姆潘巴现象

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尝试科学探究教学设计

【教材分析】：

本节的主要目标是让学生初步尝试进行物理问题的科学探究．教材设计了一个科学探

究的案例，让学生初步亲身经历科学探究的完整过程，从中领悟到科学探究的几个基本要素，

体验科学探究的乐趣．

【学情分析】：

本节安排在物理学入门《希望你喜爱物理》和《动手做实验》之后，在节让学生走进物

理世界，进而知道物理，喜爱物理之后；节让学生亲身经历了物理实验，知道了什么是物理

实验，物理实验并不神秘，物理就是一门实验的科学；而节进而将实验提高了一个档次的要

求，要求学生在物理实验中了解和初步掌握科学探究的方法．教材的安排是循序渐进、更上

层楼的．教师在教学中要体会到教材编写者的意图．

【教学目标】：

通过科学探究，了解科学探究的过程和一般步骤．

经历科学探究，获得对科学探究过程的一般性认识，领悟科学探究的几个重要环节，在

科学探究过程中挖掘学生的探究能力．特别是抽象和假设检验的能力，了解科学探究的一个

基本方法——变量控制法．

通过科学探究活动的亲身参与，养成对科学的热爱，增强探究科学的欲望，乐于参与到

科学探究活动中去，能事实求是的记录实验数据，并根据实验数据提出自己的独特见解，有

与他人合作和进行交流的愿望．

【教学理念】：

本节课就是一个完整的科学探究活动．可放手让学生去思考、操作、讨论．实验中，不

要太过要求严密（例如，规定怎样测量线长、摆动次数、实验顺序和总结报告的格式等．）

教学重点：培养学生科学探究的能力．

教学难点：提出问题、制定计划和设计方案．

根据以上分析，本节课的教学采用探究法、讲授法相结合．

【教学过程】：

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一、探究钟摆的奥秘

师：科学的核心是探究，学习物理就要学会科学探究．

展示摆钟实物，让学生观察+观察摆钟的外部构造．

师：最近，小慧家的摆钟走快了，请邻居X师傅帮忙，只见X师傅将摆钟下面的螺母拧几下，

摆钟走时就准了

1、提出问题：

师：对这个现象，你想知道些什么？

生：X师傅拧摆钟下面的螺母究竟调节了摆钟的什么？改变了摆钟走时的准确性？

生：钟摆来回摆动的时间是由什么决定的？

生：……

师：提出问题是进行科学探究的第一步，伟大的科学家爱因斯坦说过，提出问题有时比解决

问题更重要．同学们要仔细观察平日周围的事物，善于思考，善于提出问题．

2、猜想与假设：

师：对于以上问题，你们的猜想是什么？（想想看，问题的真正答案可能是什么？）

生：摆动的快慢（摆来回摆动一次的时间）可能与摆锤的轻重有关．

生：摆动的快慢可能与偏离的角度大小有关．

生：摆锤下面的螺母位置估计会影响摆的长度，看来，摆动的快慢跟摆的长短有关．

师：好，前面几位同学分别提出了他们的猜想，是否还有同学有不同的猜想和假设？如果没

有，那么你赞同哪位同学的观点？（设疑）其中是只有一位同学说对了，还是有若干同

学正确？切忌从老师的表情上揣度答案，这不是一种正确的科学探究态度．

a、如果你认为，摆锤的轻重会影响摆动的快慢，那么是轻的快，还是重的快．

b、如果你认为，摆动的角度会影响摆动的快慢，那么是摆角大的快，还是摆角小的快．

c、如果你认为，百的长度会影响摆动的快慢，那么情况又是怎样的呢？

生：……（思考、交流、回答）

师：牛顿说，没有大胆的猜想，就作不出伟大的发现．在科学探究中，猜想不是胡猜乱想，

它是以自己的经验和知识为基础作出的一种试探性的解释．

3、设计实验与制定计划：

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师：对于以上的猜想，你们准备怎样制定计划与设计实验来验证呢？

生：用细线系住小球代替钟摆，用秒表测量摆动的时间．

师：设计实验应针对探究目的，选择探究的器材，在此，对具体的实物进行了简化，用细线

悬挂小球代替，是一个很好的设计．下面请分组讨论制定实验步骤，设计实验数据表

格．（若学生初次探究设计表格有一定困难，可由教师示X表格设计方法：控制变量→

待研究变量（纵向列表）→实验次数/顺序（横向列表）→待测数据）

生：探究步骤如下：……

4、进行实验与收集证据：

师：实验时要严格按照实验步骤操作，操作中要注意观察，把观察到的重要现象和数据记录

下来，数据的记录要尊重事实，不可拼凑、不可杜撰．

生实验．

5、分析与论证：

师：实验数据只是一堆原始材料，必须通过分析、论证，才能形成结论．好比建造房子，一

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堆砖块、黄沙、水泥等材料要经过设计、施工、装饰，才能变成宏伟的建筑．下面请根

据实验数据对比分析，得出你的实验结论．

生：摆球摆动的快慢（来回摆动一次的时间）与摆重无关．

生：摆球摆动的快慢与摆动的角度无关．

生：摆球摆动的快慢与摆长有关，摆长越大，摆球摆动越慢；摆长越短，摆球摆动越快．

『板书』：摆动的快慢只与摆长有关，与摆重、摆角无关．

摆长越大，摆球摆动越慢；摆长越短，摆球摆动越快．

6、评估：

师：探究过程是否恰当？探究得到的结论是否合理？探究过程中是否出现新的问题等，都需

要再进行充分的考虑．

生：如果我们再多做几次，总结出的结论可能会更可靠．

生：我们测的摆动时间还真准确呢．

生：我认为结论是可靠的，刚才看见X师傅把螺母往下拧，估计起了增加摆长的作用，使摆

动变慢，原来走快的钟就准了，X师傅的做法和我们实验的结论一致．

生：我认为可以忽略空气阻力的影响，钟的快慢可能跟它所处的地点有关．

7、交流：

生：……

二、科学探究的过程

师祝贺学生成功完成了探究实验．总结探究的环节

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三、自我评价与作业

小玲、小红和小丽在操场上玩荡秋千。小丽把小红、小玲分别轻轻推一下，细心的小丽

发现，她俩往返摆动一次的时间几乎一样。那么，秋千往返摆动一次的时间与哪些因素有关

呢？

三人对此问题进行了研究，提出如下猜想：

猜想1：秋千往返摆动一次所用的时间可能与人的质量有关。

猜想2：秋千往返摆动一次所用的时间可能与秋千的绳长有关。

猜想3：秋千往返摆动一次所用的时间可能与秋千摆动时离开中心线最大距离有关。

为了验证上述猜想，她们来到实验室，找来刻度尺、细线、秒表、小球，依照物理学习中的

科学方法，按右图进行实验，得到下表中数据。

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请你通过分析回答下列问题：

（1）为验证猜想1，应选用序号为两组实验进行对比分析。

（2）为验证猜想2，应选用序号为两组实验进行对比分析。

（3）为验证猜想3，应选用序号为两组实验进行对比分析。

（4）实验结论：小球往返一次所用的时间与有关，

与无关。

五、板书设计：一、探究钟摆的奥秘

摆动的快慢只与摆长有关，与摆重、摆角无关．

摆长越大，摆球摆动越慢；摆长越短，摆球摆动越快．

二、科学探究过程：

补充资料：

（对同学们在科学探究和学习物理的过程中的培养要求，教师可在课程教学的过程中穿插并

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逐步渗透，具体安排酌情处理。）

师：同学们要在科学探究和学习物理的过程中逐步培养起

善于发现问题：

举例：

a、牛顿从苹果落地联想到“物体为什么都停留在地表附近，抛出的石块为何总是落回地

面？”并不懈探索发现万有引力定律。

b、古希腊哲学家亚里士多德曾最先记载过这样一个奇特现象——在同等低温条件下，温度

高的水结冰速度快于冷水。坦桑尼亚学生姆潘巴1969年使这一现象变得更为人知晓，他发

现加糖的牛奶加热后比未加热的牛奶结冰速度快。这种现象也被称为“姆潘巴现象”。但个

中原因是什么呢？

美国华盛顿大学的乔纳森·卡茨在对“姆潘巴现象”深入研究后认为，这一现象实际上

与水中的溶解物有关。水在加热过程中，一些通常会使水变“硬”的溶解物，主要是碳酸钙

和碳酸镁等碳酸盐，会被“驱逐”出来形成固体沉淀，这就是日常生活中常见的附在水壶内

壁上的水垢。

卡茨说，未经加热的水中仍含有这些溶解物，在水结冰过程中随着冰晶的形成，尚未结

冰的水中这些物质的浓度会进一步升高，甚至可达正常水平时的50倍。这种情况会降低水

的冰点，这也就减缓了冷水结冰的速度。这一原理就如同下雪后向路面撒盐防止结冰一样。

卡茨认为，姆潘巴在牛奶中加糖实际上是使水变得“更硬”，进一步扩大了只含少量碳

酸盐的热牛奶与富含碳酸盐的冷牛奶之间结冰速度的差距。

美国加利福尼亚大学伯克利分校的理查德·穆勒认为，卡茨对“姆潘巴现象”的分析是

迄今对这一现象做出的最深入、最严谨的解释，并认为卡茨找到了“简单但对头”的方式解

决这一问题。

姆潘巴因善于发现问题而将自己的名字和“姆潘巴现象”一起留在的物理学史上，也许善于

观察的你以后也能在物理学史和教材上留下你的名字。科学发现有时并不很难，关键是要做

个有心人。

敢于质疑权威：

大家不要总以为老师和科学家说的就一定是正确的，人非圣贤，孰能无过？科学家也有犯错

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误的时候，我们（包括很多科学家）共同认定了数十年的冥王星，在2006年被认定并不是

太阳系的第九大行星，“九大行星”的说法更正为“八大行星”。大家要敢于质疑权威。（但

是要有根据，不是无凭无据的否定一切，那也不是科学的态度。）

勇于动手创新：

发明包装袋简易撕口的即为爱动手的中学生。

学会团结协作：

团队协作习，也是大家以后进入社会必须学会的。