在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力

李田甜

摘 要：“科學(xué)探究”是高中物理新課程的最大亮點(diǎn)，也是課堂教學(xué)的難點(diǎn)。它難在學(xué)生在探究之前對(duì)結(jié)果一無(wú)所知，必須先進(jìn)行猜想，然后才能實(shí)驗(yàn)。猜想是從已知世界走向未知世界的第一步，本文主要談?wù)勅绾卧谡n堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力，讓學(xué)生邁出科學(xué)探究的第一步。

關(guān)鍵詞：課堂教學(xué)；培養(yǎng)；猜想能力；探究

一、由一個(gè)教學(xué)案例引發(fā)的思考

案例 粵教版《高中物理必修1》第三章第三節(jié)力的等效與替代這一部分內(nèi)容中，有一個(gè)尋找等效力的實(shí)驗(yàn)與探究活動(dòng)。該教材介紹的主要探究步驟如下：①分別用兩個(gè)大小相等的力和一個(gè)力將結(jié)點(diǎn)拉至同一個(gè)位置；②用力的圖示法作出這三個(gè)力的圖示，如圖1所示（教材原圖）；③學(xué)生猜想：這三個(gè)力滿足什么樣的幾何關(guān)系？

顯然，教材改變了老師講規(guī)律、學(xué)生做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，而是采用探究式教學(xué)的新方法，力圖給學(xué)生更多的思考空間，讓學(xué)生提出分力與合力之間滿足平行四邊形關(guān)系的猜想。可是，由于學(xué)生缺少可供參考的經(jīng)驗(yàn)和借助遷移的知識(shí)（矢量的性質(zhì)，合成與分解的方法還未學(xué)），僅從三個(gè)力的圖示出發(fā)，很難提出這一猜想?？紤]到這一點(diǎn)，圖1中作出了兩條輔助線，并且提問(wèn)：這三個(gè)力滿足什么樣的“幾何”關(guān)系？這一處理實(shí)際上已將平行四邊形關(guān)系告知學(xué)生，把原來(lái)開(kāi)辟給學(xué)生的思考的空間封閉了。

筆者在課堂教學(xué)中嘗試了這樣的處理，即在上述探究過(guò)程之前加上如下三步驟：①教師演示：在兩根細(xì)繩上分別掛上3只鉤碼和4只鉤碼，沿兩個(gè)互相垂直的方向繞過(guò)滑輪A、B，共同牽引橡皮筋，將結(jié)點(diǎn)拉至O。再用一根細(xì)繩掛上5只鉤碼繞過(guò)滑輪C牽引橡皮筋，也將結(jié)點(diǎn)拉至O（三個(gè)滑輪的位置必須事先定好，如圖2所示）；②學(xué)生猜想：兩個(gè)共點(diǎn)力合成時(shí)，合力與分力之間可能有什么關(guān)系呢？③學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明這一猜想。

這樣處理的特點(diǎn)是，教師并沒(méi)有將平行四邊形的關(guān)系直接告訴學(xué)生，而是演示了一種力的合成時(shí)的特例，即三個(gè)力大小比為3：4：5的關(guān)系。學(xué)生根據(jù)3：4：5的數(shù)據(jù)關(guān)系和已學(xué)的勾股定理，不難得到如下猜想：互成直角的兩個(gè)分力合成時(shí)，其合力可以用以兩分力為鄰邊構(gòu)成的矩形的對(duì)角線來(lái)表示。這樣，教師通過(guò)特例的演示就將學(xué)生的思路引到平行四邊形的幾何關(guān)系上來(lái)了。

課后反思時(shí)，筆者不禁思考了這個(gè)問(wèn)題：如何才能在課堂教學(xué)中作出最佳的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力呢？

二、猜想能力的含義

猜想是科學(xué)工作者思維的一種形式，是根據(jù)已知事實(shí)材料和科學(xué)知識(shí)對(duì)所研究的問(wèn)題作出的一種猜測(cè)性陳述，對(duì)問(wèn)題中事物的因果性、規(guī)律性作出假定性的解釋。簡(jiǎn)言之，學(xué)生的猜想能力就是指學(xué)生根據(jù)客觀事實(shí)、經(jīng)驗(yàn)和已有的科學(xué)知識(shí)，對(duì)所研究的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)的能力。

三、形成猜想的要素與關(guān)鍵

猜想的形成必須具備兩大要素：一是客觀事實(shí)，二是研究者原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。只有當(dāng)這兩個(gè)要素同時(shí)具備時(shí)，學(xué)生才能順利地提出猜想。因此，教師在課堂教學(xué)中要促使學(xué)生形成猜想，關(guān)鍵在于根據(jù)學(xué)生原有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，提供客觀事實(shí)依據(jù)，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用自己原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)審視所面對(duì)的客觀事實(shí)，學(xué)會(huì)仔細(xì)觀察、分析事實(shí)，從中尋找跟自己原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)中相似的特征，并嘗試用自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)該客觀事實(shí)作出解釋。

四、培養(yǎng)學(xué)生猜想能力的重要意義

猜想是一種創(chuàng)造性的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生猜相通具有重要意義。首先，它能激發(fā)起學(xué)生強(qiáng)烈的探究欲望。一旦學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的猜想被事實(shí)所證實(shí)時(shí)，心中便會(huì)充滿成就感、自豪感、滿足感，進(jìn)而激發(fā)起他們熱愛(ài)科學(xué)的情感。其次，培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力可以全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。它可以幫助學(xué)生更加深入地明確和理解要探究的問(wèn)題，加深對(duì)問(wèn)題本質(zhì)的認(rèn)識(shí)；可以引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)將已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)與未知世界聯(lián)系起來(lái)，提高發(fā)散思維能力和邏輯思維能力；鼓勵(lì)學(xué)生勇敢地表達(dá)自己的猜想，可以提高學(xué)生的分析能力、判斷能力、語(yǔ)言表達(dá)能力。再者，從整個(gè)科學(xué)探究的過(guò)程來(lái)看，猜想與假設(shè)是科學(xué)探究的核心，它決定著探究活動(dòng)的方向。此外，猜想與假設(shè)還推動(dòng)著自然科學(xué)的發(fā)展，物理學(xué)上很多重大發(fā)現(xiàn)都是從猜想開(kāi)始的。

五、科學(xué)猜想的方法

課堂教學(xué)中，教師還應(yīng)教會(huì)學(xué)生靈活運(yùn)用科學(xué)猜想的方法。筆者在實(shí)踐探究式教學(xué)的過(guò)程中總結(jié)了一些科學(xué)猜想的方法，取得了較好的效果。

1.事實(shí)推斷法

事實(shí)推斷法是指根據(jù)已有的事實(shí)，對(duì)所研究的問(wèn)題進(jìn)行推斷，提出猜想與假設(shè)的方法。事實(shí)推斷法在探究物理量之間制約關(guān)系時(shí)經(jīng)常用到，如探究影響向心力大小的因素、探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素等，事實(shí)推斷法應(yīng)用的關(guān)鍵在于提供可參考的事實(shí)依據(jù)。

2.聯(lián)系法

聯(lián)系法是指在學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)，借助已有的與其相似的舊知識(shí)進(jìn)行比較，找出它們的聯(lián)系。應(yīng)用聯(lián)系法時(shí)，應(yīng)多注意新知識(shí)與已學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)的聯(lián)系。在不少數(shù)據(jù)分析中，常常用聯(lián)系法得到猜想。當(dāng)我們通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)研究某些物理量之間的定量關(guān)系時(shí)，若找不到直接的線性關(guān)系，我們可以考慮它們之間是否滿足平方線性關(guān)系、三次方線性關(guān)系或是三角函數(shù)的線性關(guān)系等等（平方、三次方、三角函數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí)都已學(xué)），如探究自由落體運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系、探究光的折射規(guī)律等。

3.歸納法

歸納法是指根據(jù)物理對(duì)象、物理過(guò)程中的個(gè)別情況的某種性質(zhì)或規(guī)律，猜想得到該類物理對(duì)象、物理過(guò)程全體都具有這種性質(zhì)或規(guī)律。這種猜想的方法符合人類從特殊到一般的認(rèn)知規(guī)律。例如，通過(guò)人發(fā)出聲音時(shí)聲帶在振動(dòng)、撥琴時(shí)琴弦在振動(dòng)、蜜蜂發(fā)出“嗡嗡”聲時(shí)翅膀在振動(dòng)等實(shí)例，歸納提出猜想：聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的。

4.類比法

類比法是利用兩個(gè)不同的事物具有某種相似的屬性特征，進(jìn)行同類比較，提出猜想的方法。這種方法在新授課的教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常用到。例如，在《電場(chǎng)》的教學(xué)過(guò)程中，我們往往是從初中的磁場(chǎng)引入，然后又將電場(chǎng)力做功與重力做功進(jìn)行類比。學(xué)生學(xué)習(xí)新的物理概念時(shí)，用類比法比較容易讓學(xué)生接受，還能讓學(xué)生學(xué)會(huì)觸類旁通，舉一反三。

5.頭腦風(fēng)暴法

頭腦風(fēng)暴法是指根據(jù)自己對(duì)問(wèn)題的看法，盡可能多地在頭腦中收集與之相關(guān)的因素的方法。頭腦風(fēng)暴法可以極大地發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的積極性。例如，在探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可能提出各種各樣的相關(guān)因素，如物體的體積、質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度、接觸面積、接觸面粗糙程度等，這時(shí)教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生提出的猜想，引導(dǎo)學(xué)生用事實(shí)推斷法一一將這些猜想去偽存真、去繁求精。

總之，教師課堂教學(xué)工作中，要根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，提供事實(shí)依據(jù)，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)猜想的方法，將已知世界與未知世界聯(lián)系起來(lái)，將對(duì)已知的無(wú)意識(shí)注意轉(zhuǎn)化為有意識(shí)的再思考。讓學(xué)生在猜想的過(guò)程中，學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法，全面提高自身的綜合素質(zhì)。只有這樣，我們才能培養(yǎng)出富于想象力、富于創(chuàng)造性的人才，以適應(yīng)時(shí)代的需要，促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展。

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