1.5 科學探究（解析版）

1.5科學探究學習目錄學習目錄目錄TOC\o"1-4"\h\z\u模塊一知識網絡 1模塊二知識掌握 2知識點一、生活中的探究 2知識點二、科學家的探究 2步驟1．發(fā)現(xiàn)和提出問題 2步驟2．建立猜想或假設 2步驟3．制訂計劃與設計實驗 2步驟4．獲得事實與證據 3步驟5．檢驗與評價 3步驟6．合作與交流 4模塊三鞏固提高 7知識重點知識重點模塊一知識網絡模塊二知識掌握知識點一、生活中的探究在探究問題時，我們一般會先假設幾種可能的原因，再對每一種原因可能產生的結果進一步探究，直到找到真正的原因，采取相應的措施。知識點二、科學家的探究提出問題→建立猜想和假設→制定計劃→獲取事實和證據→檢測與評價→合作與交流步驟1．發(fā)現(xiàn)和提出問題愛因斯坦說：“發(fā)現(xiàn)問題有時比解決問題更重要?！卑l(fā)現(xiàn)和提出問題是科學探究的第一步。從日常生活或科學學習中發(fā)現(xiàn)有價值的問題，并能清楚地表述所發(fā)現(xiàn)的問題。對于一個生活現(xiàn)象隨便提出一個問題是很容易的，但要提出一個有價值的科學問題，卻非易事。首先要有問題意識，對生活中的科學現(xiàn)象要問為什么，并且能夠分析出生活現(xiàn)象中所隱含的科學概念和規(guī)律，最后還要用科學語言把問題表述出來。步驟2．建立猜想或假設建立猜想或假設是對探究結果出現(xiàn)的可能性的一種設想，即對背景材料的實驗目的的肯定或否定的回答，要以陳述句的形式進行表述。步驟3．制訂計劃與設計實驗在老師指導下或通過小組討論提出驗證假設的活動方案。制訂計劃是科學探究的中心環(huán)節(jié)，本環(huán)節(jié)計劃得科學、周密與否，直接影響著探究活動的成敗。（1）關于實驗材料的數(shù)量探究實驗中實驗材料的數(shù)量不能過少，原因是如果數(shù)量過少，結果會具有很大的偶然性，不足以說明問題。當然，采用更多的實驗材料更好，但會增加實驗的難度。因此，應根據具體實驗選擇合適數(shù)量的實驗材料。（2）實驗變量與控制變量科學中對于多因素（多變量）的問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題，而只改變其中的某一個因素，從而研究這個因素對事物的影響；分別對多個因素加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。它是科學探究中重要的思想方法，廣泛地運用在各種科學探索和科學實驗研究之中。實驗變量是指實驗中由實驗者人為操作的因素或條件，即實驗中被人為改變的條件；控制變量是指實驗中除實驗變量外影響實驗現(xiàn)象和實驗結果的其他所有的因素或條件。（3）對照組與實驗組在研究某一實驗變量對研究對象的影響時，所進行的除了實驗變量不同以外，其他條件或因素都相同的實驗，叫作對照實驗。一個對照實驗中分為實驗組和對照組，實驗組是指接受實驗變量處理的那一組（與假設相一致的組），一般來講人為改變條件的組作為實驗組；未知實驗結果的組作為實驗組。對照組是不接受變量處理的或常態(tài)下的那一組。一般來講，將保持原有狀態(tài)的組作為對照組；將已知實驗結果的組作為對照組。步驟4．獲得事實與證據獨立或與他人合作，對觀察和測量的結果進行記錄，或用調查、查閱資料等方式收集證據，或用圖表的形式將收集到的證據表述出來。步驟5．檢驗與評價對事實或證據進行歸納、比較、分類、概括、加工和整理，判斷事實、證據是肯定了假設還是否定了假設，并得出正確結論。若預期結果得到實驗證實，說明假設成立，表達實驗結論的方式是將假設再復述一次；若預期結果在實驗中沒有出現(xiàn)，則假設不成立，表達實驗結論的方式是對假設做出否定。對探究結果的可靠性進行評價，對探究活動進行反思，發(fā)現(xiàn)自己的不足和他人的長處，并提出改進措施。步驟6．合作與交流采用口頭或書面的形式將探究過程和結果與他人交流和討論，既要敢于發(fā)表自己的觀點，又要善于傾聽別人的意見和建議。（2023?杭州二模）入冬之后，溫州各處的銀杏樹葉逐漸變黃，吸引大量游客。小明在欣賞美景時提出很多問題，其中不屬于科學問題的是（）A．入冬之后銀杏葉為什么會變黃 B．入冬之后銀杏為什么會落葉 C．不同地點的銀杏葉變黃時間為何不同 D．哪個季節(jié)的銀杏葉更有觀賞價值【解答】解：A.秋天氣溫降低，很多樹的樹葉出現(xiàn)變黃現(xiàn)象，入冬之后銀杏葉為什么會變黃，有科學研究價值，屬于科學問題；B.想知道入冬之后銀杏會落葉的原因，有科學研究價值，屬于科學問題；C.不同地點的銀杏葉變黃時間為何不同，有科學研究價值，屬于科學問題；D.哪個季節(jié)的銀杏葉更有觀賞價值，與審美有關，沒有科學研究價值，不屬于科學問題。故選：D。（2023春?慈溪市期末）為研究水體酸堿度對石蛙卵孵化率是否有影響，某科學小組取同一卵塊上大小及發(fā)育程度相近的石蛙卵600枚，平均分成六等份，進行了如下實驗：組別水槽內液體溫度酸堿度（用pH表示）其他孵化條件孵化率（%）11000毫升20℃左右5.0每2天更換一次水，換水時要保護好蛙卵；保證定時通入氧氣；放在陽光充足的地方；其他條件均相同且適宜。221000毫升20℃左右5.2231000毫升20℃左右5.6541000毫升20℃左右6.07851000毫升20℃左右6.89961000毫升28℃左右6.887?（注：表中的pH數(shù)值越小，表明水體酸性越強）請分析以上實驗，回答問題：（1）探究中每組都用了100枚卵，而不是只用少數(shù)幾枚，目的是。（2）從實驗結果可以看出，水溫為20℃左右時石蛙卵孵化的最適pH為。（3）該探究中前5組可以形成對照，能得出的結論是?！窘獯稹拷猓海?）探究中每組用了100枚卵，而不是只用少數(shù)幾枚，目的是排除偶然因素的影響，減少實驗誤差。（2）表中的1～5組是以水體的酸堿度為變量的對照實驗，根據表中數(shù)據可知，水體的酸堿度會影響石蛙的孵化率，從實驗結果可以看出，pH為6.8時石蛙的孵化率最高。（3）表中的1～5組是以水體的酸堿度為變量的對照實驗，根據表中數(shù)據可知，水體的酸堿度會影響石蛙的孵化率，且水體的酸性越弱，孵化率越高。故答案為：（1）排除偶然因素的影響，減少實驗誤差；（2）6.8；（3）水體酸堿度對石蛙卵孵化率有影響，且水體的酸性越弱，孵化率越高。（2023?溫州三模）小明發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)的植物葉片顏色深淺不同，春天綠色淺，到了夏天變?yōu)樯罹G色。為探究葉片綠色深淺的影響因素，小科利用甜橙盆栽分4組開展了10天的實驗，具體如圖所示。（1）小明的實驗方案所基于的假設是。（2）小紅認為，葉片綠色深淺還可能與溫度有關，為了探究葉片變成深綠色的最佳溫度（適合生長溫度在15℃﹣35℃之間），請幫助她設計實驗步驟。備選器材：甜橙盆栽若干、可設定溫度的大棚溫室、色度計（精確測顏色的深淺）、計時器等其他常用器材?！窘獯稹拷猓?.由于設置的4個實驗組是分別在不同日照長度的條件下，因此該實驗的自變量是日照長度，探究的問題是日照長度對葉片綠色深淺的影響，實驗假設是日照長短能影響葉片綠色的深淺。2.為探究葉片綠色深淺是否與溫度有關，需要設置不同溫度下的實驗組，因此再增加8個實驗組，將4個實驗組的溫度控制在15°C條件下，另外4個實驗組溫度控制在35°C條件下，其他設置同現(xiàn)在的第1組、第2組、第3組和第4組，10天后觀察并用色度計比較各實驗組的葉色深淺情況。具體操作步驟如下：第一步：取生長狀況一致的甜橙盆栽若干平均分成12個組，每組至少有3盆，將4個實驗組的溫度控制在15°C條件下，編號第1，第2，第3和第4四個實驗組，另取4個實驗組的溫度控制在25°C條件下，編號第5，第6，第7和第8四個實驗組，另外4個實驗組溫度控制在35°C條件下，編號第9，第10，第11和第12四個實驗組。第二步：將第1，第5，第9組的日照控制在早上4：30——晚上19：30的15h時長內日照，將第2、第6和第10組的日照控制在早上6：00——晚上18：00的12h時長內日照，將第3，第7和第11組的日照日照控制在早上7：30——晚上14：30的9h時長內日照，將第4，第8和第12組的日照日照控制在早上9：00——晚上15：00的6h時長內日照，其他的條件都相同且適宜的條件下培養(yǎng)10天。第三步：10天后觀察并用色度計比較各實驗組的葉色深淺情況。故答案為：1.日照長短能影響葉片綠色的深淺；2.第一步：取生長狀況一致的甜橙盆栽若干平均分成12個組，每組至少有3盆，將4個實驗組的溫度控制在15°C條件下，編號第1，第2，第3和第4四個實驗組，另取4個實驗組的溫度控制在25°C條件下，編號第5，第6，第7和第8四個實驗組，另外4個實驗組溫度控制在35°C條件下，編號第9，第10，第11和第12四個實驗組。第二步：將第1，第5，第9組的日照控制在早上4：30——晚上19：30的15h時長內日照，將第2、第6和第10組的日照控制在早上6：00——晚上18：00的12h時長內日照，將第3，第7和第11組的日照日照控制在早上7：30——晚上14：30的9h時長內日照，將第4，第8和第12組的日照日照控制在早上9：00——晚上15：00的6h時長內日照，其他的條件都相同且適宜的條件下培養(yǎng)10天。第三步：10天后觀察并用色度計比較各實驗組的葉色深淺情況。（2023春?金東區(qū)期末）豆芽是我們常見的營養(yǎng)豐富的蔬菜之一，生產和運輸均須避光。如果暴露在光下，過一段時間就會變綠。媽媽指著菜藍子問小金，這是為什么呢？小金回答說，因為豆芽合成葉綠素需要光。為驗證自己的假設，小金設計了如下的實驗方案：①選取生長狀況相同的豆芽，均分并標記為A、B兩組，分別置于光照和黑暗的條件下，并適時灑清水以保持濕潤。②一段時間后，觀察并記錄A、B兩組豆芽的顏色。?請你回答有關問題。（1）小金設計的驗證實驗基于的假設是：；（2）該驗證實驗的單一變量是；（3）實驗的預期結果是：?！窘獯稹拷猓海?）作出假設是對提出問題的肯定或否定回答，該驗證實驗的假設是豆芽合成葉綠素需要（或不需要）光。（2）本實驗探究豆芽合成葉綠素需要光嗎？實驗的單一變量是光，其它的實驗條件保持相同。（3）根據”豆芽如果暴露在光下，過一段時間就會變綠“的情況，實驗的預期結果是：A組豆芽變綠色，B組豆芽不變綠色。故答案為：（1）豆芽合成葉綠素需要（或不需要）光；（2）光；（3）A組豆芽變綠色，B組豆芽不變綠色。模塊三鞏固提高（2022秋?樂清市校級期末）某組同學在探究光對蚯蚓影響的實驗時，擬定了以下實驗計劃，不正確的是（）A．提出問題：光會影響蚯蚓的分布嗎？ B．作出假設：光會影響蚯蚓的分布 C．設置變量：設置黑暗潮濕和明亮干燥兩種環(huán)境 D．實驗對象：10條大小相似的健康蚯蚓【解答】解：A、B根據探究光對蚯蚓影響的實驗，提出問題：光會影響蚯蚓的分布嗎？作出假設：假設是對問題肯定或否定的解答，根據她提出的問題作出假設：光會影響蚯蚓的分布。AB正確。C、設置變量時有兩個變量，有無光和潮濕與干燥，因此不能得出結論：光對蚯蚓分布有影響，蚯蚓喜歡陰暗的環(huán)境。C錯誤。D、如果采集的蚯蚓實驗中多選用蚯蚓的數(shù)量，盡可能排除其他因素的干擾，但數(shù)量也不易太多，太多了會增加實驗操作難度。D正確。故選：C。（2022秋?江北區(qū)期末）小科用金屬框拉出一個肥皂泡，她認為肥皂泡的形成和變化可能與金屬框的形狀有關，于是她做了幾個不同形狀的金屬框，逐一進行實驗，仔細觀察肥皂泡的形成過程和形狀的變化情況。就“小科認為肥皂泡的形成和變化可能與金屬框的形狀有關”這一環(huán)節(jié)而言，屬于科學探究中的（）A．提出問題 B．作出假設 C．收集證據 D．得出結論【解答】解：科學探究的基本環(huán)節(jié)：提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與搜集數(shù)據、分析與論證、評估、交流與合作.，“小科認為肥皂泡的形成和變化可能與金屬框的形狀有關”這一環(huán)節(jié)而言，屬于科學探究中的作出假設。故選：B。（2022秋?鎮(zhèn)海區(qū)期末）今年暑假，我國首個科學實驗艙在海南文昌發(fā)射成功，“問天號路上問天之路。小科注意到火箭發(fā)射時周圍有濃濃的白“煙”，他猜測這是水蒸發(fā)后形成的，而同伴則認為是發(fā)射時產生了某種物質。兩位同學提出的觀點屬于科學探究中的（）A．提出問題 B．建立猜想和假設 C．設計實驗方案 D．獲取事實與證據【解答】解：小科注意到火箭發(fā)射時周圍有濃濃的白“煙”，他猜測這是水蒸發(fā)后形成的，而同伴則認為是發(fā)射時產生了某種物質。兩位同學提出的觀點屬于科學探究中的建立猜想和假設。故選：B。（2022秋?婺城區(qū)期末）表格所列出的是小科同學探究螞蟻食性的過程，其中屬于“建立假設和猜想”步驟的選項是（）步驟探究過程A發(fā)現(xiàn)一群螞蟻正在往洞里搬運食物，心想螞蟻愛吃哪些食物呢B根據已有知識和生活經驗，推測螞蟻喜歡吃甜食C在一個培養(yǎng)皿的兩端分別放上少許鹽和少許糖，放進螞蟻進行探究D通過幾次重復實驗，得出螞蟻愛吃甜的食物【解答】解：A、由表內步驟A可知，發(fā)現(xiàn)一群螞蟻正在往洞里搬食物，心想螞蟻愛吃哪些食物？這是探究過程中的發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，故A錯誤。B、由步驟B可知，根據已有知識和生活經驗，推測螞蟻喜歡吃甜食是探究過程中的作出假設，故B正確。C、由步驟C可知，在一個培養(yǎng)皿的兩端分別放上少許鹽和少許糖，放進螞蟻進行探究，這是按照探究方案進行探究，故C錯誤。D、由步驟D可知，通過幾次反復實驗，得出螞蟻愛吃甜的食物這是得到結果，再分析所得的結果與假設是否相符，從而得出結論，故D錯誤。故選：B。（2023春?海曙區(qū)期末）不同物體吸收太陽輻射能力不同，小明認為它可能與物體的顏色有關，于是，他將幾個完全相同的物體涂上不同顏色放在太陽底下，測出相同時間內物體升高的溫度，就“小明認為它可能與物體的顏色有關”這一環(huán)節(jié)而言，屬于科學探究中的（）A．猜想假設 B．提出問題 C．進行實驗 D．分析論證【解答】解：對于不同物體吸收太陽輻射能力的影響因素，小明認為可能與顏色有關，是對影響因素的判斷，屬于科學探究的第二環(huán)節(jié)猜想與假設。故選：A。（2022秋?樂清市校級期末）春暖花開、燕雁北飛，秋寒葉落、燕雁南歸。人們通常認為候鳥的遷徙與氣溫變化有關。據加拿大洛文教授14年的觀察記錄，有一種候鳥黃腳鷸，每年長途跋涉1.6萬公里來往于北美洲的加拿大和南美洲之間，總是固定于5月26～29日在加拿大首次產蛋。根據上述現(xiàn)象，洛文教授認為氣溫不是引起候鳥遷徙的原因。他在1924年9月捕獲了若干只某種候鳥，分兩組進行實驗，實驗的過程與結果如表。所捕候鳥的處理3個月后放飛的所捕候鳥情況第一組置于日照時間逐漸縮短的自然環(huán)境中留在原地第二組置于日光燈下，用燈光模擬日照，并一天天延長光照時間多數(shù)往相同方向飛（1）根據洛文教授的實驗設計，你認為他的猜想是。（2）若洛文教授根據此實驗就對候鳥遷徙的原因下結論，這種做法是否合理，并說明理由。?！窘獯稹拷猓海?）根據表格中洛文教授的實驗設計可知，一組候鳥置于日照時間逐漸縮短的自然環(huán)境中；另一組候鳥置于日光燈下，用燈光模擬日照，并一天天延長光照時間；兩組候鳥形成對照實驗，唯一的變量是日照時間的長短，所以他的猜想是日照時間的長短變化是引起候鳥遷徙的原因。（2）對照實驗設計應遵循可重復性原則：在同樣條件下重復實驗，觀察其對實驗結果影響的程度，保證實驗結果的可靠性。若洛文教授根據此實驗就對候鳥的遷徙原因下結論，這種做法是不合理的，原因是只進對一種候鳥進行研究，不具有普遍意義，實驗結論不準確。故答案為：（1）日照時間的長短變化是引起候鳥遷徙的原因；（2）不合理；因為只對一種候鳥進行了研究，不具有普遍意義。（2023?椒江區(qū)一模）黑白瓶法是一種通過測定水中溶解氧氣含量的變化，反映水體有機物生成量的研究方法。某小組采用黑白瓶法測定某湖泊不同深度的水中24小時內的溶氧量變化（不考慮溫度的影響）。實驗步驟：①采水：選取若干透光的白瓶、不透光的黑瓶分成6組，分別采集6個不同深度的水樣，裝滿水后將瓶蓋蓋好，同時在相應的深度取等體積的水進行初始溶氧量的測定。②掛瓶：將這些瓶分別懸掛在原采水深度處，放置24小時。③測氧：測定各水深處白瓶和黑瓶內水中的溶氧量。④計算：將測出的溶氧量減去初始溶氧量，算出每個水深處各個黑、白瓶中溶氧量的變化值，并計算其平均值，結果如下表：水深（m）瓶內水中溶氧量變化值（g/m3?24h）白瓶黑瓶1+7﹣22+5﹣23+2﹣240﹣25﹣2﹣25.7（水底）﹣3﹣3回答下列問題：（1）水深1至3米處的白瓶中溶氧量的變化由決定（填生理過程）。（2）由于操作者不小心，有一個l米處的白瓶掉到水底，一晝夜后其瓶中的溶氧量變化偏小，其原因是。（3）根據表中數(shù)據分析，該湖泊生態(tài)系統(tǒng)的垂直結構中，生產者分布的范圍是?！窘獯稹拷猓海?）綠色植物利用光能，通過葉綠體，把二氧化碳和水轉化成貯存著能量的有機物（主要是淀粉），并且釋放出氧氣的過程，就是綠色植物的光合作用。水深1至3米處的白瓶中溶氧量的變化由綠色植物的光合作用決定。（2）由于操作者不小心，有一個l米處的白瓶掉到水底，一晝夜后其瓶中的溶氧量變化偏小，其原因是水越深光線越弱，光合作用的強度越弱，產生的氧氣越少。（3）根據表中數(shù)據分析，水深1至3米處水中24小時內的溶氧量在增加，在此范圍內的綠色植物光合作用的強度強于呼吸作用的強度。所以該湖泊生態(tài)系統(tǒng)的垂直結構中，生產者分布的范圍是水深1至3米處。故答案為：（1）綠色植物的光合作用（2）水越深光線越弱，光合作用的強度越弱，產生的氧氣越少（3）水深1至3米處（2023春?嘉興期末）“生根粉”能促進植物根部細胞分化，加速根系生長發(fā)育，在植物扦插、移栽中被廣泛應用。小嘉同學在月季扦插實踐中想要使用生根粉，但又無法確定精準的生根粉濃度和浸泡時間，為此設計如下實驗：①配制濃度0.1mg/mL、0.2mg/mL、0.3mg/mL的生根粉水溶液，每種濃度的生根粉水溶液分裝在3個容器內，作實驗組備用；②選取長勢相近的月季枝條，隨機分配至各組，每組8條，分別在清水及不同濃度的生根粉水溶液中浸泡2h、4h、6h和8h；③培養(yǎng)28天后，測量各組枝條的生根數(shù)，統(tǒng)計平均值，結果如下表。（單位：條）生根粉濃度/浸泡時間清水0.1mg/mL0.2mg/mL0.3mg/mL2h1.03.54.76.84h1.09.310.113.76h1.09.514.311.38h1.03.36.03.0（1）本實驗探究的是對月季扦插生根數(shù)的影響。（2）實驗中每一組選取的月季枝條長勢相近，目的是。（3）根據實驗數(shù)據分析，月季扦插中最適合的生根粉濃度和浸泡時間分別是?！窘獯稹拷猓海?）提出問題是探究實驗前提和基礎，小嘉同學在月季扦插實踐中要使用生根粉，但無法確定精確的生根粉濃度和浸泡時間，所以本實驗是探究不同生根粉濃度和浸泡時間處理對月季插條生根數(shù)的影響。（2）對照實驗是指有一個因