科學(xué)探究的猜想與假設(shè)

王偉民+楊培軍

初中物理學(xué)生分組實驗多是探究性實驗，即在未知實驗結(jié)論的前提下，經(jīng)過科學(xué)的探究過程，“尋找”出物理變化規(guī)律的正確結(jié)果。科學(xué)探究的一般步驟是“提出問題——猜想假設(shè)——設(shè)計實驗——進(jìn)行實驗——評估交流——得出結(jié)論”，這六個步驟可以說是環(huán)環(huán)相扣的。而對某一物理問題來說，不論是平時的教學(xué)活動，還是作為知識檢測的考試（含實驗操作考試），“問題”的“提出”大多由授課老師或試題命制者來操作。所以，對余下的學(xué)生活動而言，本來“位居第二”的“猜想與假設(shè)”就成了科學(xué)探究中非常重要的“第一步”。

人們常說：“只有想不到的，沒有做不到的。”盡管這句話的正確性很令人懷疑，但該語句卻道出了一個不爭的事實——猜想非常重要！誠然，科學(xué)探究中，在動手設(shè)計實驗之前，如果學(xué)生連正確的結(jié)果都沒有“猜”出，那么，接下來一系列的探究活動都將是在做“無用功”。所以，不論是教輔資料，還是教學(xué)活動中的課任老師，都在鼓勵學(xué)生，科學(xué)探究時應(yīng)“大膽猜想”。

筆者以為，科學(xué)探究中，確須鼓勵學(xué)生“大膽猜想”，但這種“大膽”應(yīng)該是放開思維的“大膽”、科學(xué)合理的“大膽”，絕非無的放矢的亂猜。為猜想而猜想，或者因怕“漏猜”正確結(jié)果，而采取“撒大網(wǎng)”的辦法，將所有可能的情況逐一列舉出來，不但會給后續(xù)的探究活動帶來很大的麻煩，而且還會澆滅學(xué)生創(chuàng)新思維的火花，使“猜想與假設(shè)”成了科學(xué)探究活動中的“擺設(shè)”與“過場”。

今年四月份，筆者有幸參加了縣統(tǒng)一組織的全縣初中畢業(yè)生中考物理實驗測試監(jiān)考工作。為使實驗考試的賦分公平合理，寬嚴(yán)一致，在考前的監(jiān)考教師培訓(xùn)會上，除強(qiáng)調(diào)一些注意事項外，重點觀看了由縣教委統(tǒng)一錄制的實驗操作過程錄像（物理、化學(xué)各四個實驗，學(xué)生經(jīng)抽簽選擇做其中的一個），并要求各監(jiān)考教師以錄像的實驗操作程序作為這次學(xué)生實驗的“標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”而進(jìn)行賦分。筆者發(fā)現(xiàn)，其中“凸透鏡成像規(guī)律”的探究性實驗，實驗員在演示物距小于焦距凸透鏡成像的性質(zhì)時，將點燃的蠟燭放在凸透鏡的一倍焦距之內(nèi)，光屏在透鏡另一側(cè)的光具座上左右移動，發(fā)現(xiàn)屏上得不到像，又將光屏移到與燭焰同側(cè)的位置，在透鏡與蠟燭之外的光具座上左右移動，在仍看不到實像之后，才將光屏撤掉，從蠟燭的另一側(cè)通過凸透鏡觀察燭焰的虛像。

將光屏與蠟燭放在透鏡同側(cè)，并左右移動光屏的操作，說明實驗設(shè)計者在“猜想與假設(shè)”這一步，就已經(jīng)有了這種錯誤的“猜想”，我們不是說不允許出現(xiàn)猜想錯誤，實際上，該情況在設(shè)計實驗之前，經(jīng)過簡單分析即可被否定。凸透鏡之所以能夠成像，是因為它對光有折射作用，而折射光線與入射光線分別在透鏡兩側(cè)，因此，燭焰經(jīng)凸透鏡所得到的可以在光屏上呈現(xiàn)的像——實像的位置，必定在透鏡與燭焰異側(cè)的地方，根本不可能與燭焰在凸透鏡的同側(cè)。應(yīng)該說，這種結(jié)果，不單是教師能夠預(yù)猜到，即便是學(xué)生，也可以很“輕松”地想出來，因為在探究凸透鏡成像性質(zhì)之前，學(xué)生已對透鏡的光學(xué)性質(zhì)（即透鏡對光線的折射規(guī)律）及凸透鏡的成像原理有了一定程度的了解。像這樣實驗之前就已經(jīng)能預(yù)猜到一種現(xiàn)象不可能發(fā)生，卻還要煞有介事地“探究”一番的做法，不但使科學(xué)探究的科學(xué)性大打折扣，而且會給人一種畫蛇添足的感覺。

應(yīng)該說，上面所提的盡量擴(kuò)大猜想情況覆蓋面的做法并非個案，在當(dāng)今的中學(xué)生物理各探究活動中，該做法似乎已成了一種“潮流”，猜想情況越多顯得越“周全”，猜想情況若只有一兩種反倒成了“另類”。筆者以為，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與教科書在“無意”中的推波助瀾不無關(guān)系。

《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·物理九年級》（人教社2006年版），在杠桿平衡條件的探究實驗中，為了尋找杠桿的平衡條件，在引導(dǎo)學(xué)生分析表格中的實驗數(shù)據(jù)時，提示學(xué)生“根據(jù)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，例如可以對它們進(jìn)行加、減、乘、除等運(yùn)算，找出它們之間的關(guān)系”[1]。

該探究實驗，得出三組動力、動力臂、阻力、阻力臂數(shù)據(jù)之后，接下來的主要任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)，探究力與力臂滿足什么關(guān)系時杠桿方能平衡，從而由此特例歸納總結(jié)出一般情況下杠桿的平衡條件。嘗試著將力與力臂“進(jìn)行加、減、乘、除等運(yùn)算”看似非?！爸苋保瑢崉t有些欠妥，因為某些“運(yùn)算”經(jīng)簡單分析便可被否定，這樣的“猜想”顯然是多余的。生活經(jīng)驗及實驗數(shù)據(jù)都表明，對杠桿而言，當(dāng)阻力及阻力臂一定時，動力隨著動力臂的增大而減小，所以，對動力與動力臂的關(guān)系而言，上面的四種運(yùn)算中，“減”與“除”首先即可被否定（因為對減法運(yùn)算來說，作為正數(shù)的被減數(shù)與減數(shù)，它們中一個增大，而另一個減小時，其差不可能保持不變，除法運(yùn)算同樣如此）。加法和減法運(yùn)算用反證法亦可被輕易否定，假設(shè)有一組數(shù)據(jù)剛好滿足“動力+動力臂=阻力+阻力臂”比如“20N+30cm=30N+20cm”（這僅僅是對“數(shù)”進(jìn)行“加法”運(yùn)算，未考慮單位。實際上，單位不同的物理量是沒法進(jìn)行加減運(yùn)算的。單從這一點，就可將“加法”運(yùn)算給否定），對于力和力臂這兩個物理量，當(dāng)它們中的某一個進(jìn)行單位換算時，相應(yīng)的數(shù)據(jù)大小便會隨之發(fā)生變化，該等式便不再成立。比如，將力臂單位“cm”改為“m”時，等式“20N+0.3m=30N+0.2m”便不再成立（指的是拋開單位后的數(shù)據(jù)之和不相等）。

從某種意義上來說，科學(xué)探究實驗猶如摸著石頭過河，腳必須“試探”著往前邁。但是，如果河水很清澈，眼睛已經(jīng)“看到”障礙物，卻還要“試探”一番才將腳邁過去，那只能是一種為猜想而猜想的“應(yīng)付”之舉，勢必會給人一種虛假感覺。

科學(xué)探究，“猜想與假設(shè)”這一步很重要，但這并不是說猜想情況應(yīng)多多益善，更不等于說猜想可以胡猜亂想。對于經(jīng)簡單分析便可被否定的猜想，我們在第一步就應(yīng)該將其淘汰，大可不必再費盡周折地去“探究”一番。

參考文獻(xiàn)

[1]課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)試驗教科書·物理（九年級）[M].北京：人民教育出版社，2006.

【責(zé)任編輯 鄭雪凌】endprint