首页> 详情

科学探究活动案例——不听话的小纸团

2012-08-31 |浏览:4038次 | 编辑: 加载失败
分享到: 
副标题#e#

 

刘剑锋

江西赣南师范学院化生学院

 

昨天下午老师布置同学们第二天每人一定要带好一个大小不限的塑料饮料瓶和剪刀,并故作神秘地说:“明天我要给你们上一节不一样的课”。这不,上课铃声还没响,老师就走进了教室。同学们一见到他就喊了起来:“老师,你今天要给我们上什么样的课呀?”老师笑而不答,只是问:“大家都带了饮料瓶和剪刀吗?”大家异口同声地说:“带了!”

铃声终于响了,这时刘老师走上讲台,开始了一节与平常有些不同的课。

老师:“下面,我先简单作个要求,大家按就近原则,前后桌的五六位同学凑成一个小组,等一下我们就以小组为单位展开讨论。好了,现在请大家用一张纸揉成一个比瓶子口小的纸团,把瓶子水平放置,然后把纸团放在瓶口,再对着瓶口吹气,大家在做之前先猜一猜,纸团会进去吗?”

一听这话,同学们很敏感,一位同学说:“按常理我们觉得会进去,你问我们能不能进去,那就肯定进不去了!”老师笑着说:“你还挺聪明的,不过纸团到底会不会出来,最后可得由实验现象说话。好了,大家现在就开始做吧!”全班一下子活跃起来,很快,大家都动手做起实验来。果真,很多同学发现纸团确实被吹出瓶外,而且越用力吹,纸团往外跑得越快。同学们都被这个奇怪的现象吸引住了,不少人还从不同角度吹,用不同大小的纸团吹,好不热闹。

过了几分钟,老师让同学们安静下来,并提出了问题:别光顾着吹纸团玩了,大家以小组为单位讨论,可能是什么原因让纸团往外跑而不往瓶里跑?大家先不急着说,先小组统一意见,根据你们所学的知识与经验提出你们觉得可能的猜想,然后各小组选一位同学做代表汇报。另外,为了节约时间,如果前面的小组已经提到的猜想,后面的同学就不要重复了,除非你们在这个基础上还有补充。

很快,同学们就提出了各种猜想:

猜想一:往瓶内吹气,气体通过纸团与瓶口间缝隙进入瓶内,使饮料瓶内气压增大许多,从而把纸团压出来。

猜想二:吹气时,进入瓶内的气流遇到瓶底后反弹,气流返回,纸团就被向外推。

猜想三:向瓶内吹气后,瓶内气体满了就向外溢,把小纸团冲出来了。

猜想四:吹气时纸团外面流速大,压强小,里面流速小,压强大,形成由内向外压强差,从而把纸团挤出来。

猜想五:瓶内是冷空气,从口腔吹出的气体是热空气,进入瓶内后使气体膨胀,把纸团压出来。

#p#副标题#e#

 

提出了这么多猜想,到底哪个是对的呢?有些同学忍不住讨论起来,有些干脆又做起了实验。这时刘老师说话了:“猜想对不对,应该设法去验证。不过在设计实验验证之前我们能不能把这些猜想归一归类,或我们直接用逻辑推理来排除某些猜想呢?”听老师这么一说,大家又讨论开了。很快有小组指出猜想一与猜想三应该是一样的,只不过猜想一是用的物理语言,猜想三是生活化语言。这得到了大家的一致赞同。也有小组指出猜想一与猜想四其实也是一样的,都是内外压强差造成的,所以也可以归为一类,但这并没有得到大家的一致赞同,因为猜想一是瓶内压强增大后大于外界压强才形成压强差,而猜想四其实是指外界压强由于气体流动而减小,因而瓶内压强大于瓶外压强,其实瓶内压强没有变,因而这两个猜想不能合并。于是猜想就由五个减少为四个了。对于猜想五,很快也有同学提出不大可能,因为现在是夏天,都是三十六七摄氏度的高温,体内呼出的气体温度也就差不多,所以这种原因造成的压强差应该可以认为等于0,不可能把纸团压出来,而且要验证也不难,只要用一个吹风机去吹就行了。经大家讨论后都赞成删去猜想五,于是只剩下三个猜想了。

如何验证这些猜想呢?新一轮讨论又开始了,各组都在热烈地讨论着。刘老师本想让大家先讨论实验验证方案,可没想到同学们在讨论的同时就开始动手做起了实验,刘老师没有打断同学们的实验,而是加入到各小组的讨论中去了。等大家做得差不多后,刘老师再一次让各小组汇报他们的讨论和实验结果。

第一组的同学开始发言:“我们小组在瓶底开了小孔,然后再做实验,发现如果孔比较小,则纸团还是会被吹出来,如果孔开大一些,或干脆把瓶底剪掉,那么纸团会被吹进瓶里面去。我们认为这否定了第四个猜想,但不能否定其它几个猜想,所以还是无法确定哪个猜想是对的。”

第四组抢着发言:“我们用另一种方法也否定了第四个猜想。我们认为如果是由于流速大压强小造成的话,那么我们可以换一种吹气方法,不直接对着瓶子吹气,而是与瓶子垂直沿瓶口切线吹气,我们发现纸团不会出来,而是基本不动。”话音未落,第三组的同学站了起来:“我们也做了和他们一样的实验,可明明纸团还是跑出来,我们认为不能否定第四个猜想。”这下可炸开了锅,不等老师吩咐,各个小组纷纷重复起他们的实验来,结果出人意料,有的组做的结果是纸团基本不动,但有些组做的结果却是纸团仍然跑出来。到这里似乎限入了僵局,大家都有些不知所措。

只有老师这时心里在偷着乐,是呀,探究的过程中经常会产生新的问题,从而引发新一轮的探究,这不是坏事,是好事呀。而且探究过程中不可能总是一帆风顺,会遇到各种各样的困难,这正是考验他们的好机会。老师指出:“在科学研究中,你必须公布你的研究成果,而且你的研究必须是别人可以重复出来的,不然是不会被别的科学家们认可。你们也一样,既然不同的组得出的结果不同,那么结论不同的组都向大家演示一下,让大家看看你们是怎么吹气的,或许大家能找到原因所在。”

果然,不同小组的吹气方法都有所不同,而且即使同一组做的现象也不稳定,有时纸团能出来,有时纸团又几乎不动,到底是怎么回事呢。看着大家一筹莫展,老师笑着提醒大家:“我们不是常说细节决定成败吗。科学研究也要非常注意细节问题,一个微小的变化都可能导致实验现象的完全不同,所以我们做研究时一定要做好控制变量,要尽可能保证在所有其它条件一样的情况下进行实验,才能弄清我们所假设的那个因素是不是影响因素,你们吹气时真的每次都保证气流是垂直瓶口的吗?纸团每次放的位置都基本一样吗?”

老师提醒,大家很快达成一致意见,不能用嘴直接垂直瓶口吹,应该加一个约束气流的装置来保证气流是垂直瓶口,而且纸团不能露出瓶口,不然气流直接作用在纸团上,可能会把纸团带出。但用什么器材来做这种装置呢?有同学拿起手边的签字笔,把笔芯取出后来吹。可也有同学提出这样气流太小了。最后终于想出了一个好办法,就是把饮料瓶的前一段剪下来,做成一个漏斗,把漏斗口垂直对着瓶口,然后对着漏斗吹气。最后的结果非常稳定,纸团只是静止在瓶口不动,再也没有出来过。

#p#副标题#e#

 

到这里,大家从两个实验事实出发,终于否定了猜想四,那么猜想一与猜想二到底哪个更好呢?有小组提出可以在瓶子侧面开孔,如果吹气时纸团会进去,就可以说明不是气流碰到瓶底反弹造成的。可实验结果却是开小孔时纸团仍跑出来,只有孔大到一定程度纸团才会进入瓶内,因此有同学认为这并不能否定猜想二,因为孔大了,气流会从孔里跑出去,所以就不会在瓶底反弹了。看样子,要想否定它还得有更充分的证据。眼看快下课了,老师示意大家安静下来:“因为时间关系,我们不能进一步寻找证据来检验我们的猜想。其实科学家在科学研究过程中也常常会提出多个猜想,有时由于证据不够,只好让这些猜想并存,只有等到收集到更多证据的时候才可能进一步去排除某些猜想,甚至最后发现两种猜想其实本质上是一样的,我希望大家课后继续去寻找证据”。

下课铃响了,正当老师要宣布下课时,突然有位同学站了起来:“老师,我们刚才做漏斗时剪下了一个饮料瓶,我们就想如果瓶口有瓶身那么大,那么纸团会不会进去呢。于是我们把纸团放在剪掉瓶口的饮料瓶开口端的边缘,结果发现纸团有时候会被吹进去,这是什么原因?”老师兴奋地说:“好呀,我还说怎么没人发现这个现象呢。现在已经下课了,大家可以课后继续讨论,我给大家一个挑战,看哪一个组能想出办法,让放在瓶口里的纸团每次都能被吹进瓶子里面去,或许你们能从中得到更多的证据来判断哪个猜想才是最合理的。”

看样子,新一轮的探究就要在课后开始了。

责编:刘丽


(责任编辑:王翔)


声明:文章版权归原作者所有,本文摘编仅作学习交流,非商业用途,所有文章都会注明来源,如有异议,请联系我们快速处理或删除,谢谢支持。


(原文章信息:标题:,作者:刘剑锋   ,来源:本站原创    ,来源地址:)

上一篇: 科学活动设计:光污染及其防治

下一篇: 查有梁:高效教学的20项思考——“效能改进”教学模式

专题

-----主办-----

河南省乡村振兴协会

-----承办-----

河南省乡村振兴协会产业与信息化专业委员会

河南金农达供应链管理有限公司

河南全息农业科技有限公司 

-----协办-----

全息数字科技