進行科學探究教學案例分析

在此再現(xiàn)一些科學探究活動，目的是想讓同學知道，物理還有這樣一種充滿樂趣的學習方法；同時也想起一個拋磚引玉的作用，在我市初中物理教師中研討一下在初中物理新課程的背景下，我們該怎樣做才能更有利于學生的發(fā)展。

教學目標：

1.知識與技能：知道物理學不僅指物理知識，而且還包含科學研究方法。會記錄實驗數(shù)據(jù)，會用科學術(shù)語、簡單圖表等描述實驗結(jié)果。

2.過程與方法：能在觀察物理現(xiàn)象或物理學習過程中發(fā)現(xiàn)一些問題。有初步的提出問題的能力。能書面或口頭表述自己的觀點，初步具有評估和聽取反饋意見的意識。有初步的信息交流能力。

3.情感態(tài)度和價值觀：在科學探究過程中敢于提出與別人不同的見解，也勇于放棄或修正自己的錯誤觀點。能體驗到科學探究的樂趣。

教學重點、難點及處理：

重點：科學探究的過程和方法。

難點：學生正確描述實驗現(xiàn)象并從中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

教學方法：講解、實驗、討論。

教學手段：實驗及實物投影。

教學過程：

1．問題引入：出示如圖1所示的分子間隙演示器，問：這是什么？介紹后問：這個儀器與課本上的長玻璃管相比，哪個好？好在什么地方？若讓你來做，你會怎樣做？做時應(yīng)注意什么？提醒學生注意記錄：將觀察到的現(xiàn)象用語言或圖描述出來，還應(yīng)注意記錄時間。

點評：設(shè)計此教學過程的目的是引發(fā)學生興趣，通過設(shè)置問題情境，引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)新的物理情景與已有知識的沖突所在，從而提出問題，并做出合理的假設(shè)與猜想。（這是我們精心準備的一個實驗，因為在課堂演示實驗時，將酒精和水混合后，我們會發(fā)現(xiàn)酒精和水的總體積明顯減小，即液面下降，但過一段較長時間，我們又會發(fā)現(xiàn)液面又上升了，這是什么原因造成的呢？經(jīng)過仔細觀察，發(fā)現(xiàn)液面上升時，容器的底部和器壁上吸附了很多氣泡，這就是造成液面上升的原因。那么氣泡從何而來呢？原來加入酒精后，一方面空氣在水中的溶解度變小，另一方面酒精和水混合時，液體的溫度也會升高，一部分空氣慢慢從液體中析出并膨脹，附著在容器的底部和器壁上）。

（演示本實驗時，若預(yù)先將酒精染成紅色，則可提高演示時的可見度）

2．介紹我們所教過學生在以往教學過程中進行過的一些科學探究過程。

（1）出示一張由中國地圖拓到硬紙板上的江蘇省形狀的紙板，如圖2所示。問：這是什么?再告訴學生，這就是去年我所教學生趙一筠的勞動成果，上面還有她做的一些實驗記錄。

點評：大部分學生在學習密度知識時，都做過測量某一不規(guī)則形狀物體面積的習題，但真正動手操作的學生卻幾乎沒有，選取本案例的目的是想告訴學生物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，今后在學習過程中，再碰到實驗習題時，最好自己動手做一做，你會獲得意想不到的收獲和樂趣。展示學生的作品，很容易引起學生的學習興趣、產(chǎn)生自己也來進行探究的欲望。

（2）介紹學生的測量江蘇省面積過程后，問：你想過自己動手做一下并做過嗎？如果是你，做完這個實驗?zāi)氵€想干什么？再介紹我們學生的做法。

點評：介紹學生自己的探究過程很容易引起學生的共鳴，當我告訴學生趙一筠同學在網(wǎng)上查出江蘇省實際面積10萬km²，而她自己測出的江蘇省面積為9.7萬km²時，學生在驚訝的同時，探究欲望得到進一步的增強。

（3）出示測量氣泡在試管中運動速度的玻璃管，介紹學生探究氣泡在試管中運動速度變化的過程。

①問題的提出：這個案例來源于我在進行“研究玻璃管中氣泡的運動規(guī)律”的教學時，在課堂上偶然問的一個問題：如果將玻璃管傾斜，氣泡的速度會怎么變? 由此引發(fā)了一系列的問題。

②提出猜想： 一開始，即當演示玻璃管傾斜時， 大部分學生認為傾斜后氣泡的運動速度會變小。原因是玻璃管水平時，氣泡將不動。但實際操作時， 卻發(fā)現(xiàn)玻璃管傾斜一定角度時，氣泡運動速度明顯加快。但傾斜角度較大接近將玻璃管水平時，氣泡運動明顯變慢。因此就提出了一個有趣的問題：氣泡的運動快慢隨玻璃的傾斜角度的增加先變快后變慢？因而必定在某個傾角時氣泡運動的最快.那么這個角度多大呢? 大部分同學都猜想傾角45°時，但實際情況是否是這樣呢?

③探究過程：首先學生志愿結(jié)成探究興趣小組，利用周六休息時間到校，教師為他們開放實驗室并提供所需器材，結(jié)果興趣小組的同學用了三個周六上午， 設(shè)計方案，分工協(xié)作， 不斷改進。老師還指導(dǎo)學生將托里拆利實驗裝置進行了改造，制作了如圖3所示的測量氣泡傾斜角度的儀器，使其能方便準確地測出玻璃管與豎直方向的夾角，下表是我們的探究結(jié)果，從表中可以看出氣泡的速度在玻璃管傾斜角度是50°時達最大值。

嘗試解釋： 同學們在進行實驗時， 進行了仔細的觀察，發(fā)現(xiàn)在氣泡上升的同時，水沿著玻璃管壁下降，并且這種下降是帶著旋轉(zhuǎn)的。 但為什么氣泡的速度在玻璃管傾斜角度是 50°時達最大值，我們老師也無法解釋。通過上網(wǎng)查詢， 我們了解到中科院有一個研究小組也在進行類似問題的研究， 但還沒有明確的結(jié)論。

進一步提出問題： 氣泡在玻璃管中的運動快慢還和什么因素有關(guān)？猜想的結(jié)果是和氣泡的長度，以及氣泡在什么樣的液體中有關(guān)。下表是進一步實驗的結(jié)果：

4次實驗結(jié)果可用下列圖表直觀加以對照分析，從圖表可見后3次的實驗結(jié)果確實是玻璃管傾角45°時氣泡運動的最快，和開始的猜想一致，但為什么會這樣，我們同樣不能解釋。

點評：設(shè)計此教學過程的目的是為了給學生如何進行科學探究予以一些啟發(fā)。這一教學案例中，雖然最終并沒有得到氣泡的運動速度在玻璃管傾斜多大角度時達最大值以及為什么它的速度會變等問題的答案，但在探究的過程中學生學會了很多東西：怎樣提出問題、怎樣設(shè)計、怎樣改進方法、怎樣處理數(shù)據(jù)、團隊合作精神等等。

（4）介紹學生提出雞蛋煮熟后質(zhì)量怎么變，并對此進行科學探究的過程。

①問題的由來：在進行初中物理“質(zhì)量”的教學中，課本提到質(zhì)量是物體本身的物理屬性，它不隨物體的形狀、位置、狀態(tài)等的變化而變化，有善于提問的學生提出了這樣一個問題：雞蛋煮熟后狀態(tài)改變了，它的質(zhì)量是否會變化？

②提出猜想：先將學生的問題向各個班的同學提出，激發(fā)學生的興趣，同時對提出問題的學生大力表揚以鼓勵形成良好的探究氛圍，學生們踴躍提出猜想：雞蛋的質(zhì)量有可能變大、變小或不變。再讓學生們談?wù)劄槭裁催@樣猜想，絕大多數(shù)學生都說不出所以然，個別猜不變的學生引用了課本上的結(jié)論：質(zhì)量不隨狀態(tài)而變。

③實驗探究： 為學生提供了探究條件：在辦公室擺放一架天平，有興趣的同學均可動手實驗。幾乎每個班均有部分同學進行了研究，下面是初二（6）張時敏同學對四個雞蛋煮熟前后的一組探究數(shù)據(jù)：

從中不難看出雞蛋煮熟后質(zhì)量變小，其他同學的實驗結(jié)果也是這樣。

④嘗試解釋： 通過向生物老師請教及上網(wǎng)查詢，我們了解到雞蛋殼上大約有7 000個微小氣孔，蛋中胚胎發(fā)育成長所需空氣就是從這些氣孔中進去的，當加熱雞蛋時，蛋中的蛋白、蛋黃受熱膨脹，水蒸發(fā)為水蒸氣，蛋內(nèi)壓力增大，一部分水蒸汽從蛋殼上的氣孔被擠了出來，所以雞蛋煮熟后質(zhì)量變小。

⑤進一步提出問題：將部分同學通過實驗得出的結(jié)論和他們所了解的產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在班上向全班同學匯報，然后再組織學生討論：對這個問題你還有什么想法?準備怎樣做？下面是同學們提出并通過實驗解決的兩個問題。

生雞蛋擺放后質(zhì)量是否會減小? 結(jié)論是會減小，下面是同一只生雞蛋每隔一周的質(zhì)量記錄：

熟雞蛋擺放后質(zhì)量是否也會減小? 結(jié)論是會減小，下面是同一只熟雞蛋每隔三天的質(zhì)量記錄：

此外，在不同的季節(jié)（溫度或濕度）條件下，雞蛋質(zhì)量減小的快慢是否相同?這個問題還有待進一步的探究。還有生雞蛋時間放長了質(zhì)量會減小，這是否可以用來判斷雞蛋是否新鮮？結(jié)論是：完全可以。

點評：這是在進行初中物理“質(zhì)量”的教學中，課本提到質(zhì)量是物體本身的物理屬性，它不隨物體的形狀、位置、狀態(tài)等的變化而變化，有善于提問的學生提出了這樣一個問題：雞蛋煮熟后狀態(tài)改變了，它的質(zhì)量是否會變化？圍繞這個問題師生進行了一系列探究。設(shè)計此教學過程的目的是為了啟發(fā)學生能夠從日常生活和學習中發(fā)現(xiàn)并提出問題，能夠?qū)λ釂栴}進行進一步的科學探究，體驗到科學探究過程中存在許多的樂趣。

3．引導(dǎo)學生對上課時所做的實驗再觀察，發(fā)現(xiàn)剛開始的圖1所示容器中酒精和水混合后液面是下降的，但現(xiàn)在液面又上升了，讓學生觀察后描述看到的現(xiàn)象并展開討論：你發(fā)現(xiàn)了什么？你有什么疑問？你還想干什么？準備怎么辦？為什么會這樣？

點評：設(shè)計此教學過程的目的是為了培養(yǎng)學生的觀察能力和提出問題的能力，并不要求學生在課堂上對此有怎樣深入的了解，對少數(shù)學有余力的同學，可組織起來課后進行探究，事實上這節(jié)課上舉的一些事例都是在課后、而且花了很長時間所進行的一些探究。設(shè)計的幾個為什么滲透了科學探究的幾個環(huán)節(jié)，目的是使學生對科學探究過程有進一步了解并能應(yīng)用于實踐。

4．作業(yè)布置：寫一篇學后感，談一談你的感受和打算。

點評：設(shè)計此教學過程的目的是為了趁熱打鐵，促使學生改變學習方式，積極投身科學探究，做科學探究的實踐者。

教后感：（略）