第一單元：走進(jìn)科學(xué)

第一章 自然科學(xué)研究和試驗(yàn)發(fā)展

一、科學(xué)是什么
1. 科學(xué)的定義：科學(xué)是建立在實(shí)踐基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)和嚴(yán)密邏輯論證的，關(guān)于客觀世界各種事物的本質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的知識(shí)體系。它源于人類(lèi)對(duì)自然現(xiàn)象的好奇與探索。
2. 自然科學(xué)的研究對(duì)象：主要研究自然界中各種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其相互聯(lián)系。例如：物理現(xiàn)象、化學(xué)變化、生命活動(dòng)、地球與宇宙等。

二、科學(xué)研究的基本方法
科學(xué)研究通常遵循一套系統(tǒng)的方法，其中最基本和核心的環(huán)節(jié)包括：

1. 觀察與提問(wèn)：通過(guò)感官或儀器，有目的、有計(jì)劃地感知自然現(xiàn)象，并提出科學(xué)問(wèn)題。這是所有科學(xué)探究的起點(diǎn)。

• 例如：觀察到蘋(píng)果從樹(shù)上掉落，提出問(wèn)題：“物體為什么會(huì)下落？”

1. 提出猜想與假設(shè)：基于已有的知識(shí)和觀察，對(duì)問(wèn)題的答案做出一種可能的、可檢驗(yàn)的推測(cè)。

• 例如：猜想“物體下落可能受到一種力的作用”。

1. 制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：為了檢驗(yàn)假設(shè)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)公平、可操作的實(shí)驗(yàn)方案。關(guān)鍵是要控制變量（即只改變一個(gè)條件，保持其他條件相同），以明確因果關(guān)系。

• 例如：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較不同質(zhì)量的物體在同一高度下落的快慢。

1. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)：按照計(jì)劃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并運(yùn)用工具（如刻度尺、秒表、溫度計(jì)等）客觀、準(zhǔn)確地記錄數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。

• 記錄要求：實(shí)事求是，數(shù)據(jù)完整。

1. 分析與論證：對(duì)收集到的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象進(jìn)行整理（如制作表格、繪制圖表），通過(guò)比較、分析、歸納，判斷它們是否支持最初的假設(shè)。
2. 評(píng)估與交流：反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程是否存在誤差或可以改進(jìn)的地方，并將自己的研究過(guò)程和結(jié)論以報(bào)告、演講等形式與他人交流，接受檢驗(yàn)和討論。

三、科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要概念
1. 變量：實(shí)驗(yàn)中可以變化的條件。分為：
- 自變量（ manipulated variable ）：由實(shí)驗(yàn)者主動(dòng)改變的條件。

• 因變量（ responding variable ）：由于自變量改變而發(fā)生變化的量，是實(shí)驗(yàn)需要觀察和測(cè)量的結(jié)果。

• 控制變量（ controlled variable ）：實(shí)驗(yàn)中除自變量外，其他需要保持不變的量，以確保實(shí)驗(yàn)的公平性。

1. 對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組：

• 對(duì)照組：通常指處于自然狀態(tài)或未施加實(shí)驗(yàn)處理的組，用作比較的標(biāo)準(zhǔn)。

• 實(shí)驗(yàn)組：施加了實(shí)驗(yàn)處理（改變自變量）的組。

• 目的：通過(guò)對(duì)比，清晰地顯現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)處理的效果。

1. 重復(fù)實(shí)驗(yàn)：為了減少偶然誤差，使結(jié)論更可靠，實(shí)驗(yàn)往往需要重復(fù)多次。

四、常用測(cè)量工具及使用
1. 長(zhǎng)度測(cè)量：基本工具是刻度尺。使用要點(diǎn)：“放正、貼緊、對(duì)齊、視線垂直”。國(guó)際單位是米(m)。
2. 體積測(cè)量：
- 規(guī)則固體：用刻度尺測(cè)量后計(jì)算。

• 液體和形狀不規(guī)則固體：常用量筒或量杯。讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)與液面凹形底部（如水銀則為凸形頂部）相平。固體體積常用“排水法”測(cè)量。

• 單位：立方米(m3)、升(L)、毫升(mL)。

1. 溫度測(cè)量：工具是溫度計(jì)（常用液體溫度計(jì)）。原理：液體的熱脹冷縮。使用前觀察量程和分度值；測(cè)量時(shí)玻璃泡要與被測(cè)物充分接觸，不能碰壁；讀數(shù)時(shí)溫度計(jì)不能離開(kāi)被測(cè)物，視線與液柱上表面相平。單位：攝氏度(℃)。
2. 時(shí)間測(cè)量：基本工具是秒表。單位：秒(s)。
3. 質(zhì)量測(cè)量：實(shí)驗(yàn)室常用托盤(pán)天平。使用前調(diào)平衡（游碼歸零，調(diào)節(jié)平衡螺母）；稱(chēng)量時(shí)“左物右碼”，用鑷子加減砝碼，先大后小，最后移動(dòng)游碼。單位：千克(kg)。

五、科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境（STSE）
1. 科學(xué)與技術(shù)的區(qū)別與聯(lián)系：
- 科學(xué)：目的是認(rèn)識(shí)自然，回答“是什么”和“為什么”。

• 技術(shù)：目的是改造自然，解決“怎么做”的問(wèn)題。

• 聯(lián)系：科學(xué)發(fā)現(xiàn)為技術(shù)進(jìn)步提供理論基礎(chǔ)，技術(shù)進(jìn)步為科學(xué)研究提供新的工具和手段，二者相互促進(jìn)。

1. 科學(xué)發(fā)展的影響：科學(xué)在推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步、改善生活質(zhì)量（如醫(yī)療、通訊）的也可能帶來(lái)一些新的問(wèn)題（如環(huán)境污染、倫理挑戰(zhàn)）。因此，需要以負(fù)責(zé)任的態(tài)度發(fā)展和應(yīng)用科學(xué)。

本章核心：理解科學(xué)探究的本質(zhì)是一個(gè)不斷提出問(wèn)題、解決問(wèn)題、修正和完善認(rèn)識(shí)的過(guò)程。掌握科學(xué)探究的基本步驟和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想（特別是控制變量法），是學(xué)習(xí)整個(gè)科學(xué)課程的基礎(chǔ)。從身邊的觀察開(kāi)始，保持好奇心和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，你就在實(shí)踐科學(xué)。