科学发现

科学发现（精选十篇）

科学发现 篇1

当前,科学知识的“爆炸”式增长,及其带来的人类社会的深刻变革,使得提升国民的科学素养和创新能力彰显出越来越重要和紧迫的现实意义。在此背景下,传统的通过教师的直接讲授方式让学习者识记大量的科学概念、定律和理论的教学方法就显得不合时宜了。20世纪以前,杜威指出,学生需要学习的不仅是科学知识体系,更重要的是科学探究过程和方法。20世纪中期,布鲁纳带头掀起世界性的课程改革运动。与此同时,受当时科学哲学的影响,芝加哥大学的施瓦布以“科学的结构是不断变化的”为前提,主张把科学的可变性渗透到课程中,并采用探究教学来教授“作为探究的科学”,探究学习一词便是他于1964年首次提出的。“科学发现学习”(Scientific Discovery Learning)是指学习者像科学家一样,针对某个科学问题,通过提出假设和设计实验的方法,探究、发现并建构其中的基本规律和原理的学习活动。(1)学习者通过模拟科学家进行科学研究的方式进行学习,从而掌握科学知识结构,并体验科学探究的过程与方法。

结合计算机模拟技术的发展,基于网络的探究式学习环境成为实施科学发现学习的有效途径。当前主流的科学探究学习环境包括WISE、Co-Lab、Co Vis、Simquest、Interactive Physics等,这些学习环境采用了以学习者为中心的设计方法,为了支持学习者进行科学发现学习,提供了大量的支架,表现为一系列工具。

2 科学发现学习的研究现状

2.1 国外研究现状

目前,国外对于“科学发现学习”的研究集中在认知机制、过程步骤、环境开发等方面。

从认知机制看,科学发现学习属于特定领域内定义良好的问题解决活动。在大多数的问题解决活动中,问题解决活动只在一个问题空间中展开。而在科学发现学习活动中,学习者需要不断地设计实验、收集数据,并猜想数据背后的规律,直到实验数据能够支持所猜想的规律。因此,这里学习者的问题空间包括两个子空间:一是学习者设计的实验在记忆中的映射,称为实验空间(experiment space);二是由学习者猜想的所有可能存在的规律构成的假设空间(hypothesis space)。Klahr和Joolingen等人提出了科学发现的双重搜索理论(Scientific Discoveryas Dual Search,简称SDDS)。(2)(3)在SDDS的基础上,ES-DDS进一步将假设空间分为了变量空间和关系空间。

从过程步骤看,发现是同化概念和原理的心理过程,包括观察、分类、测量、描述、推理等活动;探究是确定问题、建立假设、设计实验、收集数据、作结论的过程,除了发现的各种活动外,它还包括预测、实验、控制变量、实验、解释数据、及交流等活动。(4)对于科学发现学习的过程,不同的研究者在不同时期的观点各有侧重,如:Van Joolingen和de Jong早年将它描述为一系列细节过程,如“归纳出一个变量”、“推翻假设”等;Quintana则提出应包含“产生假设”、“过程管理”以及“反馈、评价”。目前比较常用的是de Jong等提出的,将科学发现的过程定义为“分析问题”、“产生假设”、“实验”(设计实验、预测、数据阐释)、“得出结论”和“评价”等五个阶段,贯穿这些阶段的还有用于计划和引导学习过程的“学习管理或控制”工具。(5)

由于现实世界中的种种限制与计算机仿真技术的发展,越来越多的研究者正着眼于设计与开发基于仿真技术的科学发现学习环境。已知的科学发现学习环境包括:Simquest、WISE和Co-Lab等。因为科学发现学习是个复杂的过程,学习者会遇到各种困难与挑战。因此,上述科学发现学习环境,大多从过程模块和辅助工具两方面对学习者提供指导与支持,如WISE的“支架式的知识整合理论框架”(SKIF)、(6)Co-lab的“过程导航”(Process Coordinator)和Simquest的“假设编辑器”(Hypothesis Scratchpad)等。

2.2 国内研究现状

国内并没有明确提出“科学发现学习”的概念,而是用“发现学习”、“探究学习”体现科学发现学习的思想。在相关文献中主要分为两类:理论类和实践类。

理论类,一是从学习方式的角度将发现学习、探究学习、研究性学习进行比较。二是强调学习方式的变更对教与学各方面的要求,要求老师以学习者为中心,在教学方法和策略上采用探究式、发现式、研究式教学;同时将科学探究与科学知识、情感态度价值观等并列为主体的评价方面等。还有文章着重描述采用探究、发现思想在激发学生动机、培养学生创造性思维、提高科学素养方面具备作用,这种教育思想一定程度上也帮助了特殊教育的展开。

实践类则是在日常教学中运用发现、探究的思想进行教学的案例,大多集中在数学、化学、物理、生物、自然领域,参与探究的学生多为幼儿、小学、初中阶段。在具体的实施时,大致包括:发现问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、表达与交流、评价反思以及应用。

不难看出,国内对于科学发现学习的研究还停留在理论浅层探讨、实践留于形式的层面。结合计算机模拟技术的发展,以科学发现为核心的学习环境逐步得到大家的重视,在国内也涉及对此类学习环境的使用、设计和开发。使用上包括在现有学习环境中创设项目,如应用Jeroo微世界进行教学。设计层面上,有研究者设计了一个电磁学网上学习环境,作者通过对物理电磁学部分内容的理解,开创了一个学习环境的设计层面的理解。对于已开发的科学发现学习环境,包括浮力探究环境、潜水艇原理等。

3 存在的问题及解决关键

3.1 当前对科学发现学习研究中存在的问题

国内外对于科学发现学习的研究在理论上已日趋完善,在科学发现学习环境的设计开发上,已有的学习环境着重于支架性工具的运用。应当承认,这些设计尚处于零散的状态,学习者在使用软件学习后虽完成了问题的解决,却无法体会科学发现的精神,无法掌握科学发现技能、形成科学发现态度。

Palh和Beitz的普适设计方法学中将产品设计过程分为明确任务阶段、概念设计阶段、具体化设计阶段和详细设计阶段,每个阶段有自己的策略、规则和原理。软件系统作为特殊的产品,也应当经历任务分析、概念设计、具体设计等阶段。其中,概念设计产品概念设计是产品设计中最重要的关键阶段。这主要表现在以下几个方面:首先,据资料显示,概念设计阶段投入的费用虽然只占产品开发总成本的5%,却决定了产品总成本的70%以上;(7)其次,概念设计决定了产品的基本特征、性能和主要框架,在概念设计结束后,设计的主要方面就被决定下来了;更重要的是,概念设计阶段自由度较大,所受的约束较少。但在概念设计的应用领域,目前仍主要停留在机械电子、建筑、艺术领域,在教育领域仍没有明确的运用。科学发现学习系统的开发更是忽略了概念设计阶段,直接导致了科学发现系统的理论与实际开发相脱节,支架的设计与开发相当零散。

3.2 科学发现学习环境的概念设计

对于“概念设计”的研究,可以追述到1984年,Palh和Beitz在《Engineering Design》中第一次提出概念设计名词,并将它定义为“在确定任务之后,通过抽象化拟订功能结构,寻求适当的作用原理及其组合,确定出基本求解途径,得出求解方案,这一部分设计工作叫做概念设计。”(8)自此,许多学者开始用这一名词定义设计方案的初始阶段。Rao M则定义为:“概念设计是在全面考虑各种设计约束的条件下,以设计目标为输入,以产品概念设计方案为输出的系统所包含的工作流程,它是决定产品最终质量、市场竞争力及企业获利的关键因素。”(9)

对于科学发现学习环境的概念设计,Soloway等人提出了学习者中心的设计方法(LCD,learner-centered design)。该方法区分了学习者与用户、学习活动与工作任务的差异,提出科学发现学习环境设计的核心在于为学习活动提供脚手架,以支持学习者的建构式学习活动。(10)学习者中心设计的概念早在1994年就已提出,Quintana等人提出LCD过程应该包括:(1)描述和特征化目标学习者,他们所要进入的实践以及他们的学习目标;(2)标识出学习者在进入特定实践时可能需要支持的领域;(3)发展支架途径,这些途径都概念化并在软件中执行,支架用来支持早前定义的需求。因此,运用LCD对科学发现学习环境进行概念设计的过程应当包括:(1)特征化目标学习者;(2)描述科学发现学习的任务;(3)分析学习者在科学发现学习过程中所遇到的困难;(4)设计科学发现学习环境中的可消退性支架;(5)得出科学发现学习环境的概念模型。

摘要：科学教育将目标指向培养公民的科学素养,科学发现学习这一学习方式能有效促成科学教育目标的实现。当前,国外对科学发现学习的研究已涉及认知机制、过程步骤、环境设计开发,国内的研究也包括理论、实践等方面。科学发现学习环境的使用总是差强人意,究其原因是设计开发时忽略了对环境的概念设计,应当运用学习者中心设计方法对科学发现学习环境进行概念设计。

关键词：科学发现学习,研究现状,概念设计

参考文献

①Jong,T.de&Joolingen,W.R.van.Scientific discoverylearningwith computer simulations of conceptual domains[J].Review of Educational Research.1998(68).

②Klahr D,Dunbar K.Dual space search during scientific reasoning[J].Cognitie Science.1988:12.

③Joolingen,Jong.An extended dual search space model of scientific discovery learning[J].Instructional Science.1997:25.

④Leslie W.Trowbridge,Rodger W.Bybee,Janet Carlson Powell.Teaching Sec-ondary School Science.Prentice-Hall Inc.,7thEdition,1996:207.

⑤Jan Elen,Richard Edward Clark,Joost Lowyck,European Association Hand-ling Complexity in Learning Environments:Theory and Research[M].Elsevi-er.11830Westline Industrial Drive,St.Louis,MO63146.2006-07-11.

⑥黄都.促进知识整合的科学探究环境设计——基于对WISE网络探究平台的评介[J].全球教育展望,2004(7).

⑦Hyeon H J,Parsaei H R,Wong J P.Concurrent engineering:The Manufacturing Philosophy for the90’s[J].Computer Industry Engineering.1991.21(1-4):34-39.

⑧Palh G,Beitz W.Engineering Design[M].The design council,1984.

⑨RAO M,et al.Integrated distributedintelligent systemsin manufacturing[M].London:Chapman&Hall,1992.

科学发现的机遇 篇2

意外事件导致科学发现称为机遇。机遇分为同向、类向、异向和背向四种类型，认为截获它们具有一定的主客观条件。但机遇是人无知的表现，它是科学预测外产生的；这不是说机遇可坐待而得，它只垂青于科学劳动者里身于某种实践而又有准备的头脑。因此，增加产生机遇的几率是可能的。

机遇为科学研究提供契机，任何科学发现都不同程度地包含着机遇因素。科学研究的任务就在于通过这些偶然发现，去揭示其内部的必然性，从中作出科学结论。机遇在科学发明中有着不可忽视的作用。本文将从如何认识机遇及机遇的本质，从方法论角度作分析。

在科学发现和发明中，机遇有着不可忽视的作用。它的出现依赖于科学主体对科学问题的理解程度和对自身内部信息整理的系统化，同时也取决于科学主体自身的认识能力，如：逻辑能力、想象力、敏锐度及直觉等。但从其本质上看，机遇是客观事物的异常现象或意外变化与认识主体的主观能动性的统一，二者统一的基础是主体的科学实践。

关键词：机遇；科学；偶然性；必然性

自然辩证法（论文）

1科学发展机遇的类型

学发现的意外事件。从个别到特殊、再到个别。一般是认识事物的一个普遍规律。认为机遇有4 个基本类型[3]。1.1同向机遇

同向机遇这类机遇与预测的研究方向根本上一致，但由于种种原因，对具体进程不可能傲到每一步都清楚，因此科学发现中往往出现机遇。这种机遇是在科学发现的既定方向上起作用的。达尔文创立进化论学说就是此类机遇。1.2类向机遇

这类机遇与预测的生成领域及其研究方向偏离，它一方面包含有部分预测，另一方面又具有未预测的科学产物。1.3异向机遇

这类机遇与科学预测的发展毫不相干，但其本身的性质并不与科学预测相悖逆。1.4背向机遇

这类机遇虽在预测生成的科学研究领域之内，但结果却与预测相反。如国美的戴维森关于电子波的发现，在实验上证明了粒子存在波动现象，是物理学上重大发现，然而，他们的发现确实背向机遇的[4]。

自然辩证法（论文）

2.3深厚的知识基础。

最后，任何一项科学发现都不是科学家凭空想象得出的，都必须以一定的相关知识做基础。一个没有足够准备知识的人搞科学研究就像一个不会爬树又没有工具的人，只能眼睁睁看着果子高悬枝头，却无法摘到它。罗素在研究孤立波的时候，他早已是是个水利工程师了，不仅具备了相当的流体力学知识，而且有很好的试验能力，这些都是研究和重现孤立波所需要的必要条件[8]。伦琴在发现X 射线时是弗赖堡大学的物理学教授，并且已经在自己的学术领域发表17篇高质量的论文。冯·卡门在上大学时就发现自己更热衷于科学理论和逻辑思维方面的问题，他非常喜欢读书，很少参加社会活动。当他得到匈牙利科学院的留德奖学金后来到哥廷根大学留学，那里自由民主的学术气氛、风格迥异的大师如普朗特(L·Prandt l，1875-1953)、希尔伯特(D·hilbert，1862

自然辩证法（论文）

3机遇在科学发展中的作用

从科学开始萌芽起，机遇就多少有效地促进了科学的形成和发展。s ·布特勒在17 世纪指出：世上所有的发明，一开始并不是凭借理性，亦非由于智慧，而是那些幸运的人在误解或失察中偶然碰到的。事实上，确卖有许多科学发现得力于机遇，许多科学家也非常重视机遇的作用。他们在自述或论著中阐明了自己的观点。巴甫洛夫认为：“ 科学研究的未来总是难测，总是充满意外事情。” L·鲍林强调：“真正的研究是碰运气的。M·玻恩指出：“ 科学永远充满了意外的事，充满了预想不到的实验结果”，由于存在所谓“遵循规律的意外事件”，应该“允许机遇进入精密科学的王国”。E·柯尼施感叹机遇的重要性是不可思议的，机遇是创造力必不可少的要素。P·艾利希认为成功的研究所必要的条件只是4 个G，即德文的geist、geld、geduld 和gluck，其意思是想象、金钱、耐心和幸运。对于艾利希来说，这无疑是肺腑之言，因为他本人用核酸法染色结核杆菌就曾得力于机遇。当时，他将一些配剂搁在炉子上就外出了，有人无意中点着了炉子，而炉温正好合适，使蜡衣的细菌着色。艾利希把握了机遇，完成了科学发现。R·柯赫曾对机遇促成艾利希的发现大发感概。1987 年诺贝尔生理学或医学奖获得者利根川认为：天资和勤奋对一个科学家来说是重要的，但他毫不怀疑机遇的重要性[9]。

3.1机遇能够有效地加速科学发现进程

机遇有助科学发现的重要作用，首先在于它作为可能性与现实性的联系纽带之一，能够直接或间接地加速科学发现的进程。对于科学家或科学发现来说，机遇的这种作用有时甚至是决定性的1974年，美籍华裔物理学家丁肇中与B·里奇特几乎在同时发现了同一粒子J 加粒子(丁肇中命名为J粒子，里奇特命名为冲粒子)。1976 年，他们因此科学建树平分诺贝尔物理学奖金。恩格斯曾指出：“如果‘偶然性’，不起任何作用的话，那末世界历史就会带有非常神秘的性质。发展的加速和迟缓在很大程度上是取决于这些偶然性的。” ¾ 可见偶然性不仅能把可能性和现实性联系在一起，而且能够加速必然性的反映过程，机遇在科学发现中作用亦如此。

自然辩证法（论文）

结

论

总之，对机遇的认识、利用和捕捉，要坚持辩证唯物主义的态度，既不能完全否认，也不能盲目崇拜。完全否认机遇，易错失良机，把科学史上由于机遇获得的成果，误认为是资产阶级的唯心主义编造出来的，来个不承认主义，比如，过去苏联的李森科甚至曾提出：“ 偶然性是科学的敌人”。而盲目崇拜机遇，又会助长科学研究中的侥幸心理，放松在艰辛道路上的探索。一些书上曾片面宣传过什么牛顿睡在草坪上看见苹果落地，从而发现万有引力；门捷列夫玩纸牌而发现了周期律等。似乎这些重大成就，皆出于偶然机遇，完全是碰运气的结果。显然对待机遇的这两种观点都是片面的。正确的态度：在科学研究中，既要坚持明确的目的性，又要重视意外性；既不要夸大机遇的作用，又不放过机遇。那种采取“守株待兔” 的态度，把精力完全放在侥幸之上的人，是永远不会取得成功的。只有勤奋终身，具有精湛专业知识、知识渊博、又有远见卓识、勤于思索、经验丰富、思想活跃、具有创新精神的科学家，才有可能发现和捕捉有重大意义的机遇，导致科学上的重大发现。恩格斯曾经指出：“在表面上是偶然性在起作用的地方，这种偶然性始终是受内部的隐蔽着的规律支配的，而间题只是在于发现这些规律(《马克忍恩格斯选集》第4 卷，第243 页)。从唯物辩证法的高度研究科学发现中的偶然性，就是要探讨、发现机遇导致科学发现的规律，随着这种研究的深入进行，必将大大丰富科学方法论的内容，也势必给科学发现带来深远的形响。J·弗兰兹认为：科学研究与其说是科学倒不如说是艺术。

尽管我们确认机遇是客观的，但要成功的辨识、截获机遇，并通过追踪决策对科学发现产生作用，还需要科学家强烈的主体意识和创造精神，特别需要他们的研究个性和特殊才能。正如我国数学家华罗庚所说：如果科学发现有什么“偶然机遇”的话，那么这种“偶然机遇”也只能给那些具有锲而不舍精神的人。1986 年诺贝尔化学奖获得者、华裔化学家李远哲也认为：“ 科学的发现不是可以设计的，这往往取决于科学家个人的劳动，取决于他对某个科学问题的不懈努力。科学研究既是社会的事业，也是个人的活动。我们评价一个科学家在社会中的地位，要看他对社会的贡献，但在总方向己定的情况下，要给科学家以一定的自由度，让他们自由地寻找最正确的方向。” 科学

自然辩证法（论文）

参 考 文 献

怪诞科学发现 篇3

神秘的玛雅预言，绚丽的好莱坞大片，让“2012年世界末日论”在世界各地迅速普及。有“玛雅迷”虔诚地开始倒计时，等待这一时刻降临地球。但美国学者最近研究发现，人们对玛雅历法的计算有误，“世界末日”将会推迟至少50年。

2010年10月，一本新上市的书引起了“玛雅迷”们的关注，书名为《历法与纪年Ⅱ——远古与中世纪世界天文与时间》。这本书中有一章专门介绍了玛雅历法和现代历法之间的区别。正是这一章，给津津乐道于“2012年世界末日论”的人们泼了一盆冷水——作者认为，玛雅人所预言的世界末日并非2012年，而是2062年或2112年。这种误解是计算错误造成的。

根据玛雅预言，2012年12月21日就是世界末日。预言称，如今我们所生存的地球，处在所谓的第5太阳纪。此前，地球已经过了4个太阳纪，而每一太阳纪结束时，都会上演一幕幕惊心动魄的大毁灭场景。

《蒙娜丽莎》隐藏“达芬奇密码”

2010年12月，艺术史学家在《蒙娜丽莎》的双目中发现了迷你数字和字母。目前，他们正对隐藏在《蒙娜丽莎》中的真实的“达芬奇密码”展开调查。即便是在今天，这幅由达芬奇在文艺复兴时期创作的不朽名作仍然充满神秘感。现在，据意大利文化遗产全国委员会成员透露，在經过高分辨率放大后，他们在蒙娜丽莎的双目中发现了数字和字母。委员会主席希尔瓦诺·文塞蒂12月12日称，这些符号“用肉眼看不到，但在放大镜下却清晰可见”。

右眼内有LV字母，这很可能代表了他的名字达芬奇(LeonardoDaVinci)，而左眼内也有一些符号，但却无法定义。很难清楚地辨认它们，但看起来像是字母CE，或是字母B——你必需记住，这幅作品创作于500年前，所以它们不可像刚刚画完时那样棱角分明，清晰可见。在背景中的拱桥上可以看到数字72，或者是L2。

“先有鸡，先有蛋”的争论结束

2010年10月，一个争辩不休但无从定论的问题，如今有了科学上的确认：“先有鸡，才有蛋”。英国谢菲尔德大学和华威大学的研究人员合作，对“先有鸡还是先有蛋”这个古老的争辩进行科学推敲。最后科学家得出结论：必须是先有鸡，才有蛋，因为蛋的形成需要一种只有在母鸡卵巢内才存在的特殊的蛋白质。

谢菲尔德大学的科林·弗里曼表示，一直以来，我们怀疑“先有蛋才有鸡”，但是现在我们有科学证据断定，事实上是“先有鸡才有蛋”。这种被称为“OC-17”的蛋白质具有催化剂的功能，能加速蛋壳的发展成形。科学家使用超级电脑放大鸡蛋的结构，发现“OC-17”能启动蛋壳最初成形的结晶化。这种蛋白质能将碳酸钙转化成“方解石晶体”，这种晶体是蛋壳的组成成分。

酿酒文明促进了古代文明延续

美国宾夕法尼亚大学考古人员撰文宣称，中国人早在9000年前就成功掌握了酒类发酵酿造技术，并很可能从那时就开始享受这种美味饮品了。

此前，科学家曾经在中东伊朗地区考古活动中发现了早期的啤酒和葡萄酒的遗迹，但最新成果表明，中国人的酿酒历史远远长于其他地区，并且在促进人类文化发展和技术进步上发挥了重要作用，对农业、园艺业和食品加工业的推动尤其明显。同时，他们认为古代啤酒进一步促进了古代文明延续。

猎杀人类的史前巨鹳

2010年12月，印尼弗洛伦斯岛上发现了一种生活在更新世的巨鹳，这种已经灭绝的不能飞行鸟类和著名的“弗洛伦斯人”生活在同一个岛上。

美国史密森尼国立自然历史博物馆专门研究岛屿上鸟类化石的H·梅杰尔博士及其同事是鹳化石的发现者，发现巨鹳化石的地层年龄在2万~5万年前，位于曾出土过弗洛伦斯人的梁布洞内。

这种灭绝的巨鹳叫作粗壮秃鹳，它体长约为1.8米，重达16公斤，比现生的鹳类体型还要大。科学家们认为，它的体型足以捕食幼年的霍比特人，因为成年霍比特人也只有1米高。根据现生鹳的习性来看，虽然它们大部分时候是食腐动物，有时也会捕食小型哺乳动物、鸟类、鱼类和青蛙。梅杰尔博士介绍，在岛屿上大型鸟类化石并不罕见，特别是岛上缺少食肉哺乳动物。从巨鹳的体型来看，它很可能无法飞行，然而，它的祖先或许是一种能飞的鸟类，它们飞到了这座孤立的岛屿上，成为了岛屿的统治者。

研制相当于猫大脑的人工智能

2010年4月，美国密西根大学研究学家利用猫识别人脸的速度比一台超级计算机还快的生物特性，正在研发“猫大脑”计算机，能够完成多个并行复杂任务。

美国密西根大学计算机系工程师WeiLu正在开发能够进行学习和认知的计算机，这种计算机相对传统的计算机来说，可以做出更复杂的决策，并可以同时执行多个任务。引人注目的是，这种计算机是对“猫大脑”进行了电子模拟，从而使得计算机的人工智能水平达到猫的智能水平。他举例称，将屋里的沙发移动后，“猫大脑”计算机可以进行调整，并找到一条可以到达沙发的道路。

科学家称，现代最复杂的超级计算机可以完成和猫大脑功能相当的某些任务，但是，这个庞大的机器具有14万个中央处理单元和专用电源。即使如此，速度也只有猫大脑的八十三分之一。一台传统的计算机，逻辑和记忆功能位于电路的不同部分，每个计算单元和少量相邻电路相连，以线性方式执行代码，它们只有在执行具有有限变量的简单任务时才有用。但是猫大脑可以同时或者并行完成多个工作，这就是为什么猫能够在瞬间识别出人的脸部，但是超级计算机却花费更长的时间、消耗更多的能量才可以完成这个工作。

黏液菌可用于“建铁路”

2010年2月，日本研究人员用麦片粒模拟东京和周围城市的关系，而让阿米巴菌处于东京的位置，在26小时后，阿米巴菌所建立的捕食网络，不仅和东京铁路系统惊人相似，有些路线甚至更有效率。在未来，城市交通系统是否能借鉴阿米巴菌的“设计”？研究者认为前景值得期待。

日本铁路系统被公认为世界上最有效率的铁路系统之一。在人口稠密的东京，其高效的地铁系统在2004年日客运量就达到了770万人次。这样的地铁系统让城市交通规划者花费数十年的时间探索、建设。但在这项实验中，黏液菌仅仅用了26个小时，就架起了与东京铁路系统惊人相似的捕食网络。

引导学生探究,发现科学价值 篇4

一、利用材料, 创造条件, 营造科学探究氛围

苏霍姆林斯基说:“在人的心灵深处有一种根深蒂固的需要, 就是希望自己是一个发现者、研究者、探究者。而在儿童的精神世界中, 这种需求特别强烈。”儿童对大自然有着与生俱来的好奇心, 他们希望通过亲身实践发现科学的真谛和大自然的奥秘。教师可以积极创造探究条件, 使学生敢于探究、善于和乐于探究创造。

在教学时, 教师可借助生活中的材料, 给学生提供探究的时间和氛围, 让学生萌发探究知识的愿望。在教学《生活中的材料》这一单元时, 每节课之前我都提前把材料和工具准备好, 课上我让学生观察都有哪些材料和工具, 并问:“这些材料工具有什么用处?怎样用?能证明什么?”学生讨论后回答:“把纸片连入电路中, 看小电珠能否发光, 证明纸能否导电;把木头放入水中, 看是否下沉。……”学生通过思考, 利用材料想出了很好的实验及研究方法, 我引导学生亲自试一试, 看这些材料各自都有哪些特点。各小组研究气氛非常活跃, 学生真正参与到实验中, 按照自己的思维研究、探索。这样学生被我预备的材料和工具所吸引, 从而激发了探究欲望, 在获取知识的过程中得到了锻炼, 也培养了实验能力和探究学习的能力。

二、动手实验, 人人参与, 体会科学探究乐趣

《课程标准》要求我们“注意鼓励小学生进行科学探究活动, 理解科学探究过程, 获得科学探究的乐趣, 逐步提高他们的科学素养, 而不是强调小学生科学探究的结果和水平”。科学探究重过程, 重体验, 学生在参与探究过程中体验成功、体验合作、挑战, 才能健康成长。

在科学教学中, 我们要鼓励学生积极地参与到实验中, 让每个学生都体验到动手探究的快乐。在教学《火山》一课时, 学生猜想火山的成因后, 我提了个建议:“咱们来做个模拟火山喷发的实验, 好吗?”个别同学兴奋地跳了起来, 有的同学在摇头, 有的同学说不会……于是我笑着说:“其实, 这个实验很简单, 我希望每个同学都动手去做, 让咱们共同完成这个实验。”然后让学生设计实验, 并提示:组长注意了, 留心观察你们组每个同学, 看谁的小手最灵巧。这时, 我看到每个同学都忙了起来。有的弄土豆泥, 有的挖洞, 有的倒番茄酱, 有的小组已经用酒精灯加热了, 每个同学都静静地等着。不一会儿, 番茄酱受热后外溢了出来, 同学们都惊叫起来, 接着高兴地喊起来:“火山喷发了!”看到同学们高兴的样子, 我赶紧追问:“谁知道火山喷发的原因了?”同学们都积极地抢答起来。学生在自己动手实验中学到了科学知识, 并体会到了科学探究的乐趣。

三、注重过程, 渗透方法, 提高科学探究能力

“授人以鱼, 不如授人以渔”。科学的探究方法是人们探索解决问题与构造发展科学体系的有力手段和工具, 也是促进学生发展, 利于学生终生学习的“渔”。想要教给学生探究科学的方法, 教师就需要在每一堂课的教学过程中根据教学内容渗透不同的探究方法。

在教学《声音的产生》时, 我先让学生找声音, 然后自己制造声音, 最后探究声音产生的原因。在探究声音产生的原因时, 我先引导学生分析自己制造声音时发声物体有什么共同现象, 然后让学生猜想声音是怎样产生的, 并引导学生对猜测进行分析、整理、概括, 接着让学生设计实验, 探究声音产生的原因。我引导学生:“同学们可自选材料, 设计一些比较直观、明显的实验来验证一下, 如果有不同意见, 也可用实验来验证你的猜想。”这样设计的目的是给每个同学一个亲身经历的机会, 让不同意见的同学也能体验探究真知的过程。最后让他们根据实验交流、归纳、总结出声音产生的原因。这样使学生经历了“假设、猜测—设计实验—实验验证—归纳结论”这一科学探究过程, 体会到了科学探究的方法。

四、机智处理突发事件, 拓展科学探究内容

在科学课堂教学中, 经常会发生各种各样的“突发事件”, 教师如果能机智地处理这些事件, 那么有时会带给学生意想不到的收获和体验。

如在教学《纸》一课时, 学生们正研究纸的特征, 爱提问题的王子跃突然站起来, 问:“老师, 纸弄湿了, 晾干后为什么会起一些褶皱?”我正想解释, 转眼一想, 要不让学生自己课后探究吧, 于是就说:“对于这个问题, 感兴趣的同学回家自己去研究或者去查资料, 然后自己写一篇小论文, 明天交给我, 好么?”“好!”学生们高兴地喊道。王子跃也很得意, 为自己给同学们出了这么一个难题感到骄傲。第二天, 几个同学向我汇报:“老师, 我查了资料, 因为纸张是短纤维的集合体, 纤维有吸水性, 而纤维的脱水是从纤维的两端开始的, 就像菜叶总是边缘先干, 而纤维的中间部分还有水分, 干的部位不同, 所以从总体上看纸张的时候就凹凸不平。”“老师, 我回家做了实验, 发现纸还真神奇呢!”“老师, 我还知道了要想使纸弄湿后不起褶皱, 在纸弄湿后, 立刻放到冰箱的冷藏室里, 24小时后拿出, 这样纸干后既不会起皱, 又不会留下任何印迹。”……没想到孩子们这么爱探究问题, 更没想到一次偶然的机会让孩子们获得了课本上没有的知识。

总之, 在素质教育的今天, 要想体现科学学习的价值, 我们就必须从培养和提高学生的探究能力入手, 采用灵活多变的教学方式和策略, 使学生掌握探究方法, 理解科学本质, 形成科学态度, 提高自主探究的能力, 从而全面提高科学素养。

摘要：科学教学在小学课程的学习中以独特的魅力激发学生的探究欲望, 激活学生的创新潜能。本文分别从营造科学探究氛围、体会科学探究乐趣、提高探究能力、拓展探究内容等四方面阐述如何激发学生的探究兴趣, 让学生在学科学的同时学会独立探究, 发现科学课的价值。

关键词：小学,科学教学,提高科学素养

参考文献

[1]3-6年级科学课程标准.北京师范大学出版社, 2005.6.

科学发现作文 篇5

俗话说的好，冬不穿白，夏不穿黑，这是人们多年中生活中总总结出来的经验，可是你知道它其中所蕴含着什么样的奥秘吗?哈哈，就让我来告诉你吧!我们生活在这个美丽的世界里，五光十色，有红色的花，有绿色的草，有蓝色的海可是在夜晚，那些原本色彩丰富的物体却都失去了它们原有的色彩，这就说明不管一个物体，他原来有多么美丽色彩，多么丰富，却都只会出现在阳光下，那为什么同样的阳光照出的物体颜色却不同呢?

我们知道太阳光是多种颜色混合而成的，不同的物体对不同颜色的光线吸收能力和反射能力是不同的，然而被物体吸收的光，我们人的肉眼是看不见的。只有被反射的光，人们才能看到，就比如说：红色的花，因为它只能反射红色的光，所以我们也就只能看见红色了;白色的东西能够反射所有的光线，因此看起来就是白色的;而黑色的东西却能吸收所有颜色的光，没有反射回来的光线，所以我们看到的，也就只能是黑色了，这时就会有人问：这些和衣服又有什么关系呢?

来听我继续说下去吧，一般来说深色的东西对阳光和辐射吸收多反射少，而浅色的东西则正好相反，因此夏天人们就爱穿浅色的衣服了，则冬天穿深色的衣服就会更加暖和啦!

2008年十大科学发现 篇6

1、大型强子对撞机启动

好消息，这个位于瑞士和法国边界的大型强子对撞机不会毁灭地球!坏消息：该装置启动后不久就趴窝了。2008年9月，这台28千米长的对撞机首次启动，一些人怀疑这台机器能形成人造黑洞，可吞噬整个地球，至少是欧洲那么大面积的区域。总之，这一天会很悲惨。结果搞得人心惶惶。虽然人们想象不出这台机器真的能发生什么，但是他们期望大型强子对撞机能像广告得那样运作起来，再现宇宙大爆炸后瞬间的场景，让物理学家观察、探究这些消失已久的时刻。刚开始一切还算顺利，但是，后来氦泄露造成了大型强子对撞机在开启后不足两周就关闭。修复仍在进行，据估计2009年6月粒子应该可再度飞速旋转起来。

2、“凤凰”号登陆火星北极

2008年5月25日，美国航空航天局的“凤凰”号探测器着陆火星北极，开始挖掘、取样和分析火星北极周围的环境。“凤凰”号的主要成就是在表层土下方几厘米处发现水冰，并摄录下水冰的蒸发过程。在火星探测史上，这还是第一次与水亲密接触。该发现表明，火星曾是一颗有水的星球，可能有着种类繁多的丰富生物。美国航空航天局局宣布“凤凰”号于11月2日失去联系，“凤凰”号长达5个多月的火星探测使命就此终结。

3、完整人造染色体诞生

美国遗传生物学家克雷格·文特尔博士领导的研究小组在创造生命领域获得重大进展：把58.2万个必要的碱基对结合在一起，形成四段DNA序列，再将这些序列插入酵母细胞，使之复制并最终连接成为一个完整的人造染色体，为下一步创造活细菌奠定了基础。

4、中国航天员太空漫步

中国在航天领域的发展步伐惊人，2003年首次载人航天；2005年将两名航天员送入太空；2008年9月27日实现太空漫步。中国航天员翟志刚完成出舱活动后顺利返回“神舟7”号飞船轨道舱，使中国成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。中国航天员肩负三大使命：实施中国首次出舱活动；完成包括回收固体润滑材料、释放伴飞卫星等在内的科学实验；满负荷、全方位考核载人航天工程总体及各大系统。

5、大猩猩存活数量超过预期

对于濒临灭绝的非洲西低地的大猩猩来说，这绝对是个好消息：野生生物保护学会于2008年夏天进行的最新调查发现，野生大猩猩的数量要比原来以为的多得多。刚果共和国北部的森林和沼泽地里据信有12.5万只大猩猩，是以前估计的两倍!然而，福不双至。相邻的刚果民主共和国的战争已经扩散到维伦加国家公园，直接威胁到那里的大约350只山地大猩猩的生存，而全世界山地大猩猩的数量只有700只左右。

6、太阳系外行星现形

科学家早就认定，有众多的行星围绕太阳系外的恒星运转，而直到1995年他们才发现所谓的系外行星。这些行星体积庞大，距离其母(恒)星很近，不可能有生命存在。2008年6月，瑞士天文学家米歇尔·梅尔发现了45颗更小一些的系外行星，大小仅为地球的4.2倍，大都在炙热的轨道上运行。梅尔通过探测重力变化发现，有些行星的轨道很距其母星较远，表面温度较低，适宜人类居住。2008年11月，美国和加拿大的两个研究小组又发现了四颗系外行星，并为其拍下了照片，这是哈勃望远镜首次在可见光范围内直接拍摄到太阳系外行星。

7、隐形斗篷即将问世

美国加州大学伯克利分校设计出一种能控制光线运行方向的新材料，使人类有可能因此研制出隐形斗篷。这并非人们的臆想，而是物理学、光学和纳米技术共同作用的结果。科学家利用生长在多孔铝管的纳米线制造出了只有正常纸张1/10厚的电磁特异介质薄片，这种薄片可将物体包裹起来，使物体周围的光线得以弯曲，最终实现物体的隐形。研究组的负责人张祥表示：“隐形斗篷在隐形时，要像河水围绕一块岩石流淌一样，组成它的材料必须将物体周围的光波完全弯曲。”观察这个隐形斗篷的人将在它后面看到光线，这种情况让物体看起来似乎消失了。能产生这种效果的物质是已知的电磁特异介质，它能“捕获”电磁辐射，并平滑地偏转它的方向。自然界中没有能产生这种效果的物质，过去几年原子和分子水平的纳米工程学和操作技术得到充分提高，使科学家有机会制造出这种材料。

8、复活史前猛犸象成为可能

2008年11月，美国宾夕法尼亚州州立大学生物化学系的科学家通过一团猛犸象的毛发，成功破译出这个史前庞然大物80％的基因组。该发现有助于重建灭绝动物的基因组，或能使其重返自然界，这使科学家在复活古生物的道路上又向前迈进了一步。科学家利用从西伯利亚永久冻结带发现的两具猛犸象残骸上获取的DNA，实施了这种类似于科幻大片《侏罗纪公园》剧情的研究。在这两具猛犸象尸体中，一具已在地下埋了2万年，另一具则至少埋了6万年。领导这项研究的宾夕法尼亚州州立大学教授史蒂芬·舒斯特说：“从理论上讲，通过破译这个基因组，我们可以获取重要的信息。将来有一天，只要将独特的猛犸象DNA序列融入现代象的基因组中，这些信息或能帮助其他研究人员复活猛犸象。”

9、公民科学素养明显提高

1979年～2006年，具有科学素养的美国成年人的比例增加了一倍，达到17％。密歇根大学一名政治学教授2008年进行的一项调查发现，这一数字又有提高。目前，25％的美国人可被认为具有科学素养，这意味着美国仅有1/4的成年人能阅读并理解《纽约时报》科学版面上的故事。现在美国对选民的要求是，要了解全球变暖和干细胞研究等复杂问题。2008年11月，中国宣布本国公民在科学素养方面的得分再创新高，在欧洲一些地区，公民的科学素养也有小幅增长。

10、发现远古核心家庭

2008年11月17日，德国考古学家在德国境内安哈尔特尤鲁地区一个石器时代的墓地，首次发现了距今4600年前石器时代一个核心家庭(仅由父母及子女组成)的墓葬——墓室中埋葬着母亲、父亲及两个孩子的尸骨。该墓地的发现对研究家庭的兴起具有划时代的意义，该发现表明，现代家庭理念在石器时代之前就已经兴盛，也使人们对生活在欧洲文明初期史前人类祖先的生活有了新的了解。考古学家通过对他们骨骼的DNA片段进行检测，确认了他们的身份。两个男孩的年龄分别只有8岁和4岁。考古学家还在他们遗体的附近发现了另外三座坟墓，坟墓中共有9人的骸骨。其中，许多遗体上都有外伤，这表明他们可能是敌对部落或村落暴力袭击的受害者。一名妇女的脊椎骨显然被石制投射物穿透，另一个人头骨破碎。其他几具尸体的胳膊和手上也是伤痕累累。

哈勃望远镜的五大科学发现 篇7

从20年前哈勃空间望远镜被放入“发现”号航天飞机的货仓准备发射的那一刻起, 就注定了宇宙将向世人呈献出迥然不同的一面。

地面上最强大的光学望远镜只能看到整个宇宙的一半。用它们估计出的宇宙年龄存在着巨大的差异。在它们眼中, 超大质量黑洞只是隐藏在罕见剧烈现象背后的黑手。它们也无法告诉我们, 在其他恒星的周围是否存在有行星。

在1990年4月25日被部署入近地轨道之后, 哈勃空间望远镜作为太空中的第一个大型光学天文台立马就做出了一系列的发现和突破。它也迅速地成为了空间天文学黄金时代的开路先锋。

今天, “哈勃”直径2.4米的反射镜和高山之巅的直径8米乃至10米的巨型望远镜比起来似乎微不足道。但是, 位于地球大气层之上给了“哈勃”巨大的优势。它的视力始终要比地面上的望远镜锐利10倍。诚然, 能够改正大气扰动的自适应光学系统已经缩小了这个差距, 但“哈勃”的清晰图像是遍布整个视场的。此外, 由于没有了天空背景, “哈勃”还具有了以高对比度观测遥远天体的非凡能力。

同时, “哈勃”的光学稳定性又保证了它可以以完全相同的分辨能力和数据质量在不同时间重复地观测某个天体。“哈勃”还能够看到许多不同波长的光辐射, 从紫外线一直到近红外, 这赋予了它真正的“全色”视力。

有了这些强大功能的武装, “哈勃”的惊人发现贯穿于整个天文学, 改写了教科书, 催生出了超过7000篇的科学论文, 唤起了公众对宇宙的好奇心。

下面就让我们去看一下哈勃空间望远镜的五大最杰出的科学成就:

一、从较小结构演化而来的星系

1990年, 天文学家只能探测到红移最高为0.7的正常星系, 这个数值在宇宙中所对应的距离相当于70亿光年, 而宇宙是它的两倍大。多年来天文学家一直猜想, 如果宇宙是从大爆炸的火球冷却而来的, 那么星系必定是演化而来的。地面观测无法确定哪几个相互竞争的理论能最好地描述星系在早期宇宙中的形成和演化。

1985年, 一个由顶级天文学家所组成的委员会得出结论, 如果“哈勃”花200个轨道周期的时间来对宇宙进行“深度曝光”, 那将会是徒劳的。他们假定, 从当时已知的宇宙外推, 远距离宇宙的空间几何会打散正常星系所发出的光, 使它们过于弥散而无法被“哈勃”观测到。

幸运的是, 大自然非常地配合。即便在1993年光学系统修复之前, “哈勃”的早期观测就发现了打破当时纪录的红移为1.5的星系, 它所对应的距离超过了90亿光年。这些星系看上去似乎较现在的更紧凑, 因此所发出的光都集中到一个较小的领域中——得以让“哈勃”能够探测到它们。天文学家注意到了许多形状怪异的“病态”星系。而正常星系中由恒星形成产生的亮点则清晰可见。

这些发现鼓舞了当时空间望远镜研究所 (STSc I) 的所长罗伯特·威廉姆斯 (Robert Williams) 把他的大块主管观测时间用来进行了一次长达数百万秒的最深曝光。它的极限星等达到了前所未有的28等——比肉眼所能看到的最暗弱天体还要暗上10亿倍。

2002年随着“哈勃”的高新巡天相机安装到位, STSc I的下一任所长史蒂夫·贝克威思 (Steve Beckwith) 又把它向前推进了一步, 拍摄了哈勃超深空区 (HUDF) 照片。这确认了天文学家并非是因为偶然才只看到了紧密天体而错失了更大的星系。HUDF达到了29等的极限星等, 但仍然只发现了发育中的不完整星系。

2009年5月安装到“哈勃”上的大视场照相机3最新在近红外波段上再一次推进了这一深度观测。由此也发现了红移高达9的天体, 它们所对应的时间相当于宇宙诞生之后仅6亿年。

就像一帧一帧地来观看一部电影, 哈勃深空巡天揭示出了婴儿期宇宙中结构的出现和随后星系演化的动态阶段。在“哈勃”之前, 近距离上的星系碰撞只是有趣的个别现象。但是, 这些深空图像却显示, 在早期宇宙中星系的碰撞并合是家常便饭的事情。这为宇宙随着时间在不断发生变化提供了令人信服且直观的证据。

二、超大质量的黑洞遍及星系

当“哈勃”发射时, 天文学家们只在双星系统中证实了黑洞的存在。在这一系统中一颗恒星爆炸, 其核心会坍缩成具有几个太阳质量的黑洞。但是, 天文学家怀疑, 质量远大得多的黑洞必定是更强大的“引力引擎”, 驱动着由近及远的一系列超高能现象, 例如赛弗特星系、耀变体和类星体。

但是, 为了“称量”黑洞, 探测隐藏着的或“不发光”的物质是不是超出了恒星所能达到的极限, 就需要精密的分光观测。当空间望远镜成像光谱仪 (STIS) 在1997年投入运转时, 天文学家迅速将其对准了最近的迷你类星体——室女座巨型椭圆星系M87明亮的核心。和更遥远的类星体一样, M87也有一条从它的核心高速射出的喷流, 而喷流通常都与黑洞有关。

“哈勃”测得M87核心的质量高达30亿个太阳质量。这一结果完全得益于STIS对M87核心周围做轨道运动的高温气体的测量。这些气体的速度表明核心处的质量要远高于仅有恒星聚集所能达到的程度, 证实了黑洞的存在。

1997年对27个近距星系的研究发现, 在它们的中心都存在超大质量的黑洞。这使得天文学家得出结论, 超大质量黑洞极为普遍, 每个大型星系中都有一个。

更深刻的是, “哈勃”发现中央黑洞的质量和星系中心由恒星所构成的核球的质量直接相关:核球的质量越大, 黑洞的质量就越大。这说明有某种未知的反馈机制将星系的演化和黑洞的生长联系了起来。目前, 有6种理论试图来解释这一现象。但这同时也意味着, 没有人确切知道星系和黑洞的纽带究竟是什么样的。

三、暗能量的存在

“哈勃”曾经的一个重点项目是确定宇宙正在以多快的速度减速。因为在大爆炸之后引力必然会对空间膨胀施加阻力, 这就像在斜面上自下而上运动的一个小球, 它的速度最终会减小。

持续了几十年的一个问题是, 宇宙是否拥有足够的引力来完全阻止其自身的膨胀。“哈勃”可以看到遥远的Ia型超新星并准确测量它们的亮度, 这使得天文学家可以回溯宇宙更久远的过去进而测量它的膨胀速率。

1998年, 美国约翰·霍普金斯大学、美国空间望远镜研究所的天文学家亚当·里斯 (Adam Riess) 利用他的团队所收集的超新星巡天数据, 写了一个计算机程序来计算宇宙的减速率。奇怪的是, 这个程序不断给出一个具有负质量的宇宙。起先里斯认为这只是一个程序中的错误。但后来他意识到, 计算机程序其实是想给出一个“荒谬”的结论:真空会产生排斥能!

在美国加州, 另一个由美国劳伦斯伯克利国家实验室的索尔·珀尔马特 (Saul Perlmutter) 领导的小组也独立地发现了类似的宇宙加速膨胀。他的研究小组发现, 遥远的超新星比预期的要更为暗弱。这意味着, 和宇宙正在减速或者甚至“滑行”相比, 在我们和超新星之间有着更多的空间 (距离更大) 。因此, 宇宙现在必定正在以比早先更快的速度膨胀。

这两个组偶然间发现了爱因斯坦所预言的一个幽灵般的能令宇宙保持静止的制衡力, 被称为宇宙学常数。由于天体物理学家还不清楚它的行为是否严格地如宇宙学常数所述, 因此这一现象现在只是被称为“暗能量”。

“哈勃”后来又观测到了一颗100亿年前的超新星, 进一步支持了宇宙中有暗能量存在的事实。这颗超新星异常的明亮, 说明在很久以前宇宙确实是在减速, 但此后宇宙的膨胀便开始了加速并一直持续到现在。这一转变大约发生在70亿年前。

从那以后, 天文学家们进行了更多的观测期望能更好地确定暗能量的特性, 并确认它的行为是否真的像爱因斯坦的宇宙学常数那样。天文学家们就此为下一代望远镜提出了一些新的研究方法, 其中包括了观测更多的超新星以及测量天空中由宇宙大爆炸原初等离子体中的作用力所引发的重子声学振荡。

四、精确测定宇宙的膨胀速度

由于地质学证据以及达尔文的进化论, 19世纪后期的科学家都认为地球极为古老。即使是伟大的爱因斯坦也认为, 宇宙必须是静态的, 也许因此也是永恒的。然而, 按照他的广义相对论, 宇宙却要么会膨胀, 要么会坍缩。

1929年, 埃德温·哈勃 (Edwin Hubble) 为宇宙有着一个有限的年龄提供了第一个观测上的证据。他发现, 距离越远的星系, 它离开我们的速度越快, 其比值由哈勃常数给出。这意味着空间在往各个方向上膨胀。事实上, 这里经常所提到的观测到的光线红移并不是星系退行的速度所造成的, 即并非是多普勒效应, 而是空间本身的膨胀拉伸光的波长的结果。

通过精确地测定宇宙膨胀的速度, 科学家就可以倒转宇宙时钟, 计算出宇宙的年龄。但是, 由此估计出的宇宙年龄的精度会受制于精度较低的距离测量结果。而哈勃常数的精确值则是校准其他宇宙参数的关键。

由于空间望远镜可以比地面上的望远镜分辨出更多、更远的造父变星——一类可用做近距宇宙中距离标尺的恒星, 因此精确测定哈勃常数成为了“哈勃”早期的重点项目。

在“哈勃”发射时, 宇宙膨胀的速度存在着巨大的不确定性。哈勃常数的预估范围在50千米/秒/百万秒差距到100千米/秒/百万秒差距之间。这意味着, 宇宙的年龄可以年轻到只有80亿年或者老到160亿年。

1994年, “哈勃”河外距离尺度重点项目的温迪·弗里德曼 (Wendy Freedman) 宣布他们测得的哈勃常数值为80千米/秒/百万秒差距, 这意味着一个相对较年轻的宇宙。但令人费解的是, 由此得出的宇宙年龄在80亿年至120亿年间, 比最古老的恒星年龄还要小。这看起来似乎是恒星演化模型还存在问题。

到20世纪90年代后期, 哈勃常数的值已经精确到了只有大约10%的误差。2009年, 亚当·里斯及其合作者使用了遥远星系中的造父变星来细化和完善了宇宙的“距离阶梯”。这使得天文学家能够精确把宇宙膨胀的速度定在74.3千米/秒/百万秒差距, 其不确定性不超过5%。

回想起来, 这几乎是预料之中的, 天文学家最终确定的值恰好在先前50千米/秒/百万秒差距和100千米/秒/百万秒差距的正中间。考虑到暗能量的作用, 由此得出的宇宙年龄为137亿年——足以能容纳宇宙中测量到的最古老的恒星。

五、采样太阳系外行星的大气

直到“哈勃”发射升空5年之后, 天文学家才在另一颗普通恒星的周围发现了第一颗太阳系外行星。对于当时的地面望远镜而言, 外星行星过于暗弱无法被直接观测到, 但它们会造成其宿主恒星规律地摆动, 由此泄露了天机。这一现象唯一能提供的信息就是外星行星的轨道周期以及它的粗略质量。

然而, 到了90年代后期, 天文学家已经可以观测到太阳系外行星的凌星 (从其宿主恒星前方通过) 。由于可以在其宿主恒星的映衬下来观测外星行星, 这为探测它们的特性提供了可能。天文学家很快就把“哈勃”的独特能力用到了它们身上。

“哈勃”对太阳系外行星的大气进行了首次测量。在这一具有里程碑意义的观测中, 美国哈佛大学的戴维·夏博诺 (David Charbonneau) 对穿过外星行星大气的宿主恒星星光进行了分光观测, 发现外星行星HD 209458b的大气中存在钠。

在后续的观测中, “哈勃”还发现了凌星行星大气中的二氧化碳、氧和水蒸气。热类木星无疑是没有生命的, 但“哈勃”能对其大气进行分析证明了将这一方法用于外星类地行星大气来寻找生命示踪物质的可行性。

尽管取得了这些进展, 但对外星行星直接成像仍十分困难, 甚至对于“哈勃”也是如此。直到2008年, “哈勃”才第一次在可见光波段下拍摄到了围绕北落师门的一颗年轻气态巨行星。

六、接下来是什么

多亏了航天飞机计划和宇航员团队, “哈勃”的照相机已经升级到最先进的程度。如今的“哈勃”和1990年发射时相比强大了100倍。

一些重点项目仍然期望能从“哈勃”身上获得最大的科学回报。其中一个就是通过测量25个巨型星系团的引力透镜来研究宇宙中暗物质的分布。“哈勃”还将拍摄250000个遥远星系的深度照片。另一个雄心勃勃的计划则是对位于邻近仙女座星系 (M31) 某一个象限中的恒星和星云拍摄一张巨大的彩色拼接照片。

科学家发现引力波 篇8

美国加州理工学院、麻省理工学院以及“激光干涉引力波天文台 (LIGO) ”的研究人员当天在华盛顿举行记者会, 宣布他们利用LIGO探测器于2015 年9 月14 日探测到来自于两个黑洞合并的引力波信号。

据科学家估计, 这两个黑洞合并前的质量分别相当于36 个与29 个太阳质量, 合并后的总质量是62 个太阳质量, 其中相当于3 个太阳质量的能量在合并过程中以引力波的形式释放。

LIGO探测器是美国分别在路易斯安那州利文斯顿市与华盛顿州小城汉福德市建造的两个引力波探测器, 不久前完成了改造升级, 其探测灵敏度相比2010 年提高了约10 倍。

科学家发现巨大的里德伯分子 篇9

巨大的里德伯分子是在两个里德伯原子相互作用时形成的。里德伯原子是一个价电子被激发到高量子态的高激发原子。其价电子距原子实 (原子核和其余的电子) 很远, 能级结构类似于氢原子, 俗称巨原子或胖原子。里德伯原子具有许多奇异的特性, 如半径大、结合能小及寿命长等, 因此被当做探针用来进行基础研究和多方面的应用。

两个里德伯原子距离极近时可形成一个巨大的里德伯分子, 这是因为电子环绕原子核的轨道运动所产生的波动、起伏可在另一个里德伯原子的位置生成一个电场, 使两个里德伯原子发生相互吸引。而外加的电场可改变电子的运动轨迹, 并引发两个里德伯原子间作用力的变化。这种通过电场改变电子运动轨迹的能力正是控制分子属性的关键所在, 诸如结合能量和振动频率等。通过附加电场使电子发生变化并适应这些分子的属性也是一种独特的性质。

科学家发现脑波的行为编码规则 篇10

该研究由麻省理工大学皮科瓦学院神经科学教授埃尔·米勒领导, 他们发现神经元集群是通过彼此同步振动的方式来给某个行为规则编码。研究人员指出, 这一发现表明意识的本质属性可能是有节律的。

“当我们交谈时, 各种想法在头脑中不断浮现又消失, 这些都是各种神经元集群在不断形成, 组成一种形式, 再改成其他形式。但大脑是怎样做到这一点的还是个谜。”米勒说, 这也正是思维本身的真正性质。

研究人员识别出了猴子脑中的两组神经元集群。他们训练这些猴子根据物体不同的颜色和方向作出不同的反应, 这要求猴子在认知上有灵活性——在两套不同行为规则之间转换的能力。“事实上, 它们所做的是把注意力集中在物体信息的某些方面, 而忽略其他方面。它们选择哪种行为取决于环境。”论文领导作者之一、麻省理工大学博士后蒂姆·布施曼说。

当猴子改变任务时, 研究人员检测了它们整个前额叶皮质 (大部分计划、思考发生在这里) 不同区域所产生的脑波, 发现神经元电流以节律性振动的形式产生了脑波。当猴子以方向为判断准则时, 某些神经元以高频振荡, 产生了β频率波动;以颜色为准则时, 另一组神经元产生了β波。有些神经元会重叠, 多组集群都会用到它们, 但每组集群都有自己的组合方式。而且, 当以颜色为准则时, 曾经的“方向组”神经元之间出现了低频α波。研究人员认为, α波与脑活动抑制有关, 能帮助那些“方向组”的神经元安静下来。

“这表明方向准则是占优势的, 颜色准则相对较弱。大脑对‘方向组’发出了一阵α波, 让它们平息下来, 这样猴子才能使用较弱的神经组。”

目前, 研究小组正致力于探索大脑在不同规则之间切换, 也就是思考的时候, 神经元集群之间是怎样协调彼此行为的。有些神经科学家认为, 这需要有更深的脑结构起作用, 比如丘脑来执行这一协调任务, 但还没人能确证这一点。米勒说:“究竟是什么在控制着你的思维?这是认知上的最大秘密。”