物理教學(xué)中學(xué)生科學(xué)猜想能力培養(yǎng)

馬云霞

摘要：本文簡(jiǎn)單闡述了物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)猜想能力的意義，著重探討如何培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)猜想能力，且結(jié)合教學(xué)中具體實(shí)例和實(shí)踐進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：科學(xué)猜想；猜想能力；猜想環(huán)境；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003—6148（2012）8（S）—0022—3

高中物理課程旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力?？茖W(xué)猜想作為科學(xué)探究活動(dòng)中非常重要的一環(huán)。為科學(xué)探究指明了方向，是創(chuàng)造性思維中最活躍的因素。因此，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)猜想的能力是高中物理教學(xué)中非常重要的任務(wù)。

1 科學(xué)猜想在物理教學(xué)中的意義

1.1科學(xué)猜想的巨大力量

牛頓曾經(jīng)說過：“沒有大膽的猜想，就不可能有偉大的發(fā)現(xiàn)”。許許多多事實(shí)證明在發(fā)現(xiàn)真理的過程中，猜想與假設(shè)具有舉足輕重的作用。譬如，伽利略在對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)研究過程中大膽猜想落體運(yùn)動(dòng)一定是一種最簡(jiǎn)單的變速運(yùn)動(dòng)，速度應(yīng)該是均勻變化的；法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象也是建立在他關(guān)于磁能生電的猜想基礎(chǔ)之上：赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波也是受到麥克斯韋對(duì)電磁波預(yù)言的影響；如果沒有愛因斯坦關(guān)于光速不變?cè)淼拇竽懖孪?，又哪來相?duì)論呢？可見，猜想是偉大發(fā)現(xiàn)的必要前提。

1.2培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)猜想能力的意義

德國教育家勞斯多指出：“一個(gè)壞的教師奉送真理，一個(gè)好的教師則教人發(fā)現(xiàn)真理?！毙抡n程改革旨在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與能力，沒有猜想，何來創(chuàng)新。因此，在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生猜想能力具有重要的意義。（1）可以激發(fā)學(xué)生對(duì)所探究問題的興趣，促進(jìn)學(xué)生產(chǎn)生進(jìn)一步探究的欲望。（2）可以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展和科學(xué)精神的培養(yǎng)，提高他們的聯(lián)想能力、想象力和創(chuàng)新能力。（3）進(jìn)一步幫助學(xué)生明確探究物理問題的方向性，使他們比較順利的得出科學(xué)結(jié)論，總結(jié)物理規(guī)律。（4）通過科學(xué)猜想、理論分析或驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)探究或驗(yàn)證等探究過程的體驗(yàn)，使學(xué)生領(lǐng)會(huì)科學(xué)研究的基本方法，從中學(xué)會(huì)探索知識(shí)的方法。

2 如何培養(yǎng)學(xué)生猜想能力

2.1教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)一個(gè)良好的猜想環(huán)境

（1）營造民主、和諧、自由的課堂氛圍。沒有民主，就沒有自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，沒有自由，就沒有活躍的思維可言。教師要彎下身來傾聽學(xué)生的聲音，師生共同創(chuàng)造一個(gè)平等、民主、和諧、寬容的學(xué)習(xí)氛圍，使課堂充滿生命力，學(xué)生在無拘無束的環(huán)境中，才能自由地表達(dá)想法，激發(fā)猜想與假設(shè)的靈感。學(xué)生的猜想往往是異想天開的，教師要不怕學(xué)生猜錯(cuò)，更不能從言行上傷害他們的自尊，挫傷其積極性，應(yīng)給予肯定和鼓勵(lì)。學(xué)生猜錯(cuò)了教師也不必急著去糾正或證明，而是通過實(shí)驗(yàn)探究和理論探究讓學(xué)生自己認(rèn)識(shí)到問題所在。例如，在“楞次定律”教學(xué)中，筆者以鋁環(huán)實(shí)驗(yàn)引入。讓磁體的N極靠近閉合的鋁環(huán)，發(fā)現(xiàn)鋁環(huán)向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這是為什么呢？學(xué)生很容易猜想到鋁環(huán)也具有磁性，同性相斥。讓磁體的N極去靠近有缺口的鋁環(huán)，鋁環(huán)卻沒有動(dòng)。這時(shí)鋁環(huán)具有磁性的想法不攻自破，雖然學(xué)生疑惑重重，但至少都能猜想到應(yīng)與鋁環(huán)的閉合與否有關(guān)。讓磁體的S極去靠近閉合的鋁環(huán)，又會(huì)怎樣呢？學(xué)生會(huì)不假思索的認(rèn)為鋁環(huán)會(huì)靠近S極。實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻與學(xué)生的猜想大相徑庭。盡管在幾次問題上學(xué)生都猜想錯(cuò)了，但正是這種強(qiáng)烈的反差，學(xué)生一探究竟的情緒高漲，思維更加活躍。

（2）創(chuàng)設(shè)合理物理情境，誘發(fā)學(xué)生合理猜想。猜想，不是天馬行空的想象，它是在已有知識(shí)和事實(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)未知的事物及其規(guī)律作出某種假定性的推測(cè)和解釋。猜想也并非憑空的胡思亂想，建構(gòu)主義理論認(rèn)為，知識(shí)的意義總是存在于情境之中。物理探究過程中要重視情境的創(chuàng)設(shè)，引起學(xué)生的好奇心和求知欲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究的欲望，打開學(xué)生猜想的空間。例如，在進(jìn)行探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式教學(xué)過程中，我設(shè)計(jì)了橡皮筋彈射紙片的實(shí)驗(yàn)情境。用一根橡皮筋拉長(zhǎng)不同的長(zhǎng)度，紙片飛出去的距離不同；用不同根數(shù)的橡皮筋，紙片飛出去的距離也不同。這樣貼近學(xué)生生活的物理情境，不僅使得學(xué)生參與的熱情高漲，而且激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望，適時(shí)提出“彈性勢(shì)能與哪些因素有關(guān)”的問題。學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析不難猜想到彈性勢(shì)能很可能與彈簧的形變量及彈簧的“軟硬”即勁度系數(shù)有關(guān)。教師在創(chuàng)設(shè)物理情境時(shí)，注意要目的明確，這樣才能給學(xué)生的猜想有了較為明確的方向，不至于胡亂猜測(cè)。

2.2教師要適時(shí)提供學(xué)生猜想的機(jī)會(huì)

科學(xué)猜想不是一個(gè)孤立的環(huán)節(jié)，也不是非有不可的教學(xué)環(huán)節(jié)，如果教師隨意一句“你們不妨猜想一下”，在沒有必要猜想的地方讓學(xué)生猜想，反而打擊學(xué)生的積極性。教師在這個(gè)環(huán)節(jié)上不必過分牽強(qiáng)，要恰到好處的提供可猜想的機(jī)會(huì)，要使學(xué)生體會(huì)到有猜想的價(jià)值，通過對(duì)猜想的科學(xué)檢驗(yàn)解決他原本存在的疑惑，提升他思維能力。

（1）對(duì)物理現(xiàn)象本質(zhì)原因的猜想。物理教學(xué)往往從物理現(xiàn)象出發(fā)，層層深入，抽絲剝繭，探究物理現(xiàn)象背后的本質(zhì)原因，完成對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)過程。例如，在“布朗運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)中，布朗對(duì)花粉微粒無規(guī)則運(yùn)動(dòng)原因的科學(xué)猜想以及探究過程本身就是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的典型素材。布朗運(yùn)動(dòng)不是生命現(xiàn)象，那么是什么原因致使花粉微粒做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)呢？教師適時(shí)提出該問題，引起學(xué)生興趣，激發(fā)其積極猜想。學(xué)生猜想到可能跟液體有關(guān)。是液體的流動(dòng)引起的嗎？繼續(xù)提問。學(xué)生很快否定。教師繼續(xù)引導(dǎo)：液體分子做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，會(huì)不會(huì)跟這個(gè)有關(guān)呢？學(xué)生開始大膽猜想：花粉微粒受到液體分子的撞擊，如果各個(gè)方向的撞擊力無法抵消的話，微粒就會(huì)受到力的作用，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，由于液體分子的運(yùn)動(dòng)無規(guī)則性，所以微粒運(yùn)動(dòng)也無規(guī)則。教師肯定學(xué)生的分析與猜想，并進(jìn)一步引導(dǎo)：布朗運(yùn)動(dòng)的劇烈程度會(huì)與什么因素有關(guān)呢？學(xué)生不難分析出與微粒大小和液體溫度有關(guān)。

（2）對(duì)探究結(jié)果可能性的猜想。通過科學(xué)探究獲得第一手?jǐn)?shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)不是探究過程的完結(jié)，數(shù)據(jù)中隱藏的規(guī)律有時(shí)并非一眼就能看穿。比如，探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中獲得6組a與小車質(zhì)量m的數(shù)據(jù)，m越大，a越小。教師這時(shí)可以鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)a與m的關(guān)系做出猜想。學(xué)生猜想有多種可能性：a與m成反比：a與m²。成反比；甚至a與m³成反比，等等。接著提問：如何直觀反映兩者的關(guān)系，從而判斷你的假設(shè)是否成立？通過學(xué)生分組作圖像進(jìn)行對(duì)比分析，最終獲得在力一定的情況下，加速度與物體質(zhì)量成反比的結(jié)論。在物理教學(xué)中，諸如此類的地方還有多處，如在“探究求合力方法”實(shí)驗(yàn)、“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)、“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)等探究性實(shí)驗(yàn)中，教師抓住這些寶貴的機(jī)會(huì)，精心設(shè)計(jì)，提供學(xué)生猜想的廣闊空間。體會(huì)科學(xué)探究的樂趣，提高自身科學(xué)探究的素質(zhì)。

2.3教師要讓學(xué)生學(xué)會(huì)猜想的方法

（1）運(yùn)用生活經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)推理猜想。愛岡斯坦這樣贊美伽利略：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端?！辟だ詫?duì)物理規(guī)律的研究中，無處不閃爍著猜想與假設(shè)、邏輯推理的思想光芒。諸如對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的研究，伽利略注意到當(dāng)一個(gè)球沿斜面向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度增大，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度減小，由此猜想：當(dāng)球沿水平面運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度應(yīng)該不增不減。從這一點(diǎn)出發(fā)，他設(shè)計(jì)了著名的“理想實(shí)驗(yàn)”，揭示了力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。為物理學(xué)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）運(yùn)用直覺思維進(jìn)行猜想。愛因斯坦在談他創(chuàng)立“相對(duì)論”時(shí)說：“要通向這些定律。并沒有邏輯的道路，只有通過那種對(duì)經(jīng)驗(yàn)共鳴的理解為依據(jù)的直覺，才能得到這些定律?！敝庇X思維新穎性、創(chuàng)造性的特點(diǎn)促進(jìn)了新理論的提出，為科學(xué)作出重大突破。直覺思維是直接領(lǐng)悟的思維，是人腦對(duì)突然出現(xiàn)在面前的新事物、新現(xiàn)象、新問題及其關(guān)系的一種迅速識(shí)別、敏銳而深入的洞察、直接的本質(zhì)理解和綜合的整體判斷。直覺思維跨越性、猜測(cè)性的特點(diǎn)，使學(xué)生不經(jīng)過詳細(xì)的邏輯推理和精細(xì)的演算步驟，運(yùn)用了“跳躍式”的形式提出假設(shè)。例如在講《自由落體運(yùn)動(dòng)》時(shí)，把一張紙片和一塊文具橡皮同時(shí)釋放下落，文具橡皮下落的快；再把紙片捏成一個(gè)很緊的小紙團(tuán)，和橡皮同時(shí)釋放，發(fā)現(xiàn)兩者幾乎一樣快。為什么會(huì)有這個(gè)現(xiàn)象呢？直覺告訴學(xué)生是空氣阻力的影響。事實(shí)是這樣嗎？再做牛頓管實(shí)驗(yàn)：讓小羽毛、金屬片從同一高度同時(shí)釋放，觀察到金屬片先到達(dá)管的底部；如果抽去管中的空氣，仍從同一高度同時(shí)釋放，結(jié)果截然不同，幾乎同時(shí)到達(dá)管底。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠大膽推測(cè)一下：在沒有空氣阻力的環(huán)境下，任何質(zhì)量的物體在同一地點(diǎn)靜止釋放，運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)是一樣。

（3）運(yùn)用類比的方法猜想。事物之間以及事物規(guī)律之間客觀存在著某種相似性，人們有意識(shí)或無意地將新和舊對(duì)比較分析，找出它們之問的相似性，往往也就找到研究新事物或者新規(guī)律的途徑與方法。物理學(xué)中很多規(guī)律之間存在相似性和對(duì)稱性，所以物理教學(xué)過程中類比的思想無處不在。比如，在磁感應(yīng)強(qiáng)度的探究教學(xué)中，可以類比電場(chǎng)強(qiáng)度。教師可以先比較磁場(chǎng)和電場(chǎng)類似之處：電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用，磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁體、通電導(dǎo)線也有力的作用。研究電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，我們引人一個(gè)檢驗(yàn)電荷，用檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力與其電量的比值定義電場(chǎng)強(qiáng)度，那么你能想到探究磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法嗎？有的學(xué)生說在磁場(chǎng)中放入一個(gè)磁體，有學(xué)生說放入通電導(dǎo)線，通過對(duì)比選擇通電導(dǎo)線較為合適。放人怎樣的通電導(dǎo)線呢？長(zhǎng)一點(diǎn)行不行？會(huì)帶來什么問題？學(xué)生陷入思考。通過師生共同分析，找到問題所在：探究某一位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度就要知道這一位置的通電導(dǎo)線的受力，長(zhǎng)導(dǎo)線顯然不行。學(xué)生大膽猜測(cè)：通電導(dǎo)線要充分短?？墒乾F(xiàn)實(shí)嗎？不現(xiàn)實(shí)，怎么辦？學(xué)生繼續(xù)猜想：如果是勻強(qiáng)磁場(chǎng)就不存在這個(gè)問題。那么通電導(dǎo)線受力會(huì)與哪些因素有關(guān)呢？學(xué)生不難想到：可能與磁感應(yīng)強(qiáng)度、導(dǎo)線長(zhǎng)度、電流大小等因素有關(guān)。你能大膽推測(cè)F，I、L、B定量關(guān)系嗎？你能類比電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，推測(cè)一下磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式嗎？繼續(xù)類比，磁感應(yīng)強(qiáng)度與F成正比、與IL的乘機(jī)成反比嗎？這樣的引導(dǎo)可以讓學(xué)生把陌生的對(duì)象和熟悉的對(duì)象進(jìn)行對(duì)比分析，從而學(xué)會(huì)類比法，并進(jìn)行科學(xué)的猜想。

當(dāng)然，在物理教學(xué)中注重學(xué)生科學(xué)猜想能力的培養(yǎng)，并非意味著削弱邏輯思維的作用，事實(shí)上兩者是辯證統(tǒng)一、相互補(bǔ)充、共同發(fā)展的。猜想雖然確定科學(xué)探究的方向，但其本身并不具備論證的力量，所有物理問題的真正解決，必須依賴邏輯方法對(duì)猜想結(jié)果的論證推導(dǎo)，才能完成物理思維從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍。

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（欄目編輯 黃懋恩）