综合实践 课件教案（8年级） 数码探实验设计与分析-数码探实验设计与分析[北师大附中 罗东才].pdf

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1、北京师范大学南山附属学校罗东才新课程实施以来，探究式教学在课堂教学中所占的比重越来越大。主要有：实验实验探究探究(通过实验的方法获取新知)理论探究理论探究(将探究式组织形式和演绎推理相结合)近年来，随着手机、数码相机、iPad、计算机、Internet在生活中的普及，科学的形态在实物实验和数理逻辑之后，出现了基于计算机手段的第三种形态计算数据探究数据探究（即基于手机、数码相机、网络搜索引擎等信息技术的探究式学习方式，简称数码探）项华 北京师范大学物理学系教授第 二课 时dierkeshi实验设计实验设计与分析与分析CONTENTS目录01实验方案02材料选择03数据处理04案例分析实验方案01

2、实验设计实验设计是实验研究具体内容方法的设想和计划是实验研究具体内容方法的设想和计划安排。它的意义在于能用比较经济的人力、物力和时安排。它的意义在于能用比较经济的人力、物力和时间，获得较为可靠的结果，并使误差减少到最低限度。间，获得较为可靠的结果，并使误差减少到最低限度。实验设计的目标：实验设计的目标：使处理因素能得到相应、准确的使处理因素能得到相应、准确的实验效应。实验效应。实验设计的任务：实验设计的任务：如何使实验效应单独显示出来。如何使实验效应单独显示出来。实验设计的意义实验设计的意义1.探究实验类型改进型实验验证性实验创意性实验1.探究实验类型改进型实验二氧化碳二氧化碳溶于水、与水反应

3、”数字化实验设计溶于水、与水反应”数字化实验设计实验装置图案例案例1.探究实验类型水杯失重实验案例案例验证性实验观察水杯下落时现象，你发现了什么？原理：在杯子下坠过程中，除了重力外，杯子里的水没有再受到其他力的作用。由于水下坠的速度和杯子相同，因此水不会从杯子里流出来。因为只有水下坠的速度快于杯子时，它才会从杯子里流出来！而所有物体坠落时的重力加速度都是相同的。三要素三要素处理因素处理因素受试对象受试对象某种降压新药某种降压新药高血压患者高血压患者服服该药前后血压差该药前后血压差实验效应实验效应探究实验的基本要素实验研究的基本要素例例：研究研究某种新药的降压效果时，需选入一批原发某种新药的降压

4、效果时，需选入一批原发性高血压病人作为试验对象，服药前后测定病人的血压，性高血压病人作为试验对象，服药前后测定病人的血压，以服药前后的所降血压值来评价效果。以服药前后的所降血压值来评价效果。1.探究实验类型二氧化碳性质实验设计二氧化碳性质实验设计案例案例CO2不支持燃烧CO2密度比空气大杯中蜡烛熄灭验证性实验1.探究实验类型二氧化碳性质创意实验设计二氧化碳性质创意实验设计案例案例创意性实验原理：二氧化碳密度比空气大,可以让肥皂泡悬浮!悬浮在空中的泡泡探究表面张力探究数学问题探究物理结构探究光学特性探究冰晶形成数码探究2.实验方案评估与选择树高测量方案评估中找出最佳方案树高测量方案方案1：在无需

5、精确测量时，可用眼睛估计方案2：在树不很高时，可用尺量；方案3：可砍下来量；方案4：可用氢气球系线测量；方案5：可用一根等高竿子量；方案6：以平镜测高方案7：测量树和人（或木杆）的影子长度，通过比例 关系求树高方案8：拍照片，用相似图形的比例知识计算树高2.实验方案评估与选择树高测量方案评估中找出最佳方案数码相机探究工具照片h2h1数据分析2.实验方案评估与选择借助观测指标设计探究实验观测指标：观测指标：观测指标是进行探究实验时，对实验结果评判的一个标准，是在探究问题、假设的基础上，根据已有知识、经验判别得到的，并作为观测及记录实验现象、数据的依据。一个探究实验结论的得出是建立在对观测指标的分

6、析、判断、检测的基础上的。如：人为何总打不着苍蝇视觉单眼复眼反应时比人快判断是否感染新冠肺炎咳嗽发烧疑似核酸检测确诊2.实验方案评估与选择1.1.实验设计思路实验设计思路探究光合作用需要二氧化碳根据变量确定实验组的条件“有二氧化碳”的环境“无二氧化碳”的环境根据假设推测实验的结果，再依据实验的结果倒推实验的需要条件。有二氧化碳的植物能进行光合作用“有二氧化碳”的环境没有二氧化碳的植物不能进行光合作用“无二氧化碳”的环境借助观测指标设计探究实验2.实验方案评估与选择2.2.确定观测指标确定观测指标实验实验变量：变量：有有无无二氧化碳二氧化碳预期预期结果：结果：有二氧化碳，植物有二氧化碳，植物能光

7、合作用；没有二氧化碳，能光合作用；没有二氧化碳，植物不能植物不能进行光合作用进行光合作用。观测指标：观测指标：准确准确判断出植物是否光合作用的指标判断出植物是否光合作用的指标光合作用光合作用的产物淀粉与氧气的量。的产物淀粉与氧气的量。在实验设计中，观测指标可以是定性的，如检测淀粉的有无；也可以是定量的，如氧气含量多少的检测。观测指标定性检测淀粉有无定量检测氧气含量多少滴加碘液借助氧气传感器借助观测指标设计探究实验2.实验方案评估与选择借助观测指标设计探究实验从实验设计的角度来看，观测指标的确定将会直接影响实验设计中的实验操作流程。一个好的观测一个好的观测指标指标将简化实验的操将简化实验的操作作

8、设计设计一一个不佳的观测指标将个不佳的观测指标将会增加会增加实验实验操作设计的操作设计的难度难度一一个错误的观测指标将个错误的观测指标将使得使得整个实整个实验的操作设计都是错误的。验的操作设计都是错误的。指标选择要点灵敏度精确性客观性特异性材料选择02实验材料的选择与处理用处理过的纯净水观察在室外观察水自然结冰探究冰的形成实验过冷水结冰什么是“过冷水”？我们知道在标准大气压下，水在0摄氏度以下的低温就会凝固结冰。但是水结冰有一个前提条件，就是其内部必须有供冰晶生长的“凝结核”。如果水太纯净，不存在凝结核，那么就可能在低于0摄氏度时不结冰。过冷水实验材料的选择与处理探究冰的形成实验把纯净水放进冰

9、箱的冷冻室，在24度的条件下冷冻2小时45分钟，这时水的温度已经低于零度（冰点），但不会结冰，你就得到了过冷水。制作过冷水实验材料的选择与处理探究冰的形成实验实验材料的选择与处理实验材料选择的科学性（1）孟德尔选用豌豆作为杂交实验的材料；原因：自花传粉，闭花授粉；有多对稳定易区分相对性状；豆粒都在豆荚中,便于观察和计数（2）质壁分离选用紫色的洋葱鳞片叶；原因：有中央大液泡，且有颜色，容易观察（3）摩尔根选用果蝇作为伴性遗传的实验材料；原因：果蝇个体小，繁殖快；果蝇有差异显著的相对性状；取材方便；染色体少，便于分析（4）赫尔希选用噬菌体为实验材料，通过侵染细菌的实验来证明DNA是遗传物质；原因：

10、成分简单，增殖较快实验材料选择技巧分析实验的要求明晰选材原因学习经典实验数据处理03数码探的数据采集日常生活中绝大多数物理量的变化都是连续的，虽然许多电子产品能够将这些连续的变化记录下来，但记录的过程却不是直接呈现在用户面前的。动态数据采集分析根据记录的数据处于正负区间的多少，判别哪一方的吹气技巧更高风帆毛笔匀速拖曳的纸带数码探的数据采集电脑与相机的联机软件Light RoomCapture One联机拍摄采集数据案例分析04数码探自然案例分析探究黑白相间条纹的奥秘学生文献研究结果：迷惑天敌？种群识别？保护色？驱赶蚊蝇？疑问：斑马为什么会有条纹呢？疑问：斑马为什么会有条纹呢？疑问疑问：研究对象

11、是什么？：研究对象是什么？应如何选择观测指标？应如何选择观测指标？小空调？数码探自然案例分析探究黑白相间条纹的奥秘反思：手脚涂上黑白条纹后并没达到降温反思：手脚涂上黑白条纹后并没达到降温预期预期？实验假设：实验假设：假设1：斑马条纹有降温效果验证假设实验设计：验证假设实验设计：数码探自然案例分析探究黑白相间条纹的奥秘结果分析：结果分析：实验结果显示涂上黑白条纹后实验结果显示涂上黑白条纹后，在在短时间内皮肤温度上升较慢短时间内皮肤温度上升较慢实验假设：实验假设：假设1：斑马条纹有降温效果假设2：斑马条纹有散热效果验证假设实验设计：验证假设实验设计：数码探自然案例分析探究黑白相间条纹的奥秘结果分析

12、结果分析：物体物体表面温度缓慢上升，表面温度缓慢上升，符合预期符合预期实验假设：实验假设：假设1：斑马条纹有降温效果假设2：斑马条纹有散热效果假设3：斑马条纹有控温效果验证假设实验设计：验证假设实验设计：建立物理模型选择科学的探究工具数码探自然案例分析探究黑白相间条纹的奥秘工具开发工具开发自主自主研发探究工具研发探究工具均均温温箱箱确保实验组的受热均匀均温箱内任意五点测量位置示意图均温箱数码探自然案例分析探究黑白相间条纹的奥秘数码数码探究探究实验数据采集、处理、分析实验数据采集、处理、分析数据软件分析结果分析：黑白条纹可以对物体表面起到控温效果结果分析：黑白条纹可以对物体表面起到控温效果数码探

13、自然案例分析探究黑白相间条纹的奥秘实验实验分析分析建立实验模型建立实验模型数学模型实验分析：四种可能实验模型实验分析：四种可能实验模型温差气压差小气流数码探自然案例分析探究黑白相间条纹的奥秘实验设计实验设计模型验证实验设计模型验证实验设计问题：如何观察并显示气流扰动？问题：如何观察并显示气流扰动？数码探自然案例分析探究黑白相间条纹的奥秘实验设计实验设计模型验证实验设计模型验证实验设计选用适宜的工具成功捕捉到气流扰动选用适宜的工具成功捕捉到气流扰动启发舞台灯光下的烟雾扰动数码探自然案例分析探究黑白相间条纹的奥秘实验结论实验结论：黑白条纹在短时间内能够达到有效的控温效果 数据更有客观说服力 工欲善

14、其事必先利其器探究项目防止选择性偏差的措施确定适宜纳入实验的对象实验组对照组得出实验结果选择数据处理工具进行统计分析实验结论规定纳入和排除标准按随机化原则分配实验对象确定样本含量防止测量性偏差的措施估计并分析误差实验设计与分析步骤实验设计的要点四部曲四部曲1、材料是否要制取或处理？怎样选择？2、是否要分组编号？3、对不同（同一）对象施加不同的处理？4、结果观察（预测）、记录并分析本四部曲图样适合于实验设计解题观察物体穿过泡泡肥皂泡背后的科学知识许多物理学家，数学家，建筑师，艺术家都对肥皂泡情有独钟，如达芬奇，牛顿，高斯等，对肥皂泡，他们做了大量的科学研究。时至今日，科学家们对肥皂泡的研究仍然没

15、有停止。肥皂泡背后的科学肥皂泡背后的科学知识超乎知识超乎我们想象我们想象Marangoni效应马兰戈尼效应：由于两种表面张力不同的液体界面之间存在张力的梯度而使质量移动的现象在不平衡的表面张力的作用下，周围的液体就会开始自发地向被水滴击中的位置移动。同理，湿手指可穿过肥皂泡膜。探究肥皂泡里的科学数码探自然作业数码探肥皂泡泡泡的表面张力实验形成肥皂泡的主要原因是由于肥皂液表面层有表面张力，表面张力的存在使得这皂液膜像一张弹性膜。不过直接用手触碰泡泡是很容易导致泡泡破裂的，这是因为手上通常有油脂。探究肥皂泡里的科学数码探自然作业数码相机慢镜头观察泡泡结冰泡泡在寒冷环境下结冰数码探自然作业探究肥皂泡里的科学1.探究实验类型用数码相机观察泡泡表面的光学现象泡泡“风暴”探究肥皂泡里的科学1.探究实验类型镜头下的泡泡隐藏着许多数学问题每个粘在一起的相邻泡泡间的相交角都是120度，只有满足这个角度才是最稳定的。数码探究肥皂泡里的数学问题1200探究肥皂泡里的科学数码探自然作业探究肥皂泡里的科学【要求】用前面所学方法，设计肥皂泡实验,让泡泡悬空后，用数码工具探究并记录：1.探究肥皂泡结冰的形成过程2.观察肥皂泡“风暴”，探究其中的光学现象3.设计实验，探究泡泡表面张力提交作业邮箱