數字化實驗室與科學探究第1頁/共38頁數字化實驗室與科學探究第2頁/共38頁1.科學探究：一.科學探究與科學教學只是諸多教學方式中的一種2.探究目的：培養學生的能力和科學素質第3頁/共38頁初中《課程標準》科學探究能力基本要求（修訂）在初中階段學習中，科學探究能力大致表現在以下幾個方面

第4頁/共38頁科學探究要素提出問題●能從日常生活、自然現象或實驗觀察中發現與物理學有關的問題。●能書面或口頭表述發現的問題。●了解發現問題和提出問題在科學探究中的意義。猜想與假設●嘗試根據經驗和已有知識對問題的成因提出猜想。●對探究的方向和可能出現的探究結果進行推測與假設。●了解猜想與假設在科學探究中的意義。設計實驗與制訂計劃●明確探究目的和已有條件。●嘗試考慮影響問題的主要因素，有控制變量的意識。●嘗試選擇科學探究方法及所需要的器材、設計探究步驟，經歷設計實驗與制訂計劃的過程。●了解設計實驗與制訂計劃在科學探究中的意義。進行實驗與收集證據●能通過實驗和公共信息資源收集證據。●會閱讀簡單儀器的說明書，能按說明操作。●會使用簡單儀器進行實驗，會正確記錄實驗數據。●具有安全操作的意識。●了解進行實驗與收集證據在科學探究中的意義。分析與論證●能對收集的信息進行簡單的比較。●能進行簡單的分析推理。●嘗試對探究結果進行描述和解釋，經歷從物理現象和實驗中歸納科學規律的過程。●了解分析論證在科學探究中的意義。評估●有評估探究過程科學性的意識。●有評估探究結果合理性的意識。●能關注探究活動中出現的新問題。●了解評估在科學探究中的意義。表達與交流●有準確表達自己觀點的意識，能明確表達探究的問題、過程和結果。●敢于發表自己的觀點，善于傾聽別人的意見。●了解表達與交流在科學探究中的意義。對科學探究能力的基本要求第5頁/共38頁一.科學探究與科學教學3.探究過程：4.探究內容：科學規律不要帖標簽沒必要體現探究的全部環節不是對所有的教學內容都適用1.科學探究：只是諸多教學方式中的一種2.探究目的：培養學生的科學素質和能力實驗探究5.探究方式：理論探究6.數字化實驗室：引入演示實驗分組實驗現象的呈現及數字化處理不是要在教學全程的處處使用實驗探究思考討論課內探究活動

課外探究活動

傳感器？第6頁/共38頁二.科學探究七要素1.提出問題2.猜想與假設3.設計實驗與制訂計劃4.進行實驗與收集證據5.分析與論證6.評估7.表達與交流第7頁/共38頁●了解發現問題和提出問題在科學探究中的意義。1.提出問題●能從日常生活、自然現象或實驗觀察中發現與有關的問題。●能書面或口頭表述發現的問題。二.科學探究七要素例：救護車例：光的折射●提出問題有價值。第8頁/共38頁●嘗試根據經驗和已有知識對問題的成因提出猜想。2.猜想與假設二.科學探究七要素1.提出問題●了解猜想與假設在科學探究中的意義。●對探究的方向和可能出現的探究結果進行推測與假設。例：決定電阻大小的因素第9頁/共38頁2.猜想與假設二.科學探究七要素1.提出問題3.設計實驗與制訂計劃●嘗試選擇科學探究方法及所需要的器材、設計探究步驟，經歷設計實驗與制訂計劃的過程。●明確探究目的和已有條件。●嘗試考慮影響問題的主要因素，有控制變量的意識。●了解設計實驗與制訂計劃在科學探究中的意義。第10頁/共38頁2.猜想與假設二.科學探究七要素1.提出問題3.設計實驗與制訂計劃4.進行實驗與收集證據●了解進行實驗與收集證據在科學探究中的意義。●能通過實驗和公共信息資源收集證據。●會閱讀簡單儀器的說明書，能按說明操作。●會使用簡單儀器進行實驗，會正確記錄實驗數據。●具有安全操作的意識。第11頁/共38頁2.猜想與假設二.科學探究七要素1.提出問題3.設計實驗與制訂計劃4.進行實驗與收集證據5.分析與論證●嘗試對探究結果進行描述和解釋，經歷從物理現象和實驗中歸納科學規律的過程。●能對收集的信息進行簡單的比較。●能進行簡單的分析推理。●了解分析論證在科學探究中的意義。第12頁/共38頁2.猜想與假設二.科學探究七要素1.提出問題3.設計實驗與制訂計劃4.進行實驗與收集證據5.分析與論證6.評估●有評估探究過程科學性的意識。●有評估探究結果合理性的意識。●能關注探究活動中出現的新問題。●了解評估在科學探究中的意義。第13頁/共38頁2.猜想與假設二.科學探究七要素1.提出問題3.設計實驗與制訂計劃4.進行實驗與收集證據5.分析與論證6.評估●有準確表達自己觀點的意識，能明確表達探究的問題、過程和結果。●敢于發表自己的觀點，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生？”為尋求問題的答案，教師做演示實驗，要學生認真觀察。教師：把一根導線懸吊在蹄形磁體的兩磁極中間，導線的兩端跟電流表連接，然后，讓學生觀察電流表指針，同學們發現指針沒有偏轉。學生通過討論對上述現象作出解釋：觀察不到指針示數的變化，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生仍未看見電表指針示數的變化。學生議論：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，學生中產生了爭論：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學生：“在更換磁體時，有同學發現電流表指針動了，這是真的嗎？”學生要求再重復一次更換磁體的操作，看指針是否會動。老師請一名學生試驗，經反復操作，發現磁體運動時，電流表指針確實動了，而且，磁體不動、導線運動時，也會產生相似情況。這說明：在一定情況下磁場中的導線可以產生電流。究竟在什么具體情況下磁場中的導線才能產生電流？學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生電流。這就為學生接下去的自主探究作了很好的鋪墊，使學生能把探究目的集中到“怎樣運動才能產生電流”這一主題上，從而能在有限的課堂時間內從容地完成科學探究任務。本例還能使學生體會到嚴謹的態度和敏銳的觀察在科學探究中的重要性。評析：本例沒有對各個探究要素面面俱到，而是側重在提出問題，進行實驗與收集證據方面發展學生的探究能力。本課之所以選擇了上述目標，是由于電磁感應實驗的特點，它能為學生的觀察和發現提供有利的情景。另外，通過師生交流。學生明確了兩點：第17頁/共38頁電磁感應現象的其它探究設計點1、影響電流的方向的因素2、產生感應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律課堂上，全班學生分成了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，發光體由幾個發光二極管組成，形狀是一個箭頭，高度3cm。教師讓全班同學共同探究凸透鏡成像的規律，物距從6cm開始，每增加3cm取一組實驗數據，直到39cm，共12組不同物距的數據（見下表）。教師規定每個小組只測兩組數據，不同小組測量不同的物距，使得每組物距的數據都有兩個小組測量。教師告知學生，如果反復觀測不到發光體的像，便填寫“不能成像”，出現無法測到的數據，可以暫時空著，看看能否從已測到的數據中得到一些啟發。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據的收集工作。表格中所有數據對各小組來說都是共享的，教師要求學生從這些數據中總結出凸透鏡成像的規律，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頁要發現實驗規律，需要對實驗數據進行比較，教師提示學生觀察表格中像的虛實、正倒、長度、像距四列數據，分別找出其中的規律。1.對比實像和虛像的數據發現：物距小于15cm時成的像都是虛像；物距大于15cm時則成實像。可以推想，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果的原因。2.對比像的正立和倒立的數據發現：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.比較像的長度數據發現：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。進一步對比數據還發現，當物距是30cm時，實像的長度恰好為3cm，跟發光體的長度相同；當物距大于30cm時，實像長度小于3cm，是縮小的；當物距在15cm到30cm之間時，實像長度大于3cm，是放大的。第21頁/共38頁4.比較像距的數據發現：當物距在15cm至30cm之間時，像距大于30cm；當物距大于30cm時，像距在15cm到30cm之間。學生還進一步找到一些規律。例如，在成實像時，如果發光體離焦點越近，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發光體的巨大實像。在發現了一系列規律之后，教師要求各小組用概括的語言來陳述這些規律，為了使規律更有普適性，教師啟發學生用焦距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，這樣陳述的規律更有普適性。規律的陳述應該是簡潔、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律。通過對各種陳述方式的對比，大家認為按物距u的三種情況（u＜f、f＜u＜2f、u＞2f）依次描述像的性質最為簡潔,也最有條理。第22頁/共38頁評析：這是可以在課內進行科學探究的實例。本例根據凸透鏡成像的特點，側重發展學生“進行實驗與收集證據”和“分析與論證”的科學探究能力，讓學生把主要的精力用于收集實驗數據，并對其進行比較和分析，并據此總結出科學規律。本例還采用了分工合作的方式收集實驗數據，不僅讓學生獲得一次合作探究的體驗，也節約了時間，保證了本次探究任務能在有限的課堂教學時間內完成。本例是在分析實驗數據的基礎上來形成結論的，教師有意把收集實驗數據和分析實驗數據作為兩個清晰的不同過程，這有利于加深對科學探究的理解，它使學生具體感受到什么是證據、什么是結論，體驗到科學的結論來自于對證據的收集和分析。第23頁/共38頁初中科學探究題材影響固體溶解度大小的因素（八年級上P32）注重數據的收集與分析植物根系的分布與地下水位高低的關系（八年級下P86）設計實驗與制訂計劃第24頁/共38頁◆實驗目的研究相同質量的煤油和水的比熱容。◆實驗原理單位質量的某種物質溫度升高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◆實驗過程與數據分析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，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“同步溫度數據”。5、打開遠紅外加熱器的開關，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、分析產生這種不同變化的原因，總結出比熱容的定義。第26頁/共38頁第27頁/共38頁◆實驗目的了解晶體與非晶體在熔化過程中溫度的變化規律。◆實驗原理熔化是物質從固態變為液態的過程。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。◆實驗器材朗威?DISLab、計算機、試管、酒精燈、鐵架臺、石棉網、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◆實驗過程與數據分析1、將溫度傳感器，接入數據采集器；2、調整傳感器窗口為“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），將試管置于燒杯內并加以固定（試管不能接觸燒杯壁）；4、在燒杯內注入清水，點燃酒精燈加熱，觀察試管內海波的物態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◆實驗目的探究液體內部壓強與深度的關系。◆實驗原理液體內部，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、液體內部壓強實驗器、鐵架臺、直尺、盛水圓筒、膠管等。◆實驗裝置圖實驗三十四液體內部壓強實驗圖34-1實驗裝置圖第31頁/共38頁圖34-2實驗數據圖34-3深度與壓強關系圖線第32頁/共38頁1、將壓強傳感器接入數據采集器，用膠管連接液體內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）的規律改變實驗器的深度并記錄對應的壓強值（圖34-2）；圖34-3深度與壓強關系圖線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，得到一組數據；7、點擊“繪圖”，選取X軸為“h”，Y軸為“P5”，得到一組數據點；8、觀察可見數據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，觀察壓強讀數的變化；10、總結液體內部壓強與液體深度、液體密度的關系。◆實驗過程與數據分析第33頁/共38頁◆實驗目的用壓強傳感器測量大氣的壓強。◆實驗原理