培養(yǎng)學(xué)生猜想與假設(shè)能力的教學(xué)策略

李　強(qiáng)

渝北區(qū)教育教學(xué)研究室，重慶市渝北區(qū)401120

摘要：學(xué)生猜想與假設(shè)能力水平的高低將直接影響科學(xué)探究能力的水平，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)猜想與假設(shè)在科學(xué)探究中的重要作用，嘗試根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已有的知識(shí)對(duì)問題的成因提出猜想與假設(shè)，科學(xué)客觀地評(píng)定學(xué)生猜想與假設(shè)的能力，能導(dǎo)向教學(xué)真正關(guān)注于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，使學(xué)生有機(jī)會(huì)體驗(yàn)真正意義上的科學(xué)探究。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究；猜想與假設(shè)；能力評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2009)3(S)-0067-4お

猜想與假設(shè)是科學(xué)探究中的重要環(huán)節(jié)，是研究者根據(jù)已知事實(shí)材料和科學(xué)知識(shí)對(duì)所研究的問題做出的一種猜測性陳述。學(xué)生猜想與假設(shè)能力水平的高低將直接影響科學(xué)探究能力的水平。因此，探索在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生猜想與假設(shè)能力的教學(xué)策略具有重要的意義。

1 猜想與假設(shè)的重要作用

猜想與假設(shè)在科學(xué)探究中的重要作用首先在于它是科學(xué)結(jié)論的先導(dǎo)，如果猜想與假設(shè)能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持，它就可能發(fā)展成為科學(xué)結(jié)論。因此，猜想與假設(shè)能幫助探究者明確探究的內(nèi)容和方向，指導(dǎo)探究沿預(yù)定的目標(biāo)展開，避免探究的盲目性。

例如，浸入液體中的物體所受浮力的大小與其排開液體多少是有關(guān)的，如果把物體排開的液體收集起來稱量一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它受到的重力剛好等于浮力的大小，這樣的結(jié)果無疑可以作為著名的阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)。但關(guān)鍵的問題是，人們一開始怎么會(huì)想到要設(shè)法去收集由物體浸入而被排開的那一部分液體呢？這正是猜想與假設(shè)在科學(xué)探究中所起的引導(dǎo)性作用，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程中，這也是最?yuàn)W妙、最有魅力的一段。要使學(xué)生獲得對(duì)猜想與假設(shè)的正確認(rèn)識(shí)，就應(yīng)該讓學(xué)生經(jīng)歷猜想與假設(shè)的過程，并據(jù)此制定探究計(jì)劃或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成探究活動(dòng)，使學(xué)生體會(huì)猜想與假設(shè)是科學(xué)結(jié)論的先導(dǎo)，體驗(yàn)猜想與假設(shè)在整個(gè)探究活動(dòng)中所起的引導(dǎo)性作用。

猜想與假設(shè)在科學(xué)探究中除了為探究活動(dòng)指明方向外，還可以充分發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。猜想與假設(shè)是創(chuàng)造性思維中最活躍的因素，物理科學(xué)不僅僅是觀察現(xiàn)象，理解公式，還可以根據(jù)現(xiàn)象充分發(fā)揮自己的想象，提出自己的觀點(diǎn)，從而能夠通過現(xiàn)象看到事物的本質(zhì)，最后推導(dǎo)出物理規(guī)律。

猜想與假設(shè)是科學(xué)探究中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，要實(shí)施真正的科學(xué)探究，就不能省掉猜想與假設(shè)。培養(yǎng)學(xué)生猜想與假設(shè)的能力，能導(dǎo)向教學(xué)真正關(guān)注于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，使學(xué)生有機(jī)會(huì)體驗(yàn)真正意義上的科學(xué)探究。

2 猜想與假設(shè)的相互關(guān)系

猜想與假設(shè)是對(duì)問題中事物的因果性、規(guī)律性做出的假定性解釋。作為一種理性思維的形式，猜想與假設(shè)是科學(xué)研究中重要的方法，從其形成來看，可分為兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是猜想環(huán)節(jié)；二是假設(shè)環(huán)節(jié)。猜想是學(xué)生接觸到問題后，在已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的感性認(rèn)識(shí)依靠直覺而做出的各種假定；假設(shè)是在猜想的基礎(chǔ)上經(jīng)過一系列的觀察、分析、比較、歸納等邏輯推理及排除掉一些不可能的猜想而得到的較為科學(xué)的假設(shè)。

例如，探究樹蔭下圓形光斑形成的原因是什么？提出兩個(gè)猜想：一是樹葉是圓形的，它的影子也是圓形的，因?yàn)闃淙~在空中交錯(cuò)重疊，所以地上的圓斑交錯(cuò)重疊；二是太陽是圓的，地面的光斑也是圓的，圓形的光斑是圓形的太陽形成的。這兩個(gè)猜想那個(gè)更合理呢？根據(jù)已有知識(shí)，影子是光線沒有照到的地方，而光斑是光線照射到的地方，樹蔭下的圓圈是光斑而不是影子，地面上所有圓形光斑都是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓，只有太陽的形狀和它吻合，事實(shí)支持第二種猜想，因此通過推理分析便得出第一個(gè)猜想是不合理的。

假設(shè)比猜想更具有合理性，對(duì)探究的問題更有針對(duì)性和指導(dǎo)性。在猜想環(huán)節(jié)，學(xué)生充分發(fā)揮主體性，積極主動(dòng)地提出盡量多的猜測與可能，不需要考慮問題與猜想之間的因果邏輯關(guān)系，因此思維常常處于一種非常活躍的、非邏輯的、發(fā)散的狀態(tài)。在假設(shè)環(huán)節(jié)，需要對(duì)猜想進(jìn)行排查，并對(duì)做出的種種解釋進(jìn)行提煉總結(jié)，因此假設(shè)更需要一種聚合的邏輯思維。

3 猜想與假設(shè)的操作程序

猜想與假設(shè)是要按一定的思維程序才能完成的，但猜想與假設(shè)沒有固定不變的模式。下面幾個(gè)猜想與假設(shè)的例子，用于說明在教學(xué)中用到過的或可能用到的基本程序。要說明的是，這些程序不是一成不變的，猜想與假設(shè)的過程，應(yīng)該是十分靈活，思維充分發(fā)散的過程。

3．1 利用日常經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行猜想

學(xué)生在日常生活和學(xué)習(xí)中形成了大量的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，它們是學(xué)生進(jìn)行猜想的直接來源和素材，初中物理科學(xué)探究中十分常見的一種猜想方法其操作程序是：針對(duì)問題——運(yùn)用已有的經(jīng)驗(yàn)——提出猜想。其已有的經(jīng)驗(yàn)是指大腦中已有的知識(shí)、日常生活實(shí)例、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等。

例如，在重力勢能的大小與哪些因素有關(guān)的探究教學(xué)中，學(xué)生根據(jù)自己的日常經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)想到：從高處下落到地面的物體其破壞力要強(qiáng)些，重的物體比輕的物體下落到地面時(shí)危害大些。從而提出猜想：物體的重力勢能可能與物體的高度、重力或者質(zhì)量等因素有關(guān)。

同樣，在摩擦力與哪些因素有關(guān)的科學(xué)探究中，學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或事實(shí)想到：推一個(gè)重的物體比推一個(gè)輕的物體費(fèi)力得多；在光滑一些的表面上推物體容易些，推車比推箱子更容易（車是靠輪子滾動(dòng)的，而箱子是滑動(dòng)的）。從而會(huì)提出猜想：摩擦力的大小可能跟物體的重力有關(guān)；可能跟物體表面的光滑程度有關(guān)；還可能與物體的運(yùn)動(dòng)方式有關(guān)等。

3．2 運(yùn)用直覺思維進(jìn)行猜想

直覺思維是未經(jīng)逐步分析就迅速對(duì)問題答案做出合理的猜測、設(shè)想或突然領(lǐng)悟的思維，直覺思維猜想是以自己擁有的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，從整體上跳躍地、直接地、迅速地、抽象地把握事物本質(zhì)，提出猜想的過程。其操作程序是：針對(duì)問題——憑直覺去感受——提出猜想與假設(shè)。例如，在牛頓第一定律的探究教學(xué)中，師生一起做斜面實(shí)驗(yàn)，看到小車在三種表面上的不同運(yùn)動(dòng)情況。斜面越光滑，小車運(yùn)動(dòng)的就越遠(yuǎn)。學(xué)生憑直覺感覺到：若斜面非常光滑，則小車就會(huì)運(yùn)動(dòng)的非常遠(yuǎn)。從而提出猜想：運(yùn)動(dòng)物體在不受外力的情況下，可能會(huì)永遠(yuǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

在光的反射規(guī)律的實(shí)驗(yàn)探究中，教師演示光的反射現(xiàn)象，介紹反射角與入射角。提出問題：反射角與入射角的大小有什么關(guān)系？每個(gè)學(xué)生都會(huì)根據(jù)已有的不同經(jīng)驗(yàn)或當(dāng)時(shí)觀察到的現(xiàn)象憑直覺提出的各種猜想，如：反射角比入射角小些；反射角比入射角大些；反射角與入射角一樣大；有時(shí)候反射角大些，有時(shí)候反射角與入射角相等，有時(shí)候反射角小于入射角。（需要說明的是：教師在演示時(shí)，學(xué)生在不同的位置觀察到的入射角與反射角的大小是不同的。）3．3 運(yùn)用歸納法進(jìn)行猜想

學(xué)生對(duì)一些經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)進(jìn)行歸納、總結(jié)，得出物理現(xiàn)象和過程的結(jié)論的可能從而提出猜想。其操作程序是：針對(duì)提出的問題——對(duì)一些現(xiàn)象和事實(shí)進(jìn)行歸納--提出猜想與假設(shè)。

例如，人發(fā)出聲音時(shí)聲帶振動(dòng)；蜜蜂發(fā)出“嗡嗡”聲時(shí)翅膀在振動(dòng)；敲擊桌子時(shí)，桌子振動(dòng)發(fā)出聲音；撥琴時(shí)，琴弦振動(dòng)發(fā)出聲音……，學(xué)生通過對(duì)大量實(shí)例歸納提出猜想：聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的。

3．4 利用類比聯(lián)想進(jìn)行猜想

科學(xué)研究中，常用已知的現(xiàn)象和過程同未知的現(xiàn)象和過程相比較，找出它們的共同點(diǎn)、相似點(diǎn)或相聯(lián)系的地方，然后依此為根據(jù)推測未知的現(xiàn)象和過程的某些特性和規(guī)律。在探究教學(xué)中，可以通過聯(lián)想類比的方法提出猜想。其操作程序是：針對(duì)提出的問題——回憶或探討相似問題的結(jié)論——將這些結(jié)論與新問題進(jìn)行類比——提出猜想與假設(shè)。

例如，在探究串聯(lián)電路中電流的特點(diǎn)時(shí)，通過電流可以聯(lián)想到水流，引導(dǎo)學(xué)生把電路類比成管道，電流類比為水流，學(xué)生對(duì)水在管道中流動(dòng)的情況是熟悉的，從而提出串聯(lián)電路中各處電流都相等的猜想。

在探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素時(shí)，也會(huì)遇到同樣的情況。學(xué)生對(duì)這個(gè)問題的猜想也采用了類比推理的方法。學(xué)生認(rèn)為導(dǎo)體的電阻和導(dǎo)體的長度與粗細(xì)有關(guān)系，因?yàn)樗艿拇旨?xì)和長度會(huì)影響水流的大小。

在科學(xué)探究中還有很多提出猜想的方法，例如觀察分析法、反向思維法、溯因判斷法、因果判斷法、概括外推法等。這就需要教師在教學(xué)時(shí)根據(jù)探究內(nèi)容和學(xué)生的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)及客觀事實(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。

4 猜想與假設(shè)的能力評(píng)價(jià)

4．1 猜想與假設(shè)能力的三個(gè)要素

猜想與假設(shè)是學(xué)生根據(jù)已知事實(shí)材料和科學(xué)知識(shí)對(duì)所研究的問題做出的一種猜測性陳述。雖然學(xué)生的猜想與假設(shè)必須根據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，但學(xué)生要順利完成假設(shè)活動(dòng)必須擺脫已有理論定時(shí)和超越有限事實(shí)的束縛，充分發(fā)揮創(chuàng)造性和想象力。

學(xué)生對(duì)一個(gè)問題可以提出多種猜想與假設(shè)，學(xué)生猜想與假設(shè)的多樣性正好能說明學(xué)生思維的發(fā)散性和創(chuàng)造性，所以學(xué)生對(duì)一個(gè)問題能否提出與問題相關(guān)的多個(gè)猜想與假設(shè)應(yīng)是評(píng)價(jià)學(xué)生猜想與假設(shè)能力的一個(gè)重要因素。猜想與假設(shè)的主觀性并不意味著猜想與假設(shè)可以是毫無根據(jù)的猜測，猜想與假設(shè)雖然就其形式而言是超越事實(shí)的主觀創(chuàng)造，但就其內(nèi)容而言又必須符合已有的客觀事實(shí)，而不應(yīng)該與之相沖突。因此學(xué)生提出的猜想與假設(shè)必須是有充分理由的，從這方面來說，學(xué)生能夠說出猜想與假設(shè)的合理的理由應(yīng)該是學(xué)生猜想與假設(shè)能力的一個(gè)要素。有些學(xué)生能提出多種猜想與假設(shè)，也能夠說明理由，但是這些猜想與假設(shè)都沒有觸及問題的本質(zhì)，即不利于問題的解決；有些猜想與假設(shè)是在現(xiàn)有的條件下不能用邏輯或?qū)嶒?yàn)來檢驗(yàn)的，不符合可檢驗(yàn)的性質(zhì)，因此這些猜想與假設(shè)的質(zhì)量不高。所以，學(xué)生提出的猜想與假設(shè)的質(zhì)量也應(yīng)該是評(píng)價(jià)學(xué)生猜想與假設(shè)能力的一個(gè)要素。綜上所述，評(píng)價(jià)學(xué)生的猜想與假設(shè)能力的要素為：提出與問題相關(guān)猜想與假設(shè)的個(gè)數(shù)；說出猜想與假設(shè)合理的理由；猜想與假設(shè)的質(zhì)量。

4．2 猜想與假設(shè)能力PTA評(píng)價(jià)量表的制定

PTA評(píng)價(jià)量表本是美國教師沃爾弗德與安迪生以及她們的同事所倡導(dǎo)和開發(fā)的一種對(duì)于學(xué)生作業(yè)、尤其是開放性作業(yè)的評(píng)分工具，PTA量表法為評(píng)價(jià)學(xué)生的猜想與探究能力提供了很好的理論支持。我們把猜想與假設(shè)能力的三個(gè)要素作為一級(jí)指標(biāo)，并賦于它們相應(yīng)的權(quán)重，再給出相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)和具體的評(píng)分細(xì)則，由此可以制定以下表1物理猜想與假設(shè)能力的PTA評(píng)價(jià)量表。

4．3 猜想與假設(shè)能力評(píng)價(jià)的實(shí)例分析

為了更好地說明猜想與假設(shè)能力評(píng)價(jià)的操作過程，我們用上表對(duì)甲乙兩位同學(xué)的猜想與假設(shè)能力的評(píng)價(jià)舉一實(shí)例。題目：兩位同學(xué)一起做“浮力的大小與哪些因素有關(guān)？”的實(shí)驗(yàn)探究時(shí)，他們提出這樣的問題：浮力的大小可能跟哪些因素有關(guān)？甲、乙兩位同學(xué)分別做出了下面表2的假設(shè)。

對(duì)甲同學(xué)的評(píng)定：甲同學(xué)能根據(jù)問題情景提出三個(gè)與問題相關(guān)的假設(shè)，故第一項(xiàng)要素給3分；甲同學(xué)能說出所有假設(shè)的理由，這些理由符合事實(shí)，故第二項(xiàng)要素給3分；甲同學(xué)的三個(gè)假設(shè)都是對(duì)問題本質(zhì)的預(yù)測，并都能夠用實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)，故第三項(xiàng)要素給4分。甲同學(xué)綜合得分為10分，評(píng)定等級(jí)為A級(jí)，說明甲同學(xué)猜想與假設(shè)能力強(qiáng)。

對(duì)乙同學(xué)的評(píng)定：乙同學(xué)也能根據(jù)問題情景提出三個(gè)與問題相關(guān)的假設(shè)，故第一項(xiàng)要素給3分；乙同學(xué)假設(shè)1和假設(shè)3的理由不充分，假設(shè)1中學(xué)生把浮力的大小與合力相混淆，假設(shè)3中學(xué)生把輪船本身的體積誤認(rèn)為是浸入水中的體積，故第二項(xiàng)要素給1分；乙同學(xué)的三個(gè)假設(shè)只有假設(shè)2是問題本質(zhì)的預(yù)測，但所有假設(shè)都能夠用實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)，故第三項(xiàng)要素給3分。乙同學(xué)綜合得分為7分，等級(jí)評(píng)定C級(jí)，說明乙同學(xué)猜想與假設(shè)能力一般。

需要指出的是，這里的PTA評(píng)價(jià)量表并不是絕對(duì)的，對(duì)其中的各要素的權(quán)重和具體的評(píng)分細(xì)則還有待在實(shí)踐中進(jìn)一步修改與完善。

猜想與假設(shè)是科學(xué)探究中的重要環(huán)節(jié)，正是因?yàn)橛辛瞬孪肱c假設(shè)，才使科學(xué)探究的過程更加有懸念、有波瀾，才能讓學(xué)生真正感受到失敗的痛苦與成功的喜悅。通過探究科學(xué)性問題，考查學(xué)生提出猜想與假設(shè)的能力，能導(dǎo)向教學(xué)真正關(guān)注于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，使學(xué)生有機(jī)會(huì)體驗(yàn)真正意義上的科學(xué)探究，并從中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的、正確的情感、態(tài)度和價(jià)值觀。

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(欄目編輯張正嚴(yán))