中国古代科学家方法与探究建模资料.ppt

中国古代科学家方法与探究建模,探究建模的必要性,三维目标,,过程与方法目标,,,课标模式,,问题—猜想—实验检验—结论,,单一模式,,多种模式,,探究建模,,探究教学,,探究模式,,新课改教学,科学素养,,怎样进行探究建模？,探究建模的方法,归纳法：,演绎法：,,教学经验—归纳—模式,理论、方法 —演绎—模式,古代科学家方法,方法1,方法2,方法3,……,方法n,探究模式1,探究模式2,探究模式3,探究模式n,…………,探究模式群,,,,,,,,,,,用中国古代科学家方法建构探究模式,1.京房：缺点——类比探究模式,3.张志和：直观——外推探究模式,2.荀勖：问题转换——实验排除探究模式,4.沈括：多种假设——实验排除探究模式,5.苏颂：模型——模拟实验探究模式,7.赵友钦：假说——模拟实验探究模式,6.赵友钦：对比——实验探究模式,京房：缺点——类比探究模式,中国古代科学家方法在探究中的应用之一,京房（前77-前37）西汉科学家,从黄帝到汉元帝，流行的乐律只有十二律但三分损益法黄钟不能回归到律 京房从《周易》由八卦推演至六十四卦受到启发，八卦只能粗略说明世界，而六十四卦却能相当精确地解释更多的事物。

由此想到，是否由于十二律太少不能反映宇宙法则？如果扩展到更多的律，可能就会解决上述问题 由此，他继续推演下去，提出了六十律理论理论——缺点——类比——改进——新理论,缺点——类比探究模式,旧理论,缺点,问题,类比,改进,新理论,现有的理论（方法）,不完善之处,如何改进？,类比联想启发找改进思路,按思路进行改进,形成新理论,,,,,,,,,,,,,,,,,,缺点——类比探究模式案例,旧理论,缺点,问题,类比,改进,新理论,长度改变电阻,需要导线太长,如何“变短”？,联想手风琴找改进思路：缠绕,按缠绕进行改进,形成新结构,,,,,,,,——滑动变阻器,,,,,,,,,,,荀勖：问题转换——实验排除探究模式,中国古代科学家方法在探究中的应用之二,荀勖（？-289）西晋科学家,受晋武帝指派，荀勖开始了考订音律的工作他想:要考订音律，就要制作新的律尺而要制作新律尺，就要有标准音高而要找到标准音高，就要找到能够发出标准音高的乐器 上哪里去找这个乐器呢？荀勖想起曾经在路上遇到一个牛车，牛所配的铃铛恰能发出合乎标准的音高于是，他下令把能找到的牛铃铛都送上来，终于找到能发出标准音高的那只 由此，他有了标准音高，制作了新律尺，从而考订了音律。

问题1——……问题n——设计方案——实验排除——解决n——……解决1,问题转换——实验排除探究模式,问题1,问题2,问题n,设计方案,实验排除,解决问题,研究课题（困难）,转换为另一个问题,转换为可以研究的问题,尽可能考虑多种方案,通过实验排除错误方案,解决问题n，从而解决问题1,,,,,,,,,,,,,,,,,,问题转换——实验排除探究模式案例,问题1,问题2,问题3,设计方案,实验排除,解决问题,磁如何生电？,磁铁、导线、电流表如何生电？,磁铁、闭合电路，如何让电流表动?,相对静止：不同位置,通过实验排除相对静止、相对运动中的不切割情况,解决问题3，从而解决问题1,,,,,,,,——电磁感应,相对运动：不同方向,,,,,,,,,,,张志和：直观——外推探究模式,中国古代科学家方法在探究中的应用之三,张志和（730-810）唐朝科学家,雨后空中出现的彩虹，对古人来说是一种十分困惑的现象彩虹究竟是什么？是否是一种神奇的动物？ 唐代张志和曾经做过这样的实验：背向太阳喷洒小水珠，可以看到类似虹霓情景由此，推测出空中的彩虹也是由于阳光通过空中的水滴形成的虽然还没有真正解释彩虹的成因，但在一千多年以前，能有这样的认识是很了不起的。

可见，这是一种“类比法”问题——直观——外推——假说,直观——外推探究模式,将研究对象比作熟悉的事物，找到熟悉事物的某些性质,,将熟悉事物的性质对应到研究对象上,,认为研究对象可能有相似的性质,,实验检验假说，得出结论,,提出研究问题,,,问题,直观,外推,假说,检验,,,,,,,,,直观——外推探究模式案例,问题,直观,外推,假说,实验检验,磁极间作用？,将N看作+、S看作-，想到+-作用,将+-作用推广到NS,NS间相吸、相斥作用,实验检验假说正确性，得出结论,,,,,,,——磁极间作用,,,,,,,,,沈括：多种假设——实验排除探究模式,中国古代科学家方法在探究中的应用之四,沈括（1031-1095）北宋科学家,在磁学方面，沈括具体实验了指南针的四种装置方法《梦溪笔谈》卷24“指南针”条中记载了这些方法： 把磁针搁在指甲上；把磁针搁在碗沿上；以针横贯灯心草浮于水面之上；用独根茧丝将蜡少许粘着于针腰，在无风处悬挂起来 通过实验，沈括发现四种方法中只有“缕悬法”才能使指南针真正“指南”问题——多种设想——实验——排除——结论,多种假设——实验排除探究模式,问题,多种假设,实验,排除,结论,提出研究问题,提出多种假设,对多种假设进行一一实验,排除错误假设，保留正确的,由正确假设得出结论,,,,,,,,,,,,,,,多种假设——实验排除探究模式案例,问题,多种假设,实验,排除,结论,单摆周期因素？,m、θ、 l,控制变量，分别实验,排除 m、θ,得出结论:T 与 l 有关,,,,,,,——单摆周期,,,,,,,,,苏颂：模型——模拟实验探究模式,中国古代科学家方法在探究中的应用之五,苏颂（1020-1101）北宋科学家,水运仪象台是集中国古代浑象与浑仪制造技术于一体的宏大工程。

为了保证“水运仪象”的准确性与可靠性，苏颂更不止一次地将其设计制造的仪象做成模型，进行可控性的模拟实验不断改进与完善，最终获得比较满意的结果再做成实物问题——模型——模拟实验——结论,模型——模拟实验探究模式,问题,困难,模型,模拟实验,结论,提出研究问题,直接研究有难度（体积、费用等）,制作模型,运用模型进行研究,由对模型的研究得出结论,,,,,,,,,,,,,,,模型——模拟实验探究模式案例,问题,困难,模型,模拟实验,结论,潜水艇如何工作？,无法直接研究潜水艇实物,用瓶子、水管等制作模型,运用模型进行上浮、悬浮、下潜的研究,靠水舱进、排水改变重力,,,,,,,——潜水艇原理,,,,,,,,,赵友钦：对比——实验探究模式,中国古代科学家方法在探究中的应用之六,赵友钦（13-14世纪）宋末元初科学家,《革象新书》中记载了赵友钦做过的一个规模空前的光学实验:,问题——对比装置——对比实验——结论,对比实验:改变孔径、光源形状、像距、物距 结论:直线传播，小孔成倒像，照度与光源强度、像距关系等,对比——实验探究模式,问题,对比装置,对比实验,对比分析,结论,提出研究问题,设计对比实验装置、器材,进行对比实验,对比分析实验现象、数据,通过对比得出结论,,,,,,,,,,,,,,,对比——实验探究模式案例,问题,对比装置,对比实验,对比分析,结论,螺线管强弱因素？,大小匝数、大小电流、有无铁芯,进行3组对比实验,对比分析每组实验现象、数据,结论:与匝数、电流、铁芯有关,,,,,,,——螺线管磁性强弱,,,,,,,,,赵友钦：假说——模拟实验探究模式,中国古代科学家方法在探究中的应用之七,赵友钦（13-14世纪）宋末元初科学家,为何有月相变化？赵友钦认为这是由于“月体半明”造成的。

他将一个黑漆球挂在屋檐下，黑漆球总是半个球亮半个球暗，好比月球反射太阳光人们从不同位置去看黑球，看到黑球反光部分的形状并不一样，犹如月牙形、半月形等 通过这个模拟实验，赵友钦形象地解释了月亮的盈亏现象问题——猜想——模拟实验——结论,假说——模拟实验探究模式,问题,假说,模拟实验,相符,结论,由实际现象提出研究问题,提出猜想假说,运用模型进行模拟实验,使模拟实验现象与实际现象一致,证实假说正确,,,,,,,现象,实际现象,,,,,,,,,,,,假说——模拟实验探究模式案例,问题,假说,模拟实验,相符,结论,为什么会发生？,流速大，压强小，吸入,用嘴吹纸张，进行模拟实验,吹纸现象与站台现象一致,证实流体和流速的关系,,,,,,,现象,站台事故,,——流体压强与流速,,,,,,,,,,,结论：中国古代科学家方法丰富多彩,1.京房：缺点列举法、类比法,3.张志和：直观类比法、外推法,2.荀勖：问题转换法、实验排除法,4.沈括：多种假设法、实验排除法,5.苏颂：模型法、模拟实验法,7.赵友钦：假说法、模拟实验法,6.赵友钦：对比法、实验法,是提高教师教学能力、培养学生思维能力的有利武器,谢谢大家,。