在探究式教學中不可忽視分析論證的環節*①

張偉

(灌云縣實驗中學 江蘇 連云港 222200)

在《全日制義務教育課程標準(實驗稿)》[1]中，科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式;科學探究中對分析與論證有這樣的基本要求：能初步描述實驗數據或有關信息；能對收集的信息進行簡單的比較；能進行簡單的因果推理；經歷從物理現象和實驗中歸納科學規律的過程；嘗試對探究結果進行描述和解釋；認識分析論證在科學探究中是必不可少的.但是在實際教學中，常常會看到這樣的情形：科學探究的前幾個要素教師組織得有聲有色，學生在教師引導下活動起來，而到了分析論證卻是草草了事，在有些學生還不太明白的情況下匆匆收場.究其原因，除了前面的要素費時較多，無暇兼顧外，可能是有些教師對分析論證的重要性認識不足，對科學探究理解不深造成的.由于在課堂上進行完整的科學探究過程，時間不充足，因此在《課程標準》的實施建議中對探究活動的選擇有明確要求即探究活動可以是包括所有要素的探究，也可以是只包括部分要素的探究[1].筆者認為分析論證的重要性不言而喻，在科學探究中需要加強分析論證的教學.

1 分析論證是學習物理的重要方法

學習是一種內部的過程，是來自挑戰個體思維的認知沖突和反應的結果[2].也就是說學生的學習不是被動接受知識的過程，而是通過他們頭腦中已有的知識去探索未知.在探索過程中會遇到種種困難，需要借助分析論證，抓住物理現象中隱含的實質，建立物理概念，再通過分析實驗數據的內在聯系，尋找物理規律.

例如,牛頓的色散實驗.在牛頓之前，笛卡兒、馬爾西等科學家都做了光的色散實驗，但是并沒有得出正確的結論.牛頓通過思考，對笛卡兒的棱鏡實驗進行了改進，將棱鏡到光屏的距離擴展為6～7 m，這樣就獲得了展開的光譜.通過分析意識到不同顏色的光具有不同的折射能力.白光是由折射能力各不相同的色光混合而成的.為了證明自己的想法，牛頓又做了一個實驗，在原有實驗的基礎上，在光屏中間開有一條豎直的狹縫，在光屏后面又放置一個三棱鏡，轉動第一個三棱鏡讓光譜的七色光帶依次透過狹縫，經過第二個三棱鏡折射后，最后投射到第二個光屏上，第二個屏幕上只呈現單一的色光.牛頓并不滿足，接著又設計了第三個實驗.在這次實驗中，牛頓用一個很大的凸透鏡代替了第二個三棱鏡，結果，經過第一個棱鏡色散的光譜投射到凸透鏡上，七色光會聚成一束白光[3].通過分析，牛頓提出了光的色散的正確理論.

從牛頓的色散實驗可以看出，不經過一系列的分析論證，是不可能得出正確結論的.在科學探究中，分析論證不僅有助于學生將實驗證據、已有的科學知識和他們所提出的解釋三者之間更緊密地聯系起來;而且由于這樣的過程是在學生自主質疑、推理和批判性思維活動中完成的，打破了對知識的盲目迷信，增強了對學習的控制.學習者在有效構建新知識的同時，將獲得新的觀點、新的思維方法和對深層次思維結構的重組.

2 教給學生分析論證的方法

初中學生由于剛學習物理，要他們在探究實驗中分析論證，確實勉為其難.因此在科學探究活動中，教師要教給學生分析論證的主要方法，使學生學會通過分析論證得出結論.

2.1 分析實驗現象的主要方法

(1)比較法

比較是確定研究對象之間差異點和共同點的思維過程和方法.通過比較可以建立物理概念、總結物理規律，利用比較可以進行鑒別.比較法是物理學研究中經常應用的基本方法[4].例如，在探究聲音的產生原因實驗中，比較同一物體發聲與停止發聲的不同;物體發聲時振動，停止發聲就不振動.通過比較從而得出聲音是由物體振動產生的結論.

(2)歸納法

歸納是由個別到一般的抽象概括.從具體的個別事物的認識中概括出抽象的一般認識的思維方法和推論方法叫做歸納法[4].例如，在探究聲音的傳播實驗時，通過研究聲音在固體、液體、氣體中能夠傳播，在真空中不能傳播，歸納出聲音傳播需要介質的結論.

(3)推理法

推理法是在實驗基礎上經過概括、抽象、推理得出規律的一種研究問題的方法;但得出的某些規律卻又不能用實驗直接驗證，又稱理想實驗法.例如，探究聲音在真空中能否傳播的實驗，通過逐漸抽出真空罩中的空氣，發現傳出的手機鈴聲越來越小，在此基礎上進行推理，如果真空罩中沒有空氣，就會聽不到聲音，從而得出聲音在真空中不能傳播的結論.

(4)演繹法

演繹法是從普遍性結論或一般性事理推導出個別性結論的論證方法.在演繹論證中，普遍性結論是依據，而個別性結論是論點.演繹推理與歸納推理相反，它反映了論據與論點之間由一般到個別的邏輯關系，是形成概念，檢驗和發展科學理論的重要思維方法.例如，氣體壓強概念的建立，在通過壓力的作用效果建立起壓強概念后，在研究氣體壓強時，運用演繹法，由于氣體受到重力作用而對浸在空氣中的物體有壓力作用，進而產生壓強，再通過實驗進行驗證，建立起氣體壓強概念.

2.2 分析實驗數據的主要方法

(1)列表法

列表法是按實際需要畫出表格，然后把相關的實驗數據填入表格中，比較表格中數據的特點，找出相關的規律.例如，在探究電流與電壓、電阻關系實驗中，運用控制變量法分別得出電阻不變時電流與電壓的相關數據和電壓不變時電流與電阻的相關數據，通過列表法設計出符合要求的表格，如表1和表2.然后把相關數據填入，比較數據之間的關系，歸納出結論.

表1 電阻不變時電流與電壓的關系

表2 電壓不變時電流與電阻的關系

(2)圖像法

圖像法是畫出直角坐標系，根據實驗數據的情況，設定橫坐標、縱坐標表示的物理量，并標出分度值(即每一小格表示的物理量的大小);把實驗數據運用描點法描出一系列的點，然后用平滑的線連接起來，通過比較，歸納出結論.例如，探究水沸騰規律的實驗，根據所得數據情況，用橫坐標表示時間，縱坐標表示溫度(如圖1).標上標度后，把相關數據用描點法描出一系列的點，用平滑的線連接起來，很容易歸納出水沸騰的規律.

圖1

(3)數學運算法

數學運算法是指對實驗數據進行加、減、乘、除等運算，尋找物理量之間的關系，進而歸納出相關規律.例如，在探究杠桿平衡條件實驗中，記錄好實驗數據后，教師強調不同類別的物理量不能相加減，然后讓學生運用數學運算法處理每一組數據.學生通過計算，很快找出力與力臂的乘積是相等的.最后經過歸納，得出杠桿平衡條件的規律.

3 適時引導學生進行分析論證

在科學探究中，教師放手讓學生進行分析論證，可能會出現兩種“卡殼”情況：一是學生不清楚對實驗現象該用什么方法分析;二是對實驗數據不知用什么方法處理.因此,在教給學生分析論證的方法后，在具體的科學探究中，仍需要教師引導，幫助他們順利地分析論證.

例如，探究二力平衡的條件的實驗，實驗中的小卡片其實受到三個力,重力與兩個拉力.如何研究二力平衡呢？學生在分析論證時可能會“卡殼”；這時需要教師進行適時引導.由于小卡片受到的重力比拉力小很多，可以忽略不計；即通過抽象不計小卡片的重力，小卡片就受到兩個力作用.再綜合運用比較、歸納的方法就容易得出二力平衡的條件.

再如，探究電流與電壓、電阻關系實驗中，教師可引導學生運用圖像法分析，因為圖像法比列表法更直觀些.但是在繪制電流與電阻關系圖像時，會發現不容易判斷它們是否成反比.怎么辦呢？這時教師再引導，讓學生繪制電流與電阻倒數之間的關系圖像，通過電流與電阻的倒數成正比，可推理出電流與電阻成反比.

4 分析論證應注意的問題

(1)注意靈活運用分析論證的方法.在具體分析中，可以使用一種分析方法，也可以多種方法綜合運用，甚至可以用多種方法分析同一實驗現象或實驗數據，比較哪種方法更能直觀、方便地得出結論.

(2)重視克服“定向”作用的影響.由于探究教學中的情境呈現往往有如下特征：一是在呈現前有明確的問題引導，暗示情境將起的作用；二是情境的結果往往具有驗證性.由此，學生在分析論證物理規律和現象之間的因果關系時，思維過程往往并不完備，甚至會削弱對直觀感覺的材料的理性分析，從而導致錯誤.

(3)強調分析論證并不都是證實猜想，也有可能是修正或否定猜想.因為通過對實驗現象或實驗數據的分析論證，證實、修正或否定猜想是科學研究的一個基本環節.猜想向理論轉化有以下幾種情況：一是證實猜想，科學事實證明了猜想的正確性，猜想便轉化為理論；或者修正猜想，即原猜想與新的科學事實不甚吻合，需要對原猜想進行修正；也可能是否定猜想，猜想與新發現的科學事實產生矛盾，因而原猜想被否定.

參考文獻

1 中華人民共和國教育部制訂.全日制義務教育物理課程標準(實驗稿)(第一版).北京:北京師范大學出版社, 2001.9,10,33

2 Margaret E.Gredler著.張奇，等譯.學習與教學——從理論到實踐 .北京:中國輕工業出版社,2007

3 蘇科版初中物理教材編寫組.物理教師教學用書八年級上冊.南京：江蘇科學技術出版社,2007.98

4 崔秀梅.初中物理新課程教學法.北京：首都師范大學出版社,2004.29,31