2.什么是科学探究（课件 29张PPT）

科学探究
我们上节课学过探索自然的方法有哪些？
今天我们来学习一下科学探究的基本过程，先来看科学家们是怎样进行探究的
?
天花是一种死亡率很高的传染病。18世纪前，还没有有效的治疗方法，每当天花流行，就有大量患者丧生，即使有人幸存，也会在脸上留下疤痕。英国医生琴纳（Edward Jenner）了解到，10世纪时中国人已发明了往人的鼻孔里吹痘痂粉的方法预防天花，但这种方法并不安全，有时会导致人死亡。
琴纳决心寻找更有效、更安全的办法。琴纳发现，几乎家家都有天花的受害者，只有养牛场的挤奶女工中没有人患天花。他还发现已经得过天花的人不会再次感染天花。
下面是科学史上一位科学家一次成功的探究活动——天花和牛痘的故事。
挤奶女工告诉他，牛也会患天花，患病时在牛的皮肤上会出现一些小脓疱，叫牛痘。挤奶女工给患牛痘的奶牛挤奶，也会被感染而起小脓疱，但很快就痊愈了，以后她们就不会再得天花了。于是，琴纳猜想其中必有奥妙。
琴纳想：或许得过一次天花，人体就会对天花产生免疫力。挤奶女工得了一次轻微的天花，就有了对天花的免疫力；得过天花的人也因此而获得对天花的免疫力。所以他们都不会再感染天花。
他作出了一个大胆的设想：从牛身上采集牛痘脓浆，接种到人的身上，使他们也像 挤奶女工那样得轻微的天花，以产生对天花的免疫力。
1796年5月的一天，琴纳从一位挤奶女工的手 上取出微量牛痘脓浆，接种到一个8岁男孩的手臂上。不久，种痘的地方长出痘疱，接着痘疱结痂脱落。一个多月后，琴纳在这个男孩手臂上再接种人类的天花痘浆，竟没有出现任何天花病症。
实验证明：这个男孩已经具有天花的免疫力， 琴纳的假设被证实了。人类从此获得了抵御天花的 有效办法——种牛痘。
建立猜想和假设
收集证据、检验假设
得出结论、作出解释
科学探究的一部分核心步骤
提出问题
为了揭开自然的奥秘，科学家们进行了艰苦的探究工作。他们是怎样进行探究的呢？
让我们举一个发现海王星的例子。
自天王星被发现后，很多天文学家在观察中发现，天王星运行的轨道与按牛顿理论计算的结果不一致。对于这一“反常”的现象，有的人认为，可能是因为天王星离开太阳较远，决定行星运动的牛顿理论不再适用。
当时还是剑桥大学二年级学生的亚当斯和法国年轻的天文学教员勒威耶却认为，这种“反常”的现象很可能是某颗未知行星的影响造成的。他们各自独立地进行了潜心的研究。为了证实自己的猜想，他们开始收集证据（evidence），查阅了大量关于天王星的观测数（data），并运用数学的方法进行了复杂的推算。1845年9月，亚当斯先于勒威耶提出了有关这一未知行星在天空中运动轨道参数的预言（hypothesis）。为了检验他提出的预言，亚当斯分别请求剑桥天文台和格林尼治天文台台长帮助搜索星空，可惜没有引起重视。
直到1846年9月，德国天文学家加勒（J.G. Galle，1812—1910）根据勒威耶的预言，用望远镜发现了这颗行星—海王星。
请阅读材料来找出这故事里科学探究每个步骤对应的问题
为什么天王星的轨道异常？ （观察到的与算出的不一致）
可能是决定运动的牛顿理论不再适用；可能有一颗未知的卫星；亚当斯和勒威耶认为可能有一颗未知的行星。
亚当斯和勒威耶大量查阅天王星的观察数据并用数学方法推算出未知行星的运动轨道。
提出
问题
建立假设
收集证据
德国天文学家伽勒用望远镜发现了海王星。
验证假设
4、最后，谁证实了他们的猜测是真实的？
1、科学家们观察到什么现象？提出了什么问题？
2、科学家们提出了哪几种猜测？
3、为了证实自己的猜想，亚当斯和勒威耶如何收集证据？
上述两个例子说明科学家在探索自然规律时需要进行科学探究。
我们也可以做个小小科学家用科学探究的方法解决生活中的问题，现在让我们同学们一起来探究生活中的一个常见问题。
　根据自己的生活经验和知识，小明提出了许多引
起电灯熄灭的原因：可能是整个小区停电了；可能是自己家里的保险丝烧断了；可能灯泡接触不良；可能是灯丝断了．．．
事例：
一天晚上，小明在房间里看书，忽然，悬挂在天花板
上的电灯熄灭了．电灯为什么会熄灭？
究竟是哪一种原因引起电灯熄灭的呢？这是需要
找出证据来证明的．
１、小区可能停电了。
证明：推开窗户，发现其他
　　　楼层都亮着灯。
２、保险丝可能烧断了。
证明：走到另一个房间，
　　打开开关，电灯亮了
３、可能接触不良。
证明：拧动灯泡，发现电灯仍然不亮。
结论３：接触没问题，问题出在灯泡上。
４、灯泡可能坏了。
证明：换了一个新灯泡，
　　　灯亮了。
结论１：小区没停电，问题出在自己家里。
结论２：保险丝没断，问题出在灯炮上
结论４：灯泡坏了。
科学探究的一般步骤：
一.控制变量法（变量和因素是一样的意思）
对于多变量（因素）的问题,常常采用控制变量的方法,把多变量的问题变成多个单变量的问题.每一次只改变其中的某一个变量,而控制其余几个变量不变,从而研究被改变的这个变量对事物的影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控制变量法.
科学实验方法归类
举例：种子的萌发与水分，温度，和空气等因素有关
现在要研究温度对种子的萌发是否有关？或者有什么样的关系？
其中：水分和空气是需要控制不变的因素（什么意思呢?就是做多组实验，水分和空气都要用一样的）
温度是需要改变的因素，所以每组实验的温度都不一样
二.转换法
所谓“转换法”,主要是指在保证效果相同的前提下,将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法.初中物理在研究概念规律和实验中多处应用了这种方法.
举例：现在我们房间内的温度是多少摄氏度？
10℃，15 ℃，20 ℃。。。。。
我觉得我感受不出来，
现在把一支温度计放到房间内过一段时间如右图所示
我们轻松的就知道室温是多少了
这里就要转换法的思想
实验设计的主要原则
对照性原则：实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。
① 空白对照??不给对照组任何处理因素。如：在研究甲状腺激素促进蝌蚪发育实验中，先取等量的同龄且发育状态相同的小蝌蚪60只，分为两组放入容积相同的两个玻璃缸，加入等量的自然水和蝌蚪饲料；一组加入甲状腺激素，另一组不加任何药品，就是空白对照。?
② 条件对照??给对照组施以部分实验因素，但不是所要研究的实验因素。如：在上述空白对照的举例中，如果取等量的同龄且发育状态相同的小蝌蚪60只，分为三组（编号甲、乙、丙）放入容积相同的三个玻璃缸，加入等量的自然清水和蝌蚪饲料；甲组加入甲状腺激素，乙组加入甲硫咪唑(甲状腺抑制剂)，是条件对照，丙组不加任何药品，是空白对照。?
③相互对照??不单设对照组，而是几个实验组相互对照。
例如：验证植物根对矿质离子有选择吸收的特性，可把蕃茄和水稻分别培养在成分相同的培养液中，过一段时间后，测定培养液中各种矿质元素离子浓度的变化，就会发现蕃茄吸收Ca多，吸收Si少；而水稻吸收Si多，吸收Ca少。以上就是两个实验组的相互对照。?
④自身对照??对照和实验都在同一研究对象上进行。如：要研究植物根具有向重力性，茎具有背重力性，可把某一植株横放于培养基上，让其自然生长，经过一段时间后，便可观察到根向重力生长，茎背重力生长。这里，对照和实验都在同一个体上进行，属于自身对照。
单一变量原则：不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。
平行重复原则：对所做的实验在同样条件下，进行足够次数的重复，不能只进行1－2次便轻易得出结论。需要选择的实验材料的样本数（如植株的数目、种子的粒数、实验动物的个体数等）不能太少，否则实验的结果不足以反映出生物学现象的本来面目。任何一项生物学实验，要有科学性，都必须能够重复，都必须经得起重复。）?
植株的数目、种子的粒数、实验动物的个体数如果太少，实验就没有说服力，实验具有偶然性
探究保温杯的保温性能
保温性能与那些因素有关？
杯子的材料、外包装袋的材料、杯中装水的多少
杯中水的初温、环境温度
实验时外包装袋的材料、杯中装水的多少都不同，可以吗？
实验时不能同时有两个自变量
控制变量法
只做一次实验得出结论行吗？
应多次实验，避免实验偶然性，减小误差
（单一变量原则）
总结一下：我们今天学到的科学探究可以探究很多问题。
比如：
1、根据人脚印的长度如何判断人的身高？
2、在不打开盒子的前提下，想知道盒子里装的一个小物体是什么？
3、有一天小明肚子突然疼起来了，可能的原因有哪些呢?
4、保温杯保温性能与那些因素有关？
。。。。。。
我们初中在学习科学知识时也要进行科学探究。在掌握基本步骤以及一些重要的方法下
最后让我们学生尝试一下如何去解题。
1.在I、II、Ш三个培养皿中，加入不同成份的培养基，分别接种等量的大肠杆菌，置于适宜条件下培养一段时间后，统计各培养皿中的菌落数（见下表）。实验结果能说明大肠杆菌生长需要糖类的是（ ）
A.培养皿I和III B.培养皿II
C.培养皿I和II D.培养皿II和III
D
2．如图所示是探究“食物上滋生微生物条件”实验。一星期后用放大镜观察，结果只有乙中有大量微生物生长。下列有关分析错误的是（　　）
?
A．甲乙这一实验对照组中，变量是水分
B．通过甲乙的对照，说明微生物的生长需要水
C．通过乙丙的对照，说明这些微生物的生长繁殖不需要营养
D．设置丙的目的是为了排除乙中的微生物可能来自于水
C
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A} 果蔬
甲
乙
丙
丁
滴数
12
5
8
17
3．维生素C的水溶液能使高锰酸钾溶液褪色。某兴趣小组选取甲、乙、丙、丁4种果蔬研磨成汁，并用统一规格的滴管，将它们分别滴入到2毫升相同浓度的高锰酸钾溶液中，使之褪色的滴数如下表。
请据表分析，维生素C含量由低到高排列正确的是（　　）
A．乙一丙一甲一丁 B．甲一丙一乙一丁
C．丁一甲一丙一乙 D．丁一丙一乙一甲
C
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}组别
A
B
C
D
E
F
温度（℃）
10
15
20
25
30
35
发芽率（%）
48
74
82
94
86
75
4．为了研究温度对小麦种子萌发的影响，某科技小组进行了如下实验：
实验材料：某品种小麦种子800粒，培养皿（直径90mm），脱脂棉，自动恒温箱，蒸馏水等．
实验过程：
①取培养皿6只，在沸水中煮沸一段时间再冷却，编号为A、B、C、D、E、F；将脱脂棉在开水中浸泡后冷却，再平铺在培养皿内．
②挑选600粒小麦种子并随机分成六份，然后再均匀地摆放在6只培养皿内，盖上盖，放到6只温度不同的自动恒温箱内，每隔一天检查并适时喷水．
③6天后，统计各组培养皿内种子的发芽率．结果记录如下表：
请分析回答：
（1）上述步骤 ②中“挑选600粒小麦种子并随机分成六份”不符合实验要求，应该改为　 　 ．
（2）根据表中数据，可得出温度是怎样影响小麦种子的发芽率？　 　 ．
（3）为了使各温度下测试的发芽率更准确，还应该将实验　 　 ．
（4）为了在20～30℃区间找到更准确的促发芽温度，应该补充的实验是（简要说出操作方法）
　 　 ．
挑选600粒大小相同、饱满的小麦种子并随机分成六等份；
25℃时，小麦种子的发芽率最高；
进行重复实验，即选择该品种的小麦种子再做1次或多次分组实验；
在20～30℃之间分别设置5组不同温度即21℃、23℃、25℃、27℃、29℃，重新进行以上实验并测得各组发芽率．
5．小明发现他家种植的菊花出现了异常现象，靠近马路一侧的菊花不开花，远离马路一侧的菊花开花．小明观察周围环境后，发现马路边安装了许多路灯．小明和爸爸选择靠近路灯的1株未开花的菊花，晚上用黑色塑料袋套起来，白天取下，观察一段时间，看它是否能开花．
（1）该实验方案的设计基于的假设是　 　 ．
（2）他们应该选择　 　 作为这株菊花的对照组．
（3）他们的实验方法有什么明显不足？　 　 ．
影响菊花开放的环境因素是日照时间的长短．
靠近马路一侧不开花的菊花
只选了一株菊花，具有偶然性
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}编号
SO2浓度
（克/升）
菠菜/油菜/青菜受害时间（分）
出现黄斑
较多黄斑
大面积变黄
整体变黄
1
0.28
3/17/13
6/25/20
10/32/24
20/46/31
2
0.42
2/7/11
4/22/18
9/28/22
15/34/28
3
0.56
1/5/6
3/10/12
7/15/16
13/24/20
4
0
﹣﹣﹣
﹣﹣﹣
﹣﹣﹣
﹣﹣﹣
6．随着化石燃料的大量使用，SO2已成为主要的大气污染物之一．SO2会影响植物的生长吗？某科学兴趣小组进行了实验探究．
取4个相同的饮料瓶，分别编为1、2、3、4号并贴上标签，1～3号瓶内各充有不同浓度的SO2气体，4号瓶不充入SO2．然后在瓶内分别放入1 片大小相同的菠菜叶，迅速拧紧瓶盖，放在窗口处．随时观察叶片变化，记录现象和数据．再以油菜、青菜为材料，重复上述实验．实验现象和数据记录如表格（“﹣﹣﹣”表示实验时间内无变化）．
（1）4号瓶的作用是　 　 ．
（2）对实验所用的饮料瓶还有什么要求？　 　 ．
（3）根据表中数据分析可知，同种植物的受害程度与　 　 有关．
（4）由实验可知，以上三种植物中最适合用来监测大气中SO2浓度的是　 　 ．
作对照
无色透明且气密性良好
SO2浓度、受害时间
菠菜
7．有甲、乙两种不同品牌的保温杯，为了比较这两种品牌的保温杯盛水时的保温效果，小明按照科学探究的程序，明确了具体的探究问题，选择了适当的器材，在控制变量的前提下，在室内进行了实验，得到了一段时间内，甲、乙两种保温杯内水的温度的实验数据，根据数据绘制的图象如图所示。请你根据图象所提供的信息回答以下问题：
（1）小明探究的问题是　 　 。
（2）请比较甲、乙两种保温杯的保温效果：　 　。（选填选项前的字母）
A．甲保温杯的保温效果好
B．乙保温杯的保温效果好
C．甲、乙两种保温杯的保温效果一样好
（3）请估计实验过程中第7小时的室温：　 　℃。
两种品牌的保温杯盛水时的保温效果哪个好？
B
20
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}容积：2000ml的可乐瓶
发射角度
20度
装水量（ml）
300
400
500
600
700
第一次距离（m）
18.28
19.6
20.95
19.95
16.98
第二次距离（m）
17.42
20.3
24.36
23.36
14.36
第三次距离（m）
22.33
19.58
21.32
21.34
19.34
平均距离（m）
19.34
19.83
22.21
21.55
16.89
8．如图，某学习小组同学在做水火箭实验时，对水火箭的水平飞行距离与哪些因素有关的问题进行了研究。他们在容积为2000ml的可乐瓶内装上不同体积的水，每次发射的角度均为20°，向瓶内打气直至橡皮塞从瓶口冲出，使水火箭向前射出。下表是他们在实验中收集到的
（1）由实验方案可知，他们研究的问题是　 　 。
（2）分析表中数据可得出的结论是：在可乐瓶容积、发射角度相同的情况下，　 　 。
水火箭飞行距离与装水量有什么关系？
装水量为5OO毫升时，水火箭飞行距离最远
9.某科学兴趣小组想探究风力火箭发射高度是否受火箭的质量、箭尾空心锥体的锥角大小的影响，设计了如图实验装置。大功率鼓风机提供风力火箭升空的动力，推动火箭向高空发射。兴趣小组成员制作了若干个风力火箭作品，在无风环境中进行实验，分别记录火箭发射的高度(以楼层高度表示)。每个作品均重复3次实验，计算出平均值,记录数据并绘制成图甲所示的柱状图。
(1)每个作品均做3次实验，并取其平均值的目的是________________。
(2)分析图甲可得出的结论是________________ ________________。
减小实验误差
锥角一定时，火箭的发射高度，
随质量的增大先变大后变小；质量100克时发射高度最大