数字化实验室与科学探究.ppt

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1、数字化实验室与科学探究,1.科学探究：,一.科学探究与科学教学,只是诸多教学方式中的一种,2.探究目的：,培养学生的能力和科学素质,初中课程标准科学探究能力基本要求（修订）,在初中阶段学习中，科学探究能力大致表现在以下几个方面,对科学探究能力的基本要求,一.科学探究与科学教学,3.探究过程：,4.探究内容：,科学规律,不要帖标签,没必要体现探究的全部环节,不是对所有的教学内容都适用,1.科学探究：,只是诸多教学方式中的一种,2.探究目的：,培养学生的科学素质和能力,实验探究,5.探究方式：,理论探究,6.数字化实验室：,引入,演示实验,分组实验,现象的呈现及数字化处理,不是要在教学全程的处处使

2、用,实验探究,思考,讨论,课内探究活动,课外探究活动,传感器？,二.科学探究七要素,1.提出问题,2.猜想与假设,3.设计实验与制订计划,4.进行实验与收集证据,5.分析与论证,6.评估,7.表达与交流,了解发现问题和提出问题在科学探究中的意义。,1.提出问题,能从日常生活、自然现象或实验观察中发现与有关的问题。,能书面或口头表述发现的问题。,二.科学探究七要素,例：救护车,例：光的折射,提出问题有价值。,尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想。,2.猜想与假设,二.科学探究七要素,1.提出问题,了解猜想与假设在科学探究中的意义。,对探究的方向和可能出现的探究结果进行推测与假设。,例：决定

3、电阻大小的因素,2.猜想与假设,二.科学探究七要素,1.提出问题,3.设计实验与制订计划,尝试选择科学探究方法及所需要的器材、设计探究步骤，经历设计实验与制订计划的过程。,明确探究目的和已有条件。,尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的意识。,了解设计实验与制订计划在科学探究中的意义。,2.猜想与假设,二.科学探究七要素,1.提出问题,3.设计实验与制订计划,4.进行实验与收集证据,了解进行实验与收集证据在科学探究中的意义。,能通过实验和公共信息资源收集证据。,会阅读简单仪器的说明书，能按说明操作。,会使用简单仪器进行实验，会正确记录实验数据。,具有安全操作的意识。,2.猜想与假设,二.科学

4、探究七要素,1.提出问题,3.设计实验与制订计划,4.进行实验与收集证据,5.分析与论证,尝试对探究结果进行描述和解释，经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程。,能对收集的信息进行简单的比较。,能进行简单的分析推理。,了解分析论证在科学探究中的意义。,2.猜想与假设,二.科学探究七要素,1.提出问题,3.设计实验与制订计划,4.进行实验与收集证据,5.分析与论证,6.评估,有评估探究过程科学性的意识。有评估探究结果合理性的意识。能关注探究活动中出现的新问题。了解评估在科学探究中的意义。,2.猜想与假设,二.科学探究七要素,1.提出问题,3.设计实验与制订计划,4.进行实验与收集证据,5.分析

5、与论证,6.评估,有准确表达自己观点的意识，能明确表达探究的问题、过程和结果。敢于发表自己的观点，善于倾听别人的意见。了解表达与交流在科学探究中的意义。,7.表达与交流,例1.什么情况下磁可以生电？课堂上教师提出：“电流的周围存在着磁场，说明电可以生磁，这就自然会想到，磁是否可以生电？放在磁场中的线圈是否有电流产生？”为寻求问题的答案，教师做演示实验，要学生认真观察。教师：把一根导线悬吊在蹄形磁体的两磁极中间，导线的两端跟电流表连接，然后，让学生观察电流表指针，同学们发现指针没有偏转。学生通过讨论对上述现象作出解释：观察不到指针示数的变化，可能是因为没有电流，也可能是因为电流太微弱。为了检验是

6、否是电流太小的原因，教师换用了一个能检测微小电流的灵敏电流表，但是即便用这样的灵敏电流表学生仍未看见电表指针示数的变化。学生议论：也许还是因为电流不够大，再换个强磁体试试。教师按照学生的建议，把两个蹄形磁体并在一起，取代了原来的磁体。,探究案例分析,在更换磁体时，几个细心的学生叫道“指针动了”，然而令他们失望的是，再仔细观察时指针却停留在零位置不动了。此时，学生中产生了争论：有的说，我分明看到指针动了，有的说，指针不是仍停在零位置上么？教师不失时机地启发学生：“在更换磁体时，有同学发现电流表指针动了，这是真的吗？”学生要求再重复一次更换磁体的操作，看指针是否会动。老师请一名学生试验，经反复操作

7、，发现磁体运动时，电流表指针确实动了，而且，磁体不动、导线运动时，也会产生相似情况。这说明：在一定情况下磁场中的导线可以产生电流。究竟在什么具体情况下磁场中的导线才能产生电流？学生开始分小组进行自主探究，他们用矩形线圈中的一边在蹄形磁体的磁场中做各种运动，看怎样才能产生电流。,1.可以用电流表跟线圈连接来检测线圈中是否有电流；2.只有线圈相对磁体运动时才能产生电流。这就为学生接下去的自主探究作了很好的铺垫，使学生能把探究目的集中到“怎样运动才能产生电流”这一主题上，从而能在有限的课堂时间内从容地完成科学探究任务。本例还能使学生体会到严谨的态度和敏锐的观察在科学探究中的重要性。,评析：,本例没有

8、对各个探究要素面面俱到，而是侧重在提出问题，进行实验与收集证据方面发展学生的探究能力。本课之所以选择了上述目标，是由于电磁感应实验的特点，它能为学生的观察和发现提供有利的情景。,另外，通过师生交流。学生明确了两点：,电磁感应现象的其它探究设计点,1、影响电流的方向的因素,2、产生感应电流条件的深入探究,例2 探究凸透镜成像的规律课堂上，全班学生分成了12个实验小组，每个小组配一套实验器材，其中有：凸透镜、光屏、发光体各1个（都有支架），刻度尺（长1m）1把。各小组凸透镜的焦距都是15cm，发光体由几个发光二极管组成，形状是一个箭头，高度3cm。教师让全班同学共同探究凸透镜成像的规律，物距从6c

9、m开始，每增加3cm取一组实验数据，直到39cm，共12组不同物距的数据（见下表）。教师规定每个小组只测两组数据，不同小组测量不同的物距，使得每组物距的数据都有两个小组测量。教师告知学生，如果反复观测不到发光体的像，便填写“不能成像”，出现无法测到的数据，可以暂时空着，看看能否从已测到的数据中得到一些启发。这样，除了物距为15cm、18cm等个别小组的测量遇到一些困难外，其它小组很快就完成了实验数据的收集工作。表格中所有数据对各小组来说都是共享的，教师要求学生从这些数据中总结出凸透镜成像的规律，这是本次探究活动的重点。,要发现实验规律，需要对实验数据进行比较，教师提示学生观察表格中像的虚实、正

10、倒、长度、像距四列数据，分别找出其中的规律。1.对比实像和虚像的数据发现：物距小于15cm时成的像都是虚像；物距大于15cm时则成实像。可以推想，物距等于15cm时将不能成像，这就是物距15cm的测量小组无法获得测量结果的原因。2.对比像的正立和倒立的数据发现：物距小于15cm时成的像都是正立的；物距大于15cm时像是倒立的。即，虚像都是正立的，实像都是倒立的。3.比较像的长度数据发现：成虚像时，感到像都被放大了；成实像时，测出的像有时被放大了，有时被缩小了。进一步对比数据还发现，当物距是30cm时，实像的长度恰好为3cm，跟发光体的长度相同；当物距大于30cm时，实像长度小于3cm，是缩小的

11、；当物距在15cm到30cm之间时，实像长度大于3cm，是放大的。,4.比较像距的数据发现：当物距在15cm至30cm之间时，像距大于30cm；当物距大于30cm时，像距在15cm到30cm之间。学生还进一步找到一些规律。例如，在成实像时，如果发光体离焦点越近，像的位置就离凸透镜越远，这就是物距为18cm的测量小组为什么找不到像的原因，因为此时的像距已经非常大了。按这条思路，果真在离凸透镜约90cm的位置上找到了物距18cm发光体的巨大实像。在发现了一系列规律之后，教师要求各小组用概括的语言来陈述这些规律，为了使规律更有普适性，教师启发学生用焦距f的长度作为物距和像距的单位，即：15cm用f表

12、示，30cm用2f表示。显然，这样陈述的规律更有普适性。规律的陈述应该是简洁、有条理的，各小组都尝试用最简洁的语言来概括凸透镜成像规律。通过对各种陈述方式的对比，大家认为按物距u的三种情况（uf、fu2 f、u2 f）依次描述像的性质最为简洁,也最有条理。,评析：这是可以在课内进行科学探究的实例。本例根据凸透镜成像的特点，侧重发展学生“进行实验与收集证据”和“分析与论证”的科学探究能力，让学生把主要的精力用于收集实验数据，并对其进行比较和分析，并据此总结出科学规律。本例还采用了分工合作的方式收集实验数据，不仅让学生获得一次合作探究的体验，也节约了时间，保证了本次探究任务能在有限的课堂教学时间内

13、完成。本例是在分析实验数据的基础上来形成结论的，教师有意把收集实验数据和分析实验数据作为两个清晰的不同过程，这有利于加深对科学探究的理解，它使学生具体感受到什么是证据、什么是结论，体验到科学的结论来自于对证据的收集和分析。,初中科学探究题材,影响固体溶解度大小的因素（八年级上P32）,注重数据的收集与分析,植物根系的分布与地下水位高低的关系（八年级下P86）,设计实验与制订计划,实验目的研究相同质量的煤油和水的比热容。实验原理单位质量的某种物质温度升高1C，吸收的热量叫做比热容。在同一条件下分别加热相同质量的煤油和水，由于二者的比热容不同所以相同的时间下升高的温度不同。实验器材朗威DISlab

14、、温度传感器两只、远红外加热器、煤油、水、小试管2只、铁架台、专用试管架。,实验二十七 比热容,实验案例,实验过程与数据分析1、分别取5ml煤油4ml水装入到两只小试管中，并放入到远红外加热器的炉膛内，用试管架固定在铁夹台上。2、将两只温度传感器探头分别插入到两只试管中，将测量水的温度传感器接入到第一通道，将测量煤油的温度传感器接入到第二通道。3、打开教材专用软件，点击比热容实验条目。4、点击“开始”按钮，若温度不相同，点击“同步温度数据”。5、打开远红外加热器的开关，加热5分钟后，点击“停止”，观察煤油和水温度的变化情况。（见图27-1）图27-1 比热容6、分析产生这种不同变化的原因，总结

15、出比热容的定义。,实验目的了解晶体与非晶体在熔化过程中温度的变化规律。实验原理熔化是物质从固态变为液态的过程。晶体在熔化时温度不变，该温度即为晶体的熔点。非晶体没有固定的熔点。实验器材朗威DISLab、计算机、试管、酒精灯、铁架台、石棉网、烧杯、海波（硫代硫酸钠）、石蜡等。图28-1 实验装置图实验装置图见图28-1。,实验过程与数据分析1、将温度传感器，接入数据采集器；2、调整传感器窗口为“示波”显示方式；3、将温度传感器放置在盛有海波的试管里（探针顶端需没入海波），将试管置于烧杯内并加以固定（试管不能接触烧杯壁）；4、在烧杯内注入清水，点燃酒精灯加热，观察试管内海波的物态变化及传感器测量的

16、温度变化；5、待水沸腾时，点击“停止”，回放所测到的温度图线（图28-2）；6、由温度图线可以看出海波在熔化时温度稳定在4850之间，此温度值就是海波的熔点；图28-2 海波熔解时的温度图线图28-3 石蜡熔解时的温度图线7、将海波换成石蜡，重复上述实验，得到石蜡熔化的温度图线（图28-3）；,8、比较海波与石蜡的温度图线有何不同。,实验目的探究液体内部压强与深度的关系。实验原理液体内部，在各个方向上都有压强，液体的压强随着深度的增加而增大，在同一深度，液体向各个方向的压强相等。实验器材朗威DISLab、计算机、液体内部压强实验器、铁架台、直尺、盛水圆筒、胶管等。实验装置图,实验三十四 液体内

17、部压强实验,图34-1 实验装置图,图34-2 实验数据,图34-3 深度与压强关系图线,1、将压强传感器接入数据采集器，用胶管连接液体内部压强实验器与传感器；2、把实验器放在盛水的圆筒中，观察压强读数的变化；3、保持实验器入水深度不变，改变其方向，观察压强读数是否变化；4、打开“计算表格”，把实验器拿出水面，记录此时的压强值（大气压强）；5、按照0.050、0.100、0.150、0.200和0.250（米）的规律改变实验器的深度并记录对应的压强值（图34-2）；图34-3 深度与压强关系图线6、点击“变量”，输入变量“h”表示入水深度，输入“自定义公式”P5=P1-101.1表示进入水中压

18、强的增加量，得到一组数据；7、点击“绘图”，选取X轴为“h”，Y轴为“P5”，得到一组数据点；8、观察可见数据点的排列具有明显的线性特征，点击“线性拟合”，得到一条过原点的拟合线，验证了事先的猜想，并说明液体内部压强与液体的深度成正比（图34-3）；9、保持实验器入水深度不变，在水中加入食盐并搅拌，以改变液体的密度，观察压强读数的变化；10、总结液体内部压强与液体深度、液体密度的关系。,实验过程与数据分析,实验目的 用压强传感器测量大气的压强。实验原理 标准大气压强为101KP,但是不同高度的大气压不一样，在海拔3000米以内，大约每升高10m，压强会减少100Pa。实验器材朗威DISLab、

19、朗威DISLab移动采集模块、计算机等。,实验三十七 大气的压强,实验过程与数据分析1、将朗威DISLab移动采集模块接入到数据采集器，连接压强传感器与数据采集器；打开移动采集模块开关，点击进入到通用软件（手持版），观察并记录当前大气压的值；2、用压强传感器测量不同楼层的气压值，并记入到表格中，然后将数据保存；3、将移动采集模块记录的数据上传到电脑中，在通用软件中绘图，观察并总结大气压强与高度的关系。4、取出注射器，将注射器的活塞置于15ml处（初始值可任意选值），并通过软管与压强传感器的测口紧密连接；5、推拉注射器活塞，观察压强随气体体积的变化情况。6、经实验发现：一定质量的气体，其压强随体

20、积的减小而增大。7、取一个水箱浮球，接上三个压强传感器，通过大号针筒推子的推拉，即时、定量显示出三个不同方向、大小相等的压强值。,实验目的 了解磁场的大小及方向。实验原理 磁体周围存在一种物质，能使小磁针偏转，我们把它称为磁场。实验器材朗威DISLab、计算机、磁铁等。实验过程与数据分析 1、将磁传感器预热4分钟。2、将传感器靠近磁铁，观察传感器示数变化3、当传感器的探管移向磁场的S极时，读数为；正移向磁场的N极时，读数为负。,实验五十一 磁场的测量,初中科学探究题材,桦树尺蛾群体中不同体色个体数量变化的原因,课外探究活动,探究：初步认识元素周期表（八年级下P19）,探究：在盐酸除铁锈的实验中，气体是由什么反应生成的（八年级下P19）,探究：影响酶催化作用的因素（九年级上P129）,探究：怎样根据人脚印的长度来判断人的身高？（八年级下P19）,理论探究活动,课外探究活动,课堂探究活动,