨烯復(fù)合材料，該復(fù)合材料利用石墨烯作為填充物，使其電導(dǎo)性大大提高。然而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，聚合物的粘度卻會(huì)影響熔融狀態(tài)下石墨烯與對(duì)苯二甲酸的結(jié)合，所以我采用原位聚合的方法，發(fā)現(xiàn)合成的化合物熱穩(wěn)定性提高。所以我們?cè)谑褂煤铣商畛漕愂?fù)合材料要充分考慮經(jīng)濟(jì)性，產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性。3.1．2 層狀石墨烯聚合物復(fù)合材料

層狀石墨烯聚合物復(fù)合材料是指石墨烯的衍生物和聚合物合成層狀復(fù)合材料，其可應(yīng)用于定向負(fù)載承重膜和光伏器件等領(lǐng)域。3.1.3 功能化聚合物復(fù)合材料

石墨烯及其衍生物也可通過聚合物修飾的共價(jià)或非共價(jià)功能化形成功能化石墨烯聚合物復(fù)合材料。石墨烯衍生物的共價(jià)功能化主要是通

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石墨烯的最新研究進(jìn)展及應(yīng)用

過聚合物官能團(tuán)和氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，而發(fā)生反應(yīng)的共價(jià)界面可以提高復(fù)合材料的力學(xué)和熱學(xué)性能。以聚甲基甲酸乙酯為例，利用石墨烯復(fù)合材料的共價(jià)功能，其力學(xué)性能得到改善，楊氏模量提高7倍，硬度提高50%，抗拉強(qiáng)度提高74%，此外利用石墨烯衍生物的共價(jià)合成的聚合物其熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性也得到明顯提高。

非共價(jià)功能化是通過范德瓦爾斯力、靜電相互作用和π–π 堆積作用對(duì)石墨烯表面進(jìn)行修飾而不改變它的化學(xué)結(jié)構(gòu), 此方法可提高復(fù)合材料的電學(xué)、光學(xué)特性和可溶性。利用π–π堆積非共價(jià)修飾的石墨烯薄片制備了多功能聚合物納米復(fù)合材料, 研究發(fā)現(xiàn)功能化石墨烯的引入提高了復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和電導(dǎo)率。3.2 石墨烯基無機(jī)納米復(fù)合材料

將無機(jī)材料(金屬納米材料、半導(dǎo)體和絕緣納米材料)分散在石墨烯納米層表面可合成石墨烯基無機(jī)納米復(fù)合材料。無機(jī)納米粒子可減小石墨烯片層間的相互作用, 而石墨烯與特定納米粒子相結(jié)合,使該類復(fù)合材料在催化劑、光學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。(四)中國(guó)科學(xué)家在石墨材料領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展

2010年，中科院化學(xué)所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員利用六炔基苯在銅片的催化作用下發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，成功地在銅片表面上通過化學(xué)方法合成了大面積碳的新同素異形體——石墨炔，這是在世界上首次大面積制備出了石墨炔薄膜。它具有豐富的碳化學(xué)鍵、大的共軛體系、寬面間距、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，被譽(yù)為是最穩(wěn)定的一種人工合成的二炔碳的同素異形體。由于其特殊的電子結(jié)構(gòu)及類似硅優(yōu)異的半導(dǎo)體性

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石墨烯的最新研究進(jìn)展及應(yīng)用

能，石墨炔可以廣泛應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體以及新能源領(lǐng)域。1968 年著名理論家Baughman通過計(jì)算認(rèn)為石墨炔結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定存在，國(guó)際上的著名功能分子和高分子研究組都開始了相關(guān)的研究，但是并沒有獲得成功。人們開始懷疑石墨炔是否能被人工合成,直到2010年，中科院化學(xué)所李玉良研究員等提出了在銅片表面上通過化學(xué)方法原位合成石墨炔并首次成功地獲得了大面積碳的新的同素異形體-石墨炔薄膜。在這一過程中銅箔不僅作為交叉偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑、生長(zhǎng)基底，而且為石墨炔薄膜的生長(zhǎng)所需的定向聚合提供了大的平面基底。

中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所能源應(yīng)用技術(shù)分所研究員黃長(zhǎng)水帶領(lǐng)的研究小組與中科院化學(xué)研究所研究員李玉良合作，首次將石墨炔應(yīng)用于鋰離子電池電極材料，并對(duì)其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能及儲(chǔ)鋰機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，闡明了石墨炔結(jié)構(gòu)、形貌與其電化學(xué)性能之間的構(gòu)效關(guān)系，探索了石墨炔材料在鋰電池中的應(yīng)用，這些研究為石墨炔家族的儲(chǔ)鋰性能研究以及探索新型碳素儲(chǔ)能材料提供了理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。研究表明，石墨炔是一種非常理想的儲(chǔ)鋰材料，且其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)更有利于鋰離子在面內(nèi)和面外的擴(kuò)散和傳輸，這樣賦予其非常好的倍率性能，從實(shí)踐證明石墨炔是一種非常有前景的儲(chǔ)鋰能源材料，科學(xué)家也預(yù)測(cè)它在新能源領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生非比尋常的影響。由此看來，石墨烯也是有廣泛未來的應(yīng)用前景，同時(shí)也見證了中國(guó)科學(xué)界為趕上石墨研究的先進(jìn)水平所做的努力。

（五）小結(jié)

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石墨烯的最新研究進(jìn)展及應(yīng)用

石墨烯被譽(yù)為改變21世紀(jì)的新材料，將可能引導(dǎo)21世紀(jì)的產(chǎn)業(yè)革命，總的來說，石墨烯不僅是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，石墨烯目前最有潛力的應(yīng)用方向，是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)。用石墨烯取代硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將會(huì)提升數(shù)百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。同時(shí)，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽(yáng)能電池板。

我國(guó)科學(xué)家在石墨領(lǐng)域的研究也取得了突破，這將有利于國(guó)家的社會(huì)轉(zhuǎn)型，建設(shè)工業(yè)強(qiáng)國(guó)。

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