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美国加州中小学科学课中的六个主要专题(三)

(三)变化模式

随时间的变化,是变化的一种模式,但是还有其他的模式。变化的速率用模式是自然界基本的特征。对变化的分类可以帮助我们描述和埋解在一个自然系统中正在发生的事情,并在一定程度上控制变化(特别是在技术应用上);理解不同类型的变化可以帮助我们预测什么将要发生;懂得变化的不同模式则可帮助我们区别所遇到的自然界的事物,并寻求作用过程和联系的基础。变化的模式可以实用地分为三种类型:趋向;循环;不规则变化。一些系统或过程显示有一种以上的变化模式。

在稳定趋向上发生的变化,并不要求所有的过程都有同等程度的稳定,但是它们朝一个方向行进,并有简单清楚的数学描述。如加速下落物体的速度、放射性物质的衰变、大陆的植物和动物到近海岛屿的繁衍等。

循环变化可以被定义为在一定时间间隔内依次发生或再次发生的一系列事件或现象被完成的过程。它们以一系列从极大到极小的变化为特征,或以不断出现一定的差别为特征。循环变化经常发生在含有反馈的作用过程的系统中,或是在依赖于另一个系统的周期性变化的系统中(例如每年植物和动物的生活周期取决于地球的公转周期)。循环变化在生命系统中是常见的,它包括生命循环,季节循环,营养物质、水、气体等的生物化学循环,以及能量和物质通过食物网和食物链的循环等。在地球物理中,循环变化包括各种行星的绕口运行,以及它们在季节、潮汐和天气等方面的效应;岩石的周期性变化;自然化合物如水、矿物等的循环;大的地质构造循环,如造山运动、板块移动、沉积层的形成与侵蚀。在物理学方面,循环变化或周期性现象包括声波和海波、电子线路中的反馈、化学的作用反作用系统,特别是晶格化学。

不规则变化是那些表明系统具有自然的不可预见性的变化。有些在进化的专题下的有关方式中已经讨论过。在稳定的条件下,对小的变化的反作用中可以发生随机变化。例如,有些变化可以表现为周期性的,但实际上决木会以完全同样的方式重复。这些包括行星体的运动和周期性,生态系统的捕食一被捕食动物的循环,人口循环和人口的动态平衡,植物的周转循环。一些随机变化模式可以在细节上是不可预测的,但在总体方面是完全可预测的,这包括刚才所说的例子。在硬币的多次抛掷中,头像向上的百分比可以预期是接近50%。但是在短短的几次抛掷中,对这个数据的偏离可能是很大的。硬币的一次抛掷,可以作为我们使用的一种随机性控

制的事件,例如,它可以作为一个公正的裁决老,在足球比赛开场时决定谁先开球。