2024年中考物理复习专题——中学物理中的证据与解释

核心素养统摄下的教研与考研 （三）科学探究——证据与解释 第一部分：科学研究 第二部分：控制变量法 第三部分：实验数据分析 第四部分：实验探究案例 实验和观察是科学知识的源泉，也是检验真理的标准。 ——伽利略 科学研究 图灵奖得主Gary把人类的科学研究模型归纳为四种范式 科学研究范式（4个） 第一范式:实验科学 通过观察自然和社会现象内部规律，以获得和检验科学结论的一种方法。 科学实验过程:定义问题 → 提出假设 → 设计实验 → 观察对象 → 检验假设 → 得岀结论; 例如，哈维的血液循环学说，伽利略的物理学和动力学，牛顿的力学等，都是实验科学的典范。 科学研究范式 与 科学研究方法 - 关系 其一，范式以及科学范式 范式是特定的共同体从事某一类科学活动时所必须遵循公认的"模式"，其内容包括:世界观，基本理论，范例，方法或手段等。 范式的基本原则可以从本体论，认识论和方法论三个层面表现出来。 范式的特点:公认性，整体性，范式通常是固定的，除非出现一个新的范式取代旧的范式，即范式的转换， 四种科学研究范式:科学实验，理论科学，计算科学，大数据科学。 其二，方法以及科学方法 方式是为达成特定目的，可以用来实践的模式或过程，包括其中使用的工具或技巧。 科学方法是人们在认识和改造世界中遵循或运用的，符合科学一般原则的方法或手段，包括:理论研究，应用研究等。 物理方法： 观察法、控制变量法、转换法、理想实验法、类比法、等效替代法、建立模型法、放大法等。 物理思想： 对称思想、守恒思想、等效思想、可逆思想、假说思想、比较思想、转化思想等。 物理思想与物理方法 现代科学中，逻辑经验主义者认为：科学知识的结构包含了观察层次和理论层次， 观察层次不依赖理论层次而保持独立性。 实验和观察就是属于观察层次。 调查研究的方法：基于实现的问题，通过观察或设计实验，用已有的知识对问题进行描述，这个过程中就已经包含了对事实的说明或解释，以及为了更好的解释，需要将事物共同本质抽象出来，加以概括定义新的概念。 “观察”不等于“实验” 所谓观察，是指有目的、有计划地利用感官去认识自然界的各种现象的一种知觉活动。它是人们获取经验知识的重要方法和途径，包括自然观察和实验观察两大类。 相较于自然观察，实验观察是一种更加强有力的研究手段。科学实验具有以下特点：首先，科学实验能够利用实验手段排除掉偶然的和次要的因素，使观察对象的本来面目暴露得更加清楚。其次，科学实验能够利用实验手段创造出自然状态下一般无法出现的观察条件，从而帮助人们发现在自然状态下不可能或不容易发现的新现象。 观察的主要作用是帮助学生提出假设，实验的主要作用是验证假设，两者功能不同，各自在科学探究流程中所处的位置也不同，不能混为一谈。 王继伟. 关于科学探究的“四个不等式” [J]. 基础教育课程, 2023, (24): 11-15. 科学探究基础 科学探究的类型：以能否控制变量为标准，科学探究可分为：可以控制变量的实验探究和相关研究。前者可以获得因果关系，后者只能获得或然性关系。 相关研究 可以控制变量的实验探究 科学探究基础 因果关系：如果某个现象的存在必然引起另一个现象发生，那么这两个现象之间就具有因果联系。其中，引起某一现象产生的现象叫做原因（自变量），而被某一现象引起的现象叫做结果（因变量）。 科学探究的目的就是找到引起结果的原因。 科学探究基础 自变量（原因变量）：实验中有目的改变的变量。 因变量（结果变量、函数）：随自变量的改变而变化的变量。 控制变量： 除自变量外，其它影响结果变量的变量。 探究案例一 为证明蜘蛛的听觉在脚上，专家做了如下实验。首先先把一只蜘蛛放在实验台上，然后冲蜘蛛大吼了一声，蜘蛛吓跑了！之后把这只蜘蛛又抓了回来，把蜘蛛的脚全部割掉，再冲蜘蛛大吼了一声，蜘蛛果然不跑了！于是得出结论：蜘蛛的听觉在脚上。 秦晓文老师讲座案例 怎样根据实验方案判断所研究的问题 场合 先行情况 结果 1 A、B、C a 2 －、B、C － 差异法的结构 所以， A是a的原因。 差异法，也叫求异法，是指这样一种方法：如果某一现象在 一种场合下出现，而在另一场合下不出现，但在这两种场合里， 其他条件都相同，只有一个条件不同，那么，这唯一不同的条件，就是某现象产生的原因。 怎样根据实验方案判断所研究的问题 用变量来表达：A是自变量，B、C是控制变量，a是因变量。 这就是常用的对比实验。 自变量取值：有和无。 场合 先行情况 结果 1 A B、C a 2 － B、C － 自变量 控制变量 因变量 差异法的特点是同中求异（只有一个因素不同，其余相同）。 因为差异法所得结论的可靠程度高，因此， 人们经常使用这种逻辑