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嘗試科學(xué)探究教學(xué)設(shè)計
【教材分析】：
本節(jié)的主要目標(biāo)是讓學(xué)生初步嘗試進(jìn)行物理問題的科學(xué)探究．教材設(shè)計了一個科學(xué)探究的案例，讓學(xué)生初步親身經(jīng)歷科學(xué)探究的完整過程，從中領(lǐng)悟到科學(xué)探究的幾個基本要素，體驗科學(xué)探究的樂趣．
【學(xué)情分析】：
本節(jié)安排在物理學(xué)入門《1.1希望你喜愛物理》和《1.2動手做實驗》之后，在1.1節(jié)讓學(xué)生走進(jìn)物理世界，進(jìn)而知道物理，喜愛物理之后；1.2節(jié)讓學(xué)生親身經(jīng)歷了物理實驗，知道了什么是物理實驗，物理實驗并不神秘，物理就是一門實驗的科學(xué)；而1.3節(jié)進(jìn)而將實驗提高了一個檔次的要求，要求學(xué)生在物理實驗中了解和初步掌握科學(xué)探究的方法．教材的安排是循序漸進(jìn)、更上層樓的．教師在教學(xué)中要體會到教材編寫者的意圖．
【教學(xué)目標(biāo)】：
通過科學(xué)探究，了解科學(xué)探究的過程和一般步驟．
經(jīng)歷科學(xué)探究，獲得對科學(xué)探究過程的一般性認(rèn)識，領(lǐng)悟科學(xué)探究的幾個重要環(huán)節(jié)，在科學(xué)探究過程中挖掘?qū)W生的探究能力．特別是抽象和假設(shè)檢驗的能力，了解科學(xué)探究的一個基本方法——變量控制法．
通過科學(xué)探究活動的親身參與，養(yǎng)成對科學(xué)的熱愛，增強(qiáng)探究科學(xué)的欲望，樂于參與到科學(xué)探究活動中去，能事實求是的記錄實驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)提出自己的獨特見解，有與他人合作和進(jìn)行交流的愿望．
【教學(xué)理念】：
本節(jié)課就是一個完整的科學(xué)探究活動．可放手讓學(xué)生去思考、操作、討論．實驗中，不要太過要求嚴(yán)密（例如，規(guī)定怎樣測量線長、擺動次數(shù)、實驗順序和總結(jié)報告的格式等．）
教學(xué)重點：培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力．
教學(xué)難點：提出問題、制定計劃和設(shè)計方案．
根據(jù)以上分析，本節(jié)課的教學(xué)采用探究法、講授法相結(jié)合．
【教學(xué)過程】：
一、探究鐘擺的奧秘
師：科學(xué)的核心是探究，學(xué)習(xí)物理就要學(xué)會科學(xué)探究．
展示擺鐘實物，讓學(xué)生觀察+觀察擺鐘的外部構(gòu)造．
師：最近，小慧家的擺鐘走快了，請鄰居張師傅幫忙，只見張師傅將擺鐘下面的螺母擰幾下，擺鐘走時就準(zhǔn)了
1、 提出問題：
師：對這個現(xiàn)象，你想知道些什么？
生：張師傅擰擺鐘下面的螺母究竟調(diào)節(jié)了擺鐘的什么？改變了擺鐘走時的準(zhǔn)確性？
生：鐘擺來回擺動的時間是由什么決定的？
生：……
師：提出問題是進(jìn)行科學(xué)探究的第一步，偉大的科學(xué)家愛因斯坦說過，提出問題有時比解決問題更重要．同學(xué)們要仔細(xì)觀察平日周圍的事物，善于思考，善于提出問題．
2、 猜想與假設(shè)：
師：對于以上問題，你們的猜想是什么？（想想看，問題的真正答案可能是什么？）
生：擺動的快慢（擺來回擺動一次的時間）可能與擺錘的輕重有關(guān)．
生：擺動的快慢可能與偏離的角度大小有關(guān)．
生：擺錘下面的螺母位置估計會影響擺的長度，看來，擺動的快慢跟擺的長短有關(guān)．
師：好，前面幾位同學(xué)分別提出了他們的猜想，是否還有同學(xué)有不同的猜想和假設(shè)？如果沒有，那么你贊同哪位同學(xué)的觀點？（設(shè)疑）其中是只有一位同學(xué)說對了，還是有若干同學(xué)正確？切忌從老師的表情上揣度答案，這不是一種正確的科學(xué)探究態(tài)度．
a、如果你認(rèn)為，擺錘的輕重會影響擺動的快慢，那么是輕的快，還是重的快．
b、如果你認(rèn)為，擺動的角度會影響擺動的快慢，那么是擺角大的快，還是擺角小的快．
c、如果你認(rèn)為，百的長度會影響擺動的快慢，那么情況又是怎樣的呢？
生：……（思考、交流、回答）
師：牛頓說，沒有大膽的猜想，就作不出偉大的發(fā)現(xiàn)．在科學(xué)探究中，猜想不是胡猜亂想，它是以自己的經(jīng)驗和知識為基礎(chǔ)作出的一種試探性的解釋．
3、 設(shè)計實驗與制定計劃：
師：對于以上的猜想，你們準(zhǔn)備怎樣制定計劃與設(shè)計實驗來驗證呢？
生：用細(xì)線系住小球代替鐘擺，用秒表測量擺動的時間．
師：設(shè)計實驗應(yīng)針對探究目的，選擇探究的器材，在此，對具體的實物進(jìn)行了簡化，用細(xì)線懸掛小球代替，是一個很好的設(shè)計．下面請分組討論制定實驗步驟，設(shè)計實驗數(shù)據(jù)表格．（若學(xué)生初次探究設(shè)計表格有一定困難，可由教師示范表格設(shè)計方法：控制變量→待研究變量（縱向列表）→實驗次數(shù)/順序（橫向列表）→待測數(shù)據(jù)）
生：探究步驟如下：……
4、 進(jìn)行實驗與收集證據(jù)：
師：實驗時要嚴(yán)格按照實驗步驟操作，操作中要注意觀察，把觀察到的重要現(xiàn)象和數(shù)據(jù)記錄下來，數(shù)據(jù)的記錄要尊重事實，不可拼湊、不可杜撰．
生實驗．
5、 分析與論證：
師：實驗數(shù)據(jù)只是一堆原始材料，必須通過分析、論證，才能形成結(jié)論．好比建造房子，一堆磚塊、黃沙、水泥等材料要經(jīng)過設(shè)計、施工、裝飾，才能變成宏偉的建筑．下面請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對比分析，得出你的實驗結(jié)論．
生：擺球擺動的快慢（來回擺動一次的時間）與擺重?zé)o關(guān)．
生：擺球擺動的快慢與擺動的角度無關(guān)．
生：擺球擺動的快慢與擺長有關(guān)，擺長越大，擺球擺動越慢；擺長越短，擺球擺動越快．
『板書』：擺動的快慢只與擺長有關(guān)，與擺重、擺角無關(guān)．
擺長越大，擺球擺動越慢；擺長越短，擺球擺動越快．
6、 評估：
師：探究過程是否恰當(dāng)？探究得到的結(jié)論是否合理？探究過程中是否出現(xiàn)新的問題等，都需要再進(jìn)行充分的考慮．
生：如果我們再多做幾次，總結(jié)出的結(jié)論可能會更可靠．
生：我們測的擺動時間還真準(zhǔn)確呢．
生：我認(rèn)為結(jié)論是可靠的，剛才看見張師傅把螺母往下擰，估計起了增加擺長的作用，使擺動變慢，原來走快的鐘就準(zhǔn)了，張師傅的做法和我們實驗的結(jié)論一致．
生：我認(rèn)為可以忽略空氣阻力的影響，鐘的快慢可能跟它所處的地點有關(guān)．
7、 交流：
生：……
二、科學(xué)探究的過程
師祝賀學(xué)生成功完成了探究實驗．總結(jié)探究的環(huán)節(jié)
三、自我評價與作業(yè)
小玲、小紅和小麗在操場上玩蕩秋千。小麗把小紅、小玲分別輕輕推一下，細(xì)心的小麗發(fā)現(xiàn)，她倆往返擺動一次的時間幾乎一樣。那么，秋千往返擺動一次的時間與哪些因素有關(guān)呢？
三人對此問題進(jìn)行了研究，提出如下猜想：
猜想1：秋千往返擺動一次所用的時間可能與人的質(zhì)量有關(guān)。
猜想2：秋千往返擺動一次所用的時間可能與秋千的繩長有關(guān)。
猜想3：秋千往返擺動一次所用的時間可能與秋千擺動時離開中心線最大距離有關(guān)。
為了驗證上述猜想，她們來到實驗室，找來刻度尺、細(xì)線、秒表、小球，依照物理學(xué)習(xí)中的科學(xué)方法，按右圖進(jìn)行實驗，得到下表中數(shù)據(jù)。
請你通過分析回答下列問題：
�。�1）為驗證猜想1，應(yīng)選用序號為 兩組實驗進(jìn)行對比分析。
（2）為驗證猜想2，應(yīng)選用序號為 兩組實驗進(jìn)行對比分析。
（3）為驗證猜想3，應(yīng)選用序號為 兩組實驗進(jìn)行對比分析。
�。�4）實驗結(jié)論：小球往返一次所用的時間與 有關(guān)，
四、板書設(shè)計：
一、探究鐘擺的奧秘
擺動的快慢只與擺長有關(guān)，與擺重、擺角無關(guān)．
擺長越大，擺球擺動越慢；擺長越短，擺球擺動越快．
二、科學(xué)探究過程：
補(bǔ)充資料：
�。▽ν瑢W(xué)們在科學(xué)探究和學(xué)習(xí)物理的過程中的培養(yǎng)要求，教師可在課程教學(xué)的過程中穿插并逐步滲透，具體安排酌情處理。）
師：同學(xué)們要在科學(xué)探究和學(xué)習(xí)物理的過程中逐步培養(yǎng)起
善于發(fā)現(xiàn)問題：
舉例：
a、牛頓從蘋果落地聯(lián)想到“物體為什么都停留在地表附近，拋出的石塊為何總是落回地面？”并不懈探索發(fā)現(xiàn)萬有引力定律。
b、古希臘哲學(xué)家亞里士多德曾最先記載過這樣一個奇特現(xiàn)象——在同等低溫條件下，溫度高的水結(jié)冰速度快于冷水。坦桑尼亞學(xué)生姆潘巴1969年使這一現(xiàn)象變得更為人知曉，他發(fā)現(xiàn)加糖的牛奶加熱后比未加熱的牛奶結(jié)冰速度快。這種現(xiàn)象也被稱為“姆潘巴現(xiàn)象”。但個中原因是什么呢？
美國華盛頓大學(xué)的喬納森卡茨在對“姆潘巴現(xiàn)象”深入研究后認(rèn)為，這一現(xiàn)象實際上與水中的溶解物有關(guān)。水在加熱過程中，一些通常會使水變“硬”的溶解物，主要是碳酸鈣和碳酸鎂等碳酸鹽，會被“驅(qū)逐”出來形成固體沉淀，這就是日常生活中常見的附在水壺內(nèi)壁上的水垢。
卡茨說，未經(jīng)加熱的水中仍含有這些溶解物，在水結(jié)冰過程中隨著冰晶的形成，尚未結(jié)冰的水中這些物質(zhì)的濃度會進(jìn)一步升高，甚至可達(dá)正常水平時的50倍。這種情況會降低水的冰點，這也就減緩了冷水結(jié)冰的速度。這一原理就如同下雪后向路面撒鹽防止結(jié)冰一樣。
卡茨認(rèn)為，姆潘巴在牛奶中加糖實際上是使水變得“更硬”，進(jìn)一步擴(kuò)大了只含少量碳酸鹽的熱牛奶與富含碳酸鹽的冷牛奶之間結(jié)冰速度的差距。
美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的理查德穆勒認(rèn)為，卡茨對“姆潘巴現(xiàn)象”的分析是迄今對這一現(xiàn)象做出的最深入、最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕忉�，并認(rèn)為卡茨找到了“簡單但對頭”的方式解決這一問題。
姆潘巴因善于發(fā)現(xiàn)問題而將自己的名字和“姆潘巴現(xiàn)象”一起留在的物理學(xué)史上，也許善于觀察的你以后也能在物理學(xué)史和教材上留下你的名字�？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)有時并不很難，關(guān)鍵是要做個有心人。
敢于質(zhì)疑權(quán)威：
大家不要總以為老師和科學(xué)家說的就一定是正確的，人非圣賢，孰能無過？科學(xué)家也有犯錯誤的時候，我們（包括很多科學(xué)家）共同認(rèn)定了數(shù)十年的冥王星，在2006年被認(rèn)定并不是太陽系的第九大行星，“九大行星”的說法更正為“八大行星”。大家要敢于質(zhì)疑權(quán)威。（但是要有根據(jù)，不是無憑無據(jù)的否定一切，那也不是科學(xué)的態(tài)度。）
勇于動手創(chuàng)新：
發(fā)明包裝袋簡易撕口的即為愛動手的中學(xué)生。
學(xué)會團(tuán)結(jié)協(xié)作：
團(tuán)隊協(xié)作習(xí)，也是大家以后進(jìn)入社會必須學(xué)會的。
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