中學物理教學中培養學生猜想能力的策略初探

陳桂平

中學物理教學中培養學生猜想能力的策略初探

陳桂平

隨著基礎教育新課程改革的逐步推進，科學探究作為物理課程的教學目標、教學內容與教學方式，在教學一線得到了較大的關注。《普通高中物理新課程標準》指出，科學探究包含以下要素：提出問題、猜想與假設、制訂計劃與設計實驗、進行實驗與搜集證據、分析與論證、交流與合作。在日常教學中，筆者發現，上述各個要素中，猜想與假設環節往往缺失或流于形式，沒有真正發揮培養學生猜想能力的作用，針對這一問題，筆者著重探討如何在高中物理教學中培養學生的猜想能力。

牛頓說：“沒有大膽的推測，就沒有偉大的發現”。但猜想與假設不是主觀臆斷，不是毫無根據的胡思亂想，不合理的猜想與假設不僅沒有發展成為科學結論的可能，對探究過程也沒有意義。那么，在物理教學中要如何滲透猜想的思想，讓學生進行合理、有效的猜想，在潛移默化中培養學生的猜想能力呢？筆者認為可從以下幾方面著手。

一、設置認知沖突激發猜想

學生往往會將一些錯誤的經驗認識帶到物理課堂中來，物理教育領域將其稱為前概念。有效轉變學生前概念的教學策略是引入與學生已有經驗矛盾的場景，促使其產生認知沖突，并在該過程中誘發學生的質疑猜想。

例如，學生在日常生活中已經形成了力是物體運動的原因的前概念，他們認為外力可以讓物體開始運動，而當把外力撤走時物體的運動將停止下來。針對上述前概念，物理教師在課堂上利用實驗演示在3種不同表面上的小車運動狀況，引導學生觀察3種表面上小車不同的運動情況，并發現斜面越光滑，小車移動得越遠。這一現象與學生的前概念是相矛盾的，從而引發學生的思維碰撞：為什么實驗結果和自己的想法不一樣？這是否與小車運動的表面有關？有何關系？繼而思考：若運動的表面絕對光滑，小車又將如何運動？從而自然而然地提出猜想：運動物體絕對光滑平直的情況下，就會永遠做勻速直線運動。這種利用認知沖突誘發的猜想，對學生而言印象將更為深刻。

二、利用類比方法進行猜想

康德說過“每當理智缺乏可靠論證的思路時，類比往往能指引我們前進”，這指出了類比聯想的重要價值。當面對新現象時，嘗試利用其他現象進行類比，推論新現象在某些方面會出現與已認識的現象相似的性質或規律。教學中，正可以根據物理量或者物理過程的相似性，引導學生進行類比與聯想，并在此基礎上進行猜想，取得“他山之石，可以攻玉”的效果。

例如，在物理教學中，教師經常會將水流和電流進行類比，將電場與重力場類比；電勢能和重力勢能相類比，還有磁場和電場、萬有引力定律和庫侖定律、液體浮力和氣體浮力相類比等。教師引導學生經歷上述類比的思維過程，并要求學生根據二者的相似性提出相應的猜想。例如，依據聲現象類比光現象，因為聲音是一種為學生所熟悉的波，由此可以提出相應的猜想：光可能也具有波動性。通過經歷這樣一種猜想過程，學生也學到類比法這樣一種在科學研究中十分重要的物理學方法。

三、立足現象歸納誘發猜想

歸納法是物理學方法中十分重要的研究方法之一，利用歸納進行猜想，就是針對某一類現象中的一些例子體現出某種性質與規律，進而猜測該類現象都可能具有這樣一種性質和規律。新教材中有不少物理概念都是立足于對各類自然現象的觀察，采用歸納猜想的方式得出來的。同時，也要盡可能的充分利用實驗室傳統器材、傳感器、掌上移動實驗室、日常生活用品等設備為學生提供豐富、直觀的現象，為誘發合理的猜想奠定思維的素材。

例如，在電磁感應的教學中，幾個實驗分別從導線切割、磁極運動、通斷電流、改變電流、增減鐵芯等方法來產生感應電流，教師可以引導學生觀察與思考上述各類不同現象，啟發學生抓住現象背后的共性特征并作出合理猜想。在教師的啟發下，學生利用歸納思維對上述大量實例進行積極思維并提出猜想，找出產生感應電流的條件。采用歸納猜想的教學方式，有利于引導學生關注生活，學會在日常生活中總結一般性的規律并進行大膽的猜想。

四、依據科學推理促進猜想

推理猜想是科學研究中十分重要的一種猜想方式，不少科學發現也是首先通過理論推導提出假設，而后由實驗證明是正確的，例如伽利略對自由落體規律的研究、海王星的發現等。這種猜想方式是立足于已經知道的知識和經驗，針對新現象新研究對象進行邏輯上的分析，通過嚴密的邏輯推理，提出一種假設性的解釋。

例如,教學中引導學生思考，光與聲類似，都具有直線傳播、反射、折射、干涉等規律，首先猜想：光可能跟聲音一樣，是一種機械波。而后進一步思考：但是聲音在真空中不能傳播，而光在真空中卻能夠傳播，因此，推翻原來認為光是一種機械波的猜想。聯想到電波在真空中可以傳播，因此得出新的猜想：光可能是一種電磁波。學生在教師的引導下，經歷上述嚴密的邏輯推理得出新的猜想與假設，也較好地體現了理論指導的價值。

五、借助物理學史體悟猜想

上文介紹的幾種關于猜想的教學策略，都可以通過師生互動的形式予以開展，除了上述策略外，借助物理學史上科學家的猜想過程，同樣能夠給予學生有益的借鑒與啟發。物理學史上，科學家們也采用了上述提及的各類猜想的方法，除此之外，還采用直覺思維、對稱的美學思維等進行猜測，一一探討如下。

在利用直覺思維進行猜想方面，麥克斯韋通過非凡的直覺思維提出了“渦旋電場”的假說，愛因斯坦依賴直覺思維，大膽提出光速不變的假說，還有伽利略的單擺定律等，都是這些偉大的科學家利用直覺思維進行大膽猜想的例證。在教學中教師利用上述物理學史中的相關素材，引導學生體會科學家利用直覺思維進行合理猜想的過程，通過這種替代學習方式，滲透利用直覺思維進行猜想的思想。

在利用對稱性的美學思想進行猜想方面，狄拉克從對稱的角度考慮，大膽地提出了反物質的假說并預言正電子的存在，法拉第利用對稱的美學思想從電生磁猜測磁也能生電，等等。通過講述上述物理學史，引導學生領悟這種運用自然科學美學思想提出猜想的思維。

六、結束語

猜想是一種人類積極認識新事物的思維活動，對于培養學生的質疑能力和創新能力具有重要的意義，是科學探究中十分重要的環節之一。上文探討了幾種在日常物理教學中提高學生猜想能力的可行性教學策略，包括利用認知沖突、利用類比聯系、類比猜想、歸納推理以及利用物理學史引導學生體悟科學家猜想的思維過程等策略。讓學生親自體驗科學探究的過程和方法，經歷科學家所走過的軌跡，從中真切感受到成功的喜悅與研究的快樂，使學生逐漸形成勇于猜想的良好思維習慣，并在猜想的過程中樹立正確的情感、態度和價值觀，真正落實課程標準中提出的三維目標。

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稿件編號：P1105028

陳桂平，本科，中教高級。

福建省惠安第三中學。