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专项学习 像科学家那样…… （教案）六年级科学下册（苏教版）
核心素养目标
※通过自主阅读和交流介绍，了解科学家在科学研究时所遵循的一般程序，并在学习科学家事迹中，体悟他们的科学精神，激发以“像科学家那样”的态度对待科学探究活动。
※能够围绕“鱼有记忆吗”这一较为复杂的问题，开展一次完整的科学探究活动，并通过回顾这一探究过程中各个环节的要点，形成对科学探究活动要素较为整体的认识，运用科学探究的一般方法，发展自主探究能力。
※学习像科学家那样思考问题，以证据为基础，运用各种信息分析和逻辑推理得出结论、交流展示、接受质疑、回顾反思，不断更新和深入研究。
※围绕所提出的问题作出假设，查阅文献，自主设计探究方案，搜集证据，处理信息，得出结论，并依据证据进行分享交流。 重点
※在探究活动的全过程中，能够坚持从证据出发，细致分析论证，不断质疑反思，作出改进调整。 难点
教学准备
教师材料：教学课件。
学生分组材料：探究活动记录、相关资料等。
活动框架
次级主题的构成及逻辑关系
本册教材的专项学习“像科学家那样”主要由两部分构成。
第一部分，以牛顿、魏格纳、屠呦呦、海尔蒙特、富兰克林、达尔文、孟德尔以及第谷的事迹或言论，介绍了提出问题、作出假设、查阅文 献、设计方案、搜集证据、处理信息、得出结论、分享交流等科学研究程 序中的活动。首先，从自然现象出发提出问题，到分享交流的过程，是科 学家一般会遵循的研究程序，虽然科学家在不同的领域研究不同的问题， 但是研究程序大致相同；其次，教材所选择的科学家，在相应的探究过程 环节，都有着突出的、可促发学生体会科学家工作特质的动人故事，说好 这些故事，可以使学生更加理解每一个探究过程要素的重要性。
第二部分，首先提出“你观察过鱼吗？能提出哪些可以进行研究的问题”这一话题，引导学生围绕这个话题展开探究。
本册教材中专项学习“像科学家那样”更加强调学生完整地亲历提出问 题、作出假设、查阅文献、设计方案、搜集证据、处理信息、得出结论、分 享交流的全过程，鼓励学生正确而灵活地运用过去习得的探究技能。 在五年级基础上，本册专项学习对探究过程的若干环节作出了进一步 的指导，例如：在搜集证据时，要思考别人可能会对证据提出什么样的疑 问，从而在研究中更加细致地收集有关信息；在处理信息时，细致整理和 分析所收集到的信息，避免遗漏关键信息；在得出结论时，要求学生检视 证据是否支持结论的得出，在证据表明假设错误时，实事求是地得出否定 假设的结论等；在分享交流时，引导学生对探究的过程进行反思，特别提 示回顾本次探究活动，是否聚焦问题，是否细致、科学、可信地搜集和处理证据等。可以发现，专项学习活动更加突出了科学探究的主要特点，即 以证据为基础，运用各种信息分析和逻辑推理得出结论、交流展示、接受 质疑、回顾反思，不断更新和深入研究。
教师应当明确，如果说寻找“鲫鱼是否有记忆”“鲫鱼的记忆只有7秒吗”这些问题的答案是学生探究活动的目的，那么，学生在探究全过程中 是不是“像科学家那样”，必须是教师组织实施本次专项学习活动中，观察、评估、反馈和导引等教学行为的核心指向。本次探究活动是否得到了共识性结论，并非教学关注的重点，甚至若未能达成一致结论，反倒使得本课作为小学阶段科学教材中的最后一个探究活动，更加具有启发学生不断求索的意义。
每个学科都承担着学科育人的重任，科学学科在培养完整价值观念方面，理应突出学科的本质，传递科学的核心价值。本册专项学习单元在介绍科学家所遵循的大致相同的研究程序的同时，以这些科学家的事迹，引导学生理解科学研究所应具备的品格，如细致、善思、乐于分享等，这些都有助于塑造学生的价值观念，且要渗透在对学生开展探究学习的活动要求中。
教学过程
活动一 科学家的研究程序
虽然科学家在不同的领域研究各种各样的问题，但是，他们一般会遵循大致相同的研究程序。
描述了科学家所遵循的科学探究的一般程序，同时，以牛顿、屠呦呦等科学家的事迹为例，说明科学探究中相应环节的重要性，以及科学家在这个过程中表现出的卓越品质。
程序1：提出问题。
科学问题大多与自然界关联，可以通过搜集证据找到答案。如牛顿提出，为什么苹果往地下掉而不飞到天上，这就是一个科学问题。正是从这个问题开始，牛顿揭开了万有引力的秘密。
爱因斯坦曾经说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”
程序2：作出假设。
牛顿说：“没有大胆的猜测就做不出伟大的发现。”能否顺利作出假设，关乎科学研究能否顺利进行。假设是对问题的结论的一种猜测，必须经过科学研究的检验。
假设是基于知识、经验，并从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出的。如魏格纳假设大陆原来是连在一起的。
1910年的一天，年轻的德国气象学家魏格纳身体欠佳躺在病床上。百无聊赖中，他的目光落在墙上的一幅世界地图上，他意外地发现，大西洋两岸的轮廓竟是如此相对应，特别是巴西东端的直角突出部分，与非洲西岸凹入大陆的几内亚湾非常吻合。
自此往南，巴西海岸每一个突出部分，恰好对应非洲西岸同样形状的海湾；相反，巴西海岸每有一个海湾，在非洲西岸就有一个突出部分与之对应。这难道是偶然的巧合？这位青年学家的脑海里突然掠过这样一个念头：非洲大陆与南美洲大陆是不是曾经贴合在一起？ 也就是说，从前它们之间没有大西洋，是由于地球自转的分力使原始大陆分裂、漂移，才形成如今的海陆分布情况的呢？第二年，魏格纳开始搜集资料，验证自己的设想。
程序3：查阅文献。
科学家通过查阅文献了解前人或他人所做的相关研究，以便形成和完善自己的研究思路。如屠呦呦通过阅读古籍，形成提取青蒿素的研究思路。
青蒿素是一种用于治疗疟疾的药物。1969年，中国中医研究院接受抗疟药研究任务，屠呦呦任科技组组长。从这一年开始，屠呦呦领导课题组从系统收集整理历代医籍、本草、民间方药入手，在收集2000余方药的基础上，编写了以640种药物为主的《抗疟单验方集》，对其中的200多种中药开展实验研究，历经380多次失败，利用现代医学和方法进行分析研究、不断改进提取方法，终于在1971年验证青蒿抗疟成功。并于1972年在青蒿中提取出青蒿素。屠呦呦也因为这一发现，获得了 2015年“诺贝尔生理学或医学奖”。
程序4：设计方案。
设计方案就是构想搜集证据、检验假设的方法与步骤。如海尔蒙特针对“植物生长所需要的营养物质从水中获得”的假设，设计了著名的“柳树实验”。
由于海尔蒙特严格控制实验条件，最终证明小树增加的70多千克物质并不全是从土壤里获得的。海尔蒙特进一步猜测植物生长所需的养料是从雨水中得到的。
由此，他得出结论：小树增加的70多千克物质并不全是从土壤里获得的。海尔蒙特进一步猜测植物生长所需的养料是从雨水中得到的。虽然在现在看来，海尔蒙特在做这个实验时没有考虑到空气中的营养物质（二氧化碳，当时还没有人分析出空气的成分）。但是在当时条件下，他严格控制实验条件，设计得相当出色。
程序5：搜集证据。
搜集证据就是记录在研究中获得的数据或观察到的现象。科学家要具有设计探究方案和获取证据的能力，能正确实施探究方案，使用各种科技手段和方法收集证据。如富兰克林通过风筝吸引闪电，证明闪电和静电性质相同。据传，富兰克林实验是在一个小木屋中进行的：风雨交加的夜晚，电闪雷鸣间，而风筝早已被屋外的人高高地放在天上，而风筝线由屋外的人通过绝缘的小窗户递给屋内的人，因此屋内的人和风筝线的尾端都是干燥的，属绝缘体。风筝线的尾端连接着一把钥匙，当闪电击中风筝的时候，电流通过户外的风筝线，使铜钥匙发出电火花（实验者用手指关节去触摸连在铜线上的钥匙，电荷通过人体再导入地下，有触电的感觉）。
富兰克林根据这个实验，发现了尖端放电等现象，并发明了避雷针。
程序6：处理信息。
科学家将研究中取得的各种数据信息，通过归类整理、制作图表等方法进行分析，以便发现规律或趋势。就像达尔文说的那样：“科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。”
处理信息时，要注意分类整理，化繁为简，将所得信息按一定的标准进行分类整理。还要去伪存真，去粗取精，剔除虚假证据，剔除无效的事实性证据（对假设无任何的证明效力）。
程序7：得出结论。
科学家根据搜集到的数据判断自己的假设是否成立。如孟德尔通过对豌豆实验的数据分析，证实了自己关于遗传和变异规律的假设。
孟德尔（1822—1884年），奥地利遗传学家，现代遗传学之父。孟德尔进行了8年的豌豆杂交实验，他发现在自然状态下，这些豌豆有着不同的形态特征：有的长得高，有的长得矮：有的花是红色的，有的花是白色的……通过进一步观察，他还发现这些豌豆后代的形态特征大多和它们的上代相似。
孟德尔很想揭开这个秘密。当他用豌豆的白花与白花、红花与红花分别授粉后，子一代豌豆的花还是白色的或红色的。但当他用两种不同颜色的豌豆花进行人工投粉后，在子一代中，所有的豌豆花都是红色的，而在子二代中，既有红花，也有白花，且红花多于白花。
后来，孟德尔对这个现象作出了令人信服的解释：豌豆的某种基因可以决定它的某个特征。遗传基因有显性的，如控制红色的遗传基因；也有隐性的，如控制白色的遗传基因。
程序8：分享交流。
科学家通过书面或口述的形式与他人分享自己的观点和研究的过程。如第谷将他毕生搜集的资料交给开普勒，为开普勒后来发现行星运行定律准备了基础。第谷是丹麦著名天文学家，他用了35年观测，去完善自己提出的介于地心说和日心说的第谷宇宙结构体系——行星围绕太阳、地球围绕太阳，行星相对地球运行在复杂的圆形轨道。
1576年，第谷接受了当时丹麦国王的资助，搭建了自己的天文台，配备了齐全的观测仪器。从那时之后的20多年里，他每天晚上风雨无阻地观测行星运动的轨迹，把每个行星每天晚上的位置，精确地记录下来。他对于行星的观测精密程度，达到了当时前所未有的程度，是天文史上第一个真正地开始收集大数据的天文学家。其编纂的星表中的数据甚至已经接近了肉眼分辨率的极限，这让人瞠目结舌。
1600年，刚满30岁的开普勒加入第谷的团队，成为第谷的学生和助手，两位天文学家合作不到两年，第谷去世。第谷去世前，把毕生精心观测的资料（这些资料主要是在天文堡积累的）都赠给开普勒，并且告诫开普勒一定要尊重观测事实。正是基于这些重要资料和开普勒的潜心研究，提出了关于行星运行的开普勒三大定律。
活动二 运用科学家的研究程序研究某一个科学问题
程序1：提出问题。
善于细心观察，充满好奇心，有怀疑批判的眼光，就能发现许多可以研究的科学问题。
1.列出想要研究的问题。
你观察过鱼吗？能提出哪些可以进行研究的问题？
也可以通过观察其他小动物，发现感兴趣的问题。比如研究蚂蚁、蚯蚓等小动物是否有记忆。
2.筛选有价值的问题。
比如：有人说鲫鱼只有7秒的记忆，这是真的吗？
围绕鱼是否有记忆这一话题，确定研究的问题。
程序2：作出假设。
假设1：如果要证明鲫鱼真的有记忆，我觉得需要找到充分的证据。
假设2：鲫鱼只有7秒记忆的说法，我认为是不准确的。
假设3：如果对鲫鱼进行一些训练，也许它就会有记忆了。
假设4：如果鲫鱼得到某种固定信号后过来觅食，就说明它有记忆。
鲫鱼的记忆就是对经历过的刺激的反应。比如河里的鱼，如果被鱼钩刺痛后再也不去吃鱼饵了，那么说明它有记忆。
程序3：查阅文献。
可以通过查阅文献资料，学习与所要研究的问题有关的知识，了解别人是怎么研究类似问题的，为自己设计研究方案提供借鉴。
(3)被动回避实验。被动回避实验最常见的实验方案是采用穿梭箱。该装置为木制环境，分隔成明暗两室，由拱形小门相通，两室底布上铜栅，暗室铜栅可通交流电作为非条件刺激，由微机控制铜栅的通电。实验时将动物背对小门放入明室，由于动物的趋暗习性其可自动进入暗室。当其四足全部进入暗室时，暗室底铜栅自动通电，动物受电击自动逃回明室，间隔定时间后再进行下一次训练，以此反复，记录动物从明箱进入暗箱的延迟时间。延迟时间越长证明动物的学习记忆能力越好。
在研究之前，我们需要搞清楚一些问题。
1.科学家研究过鱼或其他动物是否有记忆吗？他们是怎么研究的？
科学家对动物是否有记忆进行过大量的研究，研究对象有鱼、老鼠、乌鸦、松鼠、果蝇、章鱼等等。他们的研究方法主要是通过迷宫实验、斯金纳箱、被动（主动）回避实验等来进行。
(1)迷宫实验：迷宫实际上是一个道路系统，在每一个岔路口都只有一个正确的选择可以通向最终的目标。起初，动物是随机选择道路的，但只有到达最终的目标才能得到食物报偿。检验动物记忆的一个重要标准是看动物需要经过多少次训练才能准确地到达最终目标。迷宫的难度取决于岔路口的多少，即动物需要选择道路的次数。
(2)斯金纳箱。放置实验动物，并含有一个操纵装置（如可供鸽子啄击的圆盘或可供老鼠去压的杆）和一个自动供食装置（提供报偿以鼓励学习）。
比如，把一只老鼠放在“斯金纳箱”里，箱中唯一可移动的物体是一个按钮，老鼠每按一次按钮，便会得到一粒食物。这样老鼠且学会（记住）按按钮，便会不断地去按，以得到更多的食物。
(4)主动回避实验。该方法要求动物主动找到某种措施以逃避惩罚。比如，将实验动物放入其中一个箱子，待动物适应环境后，先给予动物60分贝1000Hz 的声音刺激，间隔50～70秒后，再给予动物足底电击，动物只有逃避到另一个箱子才能逃避电击，共训练30次。记录每次训练动物对声音刺激作出反应和产生逃避行为的延迟时间。
2.科学家是怎么认定种动物具有记忆的？
记忆的类型分为短期记忆和长期记忆，短期记忆保持时间大于1秒但不超过1分钟，常和一定的操作或动作相联系，操作结束，准确的记忆内容也就消失。长期记忆保持时间大于1分钟，通常能保持较长时间，有的甚至终生不忘。记忆的过程分为记忆的获得（即学习过程、信息的获得过程）、记忆的巩固（即信息的保持过程）、记忆的再现（即信息的提取过程）时，我们可依此来筛选作用于记忆不同阶段的认知药物。
如果动物经过某种训练后，能够主动按既定目标完成任务，即可认定它具有记忆。比如：老鼠在空旷的场地内，大多时间会逗留于墙边或墙角。而被放在高台上时，便会本能地迅速跳下，躲避在墙边或墙角。跳台仪的底部可以通电，上面放置一个绝缘的跳台。动物在训练时受到电击，跳上跳台以躲避电击，从而获得记忆。动物的记忆力下降时，表现为第一次从跳台跳下的潜伏期缩短，跳下的次数增加。动物的记忆力增强时则跳下的潜伏期延长，触电次数明显减少。
3.在用动物做实验时，应该注意些什么？
(1)爱护动物，实验过程中尽量不伤害小动物。
(2)实验结束后，将动物放回其生存环境中。
程序4：设计方案。
设计方案时，针对不同的问题，需要设计不同的搜集证据的方法和步骤。
一份比较完整的研究方案，可以包括研究的问题、建立的假设、研究的方法、研究的步骤、研究的记录、研究的结论等。
研究方案： 问题：鲫鱼有没有记忆？
假设：鲫鱼有记忆。
实验方法：(1)每天在给鲫鱼喂食前，用强光电筒往鱼缸里闪10下，然后在固定地点投食。
(2)连续几天后，观察闪光后鲫鱼会不会立即游到固定地点。
(3)如果鲫鱼会游到固定地点，再分别隔1天、2天、3天闪光并喂食，观察鲫鱼能否记住喂食的信号。
实验准备：鲫鱼3条、鱼食若干、鱼缸、强光手电筒。
实验步骤： ……
程序5：搜集证据。
搜集证据时，要尽可能把实验中观察到的现象和数据记录下来。要思考别人可能会对证据提出什么样的疑问，从而在实验中更加细致地搜集有关信息。
1.喂食前，靠近鱼缸壁闪光。
每次喂鱼前，用强光手电筒靠近鱼缸壁闪光，至少10次。目的是让鱼感受到光的刺激，让它与后面投食建立联系。
每次闪光与投食之间间隔2～3秒，给鱼反应的时间。每次投食只投一点， 比如先闪光一次，投放一粒鱼食；等鱼吃完后，再闪光一次，喂粒鱼食 ，直至喂足单次食量。
2.向鱼缸中的固定地点投食。
在固定地点投放食物（尽量在靠近光源处投食），是为了让鱼记住投放地点，减少条件的变化，便于观察、记录。投食要依据鱼的进食习惯。
给鲫鱼喂食的具体次数需要根据周围的水温以及鲫鱼的年龄阶段进行调节。当鲫鱼年龄比较小，还是幼鱼的时候，喂食可以控制在一天 2～3次，在鲫鱼成年之后，则可以每天2次。不过，在冬季喂食就不用这么频繁，这是因为水温太低会导致鲫鱼的食欲减弱，此时一般每隔几天喂一次，但也不能长时间不喂食。
3.每天重复以上做法一次，几天后观察鱼在闪光后的表现。
找伙伴用拍摄视频的方式记录下投食前后鱼的位置和活动。如果鱼有记忆，发现闪光后会游到固定投食的位置。
如果鲫鱼会游到固定地点，再分别隔1天、2天、3天闪光并喂食，观察鲫鱼能否记住喂食的信号。
(4)美国俄亥俄州托雷多大学——开信号灯喂食。
2002年，美国俄亥俄州托雷多大学的几位研究人员测试了斑马鱼的记忆能力。在训练过程中，他们会在喂食前给斑马鱼一个红光作为信号，训练中止10天以后，斑马鱼仍然记得红灯信号是说明进食时间到了。在实验室里，斑马鱼还可以很快学会如何走迷宫，根据声音信号寻找食物，记住捕食者的形状，根据提示躲避电击等。
4.查阅书上有没有可利用的证据。
(1)普利茅斯大学推杆法。
普利茅斯大学的研究人员对金鱼的学习和记忆能力进行了研究。一开始预想的是，教导金鱼推动一根小杆子到达指定位置后可获得食物。在往后的3个月时间里，科学家将推杆与食物的因果实验减少至1天1个小时。他们发现，金鱼适应了食物供给的时间段规律，减少了推杆的次数，而不是横冲直撞不停地游来游去。更妙的是，到后期金鱼在饭前1小时就将杆子推到了换取食物的位置，这表明它们知道食物即将到来。
(2)加拿大麦科文大学——定点投食。
来自加拿大麦科文大学的研究人员对一种非洲丽鱼科的鱼类进行训练，令其游到鱼缸的特定区域获取食物。12 天后，他们再次将这些鱼放到这个鱼缸里。
研究人员发现，经过这么长的一段时间后，这些鱼仍然会游到它们第一次获得食物的地方。这表明，它们能够记住过往的经历。
(3)美国密歇根大学——电击金鱼。
早在1965年，美国密歇根大学的研究人员就用金鱼做了一个实验：在一个长长的水槽的一端加上灯光和电极，电极会在灯光亮起20秒后放电，金鱼们被电击了几次之后，就记住了这个教训一有灯光就会被电到，于是在灯光亮起后纷纷游到没有电极的一端。科学家发现，经过这样的训练后，金鱼可以在长达1个月的时间里记住避免被电击的技巧。
除了金鱼、斑马鱼外，另种有名的观赏鱼一天堂鱼，也有很强的记忆能力。当这种鱼在水池中遇到陌生的金鱼时，会好奇地游来游去，打量着新来的陌生邻居，直到失去兴趣为止。如果天堂鱼和金鱼第二次在水箱中相遇的话，它们会很快发现对方是老熟人而失去探索的兴趣。实验发现，这样的记忆力至少可以保持3个月。
程序6：处理信息。
处理信息时，要善于从图表中概括整理出关键的信息，如发展趋势、规律等。
对搜集到的照片、视频、笔记等资料进行整理、分类，按照一定的顺序 整理实验记录。
投食时间 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 第六次
投食前鲫鱼的位置与活动
投食后鲫鱼的位置与活动
程序7：得出结论。
得出结论时，要检视所有的证据能否支持得出结论，如果不能排除疑点，就要继续求证。
如果证据表明自己的假设是错误的，那么同样可以得到结论，得到否定假设的结论也是科学探究的成果。
结论 可以分三组进行实验，收集数据，进行归纳、比较和分析，这样结果更具有说服力。
程序8：分享交流。
分享交流时，展示研究中取得的证据，借助证据说明自己的结论。接受他人的质疑并结合证据进行讨论。
结合自己的反思和他人的建议，对研究活动进行及时调整，使研究过程和研究报告更加科学、合理。
在反思总结的基础上对自己的研究活动作出评价。
3.交流评价。
我们开始研究时，问题不够聚焦，以后要重视问题的研究价值。
4.我们的研究活动与科学家做的相比，有什么相同和不同之处？
(1)相同之处：都经历了科学研究的必要程序。
(2)不同之处：科学家在做相关实验时，还要考虑很多因素，比如鱼对环境是否适应；对外界刺激的反应是否敏感；实验过程中是否会因为嗅觉、味觉等因素影响鱼的判断等等。此外，科学家对数据的整理与分析也非常严谨，比如每一组鱼的训练时间、反应时间、完成目标的正确率等，要经过细致的记录、仔细的分析后才会形成权威的结论。
课堂总结
本课通过围绕“鱼有记忆吗”这一问题，查阅文献，有理有据地作出假设。在设计方案时，将抽象概念转换成可观测、可检验的项目，如将“有没有记忆”转换成“是否在某种条件下形成摄食的反应”。在此基础上设计实验、搜集证据、得出结论，然后将结果进行分享交流。
证据是得出结论的关键，将搜集到证据进行必要的分析、整理，善于从实验现象和数据中整理出关键的信息，以获取充分的证据，进而得出结论。搜集证据时，要思考别人会如何质疑证据，在不断质疑反思的基础上，作出改进调整。
板书设计
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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