第7节 科学探究

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第7节 科学探究
联想情景导入
当一滴水不小心落在课桌上后，过一会儿，你会发现有什么现象产生 你知道这是为什么吗 你想做一位科学家吗 如果你是一位科学家，在身边发生了这样的事情，首先想到的是什么 后来又会去干什么 其实，我们的科学问题的发现或科学的研究都离不开科学探究。科学探究究竟是怎么进行的，学了这节知识，也许你可能已经变成了一个科学家。
重点知识详解
1．科学的核心是探究。科学探究是学习科学的一种重要方式。
2．科学探究的基本过程是：21世纪教育网
提出问题→建立猜测和假设→制定计划→获取事实与证明→检验与评价→合作与交流
其中主要的过程是：
(1)提出问题：针对实际发生的一个现象或难题提出自己的研究问题。
(2)假设：针对提出的问题，根据自己的经验和理论知识提出各种可能的假设。
(3)验证假设：用调查、观察、实验、数据统计等方法对各个假设进行验证。
(4)结论：用合适的方法对研究的成果进行总结，得出合理的结论(注意：结论必须与假设不发生矛盾，否则必须重新考虑研究方案)。
(5)评价：结论是否符合实际情况，结论是否可以应用于实际问题，这个科学结论对社会及生活可能会发生什么影响。21世纪教育网
本节知识结构
科学史
科
科学探究的过程：提出问题、建立假设、设计实验方案、收集证据、解释证据或结论、
学 评价等
探 科学探究过程示例：琴纳和牛痘
究 尝试进行科学探究：脚印的长度与身高的关系、黑盒实验等
经典例题解析21世纪教育网
[例1] 在美国科罗拉多州，有一天，有7个孩子突然病倒了，并伴有腹泻、胃痛、发烧、呕吐等症状。数日后，又有43人出现了相同的症状。化验结果显示，所有患者都感染上了一种能够通过染菌的肉或蛋传播的细菌。那么孩子们是怎么感染上病菌的呢 为什么有些孩子感染了，而另一些孩子却没有 研究员认为这些细菌来自于某些染菌的食物。他们对孩子进行了询问，但孩子们说：他们没有在一起吃饭!
那么孩子们一起参加过什么活动呢 调查发现：他们去动物园参观过蜥蜴展览。研究员经检查发现了一只蜥蜴的确是此病菌的携带者。但展览的动物是不许触摸的，又怎么会感染到孩子们的身上呢 21世纪教育网
于是，研究员仔细询问了孩子们在展区的活动，并将他们提供的信息与那些没有得病的孩子进行比较，发现洗过手的孩子没得病，而没洗手的孩子则得病了。
对信息进一步筛选和分析发现，凡是接触过木栅栏又没洗手的孩子都病了。而对木栅栏的检验的确发现了该病菌。原来孩子们得病的过程是这样的：他们爬上围护蜥蜴的木栅栏，没有洗手就直接吃东西，病菌就由口腔进入了他们的体内。
研究员在研究上述病因时：21世纪教育网
(1)提出的问题是：
(2)建立的假设是：
(3)收集的证据是：
(4)作出的解释是：
[解析] 提出的问题是孩子们是怎样感染病菌的；建立的假设是细菌来自某些染菌的食物；收集的证据是对孩子进行询问，调查孩子们共同参加过的活动，询问活动的细节并进行比较，对得到的信息进行进一步筛选和分析等；作出的解释是孩子们爬上围护蜥蜴的木栅栏，没有洗手就直接吃东西，病菌就由口腔进入了他们的体内，最终感染病菌。21世纪教育网
[例2] 一位科学家在一块地上喷洒杀虫刹，而附近另一块地则未经任何处理。一段时间后，她在两块地上各设了5块面积相同的样地，并在每块样地中用相同的方法取1立方米的泥土，统计其所含的蚯蚓数目。实验数据如表所示。
喷洒过杀虫剂的土地 未经处理的土地
样地 每立方米所含的蚯蚓数 样 地 每立方米所含的蚯蚓数
A 730 F 901
B 254 G 620
C 319 H 811
D 428 I 576
E 451 J 704
请回答下列问题：
(1)这个实验研究的问题是什么
(2)分别计算喷洒过杀虫剂的土地和未经处理的土地中平均每立方米土壤中所含的蚯蚓数量。
(3)杀虫剂对蚯蚓数量有哪些影响
[解析] (1)这是一个比较实验，比较的变量是不同的土壤(使用过杀虫荆的土壤与未处理的土壤)中蚯蚓的数量。研究的问题是：杀虫剂对蚯蚓的生长有什么影响
(2)使用过杀虫剂的土壤，平均每立方米的土壤中蚯蚓的数量是436．4条，而未处理过的土壤，平均每立方米的土壤中蚯蚓的数量是722．4条。
(3)杀虫剂对蚯蚓的生存显然有很大的影响。使用了杀虫剂，使每立方米土壤中的蚯蚓数减少了286条。21世纪教育网
当然，在研究中还可以继续提出问题，杀虫剂不仅对蚯蚓的数量有影响，可能对其生长的速度也有影响吧，如果是这样一个问题你又如何进行实验设计呢 也可以提出这样的问题：如果杀虫剂杀死了土壤里的蚯蚓，那么对土壤里的植物生长有什么影响呢 你能设计一个研究方案吗？
[例3] 满满一杯水放在厨房里，几天后发现水变少了，这是因为水由液态变成气态的水蒸气跑到空气中去了，即蒸发了。影响水蒸发的快慢因素有哪些呢 请你提出你的假设并设计相应的实验。
[解析] 这是一道科学探究题，我们可以按科学探究的基本过程分析解题。题目已经提出了问题，由此我们可以根据平时的生活经验猜想影响蒸发快慢的因素有哪些，如液体表面积、空气流动快慢等，然后设计实验。在实验设计中，一定要明确要研究的是哪个量，其他的量则都应该进行控制。在实际实验中，还有许多的细节需要我们不断地调整和改进，甚至改变整个实验方案。
[例4] 阅读下面文章，回答问题。21世纪教育网
自行车胎漏气的原因在哪里
小明准备骑自行车外出时发现车胎瘪了。他感到很奇怪，昨天还是好好的，是什么地方出了问题呢
他用自己对自行车了解的常识和经验想到，也许是车胎破了，也许是气门嘴的螺丝松了，或者是气门嘴里的小橡皮管坏了……
究竟上述哪一种是正确的呢 小明开始寻找证据。他仔细查看了外胎，没有发现有破的痕迹，他又查看气门嘴的螺丝，也没有发现松动。后来他把螺帽卸下，取出气门芯，发现小橡皮管也是好的。
他给车胎打气，仔细查看和倾听，一会儿车胎又瘪了，他想，也许是内胎的某个地方出现了一个小小的孔。
后来，他请修车的师傅把内胎取出，把充气的内胎放到水里，只见气泡从内胎表面的某处不停地往上冒。小明非常高兴，自行车漏气的原因终于找到了。
(1)提出问题：
(2)建立假设：
(3)收集证据，检验假设：21世纪教育网
(4)作出解释：
[解析] 分析小明的探究过程：
(1)提出问题：自行车胎漏气的原因在哪里
(2)建立假设：a．可能是外胎破了；b．可能是气门嘴螺丝松了；c．可能是小橡皮管破了；d．可能是内胎破了。
(3)收集证据，检验假设：a．仔细查看外车胎，没有破的痕迹；b．查看气门嘴螺丝没有松动；c．检查小橡皮管也是好的；d．充气的内胎放入水中，发现冒气泡(如上图)。
(4)作出解释：自行车内胎某处破了，所以漏气。
实践创新应用
1．科学探究的基本过程是 、 、 、 、 、 。
2．爱迪生是著名的发明家，有一次，他在繁忙的工作中，要求他的助手帮助他测量一只灯泡的体积。可是，半天过去了，他的助手还是没能完成任务。于是，他亲自跑到助手的实验室去，发现他的助手正忙着研究灯泡的形状，进行着各种复杂的计算，桌上是一张图纸：将灯泡分割成各种形状，记录着各种已经测量过的数据。“我就快完成任务了，”助手自豪地对爱迪生说，“只要测量完这一组最后的数据!”
爱迪生微笑着看看助手：“你很努力啊!可是，你能有比较简单方便的方法吗 我想很快就知道它的体积!”同学们，你能有比较方便简单的方法吗 请写出你的设计过程和你需要的仪器。21世纪教育网
3．春天的田野上，昆虫们在美丽的油菜花上流连忘返。请你提出一个假设，设计一个实验方案说明是什么将昆虫吸引到油菜花上的。21世纪教育网
4．我很高兴地在家里养了一盆绿色植物，得意地对爸爸说：“我要养在我的小房间里，这样我天天可以呼吸新鲜空气了!”可爸爸却说，晚上植物会和我争夺氧气。爸爸说得对吗 请你设计一个实验帮帮我，看看爸爸说得对还是我说得对，好吗
5．植物会从照射它的光中吸收大量的能量来维持它的生长，因此吸收光是植物的一个重要本领。但是植物往往对不同颜色的光有不同的吸收率。一位科学家把一棵绿色植物放在不同颜色的光下照射，然后再测量该植物对每种光的吸收值。
(1)什么光照射时吸收率最小 这棵植物主要吸收的三种光是什么
(2)如果把这棵植物放入一个绿色玻璃(只有绿色光能够通过)做成的暖房内，会发生什么现象
(3)如果有红色植物生长于人工环境的温室内，最不适合用什么颜色的光来照射
一棵绿色植物对光的吸收值
光的颜色 光吸收的百分率
红 55
橙 10
黄 2
绿 1
蓝 85
紫 40
6．科学探究一般包括：提出问题、作出假设、设计实验、完成实验、检验假设、得出结论等几个环节。下面是琴纳医生发现天花疫苗的故事。请阅读，并回答相关问题：
现在，脸上有小圆疤痕的人不多见了。但如果你问一下你的爷爷和奶奶，他们可能会告诉你，人们曾患过一种非常可怕的传染疾病一天花。
在18世纪，当一个人患上天花，他多半会死，即使病治好了，也会留下很丑陋的疤痕。一次天花的蔓延足以令一个小镇里l／5的人口死亡，而婴儿和小孩子最容易患上这种病。
当时，琴纳医生发现挤牛奶女工在挤奶时，很容易从牛身上感染到一种名为牛痘的病。其中一个病症是她们的手指上会留下一些斑点，但一般而言，她们很快就会痊愈。 ①
琴纳医生观察到染上牛痘的女工不会患上天花，他深信是牛痘抑制了天花在人体内的繁殖。 ②
为了验证这个想法，他进行了实验。在1974年5月14日，一个挤 牛奶女工莎拉得了牛痘后来找琴纳医生，琴纳治了莎拉的病，却有意把牛痘传给了他的园丁的8岁的儿子——詹姆士。 ③
琴纳医生首先在莎拉手上的斑点里取了一些脓水，之后在詹姆士 的胳膊上割了一道小口，把脓水挤了进去。5天后，詹姆士得了牛痘，但很快便痊愈了。21世纪教育网
然后，琴纳医生在一个天花病人的斑点上取了一点脓水，又在詹姆士的胳膊上割了一道小口，把脓水挤进去。21世纪教育网 ④
他相信詹姆士不会染上天花。琴纳医生和詹姆士的父母悉心照料着詹姆士，詹姆士的确没有染上天花，实验成功了。21世纪教育网 ⑤
琴纳医生发现了帮助小孩子抵御天花的方法，他称这种方法为“疫苗接种”。1979年，世界卫生组织宣布天花已被灭绝。现在，婴儿也不用再接受对抗天花的疫苗接种了。
这个故事本身极好地展示了科学探究的一般过程，请你分析①②③④⑤各代表科学探究中的哪一个环节
①
②
③
④
⑤
7．喝汤时，小明发现汤有点淡，于是，他拿了一勺盐打算加到汤里去。小明妈妈告诉他：“盐太粗了，应当用细盐，细盐溶解起来比较快。”你觉得小明妈妈说的话有道理吗 你认为食盐的溶解还与哪些因素有关 请帮助小明完成下列探究过程。
(1)提出问题：食盐的溶解与哪些因素有关
(2)建立假设：21世纪教育网
①
②
③
(3)设计实验方案(选择其中一个影响因素，设计方案)：
(4)收集事实证据：
(5)检验假设。
(6)交流。
8．忙忙碌碌的蚂蚁每天进出蚁窝有什么规律呢 某同学对墙脚下的一窝蚂蚁进行了三天观察。他记录了离开蚁窝的蚂蚁数目，每次观察5分钟，其结果如下表：
时 间 蚂蚁数目
第l天 第2天 第3天
7：00 8 1 9
9：00 27 4 26
11：00 98 17 110
13：00 101 21 118
1 5：00 104 27 107
17：00 66 15 60
19：00 4 2 7
根据表中数据记录，可得出的结论是：
。
课后练习答案
略
1．提出问题建立猜测和假设 制定计划 获取事实与证据 检验与评价 合作与交流 2．提示：利用排水法或者“排沙法” 3．假没是花香将昆虫吸引到花上来的。实验设计：做一朵与油菜花相同的纸花，其他条件都一样，但没有香味，将纸花放入油菜花群中，观察昆虫是否去采蜜。(其他答案符合题意即可) 4．将绿色植物放入透明塑料袋内，扎紧袋口，置于黑暗中24小时后，将带火星的小木条放入袋内，观察木条是否能复燃。 5．(1)绿光 蓝、红、紫 (2)会因为没有光吸收而逐渐枯萎 (3)红光 6．提出问题作出假设 设计实验 完成实验 检验假设 7．略 8．中午11点到下午3点这段时间，蚂蚁活动的数量较多；不同天气对蚂蚁外出活动有影响
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