７.２.２ 了解科学探究过程
专家指出，科学是一个永无止境的探究活动。科学研究始于问题，经由提出、检验、接受或抛弃假设而作出结论，新的结论又引出新的问题，由此循环往复，步步深入，以致无穷。由于作为科学活动产物的知识体系不能很好地体现科学探究的无穷特性，反而容易被人误认为是永恒不变的真理，因而有许多学者认为科学探究或研究过程更能体现科学的本质，所以在西方科学与探究同义，有“科学即探究 （science as inquiry）”之说。
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阅读卡片 运用实验的方法认识事物的因果关系 科学是建立在两个基础上：假设和实验。 一个科学家在揭示和解释现象时，首先要进行一些假设，然后再将这一假设放到实验室里进行实验，如果实验结果证实了假设的正确性，那么这一假设就成了科学原理。只要没有其他更全面的假设和更为先进的实验来否认这一假设的正确性，这一假设就一直具有科学价值；而一旦有其他更为先进和全面的试验出现，并否认了这一假设，那么这一假设便失去了自己的科学价值。科学就是用这种方法来揭示事物的因果关系的。 |
可见，科学并非仅仅是一堆事实和理论，更是一个过程。所以，我们应把学科学作为一种过程，作为学生学习观察、推断和实验等科学技能培养的过程。从某种意义上，无论是新知识的获取或现成知识的掌握，都离不开以人作为主体的参与活动。
让学生经历和体验地理科学研究过程的教学含义：地理教学是一个活动过程，地理知识的获取、地理学科能力的形成、地理科学方法的掌握、地理观点的培育等等目标都必须以活动为载体去实现。在教学中它的直接表现是，不把现成科学结论直接告诉学生，而是要求他们自己亲历科学知识的获得过程，从提出问题、建立假设、制定研究方案、检验假设、作出结论等活动过程中寻找问题的答案。也就是说，在新知识学习过程中，一定要强调学生的自主探索。教师要较多地考虑不直接讲授或讲解解决问题的思路、途径、方法，要把重点放在启发学生自主探索问题解决的思路、途径和方法上。
让学生经历和体验地理科学研究的过程，教师要给学生创造更多的机会，经历观察地理现象的过程，描述所观察地理现象的主要特征，提出地理问题，通过浏览书籍和其他信息资源发现什么是已经知道的结论，制定调查研究计划；根据实验证据对已有的结论作出评价；利用各种途径收集地理信息，用地图、图表等工具整理、分析地理信息；提出解答，解释，预测以及交流结果，使学生获得亲身体会，在地理科学实践活动中培养学生从事科学工作的过程技能，提高学生的地理科学素养。
【案例７-６】 教师引导学生经历 “水和砂土热力性质差异与影响”的研究过程
科学家把各种线索集中起来弄清事情的来龙去脉。他们收集线索的途径之一就是开展科学实验。实验能够审慎、有序地检验科学家的想法。虽然并不是所有的实验都遵循相同的步骤和顺序，但其基本模式大多与下面所描述的相近。
提示：在布置学生做实验前，可按此思路设计引言，设置情境，但并非把上述一段话原原本本地讲给学生。
提出问题
实验是从一个科学问题开始的。科学问题是指能够通过收集数据而回答的问题。水和砂土热力性质差异的实验中，“水和砂土热力性质是否存在着明显差异”就是一个科学问题。
构想假说
假说是对实验结果的预测。假说是建立在观察和以往的知识经验的基础上的。但与许多预测不同的是，假说必须能够被检验。严格的假说应该采用 “如果……，那么……”的句式。在本实验中，“如果起始温度相同，那么砂土比水升温要快”，“如果水和砂土热力性质存在着明显差异，那么烟雾流动的方向也将不同”就是两个假说。这样的假说其实就是对你要进行的实验的一个粗略概括。
实验设计
在假说提出来之后，须要设计一个实验来检验你的假说。在计划中应该写明详细的实验步骤以及在实验中要进行哪些观察与测量。
你要准备的实验器材：玻璃槽１个、小烧杯２个、温度计２只、１００Ｗ灯泡一个、铁架台２个、试管夹２个、砂土和水各１００克、香２根。
你可采用如下步骤：
（１）将同质量的砂土和水分别装入小烧杯，再将烧杯置于灯泡的两侧 （两烧杯与灯泡的距离相同），测量温度数据，填在下表中。
表７-３ 砂土和水的温度变化
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0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
| 砂土 | |||||
| 水 |
（２）加热约２０分钟后，将点燃的香放在玻璃槽内，利用香的烟雾观察槽内空气流动情况。
（３）取出砂土和水加热至４１.５℃，然后在通风的条件下自然降温，再次测量温度数据，填在下表中。
表７-４ 砂土和水的温度变化
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0 | 2 | 4 | 6 | 8 |
| 砂土 | |||||
| 水 |
（４）将烧杯和点燃的香再次放入玻璃槽内，观察空气流动情况。
在以上步骤中，你运用了控制变量和给出实用性定义两个重要的步骤。
其中，变量是指实验中可以变化的因子。在这个实验中，同质量的砂土和水，两烧杯与灯泡的距离相同，加热约２０分钟，取出砂土和水加热，然后降温就是控制变量。实用性定义是指说清楚某个变量该如何测量，或者某个属于该如何定义的陈述。在本实验中，如何测量温度，如何观察空气流动情况等表述就是实用性定义。
分析数据
实验中得到的观察和测量结果称为数据。实验结束时要对数据进行分析，看看是否存在什么规律或趋势。如果把数据整理成表格或图表，常常更能看清楚它们的规律。然后要思考这些数据说明了什么。它们能不能支持你的假说，它们是否指出了你在实验中存在的缺陷，是否要收集更多的数据。
例如在本实验中，你得到的数据就是表７-３、表７-４中你测得的数据，以及所观察到的加热和降温之后香的烟雾在槽内的流动情况。你要思考这些数据说明了什么，它们能不能支持你的假说等问题。
得出结论
结论就是对实验研究发现的总结。在下结论的时候，你要确定收集的数据是否支持原先的假说。通常要反复好几次实验才能得出最后的结论。但得出的结论往往会使你发现新的问题，并设计新的实验或者据此推理来寻求新的答案。
例如，海洋和陆地的热容量不同，白天风从海洋吹向陆地 （即海风），夜间风从陆地吹向海洋 （即陆风）。
同理，夏季风从海洋吹向陆地，冬季风从陆地吹向海洋。
可见，学生的学习过程不仅是一个接受知识、形成技能的过程，也是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。科学教育者认为，经历过 “探究”教学的学生在长大后会变得喜欢提出问题，喜欢在仔细听了讨论的各个方面后才发表自己的看法。他们将成为热心的观察者，熟练地对他们所看到的事物进行评价并得出自己的结论。他们也会比前几代人更关心自然界，更愿意作出贡献，保护环境。
【活动】收集相关资料，归纳总结让学生经历和体验科学研究过程的具体途径。