數(shù)字化實驗室與科學(xué)探究

數(shù)字化實驗室與科學(xué)探究第1頁/共38頁數(shù)字化實驗室與科學(xué)探究第2頁/共38頁1.科學(xué)探究：一.科學(xué)探究與科學(xué)教學(xué)只是諸多教學(xué)方式中的一種2.探究目的：培養(yǎng)學(xué)生的能力和科學(xué)素質(zhì)第3頁/共38頁初中《課程標(biāo)準(zhǔn)》科學(xué)探究能力基本要求（修訂）在初中階段學(xué)習(xí)中，科學(xué)探究能力大致表現(xiàn)在以下幾個方面

第4頁/共38頁科學(xué)探究要素提出問題●能從日常生活、自然現(xiàn)象或?qū)嶒炗^察中發(fā)現(xiàn)與物理學(xué)有關(guān)的問題?！衲軙婊蚩陬^表述發(fā)現(xiàn)的問題?！窳私獍l(fā)現(xiàn)問題和提出問題在科學(xué)探究中的意義。猜想與假設(shè)●嘗試根據(jù)經(jīng)驗和已有知識對問題的成因提出猜想?！駥μ骄康姆较蚝涂赡艹霈F(xiàn)的探究結(jié)果進行推測與假設(shè)?！窳私獠孪肱c假設(shè)在科學(xué)探究中的意義。設(shè)計實驗與制訂計劃●明確探究目的和已有條件?！駠L試考慮影響問題的主要因素，有控制變量的意識?！駠L試選擇科學(xué)探究方法及所需要的器材、設(shè)計探究步驟，經(jīng)歷設(shè)計實驗與制訂計劃的過程?！窳私庠O(shè)計實驗與制訂計劃在科學(xué)探究中的意義。進行實驗與收集證據(jù)●能通過實驗和公共信息資源收集證據(jù)?！駮喿x簡單儀器的說明書，能按說明操作?！駮褂煤唵蝺x器進行實驗，會正確記錄實驗數(shù)據(jù)?！窬哂邪踩僮鞯囊庾R?！窳私膺M行實驗與收集證據(jù)在科學(xué)探究中的意義。分析與論證●能對收集的信息進行簡單的比較?！衲苓M行簡單的分析推理?！駠L試對探究結(jié)果進行描述和解釋，經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實驗中歸納科學(xué)規(guī)律的過程。●了解分析論證在科學(xué)探究中的意義。評估●有評估探究過程科學(xué)性的意識?！裼性u估探究結(jié)果合理性的意識?！衲荜P(guān)注探究活動中出現(xiàn)的新問題?！窳私庠u估在科學(xué)探究中的意義。表達與交流●有準(zhǔn)確表達自己觀點的意識，能明確表達探究的問題、過程和結(jié)果?！窀矣诎l(fā)表自己的觀點，善于傾聽別人的意見。●了解表達與交流在科學(xué)探究中的意義。對科學(xué)探究能力的基本要求第5頁/共38頁一.科學(xué)探究與科學(xué)教學(xué)3.探究過程：4.探究內(nèi)容：科學(xué)規(guī)律不要帖標(biāo)簽沒必要體現(xiàn)探究的全部環(huán)節(jié)不是對所有的教學(xué)內(nèi)容都適用1.科學(xué)探究：只是諸多教學(xué)方式中的一種2.探究目的：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和能力實驗探究5.探究方式：理論探究6.數(shù)字化實驗室：引入演示實驗分組實驗現(xiàn)象的呈現(xiàn)及數(shù)字化處理不是要在教學(xué)全程的處處使用實驗探究思考討論課內(nèi)探究活動

課外探究活動

傳感器？第6頁/共38頁二.科學(xué)探究七要素1.提出問題2.猜想與假設(shè)3.設(shè)計實驗與制訂計劃4.進行實驗與收集證據(jù)5.分析與論證6.評估7.表達與交流第7頁/共38頁●了解發(fā)現(xiàn)問題和提出問題在科學(xué)探究中的意義。1.提出問題●能從日常生活、自然現(xiàn)象或?qū)嶒炗^察中發(fā)現(xiàn)與有關(guān)的問題?！衲軙婊蚩陬^表述發(fā)現(xiàn)的問題。二.科學(xué)探究七要素例：救護車?yán)汗獾恼凵洹裉岢鰡栴}有價值。第8頁/共38頁●嘗試根據(jù)經(jīng)驗和已有知識對問題的成因提出猜想。2.猜想與假設(shè)二.科學(xué)探究七要素1.提出問題●了解猜想與假設(shè)在科學(xué)探究中的意義。●對探究的方向和可能出現(xiàn)的探究結(jié)果進行推測與假設(shè)。例：決定電阻大小的因素第9頁/共38頁2.猜想與假設(shè)二.科學(xué)探究七要素1.提出問題3.設(shè)計實驗與制訂計劃●嘗試選擇科學(xué)探究方法及所需要的器材、設(shè)計探究步驟，經(jīng)歷設(shè)計實驗與制訂計劃的過程?！衩鞔_探究目的和已有條件?！駠L試考慮影響問題的主要因素，有控制變量的意識。●了解設(shè)計實驗與制訂計劃在科學(xué)探究中的意義。第10頁/共38頁2.猜想與假設(shè)二.科學(xué)探究七要素1.提出問題3.設(shè)計實驗與制訂計劃4.進行實驗與收集證據(jù)●了解進行實驗與收集證據(jù)在科學(xué)探究中的意義?！衲芡ㄟ^實驗和公共信息資源收集證據(jù)?！駮喿x簡單儀器的說明書，能按說明操作。●會使用簡單儀器進行實驗，會正確記錄實驗數(shù)據(jù)?！窬哂邪踩僮鞯囊庾R。第11頁/共38頁2.猜想與假設(shè)二.科學(xué)探究七要素1.提出問題3.設(shè)計實驗與制訂計劃4.進行實驗與收集證據(jù)5.分析與論證●嘗試對探究結(jié)果進行描述和解釋，經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實驗中歸納科學(xué)規(guī)律的過程?！衲軐κ占男畔⑦M行簡單的比較。●能進行簡單的分析推理?！窳私夥治稣撟C在科學(xué)探究中的意義。第12頁/共38頁2.猜想與假設(shè)二.科學(xué)探究七要素1.提出問題3.設(shè)計實驗與制訂計劃4.進行實驗與收集證據(jù)5.分析與論證6.評估●有評估探究過程科學(xué)性的意識?！裼性u估探究結(jié)果合理性的意識?！衲荜P(guān)注探究活動中出現(xiàn)的新問題。●了解評估在科學(xué)探究中的意義。第13頁/共38頁2.猜想與假設(shè)二.科學(xué)探究七要素1.提出問題3.設(shè)計實驗與制訂計劃4.進行實驗與收集證據(jù)5.分析與論證6.評估●有準(zhǔn)確表達自己觀點的意識，能明確表達探究的問題、過程和結(jié)果。●敢于發(fā)表自己的觀點，善于傾聽別人的意見。●了解表達與交流在科學(xué)探究中的意義。7.表達與交流第14頁/共38頁例1.什么情況下磁可以生電？課堂上教師提出：“電流的周圍存在著磁場，說明電可以生磁，這就自然會想到，磁是否可以生電？放在磁場中的線圈是否有電流產(chǎn)生？”為尋求問題的答案，教師做演示實驗，要學(xué)生認(rèn)真觀察。教師：把一根導(dǎo)線懸吊在蹄形磁體的兩磁極中間，導(dǎo)線的兩端跟電流表連接，然后，讓學(xué)生觀察電流表指針，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)指針沒有偏轉(zhuǎn)。學(xué)生通過討論對上述現(xiàn)象作出解釋：觀察不到指針示數(shù)的變化，可能是因為沒有電流，也可能是因為電流太微弱。為了檢驗是否是電流太小的原因，教師換用了一個能檢測微小電流的靈敏電流表，但是即便用這樣的靈敏電流表學(xué)生仍未看見電表指針示數(shù)的變化。學(xué)生議論：也許還是因為電流不夠大，再換個強磁體試試。教師按照學(xué)生的建議，把兩個蹄形磁體并在一起，取代了原來的磁體。探究案例分析第15頁/共38頁在更換磁體時，幾個細心的學(xué)生叫道“指針動了”，然而令他們失望的是，再仔細觀察時指針卻停留在零位置不動了。此時，學(xué)生中產(chǎn)生了爭論：有的說，我分明看到指針動了，有的說，指針不是仍停在零位置上么？教師不失時機地啟發(fā)學(xué)生：“在更換磁體時，有同學(xué)發(fā)現(xiàn)電流表指針動了，這是真的嗎？”學(xué)生要求再重復(fù)一次更換磁體的操作，看指針是否會動。老師請一名學(xué)生試驗，經(jīng)反復(fù)操作，發(fā)現(xiàn)磁體運動時，電流表指針確實動了，而且，磁體不動、導(dǎo)線運動時，也會產(chǎn)生相似情況。這說明：在一定情況下磁場中的導(dǎo)線可以產(chǎn)生電流。究竟在什么具體情況下磁場中的導(dǎo)線才能產(chǎn)生電流？學(xué)生開始分小組進行自主探究，他們用矩形線圈中的一邊在蹄形磁體的磁場中做各種運動，看怎樣才能產(chǎn)生電流。第16頁/共38頁1.可以用電流表跟線圈連接來檢測線圈中是否有電流；2.只有線圈相對磁體運動時才能產(chǎn)生電流。這就為學(xué)生接下去的自主探究作了很好的鋪墊，使學(xué)生能把探究目的集中到“怎樣運動才能產(chǎn)生電流”這一主題上，從而能在有限的課堂時間內(nèi)從容地完成科學(xué)探究任務(wù)。本例還能使學(xué)生體會到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和敏銳的觀察在科學(xué)探究中的重要性。評析：本例沒有對各個探究要素面面俱到，而是側(cè)重在提出問題，進行實驗與收集證據(jù)方面發(fā)展學(xué)生的探究能力。本課之所以選擇了上述目標(biāo)，是由于電磁感應(yīng)實驗的特點，它能為學(xué)生的觀察和發(fā)現(xiàn)提供有利的情景。另外，通過師生交流。學(xué)生明確了兩點：第17頁/共38頁電磁感應(yīng)現(xiàn)象的其它探究設(shè)計點1、影響電流的方向的因素2、產(chǎn)生感應(yīng)電流條件的深入探究第18頁/共38頁例2探究凸透鏡成像的規(guī)律課堂上，全班學(xué)生分成了12個實驗小組，每個小組配一套實驗器材，其中有：凸透鏡、光屏、發(fā)光體各1個（都有支架），刻度尺（長1m）1把。各小組凸透鏡的焦距都是15cm，發(fā)光體由幾個發(fā)光二極管組成，形狀是一個箭頭，高度3cm。教師讓全班同學(xué)共同探究凸透鏡成像的規(guī)律，物距從6cm開始，每增加3cm取一組實驗數(shù)據(jù)，直到39cm，共12組不同物距的數(shù)據(jù)（見下表）。教師規(guī)定每個小組只測兩組數(shù)據(jù)，不同小組測量不同的物距，使得每組物距的數(shù)據(jù)都有兩個小組測量。教師告知學(xué)生，如果反復(fù)觀測不到發(fā)光體的像，便填寫“不能成像”，出現(xiàn)無法測到的數(shù)據(jù)，可以暫時空著，看看能否從已測到的數(shù)據(jù)中得到一些啟發(fā)。這樣，除了物距為15cm、18cm等個別小組的測量遇到一些困難外，其它小組很快就完成了實驗數(shù)據(jù)的收集工作。表格中所有數(shù)據(jù)對各小組來說都是共享的，教師要求學(xué)生從這些數(shù)據(jù)中總結(jié)出凸透鏡成像的規(guī)律，這是本次探究活動的重點。第19頁/共38頁物距/cm像的性質(zhì)實像的像距/cm實像還是虛像正立還是倒立實像的長度/cm69…第20頁/共38頁要發(fā)現(xiàn)實驗規(guī)律，需要對實驗數(shù)據(jù)進行比較，教師提示學(xué)生觀察表格中像的虛實、正倒、長度、像距四列數(shù)據(jù)，分別找出其中的規(guī)律。1.對比實像和虛像的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：物距小于15cm時成的像都是虛像；物距大于15cm時則成實像?？梢酝葡?，物距等于15cm時將不能成像，這就是物距15cm的測量小組無法獲得測量結(jié)果的原因。2.對比像的正立和倒立的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：物距小于15cm時成的像都是正立的；物距大于15cm時像是倒立的。即，虛像都是正立的，實像都是倒立的。3.比較像的長度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：成虛像時，感到像都被放大了；成實像時，測出的像有時被放大了，有時被縮小了。進一步對比數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物距是30cm時，實像的長度恰好為3cm，跟發(fā)光體的長度相同；當(dāng)物距大于30cm時，實像長度小于3cm，是縮小的；當(dāng)物距在15cm到30cm之間時，實像長度大于3cm，是放大的。第21頁/共38頁4.比較像距的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)物距在15cm至30cm之間時，像距大于30cm；當(dāng)物距大于30cm時，像距在15cm到30cm之間。學(xué)生還進一步找到一些規(guī)律。例如，在成實像時，如果發(fā)光體離焦點越近，像的位置就離凸透鏡越遠，這就是物距為18cm的測量小組為什么找不到像的原因，因為此時的像距已經(jīng)非常大了。按這條思路，果真在離凸透鏡約90cm的位置上找到了物距18cm發(fā)光體的巨大實像。在發(fā)現(xiàn)了一系列規(guī)律之后，教師要求各小組用概括的語言來陳述這些規(guī)律，為了使規(guī)律更有普適性，教師啟發(fā)學(xué)生用焦距f的長度作為物距和像距的單位，即：15cm用f表示，30cm用2f表示。顯然，這樣陳述的規(guī)律更有普適性。規(guī)律的陳述應(yīng)該是簡潔、有條理的，各小組都嘗試用最簡潔的語言來概括凸透鏡成像規(guī)律。通過對各種陳述方式的對比，大家認(rèn)為按物距u的三種情況（u＜f、f＜u＜2f、u＞2f）依次描述像的性質(zhì)最為簡潔,也最有條理。第22頁/共38頁評析：這是可以在課內(nèi)進行科學(xué)探究的實例。本例根據(jù)凸透鏡成像的特點，側(cè)重發(fā)展學(xué)生“進行實驗與收集證據(jù)”和“分析與論證”的科學(xué)探究能力，讓學(xué)生把主要的精力用于收集實驗數(shù)據(jù)，并對其進行比較和分析，并據(jù)此總結(jié)出科學(xué)規(guī)律。本例還采用了分工合作的方式收集實驗數(shù)據(jù)，不僅讓學(xué)生獲得一次合作探究的體驗，也節(jié)約了時間，保證了本次探究任務(wù)能在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)完成。本例是在分析實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上來形成結(jié)論的，教師有意把收集實驗數(shù)據(jù)和分析實驗數(shù)據(jù)作為兩個清晰的不同過程，這有利于加深對科學(xué)探究的理解，它使學(xué)生具體感受到什么是證據(jù)、什么是結(jié)論，體驗到科學(xué)的結(jié)論來自于對證據(jù)的收集和分析。第23頁/共38頁初中科學(xué)探究題材影響固體溶解度大小的因素（八年級上P32）注重數(shù)據(jù)的收集與分析植物根系的分布與地下水位高低的關(guān)系（八年級下P86）設(shè)計實驗與制訂計劃第24頁/共38頁◆實驗?zāi)康难芯肯嗤|(zhì)量的煤油和水的比熱容?！魧嶒炘韱挝毁|(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高1°C，吸收的熱量叫做比熱容。在同一條件下分別加熱相同質(zhì)量的煤油和水，由于二者的比熱容不同所以相同的時間下升高的溫度不同。◆實驗器材朗威?DISlab、溫度傳感器兩只、遠紅外加熱器、煤油、水、小試管2只、鐵架臺、專用試管架。實驗二十七比熱容實驗案例第25頁/共38頁◆實驗過程與數(shù)據(jù)分析1、分別取5ml煤油4ml水裝入到兩只小試管中，并放入到遠紅外加熱器的爐膛內(nèi)，用試管架固定在鐵夾臺上。2、將兩只溫度傳感器探頭分別插入到兩只試管中，將測量水的溫度傳感器接入到第一通道，將測量煤油的溫度傳感器接入到第二通道。3、打開教材專用軟件，點擊比熱容實驗條目。4、點擊“開始”按鈕，若溫度不相同，點擊“同步溫度數(shù)據(jù)”。5、打開遠紅外加熱器的開關(guān)，加熱5分鐘后，點擊“停止”，觀察煤油和水溫度的變化情況。（見圖27-1）圖27-1比熱容6、分析產(chǎn)生這種不同變化的原因，總結(jié)出比熱容的定義。第26頁/共38頁第27頁/共38頁◆實驗?zāi)康牧私饩w與非晶體在熔化過程中溫度的變化規(guī)律?！魧嶒炘砣刍俏镔|(zhì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的過程。晶體在熔化時溫度不變，該溫度即為晶體的熔點。非晶體沒有固定的熔點?！魧嶒炂鞑睦释?DISLab、計算機、試管、酒精燈、鐵架臺、石棉網(wǎng)、燒杯、海波（硫代硫酸鈉）、石蠟等。圖28-1實驗裝置圖◆實驗裝置圖見圖28-1。第28頁/共38頁◆實驗過程與數(shù)據(jù)分析1、將溫度傳感器，接入數(shù)據(jù)采集器；2、調(diào)整傳感器窗口為“示波”顯示方式；3、將溫度傳感器放置在盛有海波的試管里（探針頂端需沒入海波），將試管置于燒杯內(nèi)并加以固定（試管不能接觸燒杯壁）；4、在燒杯內(nèi)注入清水，點燃酒精燈加熱，觀察試管內(nèi)海波的物態(tài)變化及傳感器測量的溫度變化；5、待水沸騰時，點擊“停止”，回放所測到的溫度圖線（圖28-2）；6、由溫度圖線可以看出海波在熔化時溫度穩(wěn)定在48℃~50℃之間，此溫度值就是海波的熔點；圖28-2海波熔解時的溫度圖線圖28-3石蠟熔解時的溫度圖線7、將海波換成石蠟，重復(fù)上述實驗，得到石蠟熔化的溫度圖線（圖28-3）；第29頁/共38頁圖28-2海波熔解時的溫度圖線圖28-3石蠟熔解時的溫度圖線8、比較海波與石蠟的溫度圖線有何不同。第30頁/共38頁◆實驗?zāi)康奶骄恳后w內(nèi)部壓強與深度的關(guān)系?！魧嶒炘硪后w內(nèi)部，在各個方向上都有壓強，液體的壓強隨著深度的增加而增大，在同一深度，液體向各個方向的壓強相等。◆實驗器材朗威?DISLab、計算機、液體內(nèi)部壓強實驗器、鐵架臺、直尺、盛水圓筒、膠管等?！魧嶒炑b置圖實驗三十四液體內(nèi)部壓強實驗圖34-1實驗裝置圖第31頁/共38頁圖34-2實驗數(shù)據(jù)圖34-3深度與壓強關(guān)系圖線第32頁/共38頁1、將壓強傳感器接入數(shù)據(jù)采集器，用膠管連接液體內(nèi)部壓強實驗器與傳感器；2、把實驗器放在盛水的圓筒中，觀察壓強讀數(shù)的變化；3、保持實驗器入水深度不變，改變其方向，觀察壓強讀數(shù)是否變化；4、打開“計算表格”，把實驗器拿出水面，記錄此時的壓強值（大氣壓強）；5、按照0.050、0.100、0.150、0.200和0.250（米）的規(guī)律改變實驗器的深度并記錄對應(yīng)的壓強值（圖34-2）；圖34-3深度與壓強關(guān)系圖線6、點擊“變量”，輸入變量“h”表示入水深度，輸入“自定義公式”P5=P1-101.1表示進入水中壓強的增加量，得到一組數(shù)據(jù)；7、點擊“繪圖”，選取X軸為“h”，Y軸為“P5”，得到一組數(shù)據(jù)點；8、觀察可見數(shù)據(jù)點的排列具有明顯的線性特征，點擊“線性擬合”，得到一條過原點的擬合線，驗證了事先的猜想，并說明液體內(nèi)部壓強與液體的深度成正比（圖34-3）；9、保持實驗器入水深度不變，在水中加入食鹽并攪拌，以改變液體的密度，觀察壓強讀數(shù)的變化；10、總結(jié)液體內(nèi)部壓強與液體深度、液體密度的關(guān)系?！魧嶒炦^程與數(shù)據(jù)分析第33頁/共38頁◆實驗?zāi)康挠脡簭妭鞲衅鳒y量大氣的壓強?！魧嶒炘?/p>