物理“探究性學(xué)習(xí)”中學(xué)生猜想能力的培養(yǎng)

楊亨時(shí)

新課程改革要求我們要注重學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)要改變過去那種“教師講，學(xué)生聽”的教學(xué)方式，努力尋找能夠激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的教學(xué)途徑。新課程標(biāo)準(zhǔn)與原教學(xué)大綱相比，最大的區(qū)別就是重視科學(xué)探究的教育作用，強(qiáng)調(diào)過程和方法的學(xué)習(xí)。物理教學(xué)，不僅僅是把物理知識(shí)傳授給學(xué)生，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的能力，使他們擁有敏捷的物理思維。對(duì)學(xué)生猜想能力的培養(yǎng)，是物理探究過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是教師在教學(xué)過程中較難把握的難點(diǎn)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中對(duì)學(xué)生猜想能力的培養(yǎng)進(jìn)行了一些嘗試，有一些心得體會(huì)。

一、重視猜想與假設(shè)是學(xué)習(xí)物理的重要方法

牛頓說過：“沒有大膽的猜想，就做不出偉大的發(fā)現(xiàn)”。中學(xué)物理教學(xué)中的探究活動(dòng)是引導(dǎo)學(xué)生獲取物理知識(shí)、進(jìn)行類科學(xué)研究探索，培養(yǎng)科學(xué)探索創(chuàng)新能力的重要途徑。在探究活動(dòng)中，根據(jù)已知的一些物理現(xiàn)象，進(jìn)行猜想與假設(shè)，然后制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，這本身是科學(xué)探究的內(nèi)容和要求。事實(shí)上，在物理學(xué)史上很多偉大的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)都是源于猜想。在奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)之后，“電能生磁，磁應(yīng)該也能生電吧?”法拉第就是在這樣的猜想下，經(jīng)過長期努力，最終發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

二、要?jiǎng)?chuàng)造氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生敢于猜想

創(chuàng)設(shè)有利于科學(xué)探究的教學(xué)情境，是每個(gè)物理教師應(yīng)認(rèn)真思考、并付諸實(shí)踐的一項(xiàng)重要工作。愉悅的學(xué)習(xí)環(huán)境有利于學(xué)生投入學(xué)習(xí)，能使學(xué)生都能在自然和諧的氛圍中進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。教師要積極營造有利于學(xué)生好奇、感悟、反思的課堂氛圍，讓學(xué)生感到物理學(xué)科是那樣生動(dòng)、有趣；要努力構(gòu)建有利于學(xué)生想象、質(zhì)疑、理性思維的學(xué)習(xí)環(huán)境，要想方設(shè)法創(chuàng)設(shè)民主、平等、自由的學(xué)習(xí)空間。這就要求教者周密思考，做好必要的準(zhǔn)備、合理安排教學(xué)內(nèi)容、巧妙設(shè)置探究問題、科學(xué)安排探究作業(yè)，使學(xué)生的思維能力、語言表達(dá)能力、動(dòng)手操作能力等不斷提高。學(xué)生的能力不斷提高就能產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望，就能形成樂于學(xué)習(xí)，勤于動(dòng)手，努力求知，發(fā)奮進(jìn)取的積極狀態(tài)，從而避免產(chǎn)生學(xué)習(xí)受挫的誘因。在過去的課堂教學(xué)中，學(xué)生們的好奇心受到了壓制，他們想象的空間受到擠壓。他們只能是被動(dòng)的，接受式的學(xué)習(xí)，在這樣的情況下，一開始時(shí)，學(xué)生往往不敢猜，一方面由于他們習(xí)慣了老師說什么就是什么，另一方面他們怕自己說錯(cuò)了，受到老師的指責(zé)，或同學(xué)的嘲笑。這時(shí)就需要教師的鼓勵(lì)和引導(dǎo)，不管他們的猜測(cè)是否準(zhǔn)確合理，教師都要持肯定的態(tài)度。培養(yǎng)他們的猜想要從最容易的人手，逐步讓學(xué)生養(yǎng)成積極思維，積極猜想的習(xí)慣，才能逐步使他們形成良好的物理學(xué)習(xí)方法。

三、要讓學(xué)生學(xué)會(huì)正確的猜想方法

拋出一枚硬幣，等它落定后，是正面朝上，還是反面朝上?這也是一種猜測(cè)，但這種猜測(cè)沒有任何依據(jù)，其結(jié)果完全是隨機(jī)的，科學(xué)探究中的猜想與假設(shè)不是這種胡亂的瞎猜，而是科學(xué)思維的一種形式，是對(duì)所研究的問題根據(jù)已知事實(shí)材料和科學(xué)知識(shí)作出的一種猜測(cè)性陳述，對(duì)問題中事物的因果性、規(guī)律性作出假定性解釋。它的兩個(gè)基本特征是：第一具有一個(gè)客觀事實(shí)；第二研究者原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。在課堂教學(xué)中，教師放手讓學(xué)生猜想，經(jīng)常遇到三種尷尬的局面，一是課堂氣氛沉悶，不敢猜想；二是學(xué)生怎么猜也猜不到點(diǎn)子上；三是學(xué)生的猜想漫無邊際，占用課堂時(shí)間較長。怎樣避免上述情況的發(fā)生呢?

(一)物理情景的創(chuàng)設(shè)，生活經(jīng)驗(yàn)的提煉是猜想的重要鋪墊。

學(xué)生學(xué)習(xí)了探究問題的一般方法，并不代表已經(jīng)會(huì)探究，仍然需要一定時(shí)間的訓(xùn)練，需要經(jīng)過量的積累。特別是對(duì)高一學(xué)生，在探究學(xué)習(xí)一開始訓(xùn)練時(shí)，可從物理情景的創(chuàng)設(shè)，生活經(jīng)驗(yàn)的提煉開始，先重形式輕結(jié)果，而不必求全求深，給學(xué)生一個(gè)逐步適應(yīng)的過程。例如新課標(biāo)教材必修1第2章第4節(jié)“自由落體運(yùn)動(dòng)”這節(jié)課，教師可設(shè)置如下的探究問題——探究影響落體運(yùn)動(dòng)快慢的因素。這個(gè)問題探究的起點(diǎn)較低，源于生活中的常見現(xiàn)象，但學(xué)生平時(shí)對(duì)這一現(xiàn)象并沒有深入、理性的思考，問題一經(jīng)提出，學(xué)生在新奇之余，是愿意、也是能夠進(jìn)行自主探究的。由于該探究活動(dòng)比較簡單，主要采用控制變量法，進(jìn)行對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，探究過程中的猜想與假設(shè)、制定方案、實(shí)驗(yàn)探究、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、表達(dá)與交流等各個(gè)要素都易于操作和實(shí)施，如果在探究之后再讓學(xué)生談感受，講收獲，學(xué)生可以說出許多，并能從中享受學(xué)習(xí)成功的快樂，由此也就能形成積極向上的心理趨向。學(xué)生從類似這樣比較簡單的探究活動(dòng)中初步了解探究學(xué)習(xí)的方法和步驟，再經(jīng)過較長時(shí)間的訓(xùn)練，就能初步形成技能。再比如，在研究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱跟什么因素有關(guān)時(shí)，一般學(xué)生比較直接的就能猜想到電流的大小，至于與電阻的關(guān)系，可以讓學(xué)生先親自體驗(yàn)一下“電路絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線卻不怎么發(fā)熱”的生活實(shí)景，再讓他們進(jìn)行猜想。也可以創(chuàng)設(shè)物理情景：“用電熱水壺?zé)_水需要一定的時(shí)間”，來猜想電熱與時(shí)間有關(guān)。

(二)在物理教學(xué)過程中，根據(jù)具體探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行合理猜想。

實(shí)驗(yàn)方法可以有下述幾個(gè)步驟：(1)明確研究本課題的目的和要求；(2)大膽進(jìn)行“科學(xué)猜想；(3)對(duì)猜想結(jié)果進(jìn)行討論，去偽存真，去繁求精。

比如說在探究滑動(dòng)摩擦力的大小可能與什么因素有關(guān)的過程中，在讓學(xué)生進(jìn)行猜想時(shí)，如果教師引導(dǎo)不夠，學(xué)生的猜想往往會(huì)出乎教師的意料。學(xué)生不僅猜想可能與壓力大小有關(guān)，可能與速度大小有關(guān)，可能與摩擦面的粗糙程度有關(guān)，可能與接觸面的面積有關(guān)，還猜想到了可能與質(zhì)量大小有關(guān)，可能與材料有關(guān)，可能與密度有關(guān)，可能與形狀有關(guān)等等……這樣學(xué)生的猜想放得太開，不容易猜到關(guān)鍵的點(diǎn)子上，如果所有的猜想都要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)際上在課堂教學(xué)的有限時(shí)間里也不可能做到，這時(shí)可以借助于簡單的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行引導(dǎo)，比如，讓學(xué)生體驗(yàn)一下推重一些的箱子和輕一些的箱子，或者讓學(xué)生體驗(yàn)怎樣抓牢啤酒瓶，然后進(jìn)行猜想，學(xué)生的猜想有了明確的指向性，就能做到有的放矢，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)的順利完成。學(xué)生掌握了探究學(xué)習(xí)方法并具備了一定技能之后，就可以進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的探究學(xué)習(xí)，以求質(zhì)的發(fā)展。這里再以“自由落體運(yùn)動(dòng)”這節(jié)課為例，我們可以繼續(xù)設(shè)置如下探究問題一探究自由落地運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。猜想自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)相對(duì)容易，但通過什么樣的實(shí)驗(yàn)、什么樣的方法來驗(yàn)證這種猜想則有一定的困難。所以這個(gè)探究問題的重點(diǎn)就在于如何設(shè)計(jì)可操作的具體實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，再通過分析和計(jì)算得出結(jié)論，這才是實(shí)質(zhì)性的探究學(xué)習(xí)。探究小組通過思考、討論可設(shè)計(jì)出多種方案，有利用秒表和米尺的，有利用書本上的頻閃照片的，有利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和刻度尺的，有利用速度傳感器和計(jì)算機(jī)的，等等。通過這樣具體而深入的探究活動(dòng)，學(xué)生對(duì)落體運(yùn)動(dòng)從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，并對(duì)科學(xué)的研究方法有了深刻的體會(huì)，真正達(dá)到科學(xué)探究教學(xué)的目的。

(三)在學(xué)習(xí)某一個(gè)物理概念進(jìn)行理論分析有關(guān)的

猜想。

理論分析的幾個(gè)步驟：(1)有關(guān)物理定義的闡述；(2)定義中關(guān)鍵詞的分析；(3)針對(duì)定義中的關(guān)鍵詞進(jìn)行猜想；(4)對(duì)猜想進(jìn)行結(jié)果討論，去偽存真。

比如在探究物體動(dòng)能的大小可能與哪些因素有關(guān)時(shí)，在猜想的環(huán)節(jié)中，可以這樣進(jìn)行操作。首先給出動(dòng)能的定義：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能；篩選關(guān)鍵詞：物體，運(yùn)動(dòng)；根據(jù)關(guān)鍵詞進(jìn)行猜想：有關(guān)物體可以猜想到：密度，體積，質(zhì)量；有關(guān)運(yùn)動(dòng)可以猜想到：速度；分析：體積相同時(shí)密度越大質(zhì)量越大，因此密度和質(zhì)量其實(shí)都是與質(zhì)量有關(guān)，而密度相同時(shí)，體積越大質(zhì)量越大，因此其實(shí)也是與質(zhì)量有關(guān)。接下來再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，也就水到渠成。

(四)教師既要放手也要引領(lǐng)。

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，新課程探究性教學(xué)中提倡放手讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究，但這種放手絕對(duì)不是放羊。放羊式教學(xué)必然會(huì)導(dǎo)致大面積學(xué)生的學(xué)習(xí)受挫。教師在探究過程中要做好指導(dǎo)者和幫助者，及時(shí)調(diào)控學(xué)生的探究活動(dòng)，并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候給受挫的學(xué)生以指導(dǎo)和幫助，掌握技巧，控制分寸，點(diǎn)到為止。例如在“探究圖1求合力的方法”的教學(xué)中，如直接要求學(xué)生猜想合力與分力的關(guān)系，學(xué)生是不可能想到“平行四邊形”關(guān)系的。為防止學(xué)生受挫，教師可先進(jìn)行如下的演示：用兩組鉤碼成900拉橡皮條[圖1(a)]，再用一組鉤碼拉橡皮條[圖1(b)]，然后引導(dǎo)學(xué)生猜想，這時(shí)學(xué)生幾乎都能猜想出“勾股定理”的關(guān)系。最后再采用教材的做法，在白紙板上利用彈簧秤拉橡皮條的方法，深入探究合力與分力的關(guān)系，這樣通過教師的引領(lǐng)，降低臺(tái)階。學(xué)生就能比較容易得到正確結(jié)論。

總之，作為老師，盡量要多想辦法，多創(chuàng)造一些機(jī)會(huì)，不斷激勵(lì)學(xué)生通過觀察、比較、實(shí)驗(yàn)、歸納、類比等手段提出種種假設(shè)或猜想，使學(xué)生逐步學(xué)會(huì)運(yùn)用假設(shè)或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(jià)值觀。還要在猜想的同時(shí)發(fā)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行交流、討論，培養(yǎng)發(fā)散性思維。中學(xué)物理的探究過程實(shí)際上再現(xiàn)前人是如何創(chuàng)造、發(fā)明的，讓學(xué)生在前人走過的軌跡上，親自體驗(yàn)科學(xué)探究的過程與方法，使他們真正成為善于學(xué)習(xí)的人。