探究式教學(xué)中學(xué)生合理“猜想與假設(shè)”能力的培養(yǎng)

[摘 要]在初中物理探究式教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的合理“猜想與假設(shè)”能力，是物理探究式教學(xué)的目的之一。為此，教師應(yīng)讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程，并在此基礎(chǔ)上，留給學(xué)生合理猜想的空間；組織學(xué)生合作討論，挖掘?qū)W生合理猜想的潛能；引導(dǎo)學(xué)生感悟物理科學(xué)方法，提升學(xué)生合理猜想的思維層次；最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生合理“猜想與假設(shè)”能力的目的。

[關(guān)鍵詞]最近發(fā)展區(qū) 合理猜想與假設(shè) 物理科學(xué)方法

[中圖分類號(hào)] G633.7[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 16746058（2016）140071

一、引言

初中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出：物理學(xué)科不僅要注重科學(xué)知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練，更應(yīng)注重對(duì)學(xué)生探究能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，初中物理教學(xué)中的科學(xué)探究是學(xué)生學(xué)習(xí)的有效方式，更是教師教學(xué)的重要方式。牛頓說“沒有大膽的假設(shè)，就沒有大膽的發(fā)現(xiàn)”，科學(xué)發(fā)展中很多偉大的發(fā)明創(chuàng)造都源于猜想與假設(shè)。探究式教學(xué)中，學(xué)生合理的“猜想與假設(shè)”是指學(xué)生在實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借助原有的知識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)接觸到的問題發(fā)揮積極思維，通過自主思維加工對(duì)未知的物理現(xiàn)象和問題作假定性解釋和說明。它是科學(xué)探究的一個(gè)核心環(huán)節(jié)，對(duì)提出解決問題的方案作預(yù)見性的思考，為設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、收集信息、分析和解釋信息指明了大致的方向，幫助學(xué)生明確探究方向和內(nèi)容，從而引導(dǎo)學(xué)生沿預(yù)定的方向進(jìn)行探究。

二、初中物理探究式教學(xué)中學(xué)生“猜想與假設(shè)”的現(xiàn)狀

近年來，在研究物理探究式教學(xué)的過程中，不難發(fā)現(xiàn)：由于教師引導(dǎo)的欠缺和學(xué)生經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知水平、物理科學(xué)方法的不足，學(xué)生的猜想與假設(shè)常流于表面，沒有充分發(fā)揮這個(gè)探究環(huán)節(jié)的教育功能。有的教師在沒有提供任何情境的情況下，讓學(xué)生憑空想象，有的學(xué)生看了書本上的結(jié)論，懶于猜想，一猜就中。雖然常有教師鼓勵(lì)學(xué)生勇于猜想，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散聯(lián)想，但學(xué)生的猜想常是寬泛、不切合探究主題的胡亂猜想。如何在探究式教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生合理猜想與假設(shè)的能力呢？在教學(xué)實(shí)踐中，筆者觀摩了眾多物理名師的課堂教學(xué)，現(xiàn)結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，嘗試從以下幾方面作些分析探討。

三、初中物理探究式教學(xué)中學(xué)生合理“猜想與假設(shè)”能力的培養(yǎng)

1.引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程，給予學(xué)生合理猜想的空間

操作流程：實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)活動(dòng)——個(gè)體認(rèn)知沖突——提出合理猜想與假設(shè)。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)：指學(xué)生通過自己的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)加深對(duì)物理現(xiàn)象的感知和體驗(yàn)。教學(xué)實(shí)踐中，教師要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)猜想的物質(zhì)條件（器材和活動(dòng)），引導(dǎo)學(xué)生通過體驗(yàn)獲得感性認(rèn)識(shí)，這些是學(xué)生合理猜想的前提、基礎(chǔ)。前蘇聯(lián)心理學(xué)家維果茨基創(chuàng)立的“最近發(fā)展區(qū)”理論認(rèn)為：學(xué)生的認(rèn)知有兩個(gè)發(fā)展水平，第一個(gè)是現(xiàn)有發(fā)展水平，表現(xiàn)為學(xué)生能獨(dú)立地、自如地完成教師給出的任務(wù)；第二個(gè)是潛在發(fā)展水平，表現(xiàn)為學(xué)生還不能獨(dú)立地完成任務(wù)，必須在教師的幫助下，在集體活動(dòng)中，通過自己的努力才能完成任務(wù)，這兩個(gè)水平之間的區(qū)域稱為“最近發(fā)展區(qū)”。維果茨基認(rèn)為，教學(xué)不應(yīng)消極地適應(yīng)學(xué)生智力發(fā)展的已有水平，而應(yīng)當(dāng)走在發(fā)展的前面，不停地把學(xué)生的智力從一個(gè)水平引導(dǎo)到另一個(gè)更高的水平。

比如，在探究凸透成像規(guī)律時(shí)（蘇科版物理八年級(jí)上冊(cè)），學(xué)生的前認(rèn)知是凸透鏡能成放大正立的像，卻不知道凸透鏡還能成倒立、縮小的像和倒立、放大的像。觀摩2014江蘇省物理優(yōu)課比賽時(shí)，發(fā)現(xiàn)蔡軍老師是這樣引導(dǎo)的：（1）學(xué)生拿起桌上f=5cm的凸透鏡，慢慢站起來遠(yuǎn)離書本上的字，學(xué)生透過凸透鏡觀察書本上的同一個(gè)字，體驗(yàn)字的像的變化情況，然后又慢慢地從遠(yuǎn)處靠近書本上的字，再次體驗(yàn)像的變化，學(xué)生通過兩次親身體驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)凸透鏡還能成放大倒立的像。（2）繼續(xù)遠(yuǎn)離書本上的字，還能看到倒立縮小的像，這時(shí)學(xué)生感覺很意外，此時(shí)學(xué)生發(fā)現(xiàn)剛才觀察到的字的像和原有的認(rèn)知（近處能成正立放大像）不一樣，有沖突，因而激發(fā)了學(xué)生的探究興趣（什么原因使凸透鏡分別成不同的像？）（3）這時(shí)教師追問：同一凸透鏡成不同像的原因，可能是什么？這時(shí)大部分學(xué)生能提出合理猜想：可能是凸透鏡到書本上字的距離不同，因而成不同像，為進(jìn)一步探究“在凸透鏡焦距相同的情況下，物距不同時(shí)，凸透鏡成不同像的規(guī)律”指明了方向，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生探究這個(gè)問題的欲望。

可見引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)活動(dòng)，使學(xué)生在“做中”思，“做中”猜，能有效提升學(xué)生猜想與假設(shè)的有效性。

2.組織學(xué)生合作討論，挖掘?qū)W生合理猜想的潛能

操作流程：組內(nèi)活動(dòng)體驗(yàn)——學(xué)生間思維沖突——提出合理猜想與假設(shè)。

自主合作討論，提出猜想：指在物理探究教學(xué)中，將課堂學(xué)習(xí)過程還給學(xué)生，教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)對(duì)話、交流、合作學(xué)習(xí)的環(huán)境，學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體，通過合作討論等學(xué)習(xí)活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)有的新問題、新知識(shí)，與自己原有的認(rèn)知發(fā)生沖突。不同的學(xué)生，因?yàn)樯罱?jīng)驗(yàn)不同、認(rèn)知水平也不同，所以他們對(duì)同一現(xiàn)象和規(guī)律會(huì)提出不同的意見和猜想，這些意見和猜想中，有的可能存在矛盾沖突。楊振寧在回憶西南聯(lián)大讀書時(shí)說“在我們的物理課堂中只能聽懂一半，另一半是晚上和同學(xué)閑聊中搞懂的”，可見我們的物理探究實(shí)驗(yàn)應(yīng)提倡“合作學(xué)習(xí)”，讓學(xué)生在“合作學(xué)習(xí)討論”中，挖掘合理猜想的潛能。

比如，探究平面鏡成像特點(diǎn)時(shí)（蘇科版物理八上），教師可以這樣引導(dǎo)學(xué)生自主合作討論，并進(jìn)行猜想。甲乙兩位同學(xué)合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，他們實(shí)驗(yàn)的器材是家用平面鏡、跳棋，探究的內(nèi)容是人臉和跳棋在平面鏡中的成像情況。體驗(yàn)探究：首先，甲同學(xué)手拿跳棋，由遠(yuǎn)到近，走向平面鏡，最后將棋子垂直鏡面放置，觀察跳棋的像的大小變化；接著，乙同學(xué)拿著鏡子不動(dòng)，兩人相互觀察對(duì)方臉部在鏡中像的大小變化。教師提出問題：（1）物與像的大小是什么關(guān)系？（2）物與像到平面鏡的距離是什么關(guān)系？引導(dǎo)組內(nèi)同學(xué)合作討論、猜想，并講出猜想的理由。學(xué)生的猜想：（1）課堂觀察中發(fā)現(xiàn)，臉越靠近平面鏡，臉的像占平面鏡的比例就越大，所以提出猜想“物離平面鏡越近，像越大”；（2）棋子垂直鏡面放置時(shí)，物和像的大小大約相等，猜想“物和像的大小相等”。這時(shí)組內(nèi)同學(xué)進(jìn)行激烈的討論、思辨，此時(shí)的合作討論大大提升了學(xué)生對(duì)“物和像大小關(guān)系”猜想的廣度和深度，學(xué)生在互動(dòng)中大大提升了合理猜想能力，達(dá)到了物理探究活動(dòng)的本質(zhì)要求，學(xué)生科學(xué)思辨的素養(yǎng)得到了培養(yǎng)。

3.領(lǐng)悟物理科學(xué)方法，提升學(xué)生合理猜想的思維層次

操作流程：科學(xué)方法體驗(yàn)——思維質(zhì)變——提出合理猜想與假設(shè)。

正如蘇科版物理主編劉炳昇教授在《培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)猜想能力和形成假設(shè)能力》一文中所說的：在學(xué)生的探究中形成猜想和假設(shè)的教學(xué)目標(biāo)主要是讓學(xué)生學(xué)習(xí)其中物理思想方法。

（1）體驗(yàn)控制變量法，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能

控制變量法是指：把一個(gè)多因素影響某一物理量的問題，通過控制某幾個(gè)因素不變，只讓其中一個(gè)因素發(fā)生變化，從而轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一因素影響某一物理量的問題的實(shí)驗(yàn)。如探究滑動(dòng)摩擦力與什么因素有關(guān)時(shí)（蘇科版物理八下）：引導(dǎo)學(xué)生伸出自己的右手，用大約相同的壓力放在水平桌面上、棉布上、毛巾上，向前滑動(dòng)時(shí)，體驗(yàn)滑動(dòng)摩擦力的不同，然后再把左手用力壓在右手上，讓右手在同一桌面上滑動(dòng)，體驗(yàn)滑動(dòng)摩擦力大小的不同。學(xué)生在體驗(yàn)控制變量法的基礎(chǔ)上提出了合理猜想：滑動(dòng)摩擦力可能與接觸面粗糙程度和壓力大小有關(guān)。

（2）體驗(yàn)歸納、演繹法，提升學(xué)生的推理能力

歸納、演繹法是指：學(xué)生將實(shí)驗(yàn)中得到的多組個(gè)別數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)圖形，進(jìn)行歸類演繹，從中獲得一個(gè)較具概括性的規(guī)律（歸納法）或是從既有的普遍性結(jié)論或一般性事理中，根據(jù)物理圖形推導(dǎo)出個(gè)別結(jié)論的一種方法（演繹法）。

比如，“探究凸透鏡成像規(guī)律”的過程中，在學(xué)生完成物體成縮小實(shí)像、放大實(shí)像各三次后，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，猜想在何種情況下得到倒立等大的實(shí)像時(shí)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生對(duì)這樣的猜想感覺難度很大，為此，有的教師是這樣處理的：（1）用10cm高的LED燈制作的“F”字作為物體，通過f=10cm的凸透鏡，在光屏上成像，引導(dǎo)學(xué)生分組探究：找到“F”字在光軸上的不同位置，對(duì)應(yīng)在光屏上成三次縮小像和三次放大像。（2）教師在確定學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正確的基礎(chǔ)上，再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)6組對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)（物距、像距及物、像大?。┳鲌D，畫在透明膠片上（如圖1）。（3）選擇三至五組數(shù)據(jù)，同時(shí)畫在同一光路圖上，然后通過實(shí)物投影儀投到黑板上（如圖2）。（4）再提出問題：物距在哪個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，物體在光屏上成倒立縮小的像？物距在哪個(gè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，物體在光屏上成放大倒立的像？（5）學(xué)生回答后，教師追問：成等大像的位置可能在哪里？這時(shí)學(xué)生會(huì)急不可耐地提出合理猜想：當(dāng)f=20cm，即物距等于二倍焦距時(shí)，物體成倒立等的大像。（6）教師提出：想不想檢驗(yàn)？這樣激發(fā)了學(xué)生動(dòng)手驗(yàn)證這個(gè)規(guī)律的欲望，把探究實(shí)驗(yàn)推向高潮。在這里學(xué)生的猜想，是基于多組數(shù)據(jù)確定的圖形，通過歸納推理實(shí)現(xiàn)第二次理性認(rèn)識(shí)（在二倍焦距處可能有成倒立等大的像）得到的，使學(xué)生的認(rèn)識(shí)由具體到抽象，發(fā)生了質(zhì)的變化，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究能力。

（3）體驗(yàn)類比法：指在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過對(duì)熟悉的物理現(xiàn)象與待研究的物理現(xiàn)象相比較，找出它們的共同特點(diǎn)或關(guān)聯(lián)點(diǎn)，據(jù)此推導(dǎo)出研究對(duì)象可能具有類比對(duì)象的相似特性。如探究電流與電阻、電壓的關(guān)系時(shí)（蘇科版物理九上）教師投影FASH動(dòng)畫：河中有石頭和沒有石頭時(shí)水的流速不一樣，水位差越大，水流速度越快。引導(dǎo)學(xué)生通過類比形成合理猜想：電流大?。惐人鞔笮。?，可能與電阻（類比河中石頭的阻礙）、電壓（類比水位差）有關(guān)。

四、結(jié)束語

物理探究式教學(xué)中，學(xué)生的合理“猜想與假設(shè)”能力的形成及發(fā)展，需要教師在學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知水平、生活經(jīng)驗(yàn)及思維發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，給予學(xué)生在視覺感觀上和原有認(rèn)知沖突，激起學(xué)生合理“猜想”的欲望，并鼓勵(lì)學(xué)生積極參與自主合作討論、思辨，從而激發(fā)學(xué)生合理猜想的潛能，讓學(xué)生在感悟物理科學(xué)方法的同時(shí)，提升合理猜想的思維層次。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1]劉炳昇.培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)猜想能力和形成假設(shè)能力[J].物理教學(xué).2008（03）.

[2]李安發(fā).最近發(fā)展區(qū)在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理.2013（08）.

[3]張金玉胡炳元.中學(xué)物理教學(xué)中科學(xué)方法教育的有效途徑[J].物理教學(xué).2014（09）.

[作者簡介]：沈玉根蘇州市吳江區(qū)莘塔中學(xué)物理教研組長，曾獲蘇州市物理說課比賽二等獎(jiǎng)，最近2015年9月《構(gòu)建和諧課堂激活學(xué)生思維》一文發(fā)表于《中學(xué)物理》；郵編

（責(zé)任編輯 易志毅）