猜想在物理教學(xué)中的運用

摘要：科學(xué)家G·波利亞曾說過，在科學(xué)研究中，猜想是合理的，是值得尊重的，是負(fù)責(zé)任的態(tài)度。物理猜想能縮短解決問題的時間；能獲得物理發(fā)現(xiàn)的機會；能鍛煉物理思維。本文通過論述說明在物理教學(xué)中，運用猜想可以營造學(xué)習(xí)氛圍，激起學(xué)生飽滿的熱情和積極的思維，培養(yǎng)學(xué)生克服困難的意志，使學(xué)生主動地參與物理知識探索的過程中。

關(guān)鍵詞：猜想；物理教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003－6148(2007)9(S)－0016－3

1“猜想”概述

1．1 什么是猜想

什么是猜想呢?猜想是根據(jù)已知的原理和事實，對未知的自然現(xiàn)象及其規(guī)律所作|出的一種假定性說明或假定性命題，猜想帶有一定的想象、推測成分，具有或然性；觀事實和科學(xué)理論進(jìn)行辨證思維的產(chǎn)物。物理猜想實際上是一種物理想象，是人的思維在探索物理規(guī)律、本質(zhì)時的一種策略，一種合理推理。在教學(xué)中教師指導(dǎo)學(xué)生收集相關(guān)信息，將已有的科學(xué)知識和研究的問題相聯(lián)系起來，通過積極思考和討論嘗試提出可檢驗的猜想。

1．2 猜想在科學(xué)探究中的重要性

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)”。可以說古今中外任何一個理論的產(chǎn)生都有其孕育的過程，任何一個科學(xué)學(xué)說的出現(xiàn)，都是從大膽的猜想開始。歷史上許許多多重要的物理發(fā)現(xiàn)都是經(jīng)過合理猜想這一非邏輯手段而得到的，例如，①盧瑟福和他的學(xué)生用a粒子轟擊原子的時候，發(fā)現(xiàn)大部分粒子被散射，而極少部分呈現(xiàn)大角度散射甚至180°散射，由此盧瑟福大膽提出猜想，原子的內(nèi)部不像湯姆生說的那樣。原子的大部分質(zhì)量可能集中在很小的核上，有了這樣的猜想之后，盧瑟福便提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，從而為原子核的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。②設(shè)想假如沒有麥克斯韋憑借非凡的直覺，大膽猜想，提出“旋渦電場”的假說，又哪里來的電磁理論呢?③若沒有愛因斯坦的大膽猜測，提出了“光在真空中無論對任何參考系的速度都不變，均為3×10⁴m/s”，又哪里來的相對論呢?等等?？傊?，科學(xué)史上提出猜想，探索研究發(fā)現(xiàn)真理的事例不勝枚舉。這充分說明猜想在科學(xué)探究中的重要性。

特別指出，學(xué)生猜想和發(fā)現(xiàn)的問題可能與正確的結(jié)果不一致，甚至差之千里或毫不相干，教師也不能嗤之以鼻，而要積極鼓勵學(xué)生的“異想天開”，至少要保護學(xué)生的這種“敢想”積極性。例如，有這么一道習(xí)題：在光滑絕緣的水平面上放著二個帶電小球A、B，其中A帶正電，B帶負(fù)電，相距為L，你有什么方法能使它們的距離保持不變?剛開始學(xué)生不大敢想。因為有的學(xué)生有惰性，懶得想f有的學(xué)生認(rèn)為自己想的肯定是錯的，不敢想，缺乏自信；有的則不知怎么想。這樣，教師可以用激將法刺激學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生去想，或講一種簡單的方案讓學(xué)生敢想。比如：為使兩球距離不變，可以用一根絕緣棒將這兩球頂住。這時，學(xué)生的思維一下子被打開了，沒想到這么簡單的方法也可以，學(xué)生就敢去想。有的學(xué)生會講用兩塊絕緣檔板檔住它們行不行?教師這時應(yīng)以喜悅的心情，非?？隙ǖ亟o予表揚，鼓勵以帶動其他學(xué)生的積極參與。并且教師通過與學(xué)生一起討論來探索不同的方法，如加一個勻強電場、引入第三個帶電粒子、施加外力使它們一起運動或使它們繞某一中心做圓周運動等等。要讓他們參與，在一種從頭到尾的參與過程中讓學(xué)生感受什么是猜想，只有通過直接經(jīng)歷，才容易理解猜想是怎么回事，才敢想。

所以課堂教學(xué)應(yīng)用多種手段和方法充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，允許學(xué)生“異想天開”，放開學(xué)生的思維“手腳”，解放頭腦，使學(xué)生能想到更多。

1．3 猜想的運用是落實新課標(biāo)要求的關(guān)鍵

新的課程標(biāo)準(zhǔn)和教材給我們帶來了教育改革更廣闊的空間，那么我們應(yīng)當(dāng)怎樣提升教學(xué)理念，采用什么樣的教學(xué)方式呢?這是擺在我們面前的一個重大課題。新課程標(biāo)準(zhǔn)與原教學(xué)大綱相比，很重要的不同點就是重視科學(xué)探究的教育作用，強調(diào)過程和方法的學(xué)習(xí)?？茖W(xué)探究的基本過程有提出問題、建立猜想和假設(shè)、制定計劃、獲取事實與證據(jù)、檢驗與評價、合作與交流。所以在高中物理教學(xué)中，不僅僅是把科學(xué)知識傳授給學(xué)生，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)物理知識的能力，使他們擁有敏捷的科學(xué)智慧，猜測和想象是科學(xué)智慧中最活躍的成分，對學(xué)生猜想能力的培養(yǎng)，是開展探究過程中的一個重要環(huán)節(jié)，也往往是教師在教學(xué)過程中較難把握的難點。在新的課程標(biāo)準(zhǔn)中，對科學(xué)探究能力猜想與假設(shè)環(huán)節(jié)有這樣的基本要求：嘗試根據(jù)經(jīng)驗和已有知識對問題的成因提出猜想，對探究的方向和可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果進(jìn)行推測與假設(shè)?？茖W(xué)猜想與假設(shè)在科學(xué)探究中有著重要地位，所以在高中教學(xué)中要重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)猜想的能力，是落實新課標(biāo)這一要求的關(guān)鍵。

筆者認(rèn)為，猜想在探究式教學(xué)過程中的運用起到關(guān)鍵的作用，猜想是探究的前提，沒有猜想的提出，探究成為無水之源，無本之木，就無所謂探究。因此，物理教學(xué)中運用猜想是教育發(fā)展的要求，也是促進(jìn)物理教育改革和發(fā)展的要求。

2 猜想在物理教學(xué)中的運用

2．1 猜想引入，魅力獨特

在眾多引入新知的方法中，以猜想方式引入，以它獨有的魅力，能很快地扣住學(xué)生的心弦，使其情緒高漲，思維活躍，產(chǎn)生良好的學(xué)習(xí)動機，從而步入學(xué)習(xí)的最佳境地。

如在“自感現(xiàn)象”教學(xué)引入中，先讓學(xué)生猜一猜，如圖1所示，當(dāng)電鍵S閉合和斷開時人會有什么感覺?邊觀察電路結(jié)構(gòu)，邊猜想討論。

教師讓一位勇敢的學(xué)生來親自體驗一下感覺。這位學(xué)生的表情就會告訴全體學(xué)生他們的猜想是否正確。(可能猜想是，在S閉合瞬間沒有感覺；在S斷開瞬間時，人會有強烈的電擊感。)

再次讓學(xué)生猜想，如圖2所示，當(dāng)電鍵S閉合和斷開時人會有什么感受?由于第一次的“電擊”這次需要學(xué)生更大的勇氣體驗，可是結(jié)果又“出乎意料”，產(chǎn)生懸念，維持了學(xué)習(xí)動機的強度。

教師在演示如圖3所示的自感現(xiàn)象實驗之前，進(jìn)一步讓學(xué)生猜想，當(dāng)電鍵S閉合和斷開時可能發(fā)生的現(xiàn)象。

現(xiàn)在我們就來探討解決這個問題。這樣通過猜想，使學(xué)生明白“都是線圈惹的禍”，初步勾勒出新知識的輪廓，從整體上了解所學(xué)的內(nèi)容，啟動了學(xué)生思維的閘門，使其思維處于亢奮狀態(tài)，帶著好奇進(jìn)入新知識的學(xué)習(xí)中。

2．2 猜想催化，激發(fā)思維

在學(xué)生學(xué)習(xí)物理新知識過程中，加入“猜想”這一催化劑，可以促進(jìn)學(xué)生多角度思維，加快大腦中表象形成的速度，從而抓住事物的本質(zhì)特征，得出結(jié)論。

如在單擺周期公式教學(xué)中，教師在導(dǎo)出單擺回復(fù)力公式F_回=-mg/lx后，不是立即通過實驗來探討周期公式，而是提出問題：對照回復(fù)力公式猜想一下，單擺的周期可能與哪些因素有關(guān)?當(dāng)學(xué)生通過相互之間的討論，確定影響周期T的四個可能因素：①振幅A。②擺球的質(zhì)量m。③擺長L。④重力加速度g。

接著，教師出示實驗器材：鐵架臺及配件、細(xì)長橫桿、擺球(不同質(zhì)量若干個)、不易伸長的細(xì)線若干。提出問題；為了檢驗上述猜想是否正確，我們能否設(shè)計實驗來加以驗證?不同的學(xué)生設(shè)想出不同的實驗方案，很快得出以下較好實驗方案，如圖4所示。采取控制變量法和比較法，得出周期T與A、m、L的相關(guān)性。但是，如何改變重力加速度g，學(xué)生可能做出各種猜想，上高山做實驗、到不同緯度的地區(qū)做實驗……但是都不現(xiàn)實。學(xué)生感到茫然，這時教師出示一塊截面較大的磁鐵組。問：你能用它來等效改變重力加速度g大小嗎?這一啟發(fā)使不少學(xué)生茅塞頓開，立即想到在鐵質(zhì)擺球的一個下面擺放磁鐵組，等效增大地球?qū)[球的吸引力。如圖5所示。

學(xué)生通過自己猜想、修正、確定實驗的方案，既激發(fā)了學(xué)生的參與意識，又滿足了學(xué)生的探究欲望和成就感，有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理思維和科學(xué)探究方法。

2．3 猜想條件，構(gòu)建知識

充分發(fā)揮學(xué)生的潛在能力是當(dāng)今素質(zhì)教育研究的重點。因此，教師要采取多種手段激活學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，疏通學(xué)生潛能涌動的通道，以求迸發(fā)出智慧的火花。要想實現(xiàn)這一目標(biāo)，教師可以充分利用猜想，在有利于發(fā)揮學(xué)生的潛能的最佳環(huán)節(jié)之一——知識鞏固階段，調(diào)動學(xué)生頭腦中已有的物理信息(概念、性質(zhì))，并對之進(jìn)行遷移和重組，開拓新思路，從而達(dá)到構(gòu)建知識體系的目的。

如筆者經(jīng)常設(shè)計一些情境活潑的、條件自定的開放題，引導(dǎo)學(xué)生猜想，有這樣一道題：如圖6，假如我們用一根鋼索的拉力替代地球和月球之間的萬有引力，若鋼索的拉力強度p=5×10⁸N/m²，則你認(rèn)為這條鋼索橫截面積該多大?你猜想老師可能給你的解決問題的條件有哪些?如何解決?

大部分學(xué)生猜想，若已知m_月=7.4×10²²kg，m_地=6.0×10²⁴kg，r_地-月=3.8×10⁸m，G=6.67×10^-11Nm²/kg²求出萬有引力大小，就可以解決該問題。有少數(shù)學(xué)生說：只要已知地球表面重力加速度g、m_月、r_地-月、R_地地也可以求出；也有學(xué)生指出若知道m(xù)_月、r_地-月、T_月即可；也有……。這種讓學(xué)生猜想解題條件，表達(dá)自己的解決方案充分展示了學(xué)生無法估量的創(chuàng)造潛能。對他猜想的構(gòu)思、生成過程就是知識的構(gòu)建過程，把不同的條件猜想展現(xiàn)在學(xué)生面前，就是把整體的單元知識結(jié)構(gòu)、概念之間的內(nèi)在聯(lián)系等知識網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)在學(xué)生面前。當(dāng)學(xué)生通過自己設(shè)計的條件(如月球的質(zhì)量m_月＝77.4×10²²kg；地球的質(zhì)量m_地=6.0×10²⁴kg；r_地-月=3.8×10⁸m；萬有引力恒量G=6.67×10^-11Nm²/kg²)解答鋼索的橫截面積：

這條鋼索的橫截面積大約40×10⁴km²。(浙江省面積約10×10⁴km²)這時候，猜想就成為一種樂趣。

利用猜想件比單純?nèi)ソ獯鹨粋€教師事先設(shè)計好答案的計算題，更加能使不同學(xué)生按自己的水平構(gòu)建知識，體現(xiàn)學(xué)習(xí)的自主性和協(xié)作性?？梢?，老師在知識鞏固階段利用猜想，為學(xué)生創(chuàng)造了更多的自主思考機會，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，發(fā)展了學(xué)生的潛在能力，使學(xué)生在認(rèn)識所學(xué)知識、理解所學(xué)知識的同時，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，更好地應(yīng)用所學(xué)的新知識。

3 運用猜想應(yīng)注意的問題

3．1 恰當(dāng)處理誘導(dǎo)點撥和思維定勢

恰當(dāng)處理對猜想的誘導(dǎo)點撥與形成學(xué)生思維定勢的關(guān)系。我們在運用猜想進(jìn)行物理教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對猜想情景提供的信息不能抓住主要矛盾，而是漫無邊際地，甚至胡思亂想。這就要求教師在創(chuàng)設(shè)猜想情景時輔以恰如其分的啟發(fā)誘導(dǎo)，循序善誘但又不能點撥過多，以免束縛了學(xué)生的思維空間，造成思維定勢。

教師要注意不斷提高猜想題目的設(shè)置和猜想思維方向的總結(jié)．特別是對學(xué)生中創(chuàng)新猜想思維的記載，以便提高以后工作的效率和質(zhì)量。

3．2 要讓學(xué)生學(xué)會正確的猜想方法

科學(xué)猜想是研究自然科學(xué)中廣泛應(yīng)用的思想方法，它不同于無根據(jù)的幻想，而有它的客觀根據(jù)，它是科學(xué)性和假定性的辨證統(tǒng)一。這就是說；它是根據(jù)學(xué)生已知的科學(xué)原理和科學(xué)事實，對未知的自然現(xiàn)象及規(guī)律所作出的一種假定性的說明或假定性命題。應(yīng)該指出，這樣的假定性命題是否正確，尚需通過實驗和理論驗證。

記得美國有一句名言：“You hear，youforget；You see，you remember；You do’youlearn”，這正是布魯納“做中學(xué)、玩中學(xué)”所提倡的。我們應(yīng)該引導(dǎo)每一個學(xué)生大膽地“have atry”，盡可能讓學(xué)生去猜想，讓學(xué)生體會學(xué)習(xí)的快樂。作為老師，盡量要多動腦筋，多創(chuàng)造機會，不斷激勵學(xué)生通過觀察、比較、實驗、歸納、類比等手段提出種種猜想，使學(xué)生逐步學(xué)會運用猜想的方法解決問題，要讓學(xué)生善于模仿科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)的探究。探究的過程應(yīng)當(dāng)有懸念，有波瀾，要讓學(xué)生感受到成功的喜悅與失敗的痛苦，并從中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的、正確的情感、態(tài)度和價值觀，還要在猜想的同時發(fā)動學(xué)生進(jìn)行交流、討論，培養(yǎng)發(fā)散性思維。

(欄目編輯 趙保鋼)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。