首页 -> 2008年第12期

新课标下物理教学中的科学猜想

作者：田丽杰

　　科学素养是现代公民必备的一项基本素质，全面提高中学生的科学素养，是新一轮国家基础教育课程改革的一个重要而具体的目标。科学方法是科学素养中的要素之一，而且是获得知识的重要手段。中学生掌握了科学方法就能更快地获得科学知识，更透彻地理解科学过程；同时，中学生一旦将科学方法内化为自己的思维和行为方式，其能力水平就会大大提高。中学生对科学过程和方法的理解水平能够反映中学生的科学能力，能够更深一步揭示其科学素养。科学猜想是科学研究的重要方法和环节，也是对中学生进行科学素养培养的重要方面。课堂上学生的猜想过程大都是由教师激发而产生的，并由教师适当引导其猜想的方向。那么，在物理教学中如何引导学生进行科学猜想?如何使学生猜想的内容更接近于实际呢?
　　
　　1.直觉猜想
　　
　　直觉猜想是指人脑不必借助于逻辑推理只是综合运用已有知识、表象和经验知觉，以及洞察事物的能力，并迅速做出的一种猜想。物理学上许多重大的突破，往往是通过“猜测——实验”来实现的，在这个过程中，直觉猜想起着先导作用。例如伽利略发现单摆定律，他的结论是相当精确的，但并非是完全逻辑推理的结果，而是直觉猜想起到了重要的作用。正如爱因斯坦所说：
　　“没有合乎逻辑的方法能导致这些基本定律的发现，有的只是直觉的方法，辅之以对现象背后的规律有一种爱好。”因此，在教学中教师要重视引导学生的直觉猜想。如在“探究影响单摆振动周期的因素”时，首先让学生大胆去猜想单摆振动周期是由哪些因素决定的。他们猜想出：与摆球的质量有关，质量越大，周期越长；与摆长有关，摆长越长，周期越长；与摆角有关，摆角越大，周期越长；与振幅有关，振幅越大，周期越长；与重力有关，重力越大，周期越长；与重力加速度有关，重力加速度越大，周期越短。当然还有的学生猜想出与上述结论是相反的。那么，哪些猜想是正确的?哪些是错误的?我们还要经过科学实验的验证。由于直觉猜想具有随机性和偶然性，无论猜测的结果正确与否，都要鼓励学生进行大胆猜测，如果猜对了，应当加以肯定；如果猜错了，也应当引导、启发，切不可训斥，打击学生的积极性。只有这样，才能不断提高学生的直觉思维能力。
　　
　　2.联想猜想
　　
　　联想猜想是人们依据对事物或生活记忆的许多片段，通过联想形式衔接起来，而引发出的或转换成的一种新想法。例如在讲解“万有引力定律”时，在课程开始时可以用多媒体播放人类从古代到现代关于宇宙奥秘的探索，播放古代传说嫦娥奔月、万户飞天、加加林第一个进入太空、阿波罗登月以及中国神舟五号、神舟六号和神舟七号载人航天、嫦娥一号的相关图片和视频，引发学生进一步去猜想太阳系的各行星围绕太阳运动时，各自的轨道是否基本设定?遵循什么运动规律?能否脱离太阳?能否坠向太阳?还有的学生提出这样的猜想：行星绕太阳运动时非圆轨道，而且行星绕太阳运动时受到来自太阳类似于磁力作用，这就是非常有创新的猜想。事实上，物理学中有很多知识是来源于生活，应用于生活的，所以学生最容易引起联想猜想。在学生猜想的过程中，教师要注意适当给予引导，让学生的猜想目标明确，集中而有效。
　　
　　3.类比猜想
　　
　　类比猜想是以比较为基础的猜想。物理教学中引导学生通过类比，对新旧知识进行同中求异、异中求同的比较，进而提出猜想。例如在“探究弹性势能的表达式”时，可以类比重力势能。在探究的过程中，逐步引导学生进行猜想：弹性势能的表达式可能与哪几个物理量有关?重力势能与物体被举高的高度h有关，所以弹性势能很可能与弹簧被拉伸的长度l有关。有什么样的关系?重力势能E_p与高度h成正比例，对于弹性势能，尽管也会是拉伸的长度越大，弹簧的弹性势能也越大，会是正比关系吗?还有，不同弹簧的“软硬”并不一样，即劲度系数k不一样，这一点是否能在弹性势能的表达式中反映出来呢?虽然以上的猜想并不能准确地告诉我们弹性势能的表达式，但是，我们在教学中不断地引导学生大胆去类比猜想，不但能够激发学生的想像力，而且会促使学生从整体出发产生接近于正确的猜想。
　　
　　4.推理猜想
　　
　　推理猜想就是从已有的知识或经验出发，对研究对象的各种因素进行分析，经过一系列的思维推理过程，提出对问题的可能性解释。例如在讲解“滑动摩擦力”时，教师在教学中首先可以采取引导学生根据日常生活中的一些实例，大胆去猜想：滑动摩擦力的大小与哪些因素有关以及理由是什么?学生提出了各种猜想：与物体对接触面的压力有关，与接触面的材料有关，与两接触面积有关，与物体运动快慢有关，与温度有关，与湿度有关……为了验证猜想与推理的正确性，在教学中采取控制变量法进行探究性实验。学生通过探究性实验、相互交流以及展示自己的实验结果，他们发现滑动摩擦力的大小只与物体对接触面的正压力和接触材料有关，而与其他因素无关。然后由教师进行严密的推理以及总结科学家大量的研究结果：滑动摩擦力的大小跟压力成正比，还跟接触面的性质有关，可以用公式f=uN来表示，u叫做动摩擦因数，u值与接触面的材料有关，也与接触面的粗糙程度有关。在运用推理猜想时，我们要注意教会学生猜想的方法，不仅让学生能作出猜想，还要让学生明白为什么这样猜想。
　　
　　5.因果猜想
　　
　　因果猜想就是以果寻因，是从结果或现象开始，去猜想产生这一结果或现象的原因或条件的一种思维方法。例如，在“电磁振荡的实验与探究”的过程中，教师可以首先在实验台上进行演示，当把电路中的单刀双掷开关掷向电池组给电容器充电结束后，让学生观察，当把电路中的单刀双掷开关掷向电感线圈时，电路中的灵敏电流计指针的偏转情况。他们发现灵敏电流计的指针左右摆动，而且振幅逐渐减小，最后指针停在零点位置。此时，引导学生进行分析猜想，这可能与电路中的电感线圈有关，那么这个电感线圈是怎样使电路中的电流不断发生变化的呢?从而一步步引导学生作出各种合理的猜想，并通过分组实验进行验证他们自己的猜想结果。这种以果寻因的猜想，在物理学的发展中有着重要的意义，对培养学生的分析归纳能力也是非常重要的。
　　
　　6.综合猜想
　　
　　实际上，要对一个问题提出合理的猜想，仅靠一种方法是不够的，往往需要综合多种方法，从不同的角度进行猜想。在学生的猜想过程中，教师要强调“猜想依据是什么?”“你的猜想方法是什么?”正因为如此，才会出现各种猜想结论，这不仅提高了学生的理论基础，而且也提高了能力。
　　牛顿说过：“没有大胆的猜想，就不可能有伟大的发现。”而且猜想作为科学探究中的第二个要素，是探究获得结论的前提。因此，在物理教学中，教师有目的、有计划地恰当引导学生进行科学猜想，对于探索物理规律，培养学生的想象能力和分析归纳能力，是有很大的积极意义的。