淺談科學探究的要素——猜想與假設(shè)

楊惠麗

科學探究的形式是多種多樣的,其要素有:提出問題;猜想與假設(shè);制定計劃與設(shè)計實驗;進行實驗與收集證據(jù);分析與論證;評估、交流與合作。其中的“猜想”是科學探究這種教學方式中的一個重要環(huán)節(jié),在教學過程中起著關(guān)鍵的作用。初中科學教學除了要把科學知識傳授給學生之外,更重要的是要培養(yǎng)學生進行科學探究的能力,因此,引導學生合理地大膽猜想就顯得特別重要。如何進行“猜想”,怎樣培養(yǎng)和提高學生的猜想能力,猜想時應(yīng)注意哪些問題?這些是目前許多科學教師在教學實踐中所面臨的最突出的問題,本人結(jié)合自己探究式教學的實際談幾點體會。

一、怎樣引導學生提出猜想

猜想不是胡猜亂想,猜想是科學思維的一種形式,是運用現(xiàn)有的經(jīng)驗和知識對問題中的事實尋求可能的解釋過程。盡管所提出的猜想不一定是最終的科學結(jié)論,但對問題成因的可能猜想仍需有一定的依據(jù)。依據(jù)一是學生已有的經(jīng)驗和知識,二是科學事實,即探究中的“問題”。有些內(nèi)容的教學,如研究歐姆定律的教學,學生根據(jù)頭腦中積累的知識很容易猜想導體中的電流跟導體兩端的電壓以及導體電阻有關(guān)。而另一些內(nèi)容的教學,如在“電磁感應(yīng)”的教學中,對于什么情況下磁可以生電?學生缺乏這方面的知識背景和生活經(jīng)驗,有的說線圈這樣運動有電流,線圈那樣運動沒有電流,這只能說是“猜”,不是真正意義上的科學猜想。因此,教師在探究式教學的設(shè)計中主要的任務(wù)就是根據(jù)學生的已有知識、生活經(jīng)驗、感性認識、趣味現(xiàn)象等創(chuàng)設(shè)猜想的情景,激起學生探究的求知欲望,誘導學生對探究問題提出可能的猜想,然后針對猜想設(shè)計實驗,檢驗猜想的合理性。猜想一旦得到實驗結(jié)果的支持,就可發(fā)展成為科學結(jié)論。

二、怎樣培養(yǎng)和提高學生的猜想能力

1.用科學家的史事激發(fā)學生猜想的動機,樹立推陳出新的信心

牛頓曾經(jīng)說過:“沒有大膽的猜想,就不可能有偉大的發(fā)現(xiàn)”。科學創(chuàng)新起始于大膽的猜想和卓越的預(yù)見能力。可以說古今中外任何一個理論的產(chǎn)生都有其孕育過程,任何科學學說的出現(xiàn),開始都有大膽的猜想。在教學中我這樣激發(fā)學生猜想動機:假如沒有法拉第的大膽猜想,提出“既然電能產(chǎn)生磁,那么反過來磁能否產(chǎn)生電?”又哪來“電磁感應(yīng)”呢?電能的大規(guī)模生產(chǎn)和使用不知會推遲多少年?假如沒有愛因斯坦的大膽猜想,提出了“光在真空中無論對任何參照系的速度都不變,均為3×108米/秒”又哪來的相對論呢?當然,同時也要告訴學生,科學創(chuàng)新除了要會猜想,更需要勇氣,需要與保守勢力抗爭的決心和信心。

2.利用成功激勵,培養(yǎng)學生猜想的興趣

教育家夸美紐斯說:“興趣是創(chuàng)造一個歡樂和光明的教學環(huán)境的主要途徑之一。”初中生好奇心強,但又缺乏理性,不穩(wěn)定。只有通過成功激勵,培養(yǎng)猜想興趣,寓教于樂趣中,才符合初中學生的生理、心理特點,使學生在輕松而情緒高昂的心理下進行猜想探究。猜想的運用可以使課堂氣氛活躍,激發(fā)學生參與科學探究、參與實驗的興趣,發(fā)揮學生的主體作用,調(diào)動學習積極性。當猜想與實驗結(jié)果相吻合時,領(lǐng)略到科學家們探索成功的喜悅,學生的自信心和成就感就會油然而生。有了愉悅的成功心理體驗,學生對猜想就會產(chǎn)生濃厚的興趣。

3.創(chuàng)設(shè)探究情境,適時引導,培養(yǎng)學生提出猜想的能力

在教學實踐中,教師要努力創(chuàng)設(shè)猜想情境,鼓勵學生大膽猜想,發(fā)散思維。猜想和假設(shè)是一種思維形式,它可以直接從探究的問題陳述中產(chǎn)生,也可以從大量的觀察、資料的搜集和分析推斷中產(chǎn)生,所以教師在組織、引導學生進行探究式教學的過程中,要充分調(diào)動學生的原有知識和經(jīng)驗,提供必要的輔助資料,讓學生經(jīng)歷依據(jù)一定的事實進行猜想的過程,進而明白“猜想”不是毫無根據(jù)的“瞎猜”。

如在研究電流通過導體時產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)時,學生不難猜想出“電流越大產(chǎn)生熱量越多”這一關(guān)系,至于產(chǎn)生熱量與電阻大小的關(guān)系,可以讓學生觀察電爐通電時電爐絲熱得發(fā)紅,而連接的導線卻不怎么熱的生活情景,再結(jié)合電爐絲的電阻大于導線的電阻進行猜想。

通過真實的情境、明顯的現(xiàn)象、嚴密的推理,提出相關(guān)的猜想與假設(shè),學生可以逐步經(jīng)歷猜想與假設(shè)的過程,體會到猜想與假設(shè)在科學探究活動中的作用,發(fā)展學生猜想與假設(shè)的能力。

三、運用猜想時應(yīng)注意的問題

在課堂教學中,有時會遇到學生的猜想漫無邊際的尷尬局面。怎樣避免這種情況的發(fā)生呢?我認為在教學過程中要注意以下幾個方面:

1.注意猜想教學的循序漸進

不同年級的學生應(yīng)有不同的提出猜想的教學目標,猜想的認知難度要符合維果斯基提出的“最近發(fā)展區(qū)”,既不能達不到“最近發(fā)展區(qū)”,如果達不到會缺乏智力上的挑戰(zhàn);也不能超越“最近發(fā)展區(qū)”,那樣會打擊學生的自信心。例如在“研究杠桿平衡條件”的探究式教學中,在一個學生提出:“杠桿兩端兩物體質(zhì)量相等,到支點的距離相等,杠桿就平衡”時,教師避開學生的回答,直接提問:“杠桿平衡與哪些因素有關(guān)”,這樣顯然猜想的目標已超出學生的“最近發(fā)展區(qū)”,學生很難作出合理的猜想。教師如果大膽讓學生以小組合作的形式動手實驗,從杠桿的不平衡入手,尋找使杠桿平衡的方法,要求學生交流使用杠桿平衡的技巧,學生自然而然就會提出影響杠桿平衡因素的猜想,形成主動參與、團結(jié)協(xié)作、積極探究的欲望。

2.不要為猜想而猜想

科學探究是科學家探究活動的全過程,而且它是一個循環(huán)往復(fù)的過程。而對于一節(jié)或幾節(jié)科學課而言,一個探究活動所能完成的可能只是全部過程的一小部分。西方國家在20世紀70～80年代的時候,就曾經(jīng)出現(xiàn)過為猜想而猜想的教學問題,幾乎凡上課必先問學生:“看到……,我們能提出什么猜想?”對于每一個觀察活動,都要學生先說出或?qū)懴虏孪氲慕Y(jié)果,再與觀察、實驗的結(jié)果進行對比,看看猜對了沒有。而且在觀察結(jié)束后,對與原猜想不同的觀察實驗結(jié)果也不進行討論和反思,這樣的教學模式就失去了猜想的意義,而與培養(yǎng)勇于探索真理、不怕挫折等科學精神無緣。因此在鼓勵學生大膽猜想的同時,要強調(diào)猜想的經(jīng)驗根據(jù)和理論根據(jù)。對學生提出的不合理的猜想,應(yīng)該進行詳細的分析,提出修正建議,不能妄加贊揚,更不能輕視或嘲笑。

3.猜想是科學探究活動的組成部分,但不是所有的科學探究活動都需要經(jīng)歷猜想的過程

我認為學生進行猜想活動應(yīng)該滿足幾個條件:首先,學生應(yīng)該具備與猜想的問題相關(guān)的知識和生活經(jīng)驗,這是學生進行猜想活動的基礎(chǔ);其次,猜想的問題符合學生的心理及認知特點;最后,要有一個能讓學生開展研究的環(huán)境和條件。我們不妨來分析幾種在猜想活動中出現(xiàn)的情況:

(1)有一些研究的問題學生初次接觸,缺乏相關(guān)的知識和生活經(jīng)驗,對這類問題的猜想往往是進行一種“是或非”或者“沒有根據(jù)的猜想”。

(2)有的問題的猜想缺乏具體的實驗條件和環(huán)境,學生猜想出來的結(jié)果無法在他這個年齡階段或者實驗條件下得到驗證。

(3)有的問題過于簡單,低估了學生的能力,猜想的過程完全成了一個過場。

根據(jù)上面出現(xiàn)的幾種情況,我認為并不一定是所有的科學探究活動都要經(jīng)歷猜想環(huán)節(jié)。教師在引導學生科學探究時,應(yīng)該注重對學生已有知識與生活經(jīng)驗、能力等因素的分析,注重創(chuàng)設(shè)情境,避免出現(xiàn)過高要求或者過低要求的猜想活動,真正讓猜想發(fā)揮其培養(yǎng)學生科學思維能力的功能。

猜想與假設(shè)是科學研究的重要方法,是科學探究的重要要素。在科學探究性教學中,要想方設(shè)法不斷激發(fā)學生通過觀察、比較、實驗等方法提出種種猜想與假設(shè),培養(yǎng)學生的觀察、歸納和思維能力,提高學生分析問題、解決問題的能力,逐步發(fā)展學生猜想與假設(shè)的能力。

參考文獻:

1.張紅霞著.科學究竟是什么

2.科學(7-9)年級課程標準.北京師范大學出版社

作者單位:浙江私立諸暨高級中學