黄盘兴发表的论文

编译 | 未玖

Nature , 21 October 2021, VOL 598, ISSUE 7881

《自然》 2021年10月21日，第598卷，7881期

天文学 Astronomy

Carbon monoxide gas produced by a giant impact in the inner region of a young system

年轻星系内部发生巨大碰撞产生一氧化碳气体

作者：Tajana Schneiderman, Luca Matrà, Alan P. Jackson, Grant M. Kennedy, Quentin Kral, Sebastián Marino, et al.

链接：

摘要

类地行星形成的模型预测，行星组合的最后阶段（年轻的原行星盘扩散之后持续的数千万年间）主要发生行星碰撞。正是通过这些巨大的撞击，像年轻的地球这样的行星才能成长到最终质量，并实现长期稳定的轨道结构。

一个关键预测是这些撞击会产生碎片。到目前为止，关于撞击后碎片最令人信服的观测证据来自于附近2300万年前的A型恒星HD172555周围的行星系。该星系显示大量细尘，具有异常陡峭的粒度分布和非典型的尘埃组成，此前将其归因于超高速撞击或巨大的小行星带。

研究组报道了一个与HD172555周围的尘埃碎片共轨的一氧化碳气体环的光谱分辨率探测结果，气体环与HD172555相距大约6到9个天文单位，类似于太阳系的外类地行星区域。

综上所述，尘埃和一氧化碳的检测结果有助于理解大型、易挥发性天体之间的巨大碰撞。这表明行星级的碰撞类似于月球形成的碰撞，可释放大量的气体和碎片，并且这种气体是可观测的，为了解年轻行星的组成提供了一个窗口。

Abstract

Models of terrestrial planet formation predict that the final stages of planetary assembly—lasting tens of millions of years beyond the dispersal of young protoplanetary disks—are dominated by planetary collisions. It is through these giant impacts that planets like the young Earth grow to their final mass and achieve long-term stable orbital configurations. A key prediction is that these impacts produce debris. So far, the most compelling observational evidence for post-impact debris comes from the planetary system around the nearby 23-million-year-old A-type star HD 172555. This system shows large amounts of fine dust with an unusually steep size distribution and atypical dust composition, previously attributed to either a hypervelocity impact or a massive asteroid belt. Here we report the spectrally resolved detection of a carbon monoxide gas ring co-orbiting with dusty debris around HD 172555 between about six and nine astronomical units—a region analogous to the outer terrestrial planet region of our Solar System. Taken together, the dust and carbon monoxide detections favour a giant impact between large, volatile-rich bodies. This suggests that planetary-scale collisions, analogous to the Moon-forming impact, can release large amounts of gas as well as debris, and that this gas is observable, providing a window into the composition of young planets.

材料科学 Materials Science

Half- and quarter-metals in rhombohedral trilayer graphene

菱面体三层石墨烯中的半金属和四分之一金属

作者：Haoxin Zhou, Tian Xie, Areg Ghazaryan, Tobias Holder, James R. Ehrets, Eric M. Spanton, et al.

链接：

摘要

铁磁性在电子占据高度局域化d轨道的过渡金属化合物中最为常见。然而，在低密度二维电子系统中也可能出现铁磁有序。

研究组证明了菱面体三层石墨烯中的门调谐范霍夫奇点，驱动电子系统的自发铁磁极化转变为一种或多种自旋和谷型。

通过电容和输运测量，研究组观察到调谐至相位间载流子浓度和电位移场的一系列跃迁，其中量子振荡具有四重、二重或一重简并度，分别对应自旋和谷简并的“正常金属态”、自旋极化的“半金属态”以及自旋极化和谷极化的“四分之一金属态”。

对于电子掺杂，包含谷各向异性相互作用的唯象斯通纳模型很好地捕捉到了数据的显著特征。对于空穴填充，研究组观察到一个更丰富的相图，其特征是费米面拓扑中对称性破缺和跃迁的微妙相互作用。

最后，研究组通过旋转对齐的六方氮化硼衬底引入莫尔超晶格。值得注意的是，研究组发现同位旋序仅受到弱扰动，当迁移的半金属态或四分之一金属态填充半超晶格带或四分之一超晶格带时，莫尔势会催化拓扑非平凡间隙态的形成。

该结果表明，菱面体石墨烯是一个多体理论控制测试的理想平台，并揭示了莫尔材料的磁性本质上是迁移的。

Abstract

Ferromagnetism is most common in transition metal compounds where electrons occupy highly localized d orbitals. However, ferromagnetic order may also arise in low-density two-dimensional electron systems. Here we show that gate-tuned van Hove singularities in rhombohedral trilayer graphene drive spontaneous ferromagnetic polarization of the electron system into one or more spin and valley flavours. Using capacitance and transport measurements, we observe a cascade of transitions tuned to the density and electronic displacement field between phases in which quantum oscillations have fourfold, twofold or onefold degeneracy, associated with a spin- and valley-degenerate normal metal, spin-polarized ‘half-metal’, and spin- and valley-polarized ‘quarter-metal’, respectively. For electron doping, the salient features of the data are well captured by a phenomenological Stoner model that includes valley-anisotropic interactions. For hole filling, we observe a richer phase diagram featuring a delicate interplay of broken symmetries and transitions in the Fermi surface topology. Finally, we introduce a moiré superlattice using a rotationally aligned hexagonal boron nitride substrate. Remarkably, we find that the isospin order is only weakly perturbed, with the moiré potential catalysing the formation of topologically nontrivial gapped states whenever itinerant half- or quarter-metal states occur at half- or quarter-superlattice band filling. Our results show that rhombohedral graphene is an ideal platform for well-controlled tests of many-body theory, and reveal magnetism in moiré materials to be fundamentally itinerant in nature.

Superconductivity in rhombohedral trilayer graphene

菱面体三层石墨烯的超导性

作者：Haoxin Zhou, Tian Xie, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe & Andrea F. Young.

链接：

摘要

在一个干净的二维器件中通过电场效应获得超导性是纳米电子学的一个核心目标。最近，石墨烯莫尔异质结构已实现超导性；然而，其中许多结构在机械上并不稳定，实验显示出强无序特征。

研究组报道了在亚开尔文温度下表现为低电阻率或零电阻率的晶体菱面三层石墨烯（一种结构上亚稳态的碳同素异形体）的超导性。超导性发生在两个不同的门调谐区（SC1和SC2），且深度在由平均自由程和超导态相干长度之比定义的干净极限内。

量子振荡对常态费米面的映射显示，这两种超导体都来自环形费米海，并且接近同位旋对称性破缺转变，其中费米面简并度发生变化。SC1从顺磁正常态出现，而SC2则从自旋极化、谷简并的半金属态中出现，且违反了面内磁场的泡利极限至少一个数量级。

研究组讨论了该结果的各种机制，包括传统的声子介导配对，近同位旋序波动产生的配对，以及环形费米液体的固有不稳定性导致的配对。

研究组为干净且结构简单的二维金属中超导性的观察提供了一个模型系统，用于测试相互竞争的超导理论模型，而不会出现建模混乱的复杂情况，同时使基于相关电子现象和弹道电子输运的新型场效应控制电子器件成为可能。

Abstract

To access superconductivity via the electric field effect in a clean, two-dimensional device is a central goal of nanoelectronics. Recently, superconductivity has been realized in graphene moiré heterostructures; however, many of these structures are not mechanically stable, and experiments show signatures of strong disorder. Here we report the observation of superconductivity—manifesting as low or vanishing resistivity at sub-kelvin temperatures—in crystalline rhombohedral trilayer graphene, a structurally metastable carbon allotrope. Superconductivity occurs in two distinct gate-tuned regions (SC1 and SC2), and is deep in the clean limit defined by the ratio of mean free path and superconducting coherence length. Mapping of the normal state Fermi surfaces by quantum oscillations reveals that both superconductors emerge from an annular Fermi sea, and are proximal to an isospin-symmetry-breaking transition where the Fermi surface degeneracy changes. SC1 emerges from a paramagnetic normal state, whereas SC2 emerges from a spin-polarized, valley-unpolarized half-metal and violates the Pauli limit for in-plane magnetic fields by at least one order of magnitude. We discuss our results in view of several mechanisms, including conventional phonon-mediated pairing, pairing due to fluctuations of the proximal isospin order, and intrinsic instabilities of the annular Fermi liquid. Our observation of superconductivity in a clean and structurally simple two-dimensional metal provides a model system to test competing theoretical models of superconductivity without the complication of modelling disorder, while enabling new classes of field-effect controlled electronic devices based on correlated electron phenomena and ballistic electron transport.

Dexterous magnetic manipulation of conductive non-magnetic objects

导电非磁性物体的灵巧磁操控

作者：Lan N. Pham, Griffin F. Tabor, Ashkan Pourkand, Jacob L. B. Aman, Tucker Hermans & Jake J. Abbott.

链接：

摘要

对铁磁物体的灵巧磁操控已很好建立，根据物体的几何结构，可能有三到六个自由度。有些物体需要非接触式灵巧操作，它们不含有大量的铁磁性材料，但含有导电材料。

时变磁场在导电材料中产生涡流，涡流与磁场相互作用产生力和力矩。这种现象曾被用于诱导阻力，以减少物体通过静态场时的运动，或使用动态场在单个方向上对物体施加力，但尚未被用于对导电物体进行如铁磁物体那样的灵活操控。

研究组表明，通过使用多个旋转磁偶极子场可在六个自由度下操控导电物体。利用量纲分析，结合多物理场数值模拟和实验验证，研究组描述了在旋转磁偶极子场中导电球体上产生的力和力矩。利用该模型，研究组在仿真和物理实验中实现了灵活操控。

Abstract

Dexterous magnetic manipulation of ferromagnetic objects is well established, with three to six degrees of freedom possible depending on object geometry. There are objects for which non-contact dexterous manipulation is desirable that do not contain an appreciable amount of ferromagnetic material but do contain electrically conductive material. Time-varying magnetic fields generate eddy currents in conductive materials, with resulting forces and torques due to the interaction of the eddy currents with the magnetic field. This phenomenon has previously been used to induce drag to reduce the motion of objects as they pass through a static field, or to apply force on an object in a single direction using a dynamic field, but has not been used to perform the type of dexterous manipulation of conductive objects that has been demonstrated with ferromagnetic objects. Here we show that manipulation, with six degrees of freedom, of conductive objects is possible by using multiple rotating magnetic dipole fields. Using dimensional analysis, combined with multiphysics numerical simulations and experimental verification, we characterize the forces and torques generated on a conductive sphere in a rotating magnetic dipole field. With the resulting model, we perform dexterous manipulation in simulations and physical experiments.

地球科学 Earth Science

Pliocene decoupling of equatorial Pacific temperature and pH gradients

上新世赤道太平洋温度和pH梯度的解耦

作者：Madison G. Shankle, Natalie J. Burls, Alexey V. Fedorov, Matthew D. Thomas, Wei Liu, Donald E. Penman, et al.

链接：

摘要

赤道太平洋的海洋动力学驱动热带气候模式，影响全球海洋和陆地生态系统。该地区如何应对全球变暖对全球气候、经济稳定和生态系统 健康 具有深远影响。因此，许多研究调查了上新世（530-260万年前）和中新世晚期（约600万年前）期间的赤道太平洋动力学，作为该地区在全球变暖下未来行为的模拟。

这一时期的古海洋学记录提出了一个明显的悖论，即沿着赤道太平洋东西向的海面温度梯度降低表明风驱动的上升流减少，这与东太平洋生物生产力增强的证据相冲突，后者通常由更强的上升流引起。

研究组通过提供新的证据，证明上新世早期/中新世晚期与现代环流体制完全不同，导致更古老、更酸性和更富营养的水到达赤道太平洋，从而调和了这些观察结果。这些结果为上新世早期/中新世晚期东太平洋生产力的提高提供了一种新机制，即使在风力驱动上升流较弱的情况下也是如此。

该发现为赤道太平洋动力学提供了新的线索，并有助于限制它们在不久的将来可能发生的变化，因为预计下个世纪地球将达到上新世那样的变暖水平。

Abstract

Ocean dynamics in the equatorial Pacific drive tropical climate patterns that affect marine and terrestrial ecosystems worldwide. How this region will respond to global warming has profound implications for global climate, economic stability and ecosystem health. As a result, numerous studies have investigated equatorial Pacific dynamics during the Pliocene (5.3–2.6 million years ago) and late Miocene (around 6 million years ago) as an analogue for the future behaviour of the region under global warming. Palaeoceanographic records from this time present an apparent paradox with proxy evidence of a reduced east–west sea surface temperature gradient along the equatorial Pacific—indicative of reduced wind-driven upwelling—conflicting with evidence of enhanced biological productivity in the east Pacific that typically results from stronger upwelling. Here we reconcile these observations by providing new evidence for a radically different-from-modern circulation regime in the early Pliocene/late Miocene that results in older, more acidic and more nutrient-rich water reaching the equatorial Pacific. These results provide a mechanism for enhanced productivity in the early Pliocene/late Miocene east Pacific even in the presence of weaker wind-driven upwelling. Our findings shed new light on equatorial Pacific dynamics and help to constrain the potential changes they will undergo in the near future, given that the Earth is expected to reach Pliocene-like levels of warming in the next century.

Direct radiative effects of airborne microplastics

空气中微塑料的直接辐射效应

作者：Laura E. Revell, Peter Kuma, Eric C. Le Ru, Walter R. C. Somerville & Sally Gaw

链接：

摘要

微塑料现在被认为是大气中广泛存在的污染物，由于其体积小、密度低，可以随风绕地球传播。大气气溶胶，如矿物粉尘和其他类型的空气悬浮颗粒物，通过吸收和散射辐射（直接辐射效应）影响地球气候，其影响通常用有效辐射强迫（ERF）度量进行量化。然而，空气中微塑料的辐射效应及其对全球气候的影响尚不清楚。

研究组计算了空气中微塑料的光学性质和直接辐射效应（不包括气溶胶-云相互作用）。假设平均表面浓度为1个微塑料颗粒/ m3 ，且垂直分布在10公里高空，则计算出当今大气中空气微塑料的ERF为0.044 0.399 mW/ m2 。

然而，微塑料的地理和垂直分布存在很大的不确定性。假设它们局限于边界层，短波效应占主导地位，微塑料ERF约为 0.746 0.553 mW/ m2 。与气溶胶-辐射相互作用引起的总ERF相比（ 0.71至 0.14 W/ m2 ），微塑料ERF很小。

然而，塑料产量在过去70年中迅速增长；如果不认真改革塑料生产和废物管理实践，空气中微塑料的丰度和ERF将继续增加。

Abstract

Microplastics are now recognized as widespread contaminants in the atmosphere, where, due to their small size and low density, they can be transported with winds around the Earth. Atmospheric aerosols, such as mineral dust and other types of airborne particulate matter, influence Earth’s climate by absorbing and scattering radiation (direct radiative effects) and their impacts are commonly quantified with the effective radiative forcing (ERF) metric. However, the radiative effects of airborne microplastics and associated implications for global climate are unknown. Here we present calculations of the optical properties and direct radiative effects of airborne microplastics (excluding aerosol–cloud interactions). The ERF of airborne microplastics is computed to be 0.044 0.399 milliwatts per square metre in the present-day atmosphere assuming a uniform surface concentration of 1 microplastic particle per cubic metre and a vertical distribution up to 10 kilometres altitude. However, there are large uncertainties in the geographical and vertical distribution of microplastics. Assuming that they are confined to the boundary layer, shortwave effects dominate and the microplastic ERF is approximately 0.746 0.553 milliwatts per square metre. Compared with the total ERF due to aerosol–radiation interactions ( 0.71 to 0.14 watts per square metre), the microplastic ERF is small. However, plastic production has increased rapidly over the past 70 years; without serious attempts to overhaul plastic production and waste-management practices, the abundance and ERF of airborne microplastics will continue to increase.

多媒体技术在教学中的应用 ——多媒体教室设计 修红1 王存林2 （1大连女子商业职业中专 2大连女子职业中专 辽宁大连116021）摘要：本文首先论述了在教学中应用多媒体技术的意义在于变抽象为直观，便于学生观察和认识，有利于学生理解和掌握教材；化繁为简、化难为易，提高教学速度、节省课时，减轻了教师的劳动。接着重点阐述了构建多媒体教室所需的设备和应用中的重点问题：系统环境的选择和图像处理；动态的显示与色彩、声音技术。本文最后还提及了多媒体在教学中运用的前景。关键词：多媒体技术 多媒体教学 多媒体教室 动态显示 Applying the multimedia technology to teachingXiu Hong 1 Wang Cunlin 2 3（1Dalian Girl’s Secondary Vocational School of Commerce 116021）（2Dalian Girl’s Secondary Vocational School 116021）Abstract:At first,this article describes the significance of applying the multimedia technology to teaching in two aspects ,and one is to make the abstract become the intutionistic so as to be propitious to the obervation,cognition ,understanding and mastering teaching material of the students;The other is to make the complex become the simple in order to improve the teaching speed、saving hours and relieving teachers’s labor.Secondly,this article puts an importance on expounding the following three problems about the devices and application of building multimedia classroom:1)the selection of system environment and image processing.2)dynamic displaying and the technique of color and sound..Meanwhile,it also introduces the prospect of applying the multimedia technology to teaching.Key words: Multimedia technology multimedia teaching multimedia classroom dynamic displaying 1 引言近几年来，计算机多媒体技术快速发展并走向成熟，在微机上就可以实现许多传统模拟的数字化。使得视频、音频、图像、动画和图形文字一起在计算机中进行处理，因此，计算机所处理和表达的信息量急剧增加，从而为多媒体计算机在计算机辅助课堂教学中的应用提供了可能。2．多媒体技术在教学中应用的意义多媒体技术在教育教学中的应用是最有前途、令人振奋的发展领域。社会的进步、科学技术、知识的急剧增加和人口的膨胀，急需训练有素、能适应时代要求的人才。、利用多媒体技术所具有的高度集成性、良好的交互性、信息容量大、反馈及时等特点，将多种信息同时或交替作用给学习者感官，从根本上改变了传统教学的种种弊端，使学习便加趣味化、自然化、人性化。多媒体技术在教育教学中应用的意义既深且远。（1）多媒体教学使教学内容由抽象变为直观，便于观察和认识，有利于学习和掌握教材。多媒体计算机所提供的刺激不是单一的刺激，而是对多种感官的综合刺激，这对于学生知识的获取和掌握，都是非常重要的。心理学家赤瑞特拉曾作过两个著名的心理实验：一是人类获取信息究竟通过哪些途径？他通过大量的实验证实：人类获取信息的士83%来自视觉，11%来自听觉。这两个加起来就有94%，可见信息主要是来自视觉加听觉。多媒体技术使得信息既能听得见又能自得见，集声光形色动等为一体，直接对学生的视觉和听觉感官产生作用，这种通过多感官刺激获得的信息量比单一的听老师讲课强得多。信息和知识是密切相关的，获取大量的信息就可以获取大量的知识。他的另一个实验是关于知识保持，即记忆持久性的实验。结果表明：如果既能听得到，又能看得到，再通过讨论、交流，用自己的语言表达出来，知识的保持能大大优于传统教学的效果。而多媒体技术能使学生既听到又看到，且又有足够的讨论。这说明多媒体计算机技术的应用不仅有利于学习知识，而且有利于知识获取后的保持。（2）化繁为简、化难为易，提高教学速度、节省课时，减轻了教师的劳动。（3）随着科学技术的发展，多媒体技术将与网络技术结合起来，与仿真技术结合起来，与人工技术等高科技结合起来应用在教育教学中，那必将掀起人类教育事业的一场新革命。3．多媒体教学的实践——多媒体教室作为多媒体技术在教学中应用的一个尝试，我们建立了一个多媒体教室。其中的主要教学手段是应用图像处理、计算机动画以及声音来处理教学问题。在系统整个中主要包括：计算机、投影仪、屏幕、音响、扫描仪五个部分；在教学内容上采用循序渐进、逐步开展的原则，将传统的教学方法与现代化的教学实践相结合。教师讲解、指导，结合系统显示模拟。合理安排时间，留下足够时间给学生讨论。这样，实现了学生从三个方面，即听、看、讲（交流）来达到对知识的认识、理解和巩固。3．1系统环境的选择和图像处理为达到良好的教学效果，采用支持多任务、多媒体的Windows环境，使用的开发工具主要是Powerpoint，这个软件是非常适合用于演示的软件系统。它有各式各样的模板，提供了多种绘图工具、丰富的图片和文档等，而且用它做成的课件可以很方便的演示。在教学过程中，对于必须画出的图，使用Powerpoint提供的绘图工具在模板上直接画出，而对于现已成形的实物框图，就可以使用扫描仪，将其扫描成图形文件，供Powerpoint调用。另外，为了能使学生对于一些部件有一个直观形象的认识，也通过扫描仪将这些部件扫描成图形文件，加到教案当中。这样一来，使得原来需要教师在黑板上画的许多框图，就可经过一“扫”而进学生视野，而且可多次重复使用大大，减轻教师的劳动。另外，也使许多教师想给学生看，但学生又不容易看到的实物，通过图片，使学生得到一个直观的印象，加强了学生的理解。能否引起学生的兴趣并很快理解和掌握知识很重要。为了增添学生兴趣，界面要设法吸引人。在这里调用了Windows和Word中的图片，并且从一些光盘图片库中选了许多漂亮的画片。之后，使用剪贴和拼凑，组成一幅幅既吸引人又内容相关的图片。3．2动态的显示与色彩、声音技术人对静止东西的敏感程度远不如运动的东西。在课堂上，如果学生看到的总是静止不动的图像、文字和数据，学生就容易疲劳，从而觉得乏味，用不了多久学生的注意力就会分散。为此，我们充分利用了该软件所提供的丰富的动态显示功能，使多数画面从屏幕中央向四周慢慢展开，有的是从上而下一点点地翻开，有的却是自上而下，自左而右，或从左下角、右上角，或飞进时，旧的一角则以弱色显示，从而形成鲜明的对比，使学生的注意力能紧紧跟随着教师的讲解，而不致三心二意。在使用动态显示时，也注意到一点，这所以用动态显示是为了增强教学效果，不能为了动态显示而乱用动态显示。该动的要动、该静的要静，要注意动静的结合从而达到更好的教学效果。不同的色彩、亮度对一个人的视觉产生的刺激是不同的。有的颜色使人心清气爽，而有的色彩搭配会使人昏昏欲睡，所以合理地使用色彩搭配对教学效果的提高是很有益的。因为所作的教案是演示给学生看。所以界面的主色调不能用沉，深的格调，而应尽可能地使界面欢快流畅，多选白、红等颜色，而尽可能少灰、褐等颜色。对于重点的词、句，以醒目的颜色作为前景色，而对于繁杂的、枯燥无味的原理图，则更需要注意颜色的合理搭配填充。使学生看到框图不是感觉那是一个个枯燥无味的框，而是象在看一幅美丽的图画，从而激发学生学习的兴趣，也使学生在学习中得到美的享受。不同的亮度也使学生的注意力产生不同程度的集中，重点字词，加大显示力度。声音作为多媒体的一个方面，我们主要采用了录音技术来配合画面的显示，教师的讲解多一些。在多媒体教室的使用中，对于声音的使用我们不处于摸索之中。4．结束语多媒体教室的实践活动，以真实的实例反映了多媒体技术在教学运用的优势，受到学生的欢迎和支持。精心制作的多媒体教案，不但加深了学生对内容的理解，增加了学生的兴趣和信心，而且提高了教师的工作效率，减轻了劳动强度，使教师得以安排更多的时间组织讨论、辅导答疑和进行教学创造。它的使用给教师的备课和组织教学带来了方便。虽然多媒体在教学的运用上还存在这样那些的缺点和不完善，但随着计算机技术的发展，多媒体在教学中的应用必将越来越广泛。参考文献：[1]朱秀昌，宋建新 多媒体网络通信技术及应用 北京 电子工业出版社1998[2]（美）考克斯（Cox,N.）等著 多媒体网络互连指南 北京 科学出版社 1996[3]李学农，丁彦青，温玲 多媒体教学优化设计 广州 广东高等教育出版社 1996[4]毛汉书 网络技术基础 北京 人民邮电出版社 2000作者简介：修 红：生于1968年，女，教师，大连女子商业职业中专。通讯地址：辽宁省大连市女子商业职业中专邮政编码：116021王存林 ：生于1966年，男，副校长，大连女子职业中专。通讯地址：辽宁省大连市女子职业中专邮政编码：116021--------------------------------------------------------------------------------------------------- 论多媒体技术在自然教学中的应用 我们即将进入21世纪。21世纪是一个科学技术竞争的时代。科学技术的竞争，归根到底科技人才竞争。邓小平同志在《把教育工作认真抓起来》一文中指出：“实现四个现代化，科学技术是关键，教育是基础。” 小学教育是基础教育，是人才建设的奠基工程。小学自然是义务教育小学阶段的一门重要基础学科，担负着向学生进行科学启蒙教育的任务。通过自然课的教学，可以使学生初步了解和认识自然界里常见的事物，扩展小学生的知识领域，激发他们学习自然的兴趣。更有利于培养他们良好的科学素质，对培养科技人才的幼苗，提高劳动者素质具有深远意义。 多媒体是高科技的产物，它具有以下特点：一、能把文字、图形、图像、视频、符号、动画和声音等多种信息进行集成；二、多媒体技术是以计算机为中心对多媒体信息进行综合处理和控制，使之按用户的习惯显示在屏幕上；第三、多媒体技术利用其强大的图形交互和窗口交互操作，使人们能通过十分友好的人机交互界面来操纵控制多媒体信息的显示。由于多媒体的这些特点，它逐步进入我们的课堂，帮助教师进行教学。利用多媒体强大的人机交互功能，灵活调用声、像、文并茂的教学信息，能激发学生的求知欲、创造欲，同时还能增强对知识的认识和理解力。 小学自然教学是一门实践性很强的学科。在自然教学中，我们不能单纯靠老师讲解，也不能完全依靠教师的演示，必须让学生亲自动手实验，在反复观察实验活动中，掌握各种知识、技能。我根据自然课的特点，把多媒体技术用到了自然教学中，服务于我们的自然教学。 一、运用多媒体技术为学生自行探求科学知识创设情境 自然教学中注重指导学生通过观察实验和独立思考自己去获得结论，注重指导学生自行探求知识，其目的是使学生在获取知识的过程中，同时锻炼和发展有关的能力，初步掌握研究自然科学的初步方法。 教学中向学生提供实物教材，再恰当地辅以多媒体手段，就可以为学生自行探求科学知识创设情境，帮助学生从感性认识向理性认识过渡，为从形象思维到抽象思维搭桥，收到更好的教学效果。比如教学《土壤的成分》，在学生自己采集土壤样品后，进行观察、分析，并经过充分讨论之后，多媒体出示一幅土壤成分的表解；教学《鱼》的外部形态特征，在学生通过观察实验，并进行充分研讨之后，再由多媒体依次出示鱼的各部分的名称和必要的注解，最后拼成一条完整的鱼，在重点的地方，在出示画面的同时，伴随着发出“叮”的一声和闪烁相应部位，从多方面刺激学生感官，让学生引起兴趣和注意……这种手段的使用，在内容上可以做到画龙点睛，在效果上也可事半功倍，在培养与训练学生的思维能力上更会有效。 由于地区性和季节性等原因，往往在创设情境及搜集实物教材方面遇到困难，这时多媒体就更能大显身手了。比如初春时教学青蛙，在我国南方，青蛙已经出洞了，而在北方，这时的青蛙可能还在地下冬眠，很难捉到青蛙。这时，我们就可以利用多媒体放影一段青蛙的录像。在讲青蛙是怎么捉害虫的时候，录像的速度比较快，为了让学生观察清楚，更好地掌握这一知识点，可以利用多媒体技术，用慢镜头播放，使学生能清晰地看到：一只大青蛙张开大嘴，倒在下颌的长舌像张开的折尺一样伸出来，舌尖一下子粘住了一条虫子，又一折，送进嘴里去。学生的注意力全都集中到了屏幕上。而且可以根据学生的学习情况，利用多媒体的交互作用，灵活播放。青蛙捕食这个讲不清，道不明、实验又极难做成功的难点，迎刃而解了…… 二、利用多媒体帮助培养学生实验操作能力 一些最基本的动手实验操作技能，应该在小学自然课的教学中掌握。这不仅是中小学教育内容衔接所必要，也是科学技术飞速发展的形势对教育提出的迫切要求。因此，贯彻自然教学新大纲，教好自然新教材，不仅要敢于放手让学生面对大自然进行独立地探索，还要切实发挥教师的主导作用，采用必要的手段，去指导学生认识各种实验器材、材料，学会使用的方法，掌握实验操作的基本技能。在这方面，多媒体技术也是大有用武之地的。在教学中使用多媒体技术配合实验，这可以增强教学效果，使学生更好地进行观察，对研究的问题理解得快，印象深刻。 1、实验前，用多媒体帮助学生装配实验，掌握实验的注意事项 如《水的蒸发和沸腾》一课，要求学生会使用酒精灯给试管里的水加热。课本上有插图，但图是静态的，部分学生不容易理解。于是，我用多媒体做了一个小课件：第一步，出示酒精灯，让学生认识酒精灯。讲到什么部位，就闪一下什么部位，刺激学生感官，帮助学生记忆。第二步，做一个点酒精灯过程的动画:先出示移去灯帽的过程，再出示怎么点火，最后出示灯芯被点燃，重要的地方，如点灯时手的位置等都能重复播放，并加文字注解，播放时教师讲再配合讲解。点燃后，出示一个问题：为什么要由下往上点火？第三步，出示一个燃烧着的灯芯的特显，让学生观察比较火焰的三层颜色的区别：外层是淡黄色的，第二层是桔红色的，最里边一层是浅蓝色的。然后，出示标注，让学生记住最里边的一层叫做和焰心，第二层叫内焰，最外边一层叫做外焰。同时介绍外焰的温度最高，所以要用外焰加热。第四步，多媒体演示如何熄灭酒精灯，“桌面”上的酒精灯帽“飞”到了灯芯上，灯熄灭，同时强调一定要用灯帽盖灭火焰。演示完一遍之后，再让同桌同学相互思考、讨论，并且让各小组实际操作一遍。最后，演示加热试管。出示一个试管，装入少量水，试管夹从上半部分将试管夹住，酒精灯的外焰正好给试管的底部加热，并且把实验中的要点、重点通过多媒体展示在屏幕上，配合教师的演示讲解，使学生在理解的基础上掌握方法。演示完毕，再让学生复述，要求正确回答出给水加热的方法：试管里装多少水？试管夹夹在试管的什么部位？试管的与火焰的角度？用哪部分火焰加热？等等。然后，再让学生进行实际操作，用酒精灯给装水的试管加热，并仔细观察水沸腾时的现象。通过与传统教学方法的对照与检测，学生掌握的情况是十分令人满意的。 三、利用多媒体技术引导学生运用所学的知识分析解决实际问题 理论要联系实际，学习知识的目的是为了运用，对小学自然学科同样有这个要求。在指导学生自行获取知识之后，还要积极指导学生自己去分析与解决实际问题，这不仅可以促使学生加深对已学知识的理解，而且可以使学生在实践中丰富知识，开阔视野，受到锻炼，增长才干。在这方面，恰当地运用多媒体技术也可以发挥启发诱导的作用。 如教学《呼吸器官》一课，这是一堂暗箱式内容的教材，要分析人有哪些呼吸器官。我们有实物模型，它虽然能向学生展示人有哪些内脏及位置。但是，它不能向学生展示人呼吸时气体经过了哪些器官，无法让学生通过自己观察得出人有哪些呼吸器官。为了能让学生自主的学习，可以用多媒体技术设计一个动画：标有蓝色的箭头沿着鼻、咽、喉、气管、支气管、肺示意吸气的过程，让学生思考吸气时，气体经过哪些器官；又出示一幅动画：标有黄色的箭头沿着肺、支气管、气管、喉、咽、鼻示意呼气过程，再让学生思考，人呼气时，气体要经过哪些器官。在学生了解了人呼吸要经过哪些器官后，让学生来说说，呼吸器官有哪些，在人体内的什么位置。由于运用上述教学方法，人有哪些呼吸器官学生都能说出来。 在讲气体交换这一抽象的问题时，我同样运用多媒体技术设计了这么一个教学过程：我们通过实验，学生得出了人吸进去的气体中含有的氧气多二氧华碳少；呼出来的气体中含有的二氧化碳多氧气少。那么这到底是怎么一回事呢？于是要讲到一个气体交换问题。关于人的呼吸器官，专门有一部科教育片的录像，但是与我们的教材不是太相符。我于是把其中有用的部分用视频捕捉卡捕捉到电脑里，进行修改加工，这样一来，这部分重点内容在课堂上要用几遍就可以用几遍，要怎么用就怎么用，改变了电视录像灵活性差的缺点。而且，课堂讨论气氛也大有改观，学生的思维普遍都很活跃，事后记忆效果极好。这一切，都归功于多媒体技术，他的可交互性，灵活性是其它电教手段所不及的。 四、恰当、合理、适时地运用多媒体，强调教学效益 现在，多媒体辅助教学在探索中前进，逐步民开，于是在一些老师心中就产生了一种偏面的想法：要上好一堂课，就一定得用多媒体。其实任何事物都有他的两面性，多媒体也不例外。一堂课怎么上，采用什么样的教学手段，这是由教学内容决定。我们有些课的内容，如前面讲到的青蛙，由于我国地大物博，不同地区之间存在着地区差异。为了解决教材编排与地区差异之间的矛盾，我们就可以用多媒体技术进行教学，再或者一个抽象的概念，用了多媒体之后，把这个抽象的问题转化成了一个非常容易理解的，直观的问题……象这些内容，这们就可以运用多媒体技术，因为它的教学效果是其它教学手段达不到的；但也有一些教学的内容：如小学自然第一册中的《玩石头》，各种各样的石头，应让学生自己在玩的过程中去找出他们之间的异同，发现他们各自的特性。它所要达到的教学目的，在学生玩的过程中就可以完成了，所以，就可以不运用用多媒体技术进行教学了。 总之，多媒体是一种先进的现代化教育手段，把他应用于我们的小学自然教学，用这高科技的产物来辅助我们的科学启蒙教育，不但可以帮我们解决许多问题，而且在潜移默化中给学生进行了一次又一次的爱科学、学科学、用科学的思想教育。随着科学技术的不断发展，教学网络化必将是未来教学的发展趋势。把多媒体技术与网络教学合理结合，让多媒体课件在网上进行传播。这是其它教学手段所不能达到的。 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 浅谈多媒体技术在劳动技术课堂教学中的应用 自九十年代以来，多媒体技术迅速兴起继而蓬勃发展，其应用已遍及国民经济与社会生活的各个角落，正在对人类的生产方式、工作方式乃至生活方式带来巨大的变革。特别是由于多媒体具有图、文、声并茂甚至有活动影像（GIF、FLASH等动画）这样的特点，所以能提供理想的教学环境，它必然会对教育、教学过程产生深刻的影响。下面笔者就自己在课程方面的教学经验及实践，对多媒体技术在劳动技术课堂教学中的应用作粗浅的窥探。 一、课堂教学中多媒体的技术特点 运用多媒体技术的课堂教学的特点是：教师实时参与，学生在教师指导下学习；多媒体计算机仅仅作为先进的教学手段，由教师直接操纵。 配置——将带有“集成控制系统”的多媒体计算机与各种视音频设备（如大屏幕投影电视、视频展示仪、录像机，影碟机、录音卡座、功放、话筒等）组合起来参与课堂教学。 特点——这里，多媒体计算机仅作为教学手段，主要用来集中控制视音频设备、发布各种教学信息。教师在多媒体教室可以使用教学所需的任何教学媒体（如幻灯片、投影片、图片、实物、模型、录音 带、录像带、光盘、CD-ROM、计算机软盘等），来丰富教学内容。由于集中控制，操作简便、直观，且教师还可以通过人机对话，调用各种教学资源。由于这类多媒体示教室的规模可达200-300人甚至更多，投资相对较少，但收益面广，又能与传统的课堂教学相衔接，因此使用普遍。当然，多媒体计算机只由教师控制，不直接接受学生的反馈信息。 二、正确认识多媒体技术对劳动技术课堂教学的作用 1、 多媒体计算机提供外部刺激的多样性有利于知识的获取与保持。多媒体计算机提供的外部刺激是多种感官的综合刺激，这对于知识的获取和保持，都是非常重要的。实验心理学家赤瑞特拉（Treicher）作过两个著名的心理实验，一个是关于人类获取信息的来源，就是人类获取信息到底主要通过哪些途径。他通过大量的实验证实：人类获取的信息83%来自视觉，11%来自听觉，这两个加起来就有94%。还有3.5%来自嗅觉，1.5%来自触觉，1%来自味觉。多媒体技术既能看得见，又能听得见，还能用手操作。这样通过多种感官的刺激获取的信息量，比单一地听老师讲课强得多，信息和知识是密切相关的，获取大量的信息就可以掌握大量的知识。他还作了另一个实验，是关于知识保持即记忆持久性的实验。结果是这样的：人们一般能记住自己阅读内容的10%，自己听到内容的20%，自己看到内容的30%，自己听到和看到内容的50%，在交流过程中自己所说内容的70%。这就是说，如果既能听到又能看到，再通过讨论、交流用自己的语言表达出来，知识的保持将大大优于传统教学的效果。这说明多媒体计算机应用于教学过程不仅非常有利于知识的获取，而且非常有利于知识的保持。 2、 多媒体计算机可作为认知工具实现很理想的学习环境。由于劳动技术对象大小的局限性及运动过程的隐蔽性，所以在动手实践时很多演示过程进行得很快，也有很多对象不能让学生全方位地观察，不能直观地让学生领会接受直接影响课程教学的效果，多媒体计算机可通过课件以图片的形式将实物的各个角度完整地展示，可通过录像文件播放形式全面反复地展示全过程，更可以通过模拟技术通过多媒体去除现实中的各种影响因素将最理想的状态以不同的速度直观地反复地演示，从而创造一个理想的认知环境。 3、 多媒体计算机能提高教学效率。多媒体技术在劳动技术课程中的辅助应用，极大了丰富了学习的认知环境，激起学生的学习兴趣，缩短了学生认知课程对象的时间，使学生能更加有效地获取和保持知识，从而极大地提高了教学效率，通过多媒体系统部分地替代人工讲解工作，还可缓解课堂上教师的劳动量。 在教学《靠垫的设计》一课时，我特别制作了一个教学课件：屏幕上首先出现了各种各样精致舒适的靠垫，学生一下子被吸引了过去。此时，屏幕上又出现了：你最喜欢哪个靠垫，为什么？学生一下子活跃了起来，纷纷发表意见。本来，象这样的问题，单靠老师理论上的讲解，学生很难听懂，会感受到枯燥无味。而现在屏幕上出现了丰富多彩的靠垫，有动物形的：史奴比，机器猫，还有星星月亮等。这样，优美的画面、悦耳的音乐，一下子把学生吸引住了。学生在观赏的同时也激发了他的学习兴趣，想到自己要设计一个更有创意的靠垫时更是跃跃欲试。原本枯燥的内容立即变得生动有趣了。 4、 不能替代动手实践的主体模式。劳动技术教育是学生素质教育的重要组成部分，重在培养学生的动手实践能力，多媒体技术在劳动技术课程中的应用，虽然包括了多种外部感官刺激，但终究是培养学生劳动技能的一种辅助模式，即使是将来仿真技术的发展应用，也不能替代学生亲自动手实践的主体模式，多媒体技术的应用，只能在加深课程理解、加强环境感受等方面起到更有效的效果，要更深一步理解并操作，则需要学生亲自去动手实践身感心受。 三、如何合理充分地在劳动技术课程中应用多媒体技术 1、 合理组建选用多媒体教学系统。在组建多媒体教学系统时，可根据学校规模、学生数量及学校财力确定多媒体教学系统的规模大小。一般一个多媒体教室至少需要一台多媒体计算机（CPU主频达到600MHZ以上内存128MB以上已能基本满足要求）和各种视音频设备（至少需要投影仪和音箱）。不论计算机与视音频设备多少，都需要将他们合理搭配连接，有校园网的学校还要考虑将该教室的计算机并入网络，以实现与网络中心及网内其它计算机的资源共享； 2、 合理选用课堂教学软件。当前被广泛采用的教学软件是微软公司的POWERPOINT和MACROMEDIA公司的AUTHORWARE，还有DIRECTOR，FLASH等。下面笔者简要介绍应用最广泛的前两种。 Powerpoint(以下简称PPT）是微软的OFFICE系列组件之一，原意是幻灯片，是为了方便公司介绍发布产品而定制的。由于它的编辑多媒体的功能相对强大，立刻被应用于课件制作。PPT的特点是无需编程，简单易学，一个没有基础的教师经过几个小时的培训，就能做出一个不错的课件,几乎每个教师都以Powerpoint起步。PPT内置丰富动画、过渡效果和几十种声音效果，并有强大的超级链接以及由此带来的交互功能

《自然》（20211021出版）一周论文导读

《自然》（20211021出版）一周论文导读

《自然》（20211021出版）一周论文导读

《自然》（20211021出版）一周论文导读

《自然》（20211021出版）一周论文导读

您好，对于你的遇到的问题，我很高兴能为你提供帮助，我之前也遇到过哟，以下是我的个人看法，希望能帮助到你，若有错误，还望见谅！