淺談“假說(shuō)”與物理教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào):G632.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-1875(2009)20-122-01

談到假說(shuō)，作為物理教師，自然會(huì)想到教材中安培分子環(huán)流假說(shuō)，玻爾原子模型假說(shuō)。教師講課是不可避免要使用假說(shuō)這一詞，但筆者發(fā)現(xiàn)許多人對(duì)假說(shuō)的知識(shí)卻知之甚少，把假說(shuō)當(dāng)作假設(shè)，沒(méi)有給予足夠的重視，不能解釋假說(shuō)的真正意義。假說(shuō)，作為一種重要的科學(xué)研究方法，在物理學(xué)中具有其他方法不可替代的作用?？v觀物理學(xué)發(fā)展史，從安培分子電流假說(shuō)到磁現(xiàn)象電本質(zhì)的揭示，從以太假說(shuō)到狹義相對(duì)論的發(fā)現(xiàn)，從光量子假說(shuō)到量子力學(xué)的誕生，物理理論的每一次突破幾乎都與新科學(xué)假說(shuō)的提出密不可分。

那么，什么是假說(shuō)呢?所謂假說(shuō)，是科學(xué)研究上對(duì)客觀事物的假定說(shuō)明。是關(guān)于事物的因果性的一種假定性的解釋?zhuān)且罁?jù)一定的科學(xué)原理和事實(shí)，對(duì)解決科學(xué)研究問(wèn)題提出猜測(cè)性、嘗試性方案的說(shuō)明方式。簡(jiǎn)言之，假說(shuō)是指科學(xué)的猜測(cè)或設(shè)想，是科學(xué)研究的一種基本的方法。

假說(shuō)是自然科學(xué)發(fā)展的形式，因?yàn)樗强茖W(xué)認(rèn)識(shí)的必經(jīng)階段，例如沒(méi)有以太假說(shuō)，也就沒(méi)有光的波動(dòng)說(shuō)，那么麥克斯韋的電磁理論和愛(ài)因斯坦的相對(duì)論都是不可能建立起來(lái)的。

科學(xué)假說(shuō)有兩個(gè)顯著的特點(diǎn):(1)有一定的科學(xué)根據(jù)，它建立在已有的科學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)材料的基礎(chǔ)上，并且經(jīng)過(guò)了一定的科學(xué)論證，因而它與毫無(wú)事實(shí)根據(jù)的迷信，臆測(cè)不同，也與缺乏理論論證的猜測(cè)、幻想有別，康德的星云假說(shuō)所依據(jù)的是牛頓力學(xué)理論，特別是關(guān)于剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的力學(xué)定律，還有一些新的觀察事實(shí)材料作依據(jù)。(2)帶有推測(cè)和假定的性質(zhì)，有待于實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和理論論證，因而與確定可靠的理論不同，康德的星云假說(shuō)雖然根據(jù)牛頓力學(xué)較好的解釋了太陽(yáng)系各行星的共面性和同向性等觀察事實(shí)，但是太陽(yáng)、行星、衛(wèi)星都是從一塊統(tǒng)一的原始星云演化出來(lái)的這一基本思想，卻并沒(méi)有得到觀察事實(shí)的確證。假說(shuō)本身是科學(xué)性和推測(cè)性的統(tǒng)一，是確定性和不確定性的統(tǒng)一。

假說(shuō)提出大體可分為三種類(lèi)型:(1)原有理論既不能預(yù)測(cè)也不能否認(rèn)的現(xiàn)象和對(duì)象的發(fā)現(xiàn)。如盧瑟福的原子理論無(wú)法解釋光譜的分立性。(2)偶然發(fā)現(xiàn)或伴隨著其他目的而產(chǎn)生的現(xiàn)象和對(duì)象的發(fā)現(xiàn)，如x射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn);(3)與原有理論或假說(shuō)所預(yù)言的情況完全不同的現(xiàn)象和對(duì)象的發(fā)現(xiàn)，如邁克爾遜試驗(yàn)的負(fù)結(jié)果，在這種情況下都要求引進(jìn)某種新的假說(shuō)。

假說(shuō)作為對(duì)科學(xué)問(wèn)題的一種試探性的回答應(yīng)該滿(mǎn)足如下三個(gè)條件:(1)能夠合理地解釋的那些原有理論所能解釋的那些事實(shí)和現(xiàn)象。(2)能夠解釋新發(fā)現(xiàn)的但原有理論所不能解釋的那些事實(shí)和現(xiàn)象。(3)能夠明確預(yù)言尚未發(fā)現(xiàn)的新事實(shí)，為進(jìn)一步檢驗(yàn)假說(shuō)提供可能性。

通過(guò)以上的介紹，我們對(duì)假說(shuō)有了一定的了解，實(shí)際上假說(shuō)作為自然科學(xué)發(fā)展的形式，物理教學(xué)中有大量運(yùn)用，在新一輪基礎(chǔ)教育改革中，是進(jìn)行素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的重要途徑。那么在教學(xué)中，在物理教學(xué)中如何運(yùn)用“假說(shuō)”，筆者以為需要以下幾個(gè)階段:

1.充分挖掘教材和利用物理學(xué)史材料

中學(xué)物理中，假說(shuō)的方法是離不開(kāi)的。物理作為一門(mén)體現(xiàn)極強(qiáng)思維能力的實(shí)驗(yàn)科學(xué)，有很多內(nèi)容與假說(shuō)方法有關(guān)或使用了假說(shuō)的方法。新教材中自由落體的探究，胡克定律的探究，力的平行四邊形定則的探究，牛頓第二定律的得出，無(wú)不利用的假說(shuō)的方法。特別是近代物理學(xué)的研究表現(xiàn)尤為突出，例如，狄拉克迷人的磁單極假說(shuō)、安培分子環(huán)流假說(shuō)、光的粒子說(shuō)、光的波動(dòng)說(shuō)、普朗克光子說(shuō)、愛(ài)因斯坦的光量子假說(shuō)、湯姆生模型、盧瑟福原子模型、玻爾模型等等均為歷史上極有影響力的假說(shuō)，其中蘊(yùn)含著極豐富的創(chuàng)造力，有科學(xué)家們的科學(xué)思想方法。

2.發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

在物理課堂教學(xué)中問(wèn)題可由教師直接給出或在教師引導(dǎo)下由學(xué)生發(fā)現(xiàn)，在研究性學(xué)習(xí)和小課題研究中主要由學(xué)生對(duì)事物的思考而自主發(fā)現(xiàn)。教師在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的教學(xué)中的作用是提供適當(dāng)?shù)膯?wèn)題情景和對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，及對(duì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能力的培養(yǎng)。在中學(xué)物理教材中有許多內(nèi)容與科學(xué)假說(shuō)有關(guān)，每個(gè)科學(xué)假說(shuō)的發(fā)展都是從科學(xué)研究的矛盾開(kāi)始的，解決這些矛盾的過(guò)程是物理學(xué)家靈活運(yùn)用科學(xué)方法、深入分析事物內(nèi)部本質(zhì)聯(lián)系的過(guò)程，體現(xiàn)了物理學(xué)家極強(qiáng)的思維能力，極豐富的創(chuàng)造力。

3.提出假說(shuō)

在假說(shuō)教學(xué)中應(yīng)充分解剖科學(xué)假說(shuō)的提出過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)物理學(xué)家的思維方法。按照前面說(shuō)講的假說(shuō)應(yīng)滿(mǎn)足的三個(gè)條件，運(yùn)用類(lèi)比方法，臻美方法，逆向思維法，理想化方法等，嘗試提出自己的假說(shuō)。例如在力的合成實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生提出合力和分力關(guān)系的假說(shuō)，在電磁感應(yīng)教學(xué)中讓學(xué)生提出磁生電的條件假說(shuō)。在習(xí)題教學(xué)中也不斷啟發(fā)同學(xué)提出自己的假說(shuō)，鍛煉同學(xué)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出假說(shuō)的能力。

4.歸納總結(jié)

總結(jié)假說(shuō)的特點(diǎn)并對(duì)照科學(xué)家的假說(shuō)，找到自己的不足，思考科學(xué)家們?nèi)绾谓⒓僬f(shuō)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)不斷去建立自己的假說(shuō)，提高其科學(xué)探索的能力。例如玻爾原子模型建立時(shí)，盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型遇到了困難，玻爾如何突破能量和軌道連續(xù)的思維定式，建立了量子化的原子模型，可以合理解釋盧瑟福原子模型能解釋的事實(shí)和現(xiàn)象，又創(chuàng)造性地建立了定態(tài)假設(shè)，躍遷假設(shè)，軌道量子化假設(shè)，克服了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型所遇到的矛盾。要讓學(xué)生領(lǐng)悟到玻爾假說(shuō)的量子化思想，尤其體會(huì)到科學(xué)家的高超智慧和科學(xué)方法之美。

我們首先要在教學(xué)中不但要講好像玻爾理論這樣的假說(shuō)，而且在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，都應(yīng)貫穿“假說(shuō)”的思想，培養(yǎng)學(xué)生建立科學(xué)假說(shuō)的能力。其次是作為一個(gè)物理教師要把科學(xué)史中或課本上的科學(xué)假說(shuō)進(jìn)行創(chuàng)造性使用。要大膽地自己“創(chuàng)造”新的科學(xué)假說(shuō)，并鼓勵(lì)帶動(dòng)學(xué)生創(chuàng)造“新的科學(xué)假說(shuō)”，從而使課堂教學(xué)上思維更活躍，思維力度更大、效率更高，這是物理教學(xué)應(yīng)該完成的任務(wù)，值得每個(gè)教師重視。