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南极不冻湖形成的原因
南极不冻湖形成的原因,尽可能的假设
十万火急,万分感激
①南极木陆是个神奇的冰雪世界，有一些自然现象令人困惑不解。最为神奇的是，在这终年飘雪的冰川雪原中，竟然有许多地方都是无雪地区。
②从罗斯海西南端的罗斯岛向东北方向走去，穿过麦克默多海湾，便走进了一个无雪干谷地区。这里有维多利亚谷、赖特谷和地拉谷等三个谷地依次向北排列。在赖特谷的腹地，有个范达湖。夏季的赖特谷中，有一条从文森山下来的冰川，数十万吨的冰川雪水流入范达湖，使这里成为干谷沙漠之中的一片绿洲。1960年，日本科学家曾对这一湖泊进行考察，经过测量后发现，该湖表面以下的水温为0℃左右。随着水深增加，水温不断增高。在15～16米深处，水温上升到7．7℃；在40米以下深处，水温仍缓缓升高；到达68.6米深的湖底，水温竟高达25℃，几乎和温带大洋海水温度差不多了。
③在天寒地冻的南极，竟有如此之高的水温，这个事实该作如何解释呢?一些从事这项研究的科学家各抒己见，争此论十分激烈。其中有两种观点影响最大。
④太阳辐射说认为，南极夏季日照时间长，湖面接受大阳辐射能量多，致使湖水温度升高。而湖面水由于冬季，结冰盐度增高，因而密度大，即使夏季水温升高时，表面水的密度仍维持较大
①南极木陆是个神奇的冰雪世界，有一些自然现象令人困惑不解。最为神奇的是，在这终年飘雪的冰川雪原中，竟然有许多地方都是无雪地区。
②从罗斯海西南端的罗斯岛向东北方向走去，穿过麦克默多海湾，便走进了一个无雪干谷地区。这里有维多利亚谷、赖特谷和地拉谷等三个谷地依次向北排列。在赖特谷的腹地，有个范达湖。夏季的赖特谷中，有一条从文森山下来的冰川，数十万吨的冰川雪水流入范达湖，使这里成为干谷沙漠之中的一片绿洲。1960年，日本科学家曾对这一湖泊进行考察，经过测量后发现，该湖表面以下的水温为0℃左右。随着水深增加，水温不断增高。在15～16米深处，水温上升到7．7℃；在40米以下深处，水温仍缓缓升高；到达68.6米深的湖底，水温竟高达25℃，几乎和温带大洋海水温度差不多了。
③在天寒地冻的南极，竟有如此之高的水温，这个事实该作如何解释呢?一些从事这项研究的科学家各抒己见，争此论十分激烈。其中有两种观点影响最大。
④太阳辐射说认为，南极夏季日照时间长，湖面接受大阳辐射能量多，致使湖水温度升高。而湖面水由于冬季，结冰盐度增高，因而密度大，即使夏季水温升高时，表面水的密度仍维持较大的数值，导致温暖的表面水下沉，从而使底层水的温度变高。反对者认为，南极夏季日照时词虽长，但天气终日阴沉，到达地面的太阳辐射仍很弱，况且冰面又反射了90％以上的辐射能，留在地面上的辐射能是很少的，这就不可能使表面水温升得很高。再说，暖水下沉，通过水的热传递，应该是整个水体温度一起升高，而不可能仅仅是底层水温增高。
⑤地热活动说认为，范达湖距罗斯海50千米，罗斯海附近有活动的默尔本火山和目前仍在喷发的埃里伯斯活火山。这表明，这一地域的岩浆活动剧烈，受到地热影响，湖水的温度就会出现上冷下热的现象。这种解释比较直观,显然容易被人们接受。但是，反对者同样找到证据说，在赖特谷地区，迄今尚未发现地热活动，这就否定了这一观点。
⑥在范迭湖以西约10千米的地方，有一个小湖叫汤潘池。汤潘池水深只有30厘米，池面为圆形，直径百米至数百米。池水盐度很高，把它泼在地上，眨眼之间，便在地面形成薄薄的盐层。人们观察过，在零下数十度，池水也不会结冰。甚至在－57℃的气温下，仍不会结冰，被人们称为"不冻之湖"。为什么池水不结冰呢？除了它的盐度极高之外，会不会也有前面提到的太阳辐射或地热活动的原因呢?科学家们难以得出定论。不过，一些科学家认为，寒冷的"不冻之湖"与水温较高的范达湖是造成这个地区无降雪的主要原因。这一说法也许有一定的道理，问题是它不能说明下面所说的一个现象。
⑦在这个干谷地区，科学寒们在离"不冻之湖"不远的地方，又发现了一个"永冻之湖"。此湖叫皮达湖，位于维多利亚谷地。人们对此湖钻探调查表明，整个皮达湖几乎是一个完整的大冰块，只有在夏季，冰川融水从湖岸流入湖底，且水量很少。令人惊奇的是，在这"永冻之湖"上也从不降雪，这就足以说明这个无雪地区与温水湖和不冻湖无关，而是由其他原因造成的。
⑧在南极大陆，为什么会出现这种无雪地区呢?人们期待科学家通过努力，能解开这一自然界的奥秘。
9．简要概括范达湖、汤潘池和皮达湖的主要特征。(5分)
10.太阳辐射说、地热活动说与它们的反对者争论的焦点各是什么? (4分)
11.第⑦段画线句否定了上文中的什么看法? (3分)
12.下列说符合原文意思的一项是（4分）
A．范达湖地处南极赖特谷，湖水温度与温带大洋海水温度几乎差不多。
B．范达湖和汤潘池湖水盐度均极高，这是造成两湖湖水不结冰的重要原因。
C．汤潘池在－57℃的气温下仍不结冰，这可能与太阳辐射或地热热活动有关。
D. 皮达湖位于维多利亚谷地，无论春夏秋冬，整个湖都是一个完整的大冰块。
13.从科学家们关于南极无雪地区的争论中，你获得了哪些启示?：(5分)
答案:（21分）
9.（5分）范达湖的水温较高并随着深度的增加而不断增高；汤潘池湖小，湖水盐度高，终年不冻；皮达湖常年永冻。
10.（4分）太阳辐射说与它的反对者争论的焦点是湖面接受太阳辐射能量的多少；地热活动说与它的反对者争论的焦点是赖特谷地区有无地热活动。
11（3分）否定了"寒冷的'不冻之湖'与水温较高的范达湖是造成这个地区无降雪的主要原因"的看法。
12.（4分）C
13.（5分）要点：①科学探索需要怀疑的态度、质疑的精神；②科学探索要实事求是，结论要持之有据；③科学探索是没有止境的。（抓住一个要点，有结合实际，言之有理即可。）
回答数：501
家们对南极这些不 冻湖深感兴趣。研究发现，南极湖泊有三类：一类是湖面冻冰，冰下是液态 水；另一类是湖面季节性冻冰，夏季湖面解冻，液态水出露湖面；还有一类 是在寒冬湖面水也不冻。在南极湖泊中，令人惊奇的是位于干谷的范达湖， 它表面虽然有一层3～4 米厚的冰层，近冰层水温为0℃左右，但是随着深度 增加，湖水温度迅速提高，在60 米深的湖底，水温接近27℃。对此，科学 家们提出了各种看法，一些人认为，一股来自地壳的岩浆流烤热了湖底的岩 层，提高了湖底水的温度。但是， 1973 年11 月在范达湖进行了钻探，钻孔 穿过范达湖湖面的冰层、水层，钻入湖底岩层，取了岩心，发现湖底水很暖， 但是湖底岩层很冷。有人认为范达湖的水，可能是被太阳晒热的，因为范达 湖湖水清澈，湖面冰层没有积雪，太阳的短波辐射可以畅通地穿过冰层和水 层，到达湖底，烤热湖盆底的岩石，提高湖底的水温。同时湖面的冰层，又 能像棉被那样挡住湖水热量的散发，所以湖底的水可以保持这样的高温。但 是人们对这一说法
探险家们在冰天雪地的南极大陆，发现了20 多个湖泊，这些湖泊有的终 年不冻，有的虽然湖面上有一层冰冻，但湖水温暖。家们对南极这些不 冻湖深感兴趣。研究发现，南极湖泊有三类：一类是湖面冻冰，冰下是液态 水；另一类是湖面季节性冻冰，夏季湖面解冻，液态水出露湖面；还有一类 是在寒冬湖面水也不冻。在南极湖泊中，令人惊奇的是位于干谷的范达湖， 它表面虽然有一层3～4 米厚的冰层，近冰层水温为0℃左右，但是随着深度 增加，湖水温度迅速提高，在60 米深的湖底，水温接近27℃。对此，科学 家们提出了各种看法，一些人认为，一股来自地壳的岩浆流烤热了湖底的岩 层，提高了湖底水的温度。但是， 1973 年11 月在范达湖进行了钻探，钻孔 穿过范达湖湖面的冰层、水层，钻入湖底岩层，取了岩心，发现湖底水很暖， 但是湖底岩层很冷。有人认为范达湖的水，可能是被太阳晒热的，因为范达 湖湖水清澈，湖面冰层没有积雪，太阳的短波辐射可以畅通地穿过冰层和水 层，到达湖底，烤热湖盆底的岩石，提高湖底的水温。同时湖面的冰层，又 能像棉被那样挡住湖水热量的散发，所以湖底的水可以保持这样的高温。但 是人们对这一说法也提出了不少疑问。例如在南极半年的极夜时期范达湖为 什么仍保持这样高的水温，而在另半年的极昼时期，它的水温并没有无限制 地升高呢？此外，也有人认为范达湖的温水是受海底温泉加热而成的，可是 至今也没有找到海底温泉.
不冻湖,应该和南极的臭氧洞有联系,因为臭氧洞的存在,有助于地球吸收宇宙的能量.
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《中小学科学探究学习与创新人才培养机制实验研究》项目杭州会议
专题学术报告
探究教学的理论与实务
高雄师范大学科学教育研究所
（洪振方教授，台湾师范大学化学系学士、台湾师范大学化学研究所硕士、台湾师范大学科学教育研究博士）
一、探究教学的相关学理
二、探究教学与创造思考
三、探究教学实例
四、探究能力的评量
五、学生在探究教学中的成长
六、科学教育学习网
一、科学探究教学的相关学理
1. 探究教学的三维架构
2. 探究教学的共同阶段
3. 科学探究与概念建构
4. 情境兴趣（situational
interest）
5. 科学思考策略
6. 后设策略知识（meta-strategic
knowledge）
7. 明示教学与内隐教学（explicit vs.
implicit）
8. 分布式鹰架（distributed
scaffolding）
1.探究教学的三维架构&
（Wellington & Ireson, 2008）
(一个正确解答、一条途径)
一个正确解答、数条途径
(许多可能解答、许多途径)
2.探究教学的共同阶段(NRC, 2000)
使学生接触问题、事件、或现象，借机制造冲突事件；
经由形成假说与测试假说的过程，以探讨所提出的解释之合理性；
分析及诠释实验数据，综合各部分的想法，建立模型；
(4) 应用所学到新的情境；
(5) 回顾与评估学到什么及如何习得。
3. 科学探究与概念建构
科学探究目的在发现patterns, relationships,
以及形成perspectives
学生可以从探究过程发现规律性的模式(pattern of
regularity) ，但学生较无法从发现中自行建构此规律性的模式所指涉的科学概念（Lawson, 2010）
pattern＋term＝concept
4.情境兴趣
建立情境兴趣：由教室中的事件或经验所触发，包括自主的（给予学生做有意义的选择）、新奇的、令人惊讶的、悬疑的、及辩论等，点燃学生的兴趣，而这个短暂的兴趣，能让学生自发地投入活动中(Anderman,Noar,
Zimmerman, & Donohew, 2004;Palmer, 2009)
形成个人兴趣
唤起个人兴趣
维持情境兴趣
促发情境兴趣
兴趣发展四阶段模式(Hidi &
Renninger, 2006)
5.科学思考策略
科学探究背后的思考策略（thinking behind the
doing）（Li & Klahr, 2006; Roberts &
Gott, 2000），例如控制实验的思考策略是一次只能改变一个因素，其它的因素都应保持不变。
探究各个阶段&
/& 相应的科学思考策略
提出科学问题&
科学探究通常以提出问题开始，从比较异同或观察到不一致的结果，可提出科学问题
形成研究假设&
假设是科学问题的可能答案，它必须是可检验的，它说明操纵变因与应变变因之间的关系，可以「操纵变因越…则应变变因就越…」来表示
必须设计控制实验，此即一次只能改变一个变因，其余的变因都应保持不变，如此才能确认假设是否正确
搜集与分析资料&
记录操纵变因、应变变因和控制变因等的数据，以建立数据表，并绘制成坐标图，操纵变因在横轴，应变变因在纵轴，以显示随着操纵变因的变化，应变变因如何相应的变化，来反映数据变化的趋势，并可作出预测
/& 尝试运用一些科学概念来解释研究结果中的关连性或趋势
/& 在作出结论的过程中，需要回答数据分析所得的结果是否能支持先前提出的假设
在交流的过程中，应尽可能地详细说明研究的程序和实验的步骤，以便其它人可以加以检验与质疑
在科学探究中学生所欠缺的，就是循着探究
活动来指挥他们思考以产生结果的能力（Lawson, 2002）
学生最显著的困难在形成问题上（Rop,
2003）在形成假设上，学生会避免提出易遭反驳之精确假设（Klayman & Ha, 1987;
Klahr, Fay, & Dunbar,
1993），也不能够区别假设和实验预测之间的不同（Park, 2003）
在确认与控制变因上，学生经常无法确认要探讨的变因，以及这些变因之间的关系（Njoo
& De Jong, 1993），也不能够对干扰变因进行控制（Duggan, Johnson,
&& Gott, 1996; Germann, Aram,
& Gerald, 1996）
在实验阶段，学生常会设计出不得要领的实验，或者不足以测试假设的实验（De Jong
& Van Joolingen, 1998）
在诠释实验证据时，学生会倾向忽视、拒绝或错误地诠释与他们的理论不符合的数据（Chinn
& Brewer, 1993; Kuhn, Garcia-Mila, Zohar,
& Anderson,
1995），他们常是带着理论对实验证据做思考，却不会依据实验证据对这些理论做反思（Felton &
Kuhn, 2001; Kuhn, Shaw, & Felton, 1997; Kuhm
& Udell, 2003）
6.后设策略知识
科学思考背后的思考策略（thinking
behind& the thinking）（Zohar &
Ben-David,2008），例如什么是控制实验、为什么要&&
进行控制实验、如何进行控制实验、何时进行控制实验等。属于科学思考策略的后设认知层次（Ben-David
& Zohar, 2009）。
7.明示教学与内隐教学
一般的探究教学是以内隐教学（implicit&
teaching）的方式将科学思考策略嵌于探究活动中，例如以「你将会改变、测量、保持&&
不变哪些变项？」的问题提示学生，或者要求学生列出操纵变因、控制变因、应变变因，但都没有向学生说明如何进行控制实验的思考策略。
无论是科学思考策略或后设策略，都必须先与学生的探究经验相连结，再以明示教学的方式引介学生学习在探究中如何运用相关的科学思考策略。因为，科学思考策略是抽象的，若只以语言的形式讲解，对多数学生存在学习上的困难（Li
& Klahr, 2006; Zohar, 2004）。
8.分布式鹰架
社会建构论者在其学习模型中提出鹰架的概念（Vogotsky,
1978），认为学习发生于智识者引导学习者产生理解的社会互动过程中。有效的鹰架能协助学习者在潜在发展区（zone of
proximal development）的范 围内获致学习的进展。
成功的鹰架必须在支持与挑战之间取得平衡，支持来自鹰架，挑战来自对完成任务的兴趣（Roehler
& Cantlon, 1997）。
要促使学习者从独自可完成的迈向潜在可完成的学习结果，有必要提供多种的资源和支持，并加以组织。Puntambekar
& Kolodner（
2002）提出分布式鹰架的观念，主张可实行多种鹰架协助学生的学习，例如：
1. 教师示范、引导、提示、提问；
2. 同侪讨论、交互教学；
3. 学习媒体、网络资源；
4. 学习单、心智图、概念图。
我要探究的问题是：
确认问题中所有可能的变因：
我的假设是：
操纵变因是：
应变变因是：
控制变因是：
我的调查或实验程序是：
得到的数据以表格或图形组织起来：
所发现的规律性或变因之间关系是：
决定假设的有效性：
根据所得到的证据，我的解释是：
与他人交流和辩护探究的程序与解释。
二、探究教学与创造思考
何谓创造思考？
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.
就创造思考的纵切面而言:
Torrence（1988）定义「创造思考」即是能觉察到碍障、问题、信息中的断层、缺少的成分、存在错误；对这些缺漏做猜测及形成假设；评量及测试这些猜测和假设；尽可能地修正并且重新检验它们；以及最后的交流结果等之过程。
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.
就创造思考的横切面而言:
Cropley（2001）对创造思考的过程定义如下：
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.从可用的讯息集合当中做选择(selecting）
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.将新讯息和已知讯息建立关联(relating)
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.组合(combining)新旧讯息之元素
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.评估(evaluting)新的组合
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.选择性地保留(selectively retaining)成功的组合
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.和其它人交流(communicating)结果
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.
就创造思考的产品而言：
EbertII(1998)定义创造思考为:个体在知觉和背景知识之间做认知搜寻，以发现patterns, relationships,
perspectives.
科学创造思考矩阵
横切面/纵切面/选择/建立关联/组合/评估/选择性保留/交流结果
&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&
评估及测试假设&&
&&&&&&&&&&&&&
修正及重新检验&&
&&&&&&&&&&&&&
三、探究教学实例
重新布局与布题以改编课本的食谱式实验教科书中的实验其实验条件及步骤均已设定，我们的做法就是将这些实验条件及步骤均开放给学生思考与讨论。
这样做的好处是不会增加老师太大的教学负担。
以初中二上教科书的第5章「温度与热」及我们设计的探究教学为例做说明。
实验&& 5-1
加热时间与水温上升
目的：了解加热时间、上升水温与水量三者间的数量关系。
名称& 数量&
水 300公克 250ml烧杯
温度计& 1支& 酒精灯
)1组& 陶瓷纤维网 1个&&
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.
取一个250ml烧杯加入100公克 ( 或100ml ) 的水，利用温度计测量并记录水的初温 T0 (
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.
将盛有水的烧杯置于陶瓷纤维网上，以酒精登加热(
)，每间隔1分钟记录水温 ( T ) 一次，连续记录五次。
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#. 另取一烧杯加入200公克 (
或200ml ) 的水，使其初温与100公克的水相同，并重复步骤2. (
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#. 以水的上升温度 (T & T0
) 为纵轴，加热时间为横轴，将水的上升温度与加热时间的关系，描绘于方格纸上；并将两杯水的实验点，分别以一斜直线 ( 非折线
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
让实验点在此斜直线上方的点数，大约等于下方的点数，且斜直线要通过原点。
问题与讨论：
&&&&&&&&&&
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.
同一杯水，上升温度与加热时间有何关系？
&&&&&&&&&&
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.
若加热时间相同，两杯水的温度何者上升较高？
&&&&&&&&&&
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#. 若要使两杯水上升温度 (
T-T0 ) 相同，哪一杯水需要较长的加热时间？
&&&&&&&&&&
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.
由以上三个问题所得的结果，预测哪一杯水会较快沸腾？
实验&& 5-2
物体受热后温度上升的比较
目的：质量相同的水和油，当加热时间相同，温度上升情形会不会一样。
名称& 数量
& 100公克&&
色拉油&& 100公克
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#0mL烧杯& 2个&
&&& 温度计
&&& 铁架(附铁环
陶瓷纤维网
定时器 1个
问题与讨论：
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.
由方格纸上所描绘的五个加热时间实验点，比较水与油独温度高低。
&&&&&&&&&&
<font STYLE="FonT-siZe: 22px" COLOR="#.
由方格纸上所描绘的两条直线，试着描述：使水与油上升到相同温度时，所需加热时间何者较少？两者加热时间的比值为何？
科学家定义：使1公克的物质上升1&#8451;所需的热量，为此物质的比热，单位为卡/克．&#8451;。油的比热就是使1公克的的油，温度上升
1&#8451;所需的热量。和水相比，欲使1公克的油上升1&#8451;所需的热量，将会小于1卡。
根据式5-1，使物质的温度上升所需的热量，与物质质量、上升温度二者成正比，可以表示为：
H = m & s & ( T &
其中 H 表示所需热量，m
表示物体质量，s 表示比热，
&( T & T0 ) 表示上升温度。
由上式可知，物体温度升高所需之热量，不只与质量大小和温度上升多少有关，还与物体本身比热有关。
常见的物质比热如表 5-1
我們設計的探究教學
使學生投入條件開放的實驗活動，自行決定實驗的各項變因
經由各組的發表，發現相同的觀察事件有不同的結果，引起好奇和反思可能的原因
(三) 確認各種影響因素，依據重要性排列出來
選擇一個影響因素做探索，包括形成研究假設、設計實驗、蒐集與分析資料、檢驗研究假設和發現規律性&&
交流與評估各組的實驗設計與結論，確定存在的一些規律性，並反思交流前、後的想法是否改變及理由
學生回顧他們的探究與學習，包括學習到什麼、如何學習、及思考進一步的研究問題等&&
以完全開放條件的情境，使學生體驗到：「影響水溫上升的因素有很多」
以完全開放條件的情境，使學生體驗到：「影響水溫上升的因素有很多」
問題一：用條件完全開放的活動，考驗學生是否已經學會如何記錄實驗資料，並加以分析的能力
問題一：用條件完全開放的活動，考驗學生是否已經學會如何記錄實驗資料，並加以分析的能力
第一次探究之後，進行第一次的發表交流
第一次探究之後，進行第一次的發表交流
問題二：各組學生將第一個活動（問題一），探究所得到的資料向全班報告，比較異同之處
問題三：學生在小組討論之後，把影響水溫上升的因素，依據重要性排列出來
問題四：各小組選擇自己想要研究的變因、提出假說、設計實驗來蒐集資料、並根據資料提出結論
問題四：各小組選擇自己想要研究的變因、提出假說、設計實驗來收集資料、並根據資料提出結論
問題四：各小組選擇自己想要研究的變因、提出假說、設計實驗來收集資料、並根據資料提出結論
根據自己想研究的變因、提出假說、設計實驗、進行探究活動，收集資料來驗證自己的想法
整理實驗資料，準備第二次發表交流
&——The End
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研究假设的提出(new)|第&#03;讲&#8203; &#8203; &#8203;研&#8203;究&#8203;假&#8203;设&#8203;的&#8203;提&#8203;出&#8203;(&#8203;n&#8203;e&#8203;w&#8203;)
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规律根据现有证据，都是科学研究很重要的方法。例如达尔文人类进化就是推测，基本上就是推测，很多时候二者一个都不能缺，假设和推测用在不同的科学研究的方法上，而大胆断言就是假设，而进化中断层的无证据阶段就是假设。二者都需要其他证据证实是否正确，向后推断和猜测
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