探究式教學中學生合理“猜想與假設”能力的培養

[摘 要]在初中物理探究式教學中，培養學生的合理“猜想與假設”能力，是物理探究式教學的目的之一。為此，教師應讓學生體驗實驗過程，并在此基礎上，留給學生合理猜想的空間；組織學生合作討論，挖掘學生合理猜想的潛能；引導學生感悟物理科學方法，提升學生合理猜想的思維層次；最終達到培養學生合理“猜想與假設”能力的目的。

[關鍵詞]最近發展區 合理猜想與假設 物理科學方法

[中圖分類號] G633.7[文獻標識碼] A[文章編號] 16746058（2016）140071

一、引言

初中物理新課程標準明確提出：物理學科不僅要注重科學知識的傳授和技能的訓練，更應注重對學生探究能力、創新能力的培養，初中物理教學中的科學探究是學生學習的有效方式，更是教師教學的重要方式。牛頓說“沒有大膽的假設，就沒有大膽的發現”，科學發展中很多偉大的發明創造都源于猜想與假設。探究式教學中，學生合理的“猜想與假設”是指學生在實驗體驗的基礎上，借助原有的知識、生活經驗，對接觸到的問題發揮積極思維，通過自主思維加工對未知的物理現象和問題作假定性解釋和說明。它是科學探究的一個核心環節，對提出解決問題的方案作預見性的思考，為設計、動手實驗、收集信息、分析和解釋信息指明了大致的方向，幫助學生明確探究方向和內容，從而引導學生沿預定的方向進行探究。

二、初中物理探究式教學中學生“猜想與假設”的現狀

近年來，在研究物理探究式教學的過程中，不難發現：由于教師引導的欠缺和學生經驗、認知水平、物理科學方法的不足，學生的猜想與假設常流于表面，沒有充分發揮這個探究環節的教育功能。有的教師在沒有提供任何情境的情況下，讓學生憑空想象，有的學生看了書本上的結論，懶于猜想，一猜就中。雖然常有教師鼓勵學生勇于猜想，引導學生進行發散聯想，但學生的猜想常是寬泛、不切合探究主題的胡亂猜想。如何在探究式教學中培養學生合理猜想與假設的能力呢？在教學實踐中，筆者觀摩了眾多物理名師的課堂教學，現結合自己的教學實踐，嘗試從以下幾方面作些分析探討。

三、初中物理探究式教學中學生合理“猜想與假設”能力的培養

1.引導學生體驗實驗過程，給予學生合理猜想的空間

操作流程：實驗體驗活動——個體認知沖突——提出合理猜想與假設。

學生實驗體驗：指學生通過自己的實驗活動加深對物理現象的感知和體驗。教學實踐中，教師要為學生創設猜想的物質條件（器材和活動），引導學生通過體驗獲得感性認識，這些是學生合理猜想的前提、基礎。前蘇聯心理學家維果茨基創立的“最近發展區”理論認為：學生的認知有兩個發展水平，第一個是現有發展水平，表現為學生能獨立地、自如地完成教師給出的任務；第二個是潛在發展水平，表現為學生還不能獨立地完成任務，必須在教師的幫助下，在集體活動中，通過自己的努力才能完成任務，這兩個水平之間的區域稱為“最近發展區”。維果茨基認為，教學不應消極地適應學生智力發展的已有水平，而應當走在發展的前面，不停地把學生的智力從一個水平引導到另一個更高的水平。

比如，在探究凸透成像規律時（蘇科版物理八年級上冊），學生的前認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江蘇省物理優課比賽時，發現蔡軍老師是這樣引導的：（1）學生拿起桌上f=5cm的凸透鏡，慢慢站起來遠離書本上的字，學生透過凸透鏡觀察書本上的同一個字，體驗字的像的變化情況，然后又慢慢地從遠處靠近書本上的字，再次體驗像的變化，學生通過兩次親身體驗，發現凸透鏡還能成放大倒立的像。（2）繼續遠離書本上的字，還能看到倒立縮小的像，這時學生感覺很意外，此時學生發現剛才觀察到的字的像和原有的認知（近處能成正立放大像）不一樣，有沖突，因而激發了學生的探究興趣（什么原因使凸透鏡分別成不同的像？）（3）這時教師追問：同一凸透鏡成不同像的原因，可能是什么？這時大部分學生能提出合理猜想：可能是凸透鏡到書本上字的距離不同，因而成不同像，為進一步探究“在凸透鏡焦距相同的情況下，物距不同時，凸透鏡成不同像的規律”指明了方向，同時激發了學生探究這個問題的欲望。

可見引導學生主動參與實驗體驗活動，使學生在“做中”思，“做中”猜，能有效提升學生猜想與假設的有效性。

2.組織學生合作討論，挖掘學生合理猜想的潛能

操作流程：組內活動體驗——學生間思維沖突——提出合理猜想與假設。

自主合作討論，提出猜想：指在物理探究教學中，將課堂學習過程還給學生，教師為學生創設對話、交流、合作學習的環境，學生作為學習主體，通過合作討論等學習活動，發現有的新問題、新知識，與自己原有的認知發生沖突。不同的學生，因為生活經驗不同、認知水平也不同，所以他們對同一現象和規律會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大讀書時說“在我們的物理課堂中只能聽懂一半，另一半是晚上和同學閑聊中搞懂的”，可見我們的物理探究實驗應提倡“合作學習”，讓學生在“合作學習討論”中，挖掘合理猜想的潛能。

比如，探究平面鏡成像特點時（蘇科版物理八上），教師可以這樣引導學生自主合作討論，并進行猜想。甲乙兩位同學合作進行實驗探究，他們實驗的器材是家用平面鏡、跳棋，探究的內容是人臉和跳棋在平面鏡中的成像情況。體驗探究：首先，甲同學手拿跳棋，由遠到近，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，乙同學拿著鏡子不動，兩人相互觀察對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系？（2）物與像到平面鏡的距離是什么關系？引導組內同學合作討論、猜想，并講出猜想的理由。學生的猜想：（1）課堂觀察中發現，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，物和像的大小大約相等，猜想“物和像的大小相等”。這時組內同學進行激烈的討論、思辨，此時的合作討論大大提升了學生對“物和像大小關系”猜想的廣度和深度，學生在互動中大大提升了合理猜想能力，達到了物理探究活動的本質要求，學生科學思辨的素養得到了培養。

3.領悟物理科學方法，提升學生合理猜想的思維層次

操作流程：科學方法體驗——思維質變——提出合理猜想與假設。

正如蘇科版物理主編劉炳昇教授在《培養學生提出科學猜想能力和形成假設能力》一文中所說的：在學生的探究中形成猜想和假設的教學目標主要是讓學生學習其中物理思想方法。

（1）體驗控制變量法，提升學生的實驗技能

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

（2）體驗歸納、演繹法，提升學生的推理能力

歸納、演繹法是指：學生將實驗中得到的多組個別數據，結合相關圖形，進行歸類演繹，從中獲得一個較具概括性的規律（歸納法）或是從既有的普遍性結論或一般性事理中，根據物理圖形推導出個別結論的一種方法（演繹法）。

比如，“探究凸透鏡成像規律”的過程中，在學生完成物體成縮小實像、放大實像各三次后，引導學生分析實驗數據，猜想在何種情況下得到倒立等大的實像時，發現大多數學生對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，引導學生分組探究：找到“F”字在光軸上的不同位置，對應在光屏上成三次縮小像和三次放大像。（2）教師在確定學生實驗數據正確的基礎上，再引導學生根據6組對應的數據（物距、像距及物、像大?。┳鲌D，畫在透明膠片上（如圖1）。（3）選擇三至五組數據，同時畫在同一光路圖上，然后通過實物投影儀投到黑板上（如圖2）。（4）再提出問題：物距在哪個范圍內時，物體在光屏上成倒立縮小的像？物距在哪個區域內時，物體在光屏上成放大倒立的像？（5）學生回答后，教師追問：成等大像的位置可能在哪里？這時學生會急不可耐地提出合理猜想：當f=20cm，即物距等于二倍焦距時，物體成倒立等的大像。（6）教師提出：想不想檢驗？這樣激發了學生動手驗證這個規律的欲望，把探究實驗推向高潮。在這里學生的猜想，是基于多組數據確定的圖形，通過歸納推理實現第二次理性認識（在二倍焦距處可能有成倒立等大的像）得到的，使學生的認識由具體到抽象，發生了質的變化，培養了學生的科學探究能力。

（3）體驗類比法：指在教師的引導下，學生通過對熟悉的物理現象與待研究的物理現象相比較，找出它們的共同特點或關聯點，據此推導出研究對象可能具有類比對象的相似特性。如探究電流與電阻、電壓的關系時（蘇科版物理九上）教師投影FASH動畫：河中有石頭和沒有石頭時水的流速不一樣，水位差越大，水流速度越快。引導學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。

四、結束語

物理探究式教學中，學生的合理“猜想與假設”能力的形成及發展，需要教師在學生現有認知水平、生活經驗及思維發展狀況的基礎上，給予學生在視覺感觀上和原有認知沖突，激起學生合理“猜想”的欲望，并鼓勵學生積極參與自主合作討論、思辨，從而激發學生合理猜想的潛能，讓學生在感悟物理科學方法的同時，提升合理猜想的思維層次。

[ 參 考 文 獻 ]

[1]劉炳昇.培養學生提出科學猜想能力和形成假設能力[J].物理教學.2008（03）.

[2]李安發.最近發展區在物理教學中的應用[J].中學物理.2013（08）.

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

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

（責任編輯 易志毅）