1.4 尝试科学探究（教学设计）物理新教材沪粤版八年级上册

该初中物理教学设计聚焦科学探究七大环节及单摆摆动规律，通过摆钟维修情境导入，提出摆动快慢影响因素的问题，承接长度时间测量技能，为后续探究实验搭建方法框架。 以“摆的奥秘”实验为载体，学生完整经历提出问题到交流合作的探究流程，运用控制变量法设计三组对照实验，如探究摆长影响时控制质量和角度，培养科学探究与科学思维能力。实践作业制作秒摆联结生活，助力教师高效实施探究教学，提升学生实验操作与科学态度素养。

1.4 尝试科学探究 （教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 1.4 尝试科学探究 教学 目标 物理观念 1. 通过摆的探究实验，明确摆的摆动快慢只与摆长有关，与摆球质量、摆动角度无关； 2. 掌握科学探究的完整七大环节，理解控制变量法的实验核心思路。 科学思维 1. 能根据生活现象提出可探究的物理问题，区分合理猜想与无依据猜测； 2. 熟练运用控制变量法设计对比实验，分析实验数据并归纳实验结论； 3. 能对实验过程、数据、结论进行评估，提出改进方案，发现新的探究问题。 科学探究 1. 完整完成 “探究摆的奥秘” 实验，经历提出问题→猜想→设计方案→操作采集数据→分析论证→评估交流的全流程； 2. 分组搭建单摆装置，分工完成计时、记录表格，处理多次测量数据； 3. 拓展实践：动手制作 “秒摆”，验证周期与摆长的关系。 科学态度 与责任 1. 树立实事求是、尊重实验数据、不编造数据的实验素养； 2. 养成合作交流、敢于质疑、反复反思的探究习惯； 3. 体会提出问题的重要性，激发主动观察生活、自主探究物理的兴趣。 教材 分析 本节是初中物理科学探究的入门奠基课，以 “摆的奥秘” 为具象载体，完整呈现科学探究的七大核心要素。本节课承接前面长度、时间测量的操作技能，将测量知识综合运用于探究实验，重点渗透控制变量法的研究思想。内容从生活中的摆钟情境切入，按照探究的自然逻辑层层推进，既落实了单摆的物理规律，更重要的是让学生建立起科学探究的完整思维框架，为后续所有物理探究实验奠定方法基础，是培养学生科学探究核心素养的关键一课。 学情分析 1. 知识基础：学生已经掌握长度、时间的测量方法，具备基本的实验操作技能，但对完整的科学探究流程缺乏系统认知，对控制变量法的理解还停留在表层。 2. 思维特点：学生对动手实验兴趣浓厚，但自主设计实验方案的能力较弱，对多变量问题的梳理能力不足；评估与反思环节容易流于表面，难以发现深层问题。 3. 易错点：实验中容易混淆控制的变量；不会用累积法减小时间测量误差；对科学探究各环节的区分判断不清。 教学重点 1. 科学探究的七大基本步骤； 2. 单摆摆动规律的实验结论； 3. 控制变量法的实验设计思路与应用。 教学难点 1. 灵活运用控制变量法自主设计对比实验； 2. 独立对探究过程进行评估、反思，提出优化方案。 教师活动 学生活动 导入新课 【情境引入】展示摆钟图片，讲述生活事例：小慧家的摆钟走快了，维修师傅只是拧了拧钟摆下面的螺母，钟就走准了。 【提出问题】为什么拧螺母就能调节摆钟的快慢？钟摆摆动一次的时间到底由什么决定？ 【引入课题】今天我们就像科学家一样，通过完整的科学探究，揭开摆的奥秘，同时学习科学探究的通用方法。 观察情境，思考摆钟走时的问题；带着好奇心进入探究情境，初步感知科学探究源于生活问题。 学习新课 一、探究摆的奥秘 1. 提出问题 讲解：科学探究的第一步是提出问题，爱因斯坦说过 “提出问题比解决问题更重要”。 明确本节课的核心探究问题：摆摆动的快慢与哪些因素有关？摆动一次的时间由什么决定？ 引导学生结合生活经验，说说自己还观察到哪些摆动现象，提出感兴趣的问题。 2. 猜想与假设 组织学生分组讨论，大胆猜想摆动快慢的影响因素。 整理归纳学生的猜想： ①可能与摆锤的轻重有关； ②可能与摆线的长短有关； ③可能与摆动的角度有关。 强调：科学猜想不是胡思乱想，要基于生活经验和已有知识，是试探性的解释。 3. 设计实验与制订计划 【模型简化】真实的摆钟结构复杂，我们可以简化成细线 + 小球的单摆模型。介绍实验器材：铁架台、细线、小球、停表、刻度尺。 【测量方法】提问：摆动一次的时间很短，直接测量误差大，怎么办？ 引出累积法：测量摆动 10 次、20 次的总时间，再算出单次摆动的时间。 【研究方法】多个因素可能影响结果，怎么研究单个因素的影响？ 引出控制变量法：每次只改变一个因素，保持其他所有因素不变，逐一探究。 明确三组对照实验的变量控制方案。 4. 进行实验与收集证据 组织学生分组实验，明确分工：操作员、计时员、记录员。 实验一：探究摆锤质量的影响 控制摆长、摆角不变，分别用铜球、铝球做实验，记录摆动 10 次、20 次的时间。 实验二：探究摆长的影响 控制摆锤质量、摆角不变，分别用 80cm、160cm 的摆线做实验，记录时间。 实验三：探究摆角的影响 控制摆锤质量、摆长不变，分别用 30°、60° 摆角做实验，记录时间。 巡视指导，强调：计时起点选在最低点可减小误差；数据必须如实记录，不能篡改。 5. 分析与论证 引导各组汇总实验数据，对比分析： ①质量不同的摆球，相同条件下摆动时间几乎相同； ②摆线越长，摆动相同次数所用时间越长； ③摆角不同，摆动时间几乎没有差异。 共同得出结论： 摆球的摆动快慢与摆球轻重、摆动角度无关；只跟悬线的长度有关，悬线越长，摆动越慢。 联系生活验证：张师傅把螺母往下拧，增加了摆长，摆动变慢，走快的钟就准了，和实验结论一致。 6. 评估与反思 引导学生反思整个探究过程： ①多次实验能让结论更可靠吗？ ②实验中有没有忽略的因素？（空气阻力、地理位置等） ③计时操作会不会带来误差？ 总结：评估是探究不可缺少的环节，能帮助我们检验结论、发现新问题。 7. 交流与合作 组织各小组汇报实验过程、数据和结论； 集体讨论不同小组数据差异的原因； 指导学生梳理探究全过程，规范撰写探究报告。 【典例分析 例 1】单摆探究实验的控制变量填空，巩固实验设计思路。 【典例分析 例 2】判断获取证据的做法，辨析探究各环节的区别。 理解提出问题的意义，围绕摆动现象思考提问；结合生活经验提出自己的猜想，说明猜想的依据。 认识单摆实验模型，知道实验器材；理解累积法测时间的原理；掌握控制变量法的核心思路，明确三组实验的变量控制要求。 分组完成三组对照实验，规范操作，分工协作，如实记录实验数据；在实验中体会控制变量的操作要点。 分析实验数据，对比变量与结果的关系，共同归纳实验结论；联系生活实例验证结论，感受物理规律的实用性。 从实验方案、操作、数据等角度反思探究过程，说出自己发现的问题与改进想法；理解评估的价值。 参与小组汇报与交流，倾听其他组的成果；学习规范撰写探究报告；完成典例练习，巩固探究方法与环节判断。 学习新课 二、科学探究的过程 1. 科学探究的七个要素 结合摆的探究实验，梳理总结科学探究的七大核心要素： ①提出问题 —— 探究的起点； ②猜想与假设 —— 基于经验的推测； ③设计实验与制订计划 —— 明确思路与步骤； ④进行实验与收集证据 —— 规范操作、如实记录； ⑤分析与论证 —— 归纳得出结论； ⑥评估 —— 反思过程与结论； ⑦交流与合作 —— 分享成果、完善认识。 记忆口诀：问、猜、计、证、分、评、交。 说明：探究流程不是固定不变的，可以根据实际灵活调整。 2. 核心研究方法 —— 控制变量法 明确定义：研究多因素问题时，只改变其中一个因素，保持其他因素不变，从而探究该因素的单独影响。 结合摆的实验再次举例强化，说明这是物理探究最基础、最重要的思维方法。 【典例分析 例 3、例 4】结合生活情境，判断科学探究的对应环节，强化控制变量法的应用。 3. 拓展实践 —— 制作 “秒摆” 布置课外活动任务：用细线和小球制作秒摆，通过调整摆长，让来回摆动一次的周期恰好为 2 秒；测量并记录摆长，和同学对比交流。 对照实验过程，识记科学探究的七大环节，理解每个环节的作用；知道探究流程可以灵活调整。 深入理解控制变量法的内涵，能在新情境中识别和运用该方法；完成典例练习，准确判断探究环节。 了解课外活动任务，明确制作秒摆的要求，激发课后探究的兴趣。 课 堂 练 习 1．为了研究单摆摆动的周期与摆线长度的关系，应保持（　　） A．摆线的长度和摆球的质量不变，改变摆动的幅度 B．摆线的长度和摆动的幅度不变，改变摆球的质量 C．摆动的幅度和摆球的质量不变，改变摆线的长度 D．摆动的幅度和摆球的质量，摆线的长度都不变，改变摆球的形状 【答案】C 【解析】为了研究单摆摆动的周期与摆线长度的关系，根据控制变量法，探究因素不同，其它因素均应保持相同，即应保持幅度和摆球的质量及其它相关因素相同，改变摆的长度，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 2．如图所示是某同学探究“单摆摆动一次所需时间（周期）可能和摆的质量、摆线的长度、摆角有关”实验，实验的器材有质量一定的小球m，长度不同的细线两根，秒表等（摆线和竖直方向的夹角θ叫摆角）。 （1）单摆摆动一次所需时间（周期）可能与摆线的长度有关，请你对该实验再提出一点不同的猜想： ； （2）在探究单摆周期和其中一个因素的关系时，必须其他因素要保持相同，这种物理研究方法是叫 ； （3）如表所示是探究单摆摆动一次所需时间（周期）可能和摆长关系的数据，请你分析，得到的结论是：在 一定（或相同）时，单摆摆动一次所需时间（周期）随摆长增大而 （选填“增大”或“减小”）。 摆长L/m 0.64 0.81 1.00 周长T/s 1.60 1.80 2.00 【答案】 单摆摆动一次所需时间（周期）可能与摆的质量有关（或：可能与摆摆动的幅度有关） 控制变量法 摆的质量、摆角 增大 【解析】（1）[1]单摆摆动一次所需时间（周期）可能与可能与摆的质量有关（或：可能与摆摆动的幅度有关）。 （2）[2]实验中若探究单摆摆动一次所需时间（周期）可能与摆线长度的关系，需要控制摆球的质量和摆角相同，改变摆线长度，这用到了控制变量法。 （3）[3][4]根据表格数据知：在摆的质量、摆角一定（或相同）时，单摆摆动一次所需时间（周期）随摆长增大而增大。 3．小明玩荡秋千时，发现秋千往返摆动的时间有规律。于是，他用小球代替秋千探究“小球往返摆动一次的时间与哪些因素有关”，装置如图所示：在细绳一端拴一小球，另一端固定在铁架台上，让小球自由往返摆动。为了减小误差，他先测量小球往返摆动20次所用的时间，再据此计算小球往返摆动一次所用的时间，记录数据如下表。请你解答： 实验序号 小球到固定点 距离（摆长）/m 小球质量/g 小球往返摆动 20次的时间/s 小球往返摆动 一次的时间/s 1 0.7 20 33.2 1.7 2 1.0 20 39.7 2.0 3 1.0 30 39.8 2.0 4 1.3 20 45.3 2.3 （1）为完成上述实验，除如图所示的器材外，还需的测量工具是：天平、卷尺、 ； （2）比较 两次实验，可以探究小球往返摆动的时间与小球质量的关系；比较1、2、4三次实验，可以得出的结论是 ； （3）根据实验结论，若某秋千往返摆动得过慢，可以通过 的办法来改善。 【答案】 停表 2、3 小球质量一定时，摆长越长，小球往返摆动一次的时间越长 缩短秋千的摆长 【解析】（1）[1]实验中用刻度尺测量摆长、用托盘天平测小球的质量，用秒表测量往返摆动的时间。 （2）[2]要探究小球往返摆动的时间与小球质量的关系，需要控制摆长相同，改变摆球的质量，实验2、3符合题意。 [3]比较1、2、4三次实验知质量相同，摆长变化，且摆长越大，摆动1次时间越长，说明小球往返摆动一次的时间与摆长有关，故可以得出：在质量相同时，摆长越长，小球往返摆动一次的时间越长。 （3）[4]由实验（2）看出，在质量相同时，摆长变长，摆动1次时间变长，所以要将秋千调快，应将秋千的摆长调短。 4．冬天天气比较寒冷，为了取暖，小明屋里开了个小太阳电暖气，一段时间后不热了，但是屋子里其他用电器仍正常工作，他想可能是电暖气里面的发热体烧坏了，也可能是开关坏了，也可能用了定时功能，这属于科学探究中的哪一个环节（　　） A．提出问题 B．猜想与假设 C．分析论证 D．交流与合作 【答案】B 【解析】小太阳电暖气，一段时间后不热了，小明作出了三种猜想：可能是电暖气里面的发热体烧坏了，也可能是开关坏了，也可能用了定时功能，属于猜想与假设，故ACD不符合题意，B故符合题意。 故选B。 5．一天晚上，小李家的灯突然熄灭，小李爸爸说可能灯丝断了。这一过程涉及科学探究过程的哪个环节？（　　） A．提出问题 B．猜想与假设 C．交流与合作 D．以上一般都要涉及 【答案】B 【解析】通过灯突然熄灭的现象，猜想导致灯熄灭的原因可能是灯丝断了，涉及的科学探究过程是猜想与假设，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 6．在实施科学探究的过程中，所涉及的主要环节顺序正确的是（　　） A．提出问题、猜想与假设、设计实验、结论和评估、进行实验并收集证据 B．提出问题、猜想与假设、设计实验、进行实验并收集证据、分析和评估 C．提出问题、猜想与假设、评估、设计实验、进行实验并收集证据 D．提出问题、猜想与假设、分析和论证、设计实验、结论和评估、进行实验并收集证据 【答案】B 【解析】科学探究过程一般要经历的主要环节是提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作七个环节，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 7．周末，朋友们一起去湖边“打水漂”，小梦边玩边思考“打水漂”的飞溅次数与什么因素有关？他猜想可能与投射时的角度和速度有关，为了验证自己的猜想，他选择相似的石子进行了如下的实验： （1）小梦控制投射速度一定，分别以不同角度（与水平方向夹角）投射，记录的实验数据如下表，根据表中数据可以得出：当投射速度一定时， 投射角度 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 45° 50° 水漂飞溅次数 4 7 13 6 2 1 0 0 0 （2）为了探究“打水漂”的飞溅次数与速度的关系，小梦应使投射角度 ，改变投射的 ，从而改变石子的入水速度。他发现当投射速度较小时，石子无法打出水漂，而投射速度越大，打出水漂的次数越多。在实验时小梦选了形状、大小、材质都相似的石块是为了 。 【答案】 随着投射角度的增大，水漂次数先增大后减小 不变 速度 控制石块的质量相等 【解析】（1）[1] 控制投射速度一定，分别以不同角度投射时，从表中数据可知随着投射角度的增大，水漂次数先增大后减小。 （2）[2][3][4] 为了探究“打水漂”的飞溅次数与速度的关系，根据控制变量法可知这里要控制好角度一致，速度不同。在实验时选择形状、大小、材质都相似的石块是为了控制石块的质量相等。 8．一天饭后，小红帮妈妈收拾桌上的碗筷时不小心将一杯水碰倒，她忙拿干抹布去擦，却很难将水擦干，妈妈见状拿了另一块干抹布，很快就将桌上的水擦干了，她感到有些奇怪，忙问妈妈是怎么回事？妈妈只是告诉他，我拿的抹布是棉布做的，你手里的干抹布是涤纶做的。她由此想到了一个问题并进行了如下探究。 布料种类 涤纶布 麻布 棉布 杯中所剩水量 最多 较少 最少 布块所含水量 最少 较多 最多 （1）提出的问题：布的吸水能力与布的什么因素有关？ （2）猜想与假设：布的吸水能力可能与布的种类有关； （3）所需的器材：三个形状和大小相同的烧杯，质量相同的棉布、麻布和涤纶布各一块，足量的水； （4）主要步骤：向三个烧杯中倒入 的水，分别将三块布放入各个烧杯中让水浸透，然后将三块布分别取出，从方便和准确的角度看，应观察和比较 ，将现象记入表格； （5）根据如表，得出结论：布的吸水能力与布料 有关， 布的吸水能力最强， 布的吸水能力最弱； （6）炎热的夏天，如果人体皮肤被汗浸湿，会让人觉得很不舒服，因此从吸水能力这个角度考虑，应尽量采用 布来制作夏装。 【答案】 等量 杯中所剩水量 种类 棉 涤纶 棉 【解析】（4）[1][2]根据控制变量法的思想，主要步骤：将三个烧杯中倒入等量的水，分别将质量相同的棉布、麻布和涤纶布放到烧杯中湿透，然后把三块布分别取出；从方便和准确的角度看，应观察和比较杯中所剩水量，将现象记入表中。 （5）[3][4][5]分析表中实验数据可知：涤纶布、抹布和棉布中含有的水量不同，其中棉布含有的水最多，涤纶布含有的水最少；所以布的吸水能力跟布料的种类有关系，棉的吸水能力最好，涤纶的吸水能力最差。 （6）[6]因为棉质抹布的吸水能力最强，炎热的夏天，人体出汗较多，可采用棉质类的布料来制作夏装，以利于吸汗。 9．物理科学探究是其乐无穷的，在探究时，我们首先要提出问题，明确方向，接着进行合理的 ，再根据实际情况制定计划与设计实验，并进行实验与收集证据，接着对实验结果进行 ，最后进行评估以及交流与合作。 【答案】 猜想与假设 分析与论证 【解析】科学探究的七个环节是提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。 板 书 设 计 1.4 尝试科学探究 一、探究摆的奥秘 1．科学探究七环节 提出问题 → 猜想与假设 → 设计实验 → 进行实验 → 分析论证 → 评估 → 交流合作 2．实验结论 摆动快慢与摆锤质量、摆角无关，只与摆长有关 摆长越长，摆动越慢 3．核心方法：控制变量法 每次只改变一个变量，控制其他变量不变 二、重要研究方法 —— 控制变量法 适用：多因素影响问题 思路：单一变量，逐一探究 课 堂 小 结 作业布置 1. 基础作业：完成课后 “自我评价与作业”； 2. 实践作业：在家用细线和硬币制作简易单摆，验证摆长越长摆动越慢的结论； 3. 拓展任务：观察生活中一个有趣的现象，提出一个可探究的物理问题，并写出自己的猜想。 教学反思 亮点：以摆的实验为载体，让学生完整亲历科学探究的全过程，在实操中理解七大环节，而非死记硬背；重点渗透控制变量法，为后续探究学习打下扎实基础；实验与生活情境紧密结合，让学生感受到物理的实用性。 不足：分组实验中部分小组操作节奏慢，导致评估与交流环节时间紧张；部分学生对探究环节的区分还不够清晰，容易混淆猜想与设计、分析与评估；学生自主提出有价值问题的能力还有待培养。 改进：课前提前发放实验器材，让学生预习实验步骤，提升课堂效率；增加探究环节辨析的专项练习；日常教学中多鼓励学生观察生活、提出问题，逐步培养问题意识。 学科网（北京）股份有限公司2/2 学科网（北京）股份有限公司 $