一、发现问题

目标：

1．观察客体与现象．

2．用适当的语词描述观察所得．

3．选择适当的测量工具、定量测量客体及其变化或定性分析客体及变化、设定适当的科学问题．在“水的沸腾”探究活动中，我们观察到一个现象：水开之前，在烧杯底部形成的气泡上升到中上层水中时，气泡湮灭了．经过讨论，大多数同学认为：水烧开之前，水是上冷下热的，所以在壶底形成的气泡“升到温度较低的中上层水时，气泡因温度降低而缩小，重新被溶解而湮没”．但还有部分同学坚持自己的观点：由于水的“对流”，热水密度小，比冷水“轻”，热水总是浮在冷水的上面，因此水开之前，水是上热下冷的．从不同角度而言，以上两种观点都有一定的科学道理，为了彻底搞清楚这个问题，我们就“水开之前的水层温度分布”作了进一步的探究．

二、实验探究

目标：

1．选择旨在验证假设的实验．

2．构成旨在进行实验的适当步骤．

为了选择适当地验证假设的实验（目标1），我们在大烧杯中，装上约120mL的冷水，置于热源（酒精灯）之上，对之缓慢加热．取四个温度计，让其中三个温度计的液泡分别浸没在水的上、中、下三个不同深度，让其中一个温度计直接与烧杯的底部接触．在烧水的过程中，对应于不同的时刻，记录每一个温度计的读数．为了排除获得的数据的偶然性，我们反复做了五次实验（见表1）．

通常要实现验证假设（目标1），就得选择逻辑地证明假设的步骤（目标2），这时，教师就要策划妥当的教学策略，而不是仅仅安排并操作一连串的实验装置．在本实验中，要准确地验证“水开之前的水层温度分布”的假设，必须做两个实验．一是定量测定同一烧杯的水不同水层的温度分布，二是定性比较两个烧杯的水加热到不同温度的对流的情况．具体做法可以取两个烧杯，各放约120mL相同多的水，让其中一杯先烧至约70℃，然后开始烧另一杯水，当一杯水达到约80℃时，另一杯水也达到大约35℃，同时在两个烧杯中心投入若干粒高锰酸钾，观察水的对流．学生倘若既能定量测定同一烧杯的水不同水层的温度分布，又能在这只烧杯中投入若干粒高锰酸钾，观察到不同温度水的对流情况，也非常好．

三、归纳结果

目标：

1．能以图和表的形式，归纳观察记录与数据．

2．倘若有正当理由，能在实际观测值的范围外作出外推，或在观测值范围内作出补充．

3．阐释观察记录与数据．

下表是其中一次实验的数据记录：我们从水层温度分布示意图可以很清楚地看出数据的规律（目标1）：水从室温上升到80℃附近这一过程中，容器里的水一直是“上高下低”，但从80℃到100℃水开始沸腾这一过程中，容器里的水却是“上低下高”的．而且五次实验的结果都是一样的，即水开之前，容器里的水层温度先是“上高下低”然后是“上低下高”直至沸腾．这一结果，出乎我们的意料，与我们实验前对水开之前水层温度的单一假设要么“上高下低”，要么“上低下高”是很不一致的，然而却是事实．

为什么水在加热过程中，水层温度的分布会发生变化呢（目标3）？经过大家的讨论，我们认为，水是热的不良导体，当容器里的水温度较低时，上层和下层的水温相差较大，对流运动剧烈，对流的结果使得水上层温度较高，下层温度较低，呈现“下热上冷”的现象；当整个容器里的水温度较高时，上层和下层的水温差就比较小，对流运动不那么剧烈，热传导产生的效果就突现出来了，热传导的结果使得下层水温度较高，上层水温度较低，呈现“上冷下热”的现象．

另外，从实验数据分析，我们认为产生烧杯底形成的气泡升到中上层水时被湮没的现象，其原因不是下层水温度较高，而是因为容器底的温度较高，气泡贴在容器底，生成时温度较高．一旦离开容器底，温度就要降低，导致气泡体积缩小，生成的气泡本身就小，在水开之前就发生“湮没”现象了．在定性研究的两个烧坏中心投入若干粒高锰酸钾，观察水的对流．

四、引出结论

目标：

1．根据观察与实验数据，评价假设．

2．作出适当的概括，亦即借助所发现的关系，来支撑经验性法则与原理的确立．

3．在解答科学问题中，运用数学关系．

在探讨、处理、归纳数据并作出了解释之后，学生就得判断已有的见识是否支持假设．这时，教师倘若把学生的思路限定在机械、唯一的阐述可能性上，就会破坏学生想去探究的好奇心，影响学生发现新的变量．例如学生对水沸腾前水层的温度分布情况了解之后，也许会自然地想到另外一个问题：探究水在0℃到4℃的反常膨胀现象；也许还会进一步考虑，水沸腾前水层的温度分布情况是否适应于水之外的其他所有液体？若在水中加入盐实验现象会怎样？若改变大气压实验现象又会怎样？他们会进一步探讨、研究．

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