初三化学下学期化学探究方法初探-PPT课件.ppt

科学探究方法简介 化学课外活动课 2004年10月 前 言 同学们在学习和生活中常常会遇到一些很有趣 的现象和问题，不知道它们的起因，也不知道 它们发生的规律和结果。 同学们可以对它们置之不理，也可以主动去询 问老师、家长以获得现成的答案。 但同学们更应做的是自己设法去认识它们，通 过查资料、做实验、搞调查等方式去找出问题 的答案。 后一种对问题的处理方式就是探究式学习方式 。 2 前 言 事实上，我们现在学习的所有化学知识都是科 学家们通过探究得来的。 虽然同学们在学习中探究的问题往往是前人已 研究过的，甚至有现成的结论，但这一过程与 当时科学家面对未知现象所进行的探究在本质 上没有什么区别。 同学们学会了对未知问题进行探究的方法，养 成了探究的习惯，就自然形成了适应未来社会 发展的素质。 3 科学家的科学探究 4 进行观察 一位地质学家绘制华盛顿州的海岸 矿产图时，惊讶地发现了一片死亡 的树林。相当大一部分仍直在地上 ，但明显已死了好多年了。 在俄勒冈州和华盛顿州其他几处海 岸边，他也找到了类似的直立着的 死树林。他感到奇怪：“是什么导致 了大面积树林死亡呢?” 6 表现出好奇，从已有知识背景 中提炼出问题 他仔细地考虑自己所知道的有关地震、 地壳板块边界及海岸线塌陷等方面的知 识，以寻求可能的解释。 他提出了一串问题，“这些树是同时死亡 的吗?”，“这与附近的火山活动或生物学 上的某种枯萎病有关吗?”，“既然是发生 在沿海地带，是否与那咸咸的海水有关 呢?” 7 使用技术和数学方法收集证据 为了解决第一个问题，地质学家使用了C-14放 射性探测法测量这些树的最外层年轮形成的时 间，发现它们都死于300年前。 至于树木死亡的原因，在绘图的过程中找不到 这些地区广为存在火山沉积物的证据，更为重 要的是这些树木没有被烧焦，仍直立着。经仔 细检查也没有发现曾发生过虫害的迹象。 8 利用以前的研究 地质学家开始考虑，可能是海水毁灭了这些树木 。他回想起，1964年发生了较大的潜没带地震， 由于大部分处于太平洋下的一个地壳板块滑到了 北美地壳板块的下面，而阿拉斯加州正位于北美 地壳板块，结果其海岸大部分下沉到了海平面以 下。地震造成海岸下沉，使阿拉斯加州数平方公 里海岸森林浸没在海水中，死掉了。 地质学家知道，在这两个州海岸地带也存在类似 的潜没带，正是它促使喀斯喀特火山形成。他想 知道，是否300年前发生了一次地震，使得这两个 州的大部分海岸下陷，从而导致这些地方的树木 被海水淹死呢? 9 提出可能的解释 为了验证这种解释，他又搜集了更多的数据。他仔 细检查了这片地区的沉积物。在从死亡之树林流向 内陆的河流的河床里，他找到了保存完好的沉积物 区域，在这里的泥土下面发现了一层沙子它完全 不像沙层上面和下面的那些土壤，那些土壤黑黑的 ，富含粘土。他纳闷， “这些沙子来自哪里呢?“ 地质学家知道，潜没带地震常会产生地震海啸，他 想，这层沙可能是海啸期间冲刷过来的海岸边的沙 子。果真如此的话，这会是一次较大海岸地震的有 力证据。沙层中发现的化石表明：这些沙来自于海 洋，而不是从内陆冲刷出来的沙子。这有力地支持 了地震海啸假说。 10 在证据的基础上发表自己的解释 在同行会读到的几种科学期刊上，地质学家发 表了几篇文章，提出假说：他在海岸边发现了 死亡的树林和沙层，这有力证明了这儿曾发生 过几次较大地震，时间大约在300年前，刚好 在欧洲殖民者到达该地区之前。 11 考虑新的解释 几年后，远在日本，一位地震学家刚好在研究 历史上的潮汐强度记录。以证明一些遥远地方 曾发生过的地震海啸。 他证实，1700年1月17日，在太平洋边缘某处， 发生过一次较大地震，但这次地震的震源还处 在争议之中，历史记录排除了在太平洋周围众 所周知的震源带发生很大地震的可能性。 得知地质学家在太平洋西北部的死亡森林的发 现，那位日本地震学家提出：这次海啸起因于 一次大潜没带地震，这个潜没带位于现在的俄 勒冈州和华盛顿州下面。 12 添加解释 地质学家现在有了更多证据支持自己的解释 ，即那层沙子是一次伴随地震而来的海啸的 结果。 进一步检查海岸沉积物，他又发现了一些更 多的、更古老的死亡树林和沙层。 他现在认为:像他最初证明的那次地震一样， 在过去千余年间，产生巨大海啸的地震多次 发生，一直在反复撞击太平洋西北海岸，就 象这些大地震也在撞击位于日本、菲律宾等 海岸大部地区下面的其它潜没带一样。地震 引起海岸下沉，树木浸泡在海水中，于是死 亡了。 13 解释作为政策咨询 科学研究有时能影响到公共政策，这位地质学 家的发现也影响到了公共政策。 公共官员详细研究了他的调查结论，对地震有 了更深的理解，在此基础上重新修订了这两个 州的建筑法，把对新建筑物抗震力的设计要求 提高了50%。 14 这个故事所带来的启示（1 ） 这个故事展现了科学探究的几个重要特征，即 科学家注意到一个现象后，产生好奇心，然后 寻求答案。 无庸置疑，其它许多人也看到了这些死亡的树 林，但是，他们或是对树木的死亡原因不感兴 趣，或是无力寻求答案。 地质学家利用地质学知识和关于树木及其生活 习性的知识，将死亡的树木与其它环境特点， 僻如位于海岸，相互联系起来。使这些问题引 导他去调查研究。 15 这个故事所带来的启示（2） 在研究中，他用C-14测量法测定树木死亡的年 代，并搜集了他所能找到的有关这一地区地质方 面的各种资料，在这些初步证据的基础上，他提 出了对树木死因的解释，而且他收集了更多的证 据来验证这一解释。然后，他发表文章，讨论他 搜集来的证据与他提出的解释之间的关系。 后来，远在地球另一端的一位科学家看到了这 些文章，因为科学家们使用的描述方法和测量方 法是通用的，所以它能够将这位美国科学家的发 现与自己的进行对比。日本科学家获得的独立证 据1700年发生了海啸更进一步支持了这 一假设，即那次发生的潜没带地震导致了沿太平 洋西北海岸众多树木的死亡。 16 科学课堂中的探究 17 表现好奇，从自己已有的知识出 发提出问题（1） 格瑞哈姆女士在某年级任教。秋天，学 生们休假一天后返回学校，她班上有几 个学生很兴奋，他们将老师拉到窗前， 指着外面说:“操场上那几棵树怎么啦?我 们发现它们有些变化。” 老师不明白学生的意思，于是说到：“告 诉我你们的意思是什么。” 18 表现好奇，从自己已有的知识出 发提出问题（2） 学生们问到:“为什么这三棵树会有这么 大的不同呢?它们过去看上去不都是一样 的吗?”格瑞哈姆女士也无法回答他们。 学生们指着并排长着的三棵树，一棵叶 子掉光了；中间那棵树叶子的颜色参差 不齐，但主要是黄色；第三棵树叶茂密 苍翠。 19 提出初步的解释或假说 与光照有关; 一定是太多水的缘故; 这三棵树看起来不同，可过去它们看上去是一 样的; 秋季到了，有些树的叶子会比其它树掉得早一 些; 地下有有毒物质; 三棵树年龄不同; 有害虫吃树叶; 一棵树比另两棵要老一些。 20 设计和实施简单的调查研究 她请每一位同学挑出一个她或他自认为是正确 的解释，并据此将学生分成小组，例如“水”组 ，“季节”组，“害虫”组等等。 她还要求每一个小组制定计划并开展一次简单 的调查活动，以弄清能否找到一些证据来回答 他们的问题。 当学生们制订调查计划时，老师走到他们当中 去，仔细听他们的计划，然后，她要求每个小 组向全班同学解释他们的想法，这促使学生们 进一步提炼观点。 使用这种实时、公开的现场评估，老师能够帮 助学生们思索自己处理问题的过程，促使他们 考虑是否可能有更好的方法。 21 通过观察收集证据 例如，“相异年龄”小组很快就找到了问题的答案，他们 与参与操场上部分树木种植的家长教师协会成员取 得了联系，并且得到了购买树苗的原始单据，然后，他 们到苗圃去核实，结果发现这三棵树品种相同，购买时 树龄相差无几。对这样的完成调查较早的组，老师就请 他们加入到尚未结束的小组中去。 “水”小组决定：尽量每隔一小时就查看一下地面，他们 轮流值日并连续记录下各人的观察。有些同学住得离学 校较近，课后及周末就由他们继续观察。虽然没有做到 每个小时都观察记录了一次，但他们记录的数据足够向 全班同学报告：“没有叶子的那棵树几乎一直淹在水里 ；中间那棵有时淹在水里；那株长满绿叶的树周围地面 潮湿，但从来没有淹在水里。” 22 考虑其他的解释 老师给了“水”组一本小册子，名为栽培健康植 物，是从当地苗圃那找来的。“水”组读了这本 小册子后，明白了当植物的根部被水包围时，根 部无法从周围的空间里吸取空气，等于是被水淹 着。基于从观察和小册中获取到的信息，同学们 推断：无叶的树被淹，中间那棵部分被淹，而第 三棵则没有被淹。 “水”组继续工作，调查水的来源。他们发现：学 校管理员一周有三次打开草坪洒水系统，开放时 间太长了，过量的水流过草坪，汇聚在树基旁， 由于地面有点坡度，大部分水流到了植树带的一 端来。他们同其他小组一起，向全班同学汇报了 调查结果。 23 交流解释 对学生们来说，感到最合理，既符合所有观察又 符合从其它处获知的信息的，是水太多这种解释 。 全班同学很满意，在经过三周工作后他们找到了 一种合理的解释。在老师建议下，同学们给管理 员写了一封信，告知他们的发现。 管理员来到他们班上表示感谢，并表示他将改变 浇水程序。他确实这样做了。最后，老师问学生 ，怎样才能证明他们的解释是正确的呢? 学生们讨论后认为，这只有等到明年看这些树是 否活过来。 24 检验解释 来年同月，同学们看到这三棵树上都挂 满了绿叶，该班上的学生们现在更加坚 信他们得出的结论有效地解释了他们的 观察。 25 附信 亲爱的汤姆逊先生: 我们班同学注意到，教室 窗外三棵树各不相同，一棵落光了树叶，一棵 树叶子颜色参差不齐，还有一棵却长满绿叶。 家长教师协会成员告诉我们这三棵树来自 苗圃，我们同苗圃取得了联系，他们告诉我们 这些树属同一品种，并且树龄相同，所以这不 是它们产生差别的原因。 我们发现，那棵光秃秃的树总是浸在水中， 树叶颜色参差不齐的树有时浸在水里，而挂满 绿叶的树从来没有浸在水里过。 26 附信 我班同学看到书上说:植物不能淹在太多 水中，否则，它会死掉。我们想这可能 是这三棵树产生差异的原因。 我们注意到您经常打开洒水系统，水流 出来汇聚到了那棵秃树和那棵叶子颜色 参差不齐的树那儿。我们认为您少洒点 水也许会更好些。 五年级 格瑞哈姆女士班上全体同学 27 教育中的探究与科学中的探究的相似之处1 如果将格瑞哈姆女士的学生和那位地质 学家作个比较，我们会感到地质学家开 始调查起因于一次观察，他看到了自然 界中一个不寻常的有趣的现象，从中产 生了疑问; 同学们也是这样的。 28 教育中的探究与科学中的探究的相似之处2 然后，科学家运用自己关于板块构造理 论的知识更加仔细地调查了周围环境 提出新的、更加集中的问题并对 自已所观察到的现象作出了解释； 同学们在开展进一步调查前运用所学知 识形成了几种解释，并提出一些新问题 。 29 教育中的探究与科学中的探究的相似之处3 地质学家在知道其他同行的研究情况之 后，利用他们的成果支持自己解释的有 效性； 格瑞哈姆女士班上，那些所取得的证据 不能支持他们的解释的小组所做的工作 ，实际上也帮助了同学们确认“水过量” 这种解释的合理性。 30 教育中的探究与科学中的探究的相似之处4 科学家发表了他的调查结果； 同学们也“发表”了他们探究的结果向 全班同学汇报并给校管理员写了一封信。 尽管不是所有的科研成果都会影响公共政 策，但这位科学家的发现却导致了华盛顿 州和俄勒冈州修改建筑法； 同学们的调查也导致了学校修正草坪洒水 系统的程序。 31 探究活动一般包括哪几个过程 1.发现并找出问题。 同学们在学习和生活中，通过观察，提出有探究 价值的问题，或对老师、学习材料等提供的问题 进行研究。 2.猜想与假设。 根据已有知识和经验，针对问题的可能原因进行 猜测，提出假设。 3.收集证据。 同学们围绕自己的猜测和假设，设计实验，查阅 资料，安排调查等活动，以获得尽可能多的证据 ，支持或否定自己的假设。 32 探究活动一般包括哪几个过程 （续） 4.解释和评价。 同学们从收集到的证据出发，对问题做 出解释。并与已知的科学知识相联系， 对自己或他人的解释进行反思和评论。 5.交流与表达。 同学们用书面的或口头的形式，有理有 据地将自己的探究结果告诉他人。 33 如何来看待探究活动 在实际的探究活动中，上述几步不一定都包括 ，也许某步要反复进行。 探究的最后也许没有得到确定的结果，或得到 的结论是不完善的，但只要同学们努力进行了 探究活动，掌握了进行探究的基本方法，学习 的目的就达到了。 在探究中，往往要进行实验、查阅资料、调查 统计等活动，所以同学们要熟练使用常见的化 学仪器，掌握一些基本的实验操作方法。 初步学会一些常用的科学方法，如观察法、对 比法、列表法、图像法等。 34 探究实验1： 哪一支蜡烛先熄灭？ 探究实验2： 烧杯中的溶液为什么会变红？ 下一次活动课的主题（10月14日 ） 碘元素对人体健康的影响 37 联系生物教学中“甲状腺的肌能