(1.江蘇省南京市一中明發(fā)濱江分校，江蘇 南京 210000；2.蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215006)

在義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中，科學(xué)探究處于非常重要的地位，很多教師在教學(xué)中往往只關(guān)注問題的提出、實(shí)驗(yàn)的操作、數(shù)據(jù)的處理等要素，對(duì)于猜想與假設(shè)的提出則不太重視。在該環(huán)節(jié)中，學(xué)生往往是照著書本念一遍書上的猜想和假設(shè)，或者老師直接給出一些猜想和假設(shè)。造成這種現(xiàn)象的主要原因有：一是課堂教學(xué)時(shí)間有限，老師們會(huì)壓縮掉自認(rèn)為最不重要的要素；二是很多老師都覺得科學(xué)假設(shè)能力是不可教的，在這個(gè)環(huán)節(jié)上不值得花時(shí)間。

猜想與假設(shè)主要是指人們根據(jù)已有的科學(xué)知識(shí)，運(yùn)用科學(xué)方法對(duì)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)現(xiàn)象作出假定性闡述與說明。猜想與假設(shè)為后續(xù)的科學(xué)探究指明了方向，其重要性不言而喻。但是，學(xué)生的科學(xué)假設(shè)能力較為薄弱，在課堂上經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生提出了猜想和假設(shè)，卻說不出這么猜想的理由或者理由不充分，造成猜想和假設(shè)的可接受性和可信度較低。

以蘇科版初中物理教材為例，猜想與假設(shè)可分為三類：物理規(guī)律類、數(shù)學(xué)表達(dá)類、影響因素類。猜想與假設(shè)往往為后續(xù)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指明了方向，尤其是影響因素類的猜想。所以在教學(xué)中應(yīng)強(qiáng)化猜想與假設(shè)的地位，同時(shí)為了提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的能力，不能放松對(duì)學(xué)生假設(shè)能力的培養(yǎng)。

1 初中生科學(xué)假設(shè)能力概述

皮亞杰提出：兒童在形式運(yùn)算階段(11歲以上)已具有一定的對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的假設(shè)和檢驗(yàn)?zāi)芰Γ踔猩佑|到物理時(shí)年齡在14～16歲之間，因此提出科學(xué)假設(shè)是沒有問題的。皮爾斯指出：溯因推理是一個(gè)行程解釋性假設(shè)的過程，它是唯一能夠引入新觀念的邏輯操作。溯因推理的模式可以根據(jù)皮爾斯的模式進(jìn)行適當(dāng)演變。

已知：M有P′、P″、P?等特性。

發(fā)現(xiàn)：S也有P′、P″、P?的特性。

作出假設(shè)：S很可能就是M的假設(shè)。

根據(jù)這一模式，教師在課堂上最主要的作用是想辦法作鋪墊，讓學(xué)生找到P′、P″、P?等特性，而學(xué)生則需要根據(jù)已有知識(shí)，快速定位到相關(guān)知識(shí)，提出假設(shè)。

2 提升初中生科學(xué)假設(shè)能力的教學(xué)策略

2.1 過程重構(gòu)，問題引導(dǎo)

假設(shè)的提出與問題的解決之間存在一定的聯(lián)系，教師應(yīng)該設(shè)計(jì)出合乎邏輯的認(rèn)識(shí)過程，讓學(xué)生提出假設(shè)的過程更加合理。

以“力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”的教學(xué)為例，引入“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”是探究活動(dòng)的難點(diǎn)，教材中沒有給出明確的邏輯主線，讓學(xué)生猜想到“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)有影響”，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，這是本節(jié)課的重難點(diǎn)。在教學(xué)中，可運(yùn)用物理學(xué)史上亞里士多德與伽利略的觀點(diǎn)碰撞來重構(gòu)教學(xué)過程，逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理猜想。教師提出問題：結(jié)合日常生活經(jīng)驗(yàn)，你覺得力與運(yùn)動(dòng)有什么關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行猜想，在此過程中教師要注意詢問學(xué)生猜想的依據(jù)。學(xué)生的猜想會(huì)集中在：有力就會(huì)運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)的物體停下來是因?yàn)槭艿搅俗枇Φ淖饔?。教師接著提問學(xué)生：大家覺得物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持嗎？陳述亞里士多德與伽利略的觀點(diǎn)，并提問：哪位科學(xué)家的觀點(diǎn)正確呢？如何利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證他的觀點(diǎn)？此時(shí)學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)任務(wù)變成了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證物體的運(yùn)動(dòng)是否需要力來維持，學(xué)生很容易想到：只要物體不受力時(shí)也可以運(yùn)動(dòng)，就能證明伽利略的觀點(diǎn)是對(duì)的，但物體在地球上運(yùn)動(dòng)不可能不受阻力的作用，這時(shí)就需要把阻力逐漸減少，最后通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理出物體不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況。這一案例表明：通過重構(gòu)探究過程中呈現(xiàn)的邏輯關(guān)系，利用問題串步步為營，引導(dǎo)學(xué)生提出合理的猜想，從而根據(jù)問題和猜想，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

在教學(xué)中猜想可以通過引導(dǎo)學(xué)生分析、提出問題，進(jìn)而提出合理的假設(shè)。一個(gè)有效問題的發(fā)現(xiàn)，距離學(xué)生合理假設(shè)也就近了一大步。在教學(xué)中教師可以從結(jié)果出發(fā)重構(gòu)過程，創(chuàng)設(shè)邏輯合理的情景或者問題，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，并為探究這一問題提出有效假設(shè)。

以“探究流速對(duì)流體壓強(qiáng)的影響”的教學(xué)為例，在蘇科版物理教材中是先做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行歸納，再得出結(jié)論，學(xué)生往往是被動(dòng)接受，參與度不高。為解決這個(gè)問題，可以對(duì)這個(gè)過程進(jìn)行重構(gòu)：(1)提出問題：兩張紙自然下垂，在兩張紙中間向下吹氣時(shí)，你覺得會(huì)觀察到什么現(xiàn)象？為什么？學(xué)生回答：向兩側(cè)飄去，因?yàn)槟愠虚g吹氣了，肯定會(huì)向兩側(cè)飄。(2)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)引：將學(xué)生猜想的現(xiàn)象用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與學(xué)生的猜想相矛盾，引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)了學(xué)生探究的欲望；(3)教師提問：這是什么原因?qū)е碌哪兀磕隳苷f說你的猜想嗎？教師通過重構(gòu)探究過程，讓學(xué)生先猜想，利用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與猜想的沖突來激發(fā)學(xué)生探究的興趣，再讓學(xué)生思考造成這一現(xiàn)象的原因，整堂課學(xué)生的參與度顯著提高。通過過程重構(gòu)、問題引導(dǎo)，可以幫助學(xué)生提出合理的假設(shè)，進(jìn)行科學(xué)猜想，進(jìn)而解決問題。

2.2 創(chuàng)設(shè)情境，啟發(fā)引導(dǎo)

生活是最好的老師。在課堂上教師要根據(jù)學(xué)生熟知的生活現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)形象的、真實(shí)的情境，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究。對(duì)于一些猜想與假設(shè)，學(xué)生難以在短時(shí)間內(nèi)想到，與其生硬地直接給出，不如根據(jù)學(xué)生熟悉的生活事例創(chuàng)設(shè)情境，誘發(fā)學(xué)生猜想，往往會(huì)產(chǎn)生意想不到的效果。

以“杠桿的平衡條件”的教學(xué)為例，學(xué)生較容易想到杠桿的平衡與動(dòng)力和阻力有關(guān)，而不容易想到杠桿的平衡還與動(dòng)力臂和阻力臂有關(guān)。學(xué)生直接猜想與力臂有關(guān)，是因?yàn)閯倓倢W(xué)過杠桿平衡的五要素，教師若追問學(xué)生提出猜想的理由時(shí)，他們往往語焉不詳，所以該猜想的可接受度較低。

那么，在課堂上如何幫助學(xué)生猜想到力臂這一要素呢？教師可以創(chuàng)設(shè)情境，搭建“腳手架”：我們班最重的甲同學(xué)和最輕的乙同學(xué)現(xiàn)在要玩蹺蹺板，兩位同學(xué)坐上去后會(huì)發(fā)現(xiàn)：甲同學(xué)端降下去后，無法升上來。同學(xué)們能不能想想辦法，讓蹺蹺板蹺動(dòng)起來，使他們能夠順利地玩蹺蹺板。生活經(jīng)驗(yàn)告訴學(xué)生：讓甲同學(xué)往前移，或讓乙同學(xué)往后移，他們就可以玩起來了。

這時(shí)，教師可追問學(xué)生：蹺蹺板其實(shí)就是生活中常見的杠桿，在這個(gè)過程中，我們通過改變了什么條件使得杠桿重新平衡了呢？學(xué)生很快就會(huì)想到力臂了，這樣學(xué)生猜想杠桿的平衡條件可能跟力臂有關(guān)，就顯得有說服力了。

再以“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”的教學(xué)為例，學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)很容易想到：越重的東西越難推動(dòng)，所以滑動(dòng)摩擦力與壓力有關(guān)；每周換座位拖桌子時(shí)，在瓷磚上比在講臺(tái)的木地板上省力，所以滑動(dòng)摩擦力與接觸面的粗糙程度有關(guān)。

在課堂上模擬生活情境，讓學(xué)生沉浸在真實(shí)情境中，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生有理有據(jù)地進(jìn)行猜想，這種方式能夠使猜想的質(zhì)量得以提高。

2.3 實(shí)驗(yàn)鋪墊，積累經(jīng)驗(yàn)

對(duì)于一些比較抽象的知識(shí)，學(xué)生往往缺乏相應(yīng)的生活經(jīng)驗(yàn)，讓他們提出合理的假設(shè)往往比較困難。這時(shí)，一些教師在課堂上會(huì)采用自己給出的方式，灌輸便成了教學(xué)選擇，強(qiáng)行讓學(xué)生接受。我們可以利用定性實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生提出猜想，進(jìn)而完成教學(xué)任務(wù)。

以“探究影響壓力作用效果的因素”的教學(xué)為例，在教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生猜想到壓力的作用效果與受力面積有關(guān)？可以讓學(xué)生用兩只手指用力按壓鉛筆的兩端，學(xué)生感覺鉛筆尖處一端的手指更疼，學(xué)生容易猜想到：壓力的作用效果與受力面積有關(guān)。

再“以探究影響浮力大小的因素”為例，學(xué)生難以猜想到“浮力與浸在液體中的體積有關(guān)”，可利用兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)突破難點(diǎn)。

(1)把帶有刻度的圓柱體緩慢放入裝滿水的燒杯中，用與圓柱體體積相同的容器接住溢出的水，發(fā)現(xiàn)溢出的水與圓柱體浸入水中的體積相同。

(2)把帶有刻度的圓柱體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下，緩慢浸入水中，發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)先變小、后不變，從而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)：浮力與浸入液體中的物體的體積有關(guān)，一旦物體完全浸沒在液體中，此后浮力大小不變。

這兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了猜想的經(jīng)驗(yàn)材料，讓學(xué)生更容易進(jìn)行猜想與假設(shè)。

2.4 知識(shí)結(jié)構(gòu)化，提供猜想依據(jù)

猜想和假設(shè)的提出基于一定的知識(shí)儲(chǔ)備，學(xué)生根據(jù)有效的信息快速地定位到相關(guān)知識(shí)是關(guān)鍵，把知識(shí)模塊化、結(jié)構(gòu)化尤為重要。模塊化的知識(shí)便于學(xué)生快速檢索、調(diào)用，為了提高學(xué)生的科學(xué)假設(shè)能力，一定要關(guān)注知識(shí)結(jié)構(gòu)化。

以“物體的內(nèi)能與哪些因素有關(guān)”的教學(xué)為例，分子動(dòng)理論在初中物理中的應(yīng)用比較廣泛，但由于中考考查的相關(guān)問題比較簡(jiǎn)單，所以在課堂教學(xué)中沒有受到重視，分子動(dòng)理論的知識(shí)結(jié)構(gòu)化程度較高，掌握這一知識(shí)可為后續(xù)的猜想提供知識(shí)基礎(chǔ)和依據(jù)。教師提問：物體的內(nèi)能與哪些因素有關(guān)？部分學(xué)生能較快地給出回答：物體的質(zhì)量，他們給出的猜想理由是：物體的質(zhì)量是所含物質(zhì)的多少，而物體內(nèi)能是所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，物體的質(zhì)量越大，物體所含物質(zhì)越多，分子數(shù)越多，所以物體內(nèi)能越大。學(xué)生還會(huì)提出猜想：物體的溫度，其理由是：物體的溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，所以分子動(dòng)能越大，那么分子動(dòng)能總和也越大，所以物體內(nèi)能越大。

通過這個(gè)案例可以看出，學(xué)生一旦掌握了結(jié)構(gòu)化的分子動(dòng)理論，知識(shí)調(diào)動(dòng)就會(huì)較為迅速和準(zhǔn)確，提升了猜想的可信度和科學(xué)性。在物理教學(xué)中，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生物理知識(shí)的碎片化問題，幫助學(xué)生建構(gòu)完善的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

溯因理論和皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論啟示我們：學(xué)生的科學(xué)假設(shè)能力可通過教學(xué)加以培養(yǎng)，在探究教學(xué)中教師需要運(yùn)用多種策略，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的猜想和假設(shè)能力。