淺談生活中與物理學習中的證偽

杜 萌

（北京市和平街第一中學朝來校區 北京 100024）

淺談生活中與物理學習中的證偽

杜 萌

（北京市和平街第一中學朝來校區 北京 100024）

在生活中我們經常能看到諸如“無線wifi 會致孕婦流產”、“轉基因食品會導致癌癥”、“手機輻射大會危害我們的身體”等假新聞充斥的我們的朋友圈和互聯網。可遺憾的是大部分的人看后都選擇寧可信其有并且轉發，缺乏辨別真偽的能力，不想也不會使用科學的方法與驗證這些事情的真偽。所以，對于處在義務教育階段的初中生來說，培養他們有證偽的意識，并教會他們如何用科學的方法證偽對于物理教學中有很重大的意義。所以正在改革下的北京中考，每年都會考至少兩道實驗證偽型題目，而這兩道題往往是整張試卷當中得分率最低的題。下面我從三個方面來說一下證偽。

一、偽命題的由來

在生活中，人們很容易就能得出一些錯誤的命題，比如今天一個同學燒香拜佛，第二天考試便取得了不錯的成績，人們很自然的會認為“取得好成績”是因為 “燒香拜佛”，再比如古代時出現“天狗食月”（月食）時，人們以為是老天發怒，會舉行某種“祭天儀式”，一段時間后，“天狗食月”果然消失了，人們便認為是“祭天儀式”導致了月食消失。在學習物理的過程中，學生也常常得出這樣的偽命題，比如在做“探究浮力大小影響因素”的實驗中看到彈簧測力計提著物體緩緩浸入水中時，其示數不斷減小，得出浮力大小與物體在液體中的深度有關；在做“探究液體壓強影響因素的實驗”時，改變探頭的位置發現壓強發生了變化而認為液體壓強與物體所在液體中的高度有關等。這些情況都歸結為一個原因：當事件A發生后，事件B發生了，觀察者便認為事件A與事件B存在因果關系。這是大多數人很容易犯的錯誤，也是生活和學習中很難避免的問題。而中考題中的這些正為題正是來源于學生日常學習物理中犯的錯誤，比如2013年北京卷中“證明摩擦力與物體對地面的壓強大小無關”，2016年北京卷“證明液體壓強與物體距杯底的距離無關”等，這都是學生在學習物理的過程中曾經犯過的錯誤。那我們應該如何用科學的方法證明這些觀點是錯的呢？

二、如何用科學的方法證偽

證偽其實就是證明兩個因素或兩個事件之間不存在因果關系。我們證偽的依據其實很簡單，就是控制變量法。在控制變量法中存在三種量：自變量、因變量與控制變量。其中自變量是你研究的問題中可能會導致因變量變化的量；因變量是你研究的問題中可能會隨著自變量的改變而改變的量；而控制變量是其它可能會影響因變量變化的量。那么如何才能證明B與A無關呢？其實很簡單，只要我們在實驗中改變B，在控制其它變量不變的同時去觀察因變量A有沒有變化，如果A沒變，那么便可以得出B與A無關。在證偽時，我們首先要找到自變量，即情境中說的假因素，在實驗中改變假因素，并控制其它真因素不變，然后觀察因變量有沒有改變即可，若因變量沒有變化則證偽成功。我們用這種方法來證明一下前面提到的情景：在天狗食月事件中，假因素（自變量）是祭天儀式，因變量是天狗食月的現象是否消失，那么試想一下當我們不做任何祭天儀式時，天狗食月的現象也是會消失的，因為真正使得它消失的因素是天體的公轉，是不變的。在上述物理實驗中，學生認為浮力大小與物體浸在液體中的深度有關，我們只需改變假因素（自變量）---深度，并控制其它影響浮力大小的變量----液體的密度和物體排開液體的體積不變即可，最終觀察到浮力的大小并沒有發生改變，所以我們就能說浮力大小與物體所處的深度無關。

三、哪些證偽的方法是錯誤的

有的同學認為證偽的方法有很多種，有的同學認為舉反例就能證偽，我們來看看這樣看法到底科學不科學。在2016年九年級朝陽區一模試題中有這樣一道證偽題“小明同學認為在串聯電路中，電阻的個數越多，電路中的電流越小，請你利用2Ω、5Ω、10Ω的電阻各三個證明小明的觀點是錯誤的。”我們先來看一下標答是怎么寫的：標答中設計個兩個電路來進行對比，一個是兩個10Ω的電阻串聯，一個是三個2Ω的電阻串聯，發現后者電流表的示數反而大于前者的電流表示數。這樣作為一個反例就能證明小明的觀點錯誤了。好像很有道理，但是我看看這樣的方法真的科學嗎？首先，題目中的假因素（自變量）應該是電阻的個數，標答中確實改變了電阻的個數，但是影響電流大小的因素除了可能有電阻的個數，還有電阻阻值的大小，我們應該控制它不變，而標答中的總電阻一次為20Ω一次為6Ω，沒有控制變量，因為如果不控制電阻阻值的話我們就說不清楚第二次實驗中電流減小了是因為改變了電阻的個數還是改變了電阻的大小，實驗中出現了兩個變量就說不清楚了。所以我的問題是，一個本身不科學的實驗能否作為一個反例來證偽呢？我認為是不能的，就好比我說一個鐘表是壞的（假設這個鐘本身就壞了，不走了），你能不能用它每天兩次準確的時間（一個壞鐘一天也有兩次時間是準確的）為例來證明我說的話錯了呢？很顯然這是很荒謬的，所以不科學的案例和實驗是不能起到任何證明的作用的。就像如果我要證明考試成績高與是否去拜佛無關的實驗中，就需要兩個學習成績、頭腦和努力程度都差不多的學生，一個考前拜佛一個考前不拜佛，然后進行難度相同的一次考試，觀察他們的成績有沒有明顯的區別。像這樣，把所有可能影響因變量的因素都需要盡量控制不變，最后得到的結論才能更有說服力，更加科學。而不是僅僅一個拜佛一個不拜佛來實驗。

綜上所述，控制變量法是科學實驗方法的核心，不管是證偽還是證真都需要嚴格的用到控制變量法，這樣所得到的結果才有科學性，才會更加的令人信服。青少年由于其年齡較小，在面對社會上的一些新聞時往往缺乏甄別能力，所以我們的素質教育，尤其是像物理這樣的科學類學科，必須承擔起提高青少年科學素養的重任。而科學素養在我看來，一是在面對新的觀點時能夠獨立思考，勇于質疑而不是深信不疑，二是能夠正確的使用科學的研究方法來對自己的質疑作出驗證，去偽存真，這是一個青少年在走入社會時所必備的基本素養，也是提高全民素質，讓偽科學和謠言無法立足的根本。