為什么會(huì)有“第零猜想”
——轉(zhuǎn)化法給實(shí)驗(yàn)猜想帶來(lái)的困擾

童 晉

(南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校河西初級(jí)中學(xué)，江蘇 南京 210019)

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為什么會(huì)有“第零猜想”
——轉(zhuǎn)化法給實(shí)驗(yàn)猜想帶來(lái)的困擾

童 晉

(南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校河西初級(jí)中學(xué)，江蘇 南京 210019)

“第零猜想”不僅僅存在于初中“壓強(qiáng)”一節(jié)關(guān)于壓強(qiáng)概念的建立上，在很多探究實(shí)驗(yàn)中都能見(jiàn)到它的影子，如果依靠教材的改動(dòng)來(lái)避免“第零猜想”也只是治標(biāo)不治本.本文從多個(gè)容易引發(fā)“第零猜想”的探究實(shí)驗(yàn)出發(fā)，分析其共同的特點(diǎn)，找出其本質(zhì)原因，并嘗試有效消除“第零猜想”.

轉(zhuǎn)化法；第零猜想；探究教學(xué)

1 問(wèn)題的提出

在2015年蘇科版物理八年級(jí)下冊(cè)第十章第一節(jié)“壓強(qiáng)”中，對(duì)“體驗(yàn)與猜想”中的問(wèn)題作了一個(gè)改動(dòng)，由原文的“通過(guò)對(duì)上述現(xiàn)象的觀察，你認(rèn)為壓力的作用效果可能與哪些因素有關(guān)”，改成了“通過(guò)對(duì)上述現(xiàn)象的觀察，你認(rèn)為對(duì)于相同材料的受力面，壓力的作用效果可能與哪些因素有關(guān)”，加了短短的十個(gè)字，意義卻不容小覷.

一直以來(lái)，“壓力的作用效果與受力物體的材料是否有關(guān)”的問(wèn)題已經(jīng)討論了很多，其中朱建廉老師稱(chēng)之為不同于正確的兩個(gè)猜想之外的“第零猜想”，并分析了其中的合理性和科學(xué)性，最后建議在理解“壓力的作用效果”的定義時(shí)從“施力物體陷入受力物體的深度”改為“施力物體陷入相同材質(zhì)受力物體的深度”，筆者認(rèn)為教材的改動(dòng)正是采納了這一建議.

可是細(xì)細(xì)想來(lái)，學(xué)生真的能理解為什么要控制受壓面的材料相同嗎？這個(gè)改動(dòng)真的能讓學(xué)生消除所有實(shí)驗(yàn)猜想中的“第零猜想”嗎？這讓筆者想到在研究動(dòng)能大小與什么因素有關(guān)的探究實(shí)驗(yàn)中，有“好事”的學(xué)生提出小木塊的大小也會(huì)影響它被小車(chē)撞擊后移動(dòng)的距離，那小木塊的大小是不是影響小車(chē)動(dòng)能大小的因素？我們當(dāng)然也可以用“第零猜想”的合理性、公平性和科學(xué)性來(lái)對(duì)以上問(wèn)題加以分析，最后也不難得出木塊的大小不是影響動(dòng)能大小的因素的結(jié)論，而且分析起來(lái)可能要比壓力作用效果的問(wèn)題更加容易.要避免此類(lèi)“第零猜想”，如果改動(dòng)教材的方法可靠，是不是也要規(guī)定必須撞擊相同大小的木塊來(lái)消除這次的“第零猜想”？這就意味著，這樣的改動(dòng)必須在教材中出現(xiàn)很多次才行.于是，這不免讓人懷疑，改動(dòng)教材會(huì)不會(huì)只是一個(gè)治標(biāo)不治本的方法？

2 轉(zhuǎn)化法帶來(lái)的困擾

如果我們細(xì)想一下會(huì)發(fā)現(xiàn)“第零猜想”的探究實(shí)驗(yàn)有一個(gè)共同點(diǎn)，就是實(shí)驗(yàn)都運(yùn)用了轉(zhuǎn)化法.比如通過(guò)觀察物體的形變程度(沙子或海綿的下陷程度)來(lái)比較壓力的作用效果，比如通過(guò)小木塊的移動(dòng)距離來(lái)判斷小車(chē)的動(dòng)能大小.轉(zhuǎn)化法是對(duì)于不易直接進(jìn)行研究或現(xiàn)象不易觀察的物理問(wèn)題，轉(zhuǎn)而通過(guò)研究其表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象或者作用效果進(jìn)行間接研究的方法.換言之，想要研究A物理量，但是因?yàn)锳物理量不易直接測(cè)量，我們轉(zhuǎn)而研究與A物理量有因果關(guān)系而且便于直接測(cè)量的B物理量.

“第零猜想”恰恰是在這轉(zhuǎn)化的過(guò)程中應(yīng)運(yùn)而生.雖然A物理量與B物理量是兩個(gè)性質(zhì)不同但有因果關(guān)系的物理量，比如壓強(qiáng)和形變程度，前者是因，后者是果.不過(guò)后者的結(jié)果不只有前者一個(gè)原因，如影響形變程度的還有材料本身的軟硬等因素，影響小木塊移動(dòng)距離的還有小木塊質(zhì)量或接觸面粗糙程度等因素.正是影響B(tài)物理量的其他原因，導(dǎo)致了“第零猜想”的產(chǎn)生.

諸如此類(lèi)的實(shí)驗(yàn)不勝枚舉：在“研究重力勢(shì)能與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，將重力勢(shì)能的大小轉(zhuǎn)化成“樁”被打進(jìn)沙子的深度，其中沙子的種類(lèi)或疏松程度并不是影響重力勢(shì)能大小的因素,可是它卻影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(“樁”被打進(jìn)沙子的深度)；在“研究電熱與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，將電熱的多少轉(zhuǎn)換成液柱上升的高度，顯然液體的種類(lèi)并不是影響電熱的因素，而不同的液體因?yàn)槭軣崤蛎浀某潭炔煌瑓s直接影響到液柱上升的高度……

這些“第零猜想”不一定每次都會(huì)被提出來(lái)，但它們就像一個(gè)個(gè)不定時(shí)炸彈，隨時(shí)會(huì)被引爆，在課堂上引發(fā)一場(chǎng)場(chǎng)尷尬.

3 問(wèn)題的處理

其實(shí)在“壓強(qiáng)”教學(xué)中去避免“第零猜想”的問(wèn)題并不是最合適的機(jī)會(huì)，學(xué)生第一次接觸探究多因素問(wèn)題的轉(zhuǎn)化法是蘇科版第一章的綜合實(shí)踐活動(dòng)——“比較材料的隔聲性能”，要在以后探究多因素的實(shí)驗(yàn)中避免這個(gè)問(wèn)題，就必須在這一節(jié)課使學(xué)生理解轉(zhuǎn)化法的使用方法和注意點(diǎn).下面分享筆者的教學(xué)嘗試.

師：不同的材料阻隔聲音的本領(lǐng)不同，今天我們就來(lái)比較各種材料的隔聲性能.首先我們來(lái)仔細(xì)聆聽(tīng)這個(gè)機(jī)械鬧鐘指針走動(dòng)時(shí)“咔嚓咔嚓”的聲音，注意它的響度和音調(diào).再把鬧鐘放進(jìn)鞋盒，并蓋上盒蓋，請(qǐng)問(wèn)聽(tīng)到的聲音有什么變化？

生：聲音的音調(diào)沒(méi)有變化，響度變小了.

師：說(shuō)明隔聲主要使聲音的哪個(gè)特點(diǎn)發(fā)生改變？

生：隔聲主要減小聲音的響度.

師：好，老師收集到了一些隔聲的材料，比如衣服、報(bào)紙、錫箔紙、塑料袋、泡沫塑料等等.請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)合理的、能比較它們隔聲性能的方法，并說(shuō)說(shuō)理由.

生：因?yàn)楦袈曅阅茉胶镁褪窃谙嗤木嚯x內(nèi)聲源的響度減小得越多.因此，將不同的材料包裹機(jī)械鬧鐘，用精密的儀器在同一位置測(cè)得聲源包裹前后的兩次響度，響度差越大說(shuō)明該材料的隔聲性能越好.

師：非常好！那在實(shí)驗(yàn)中需要注意控制哪些條件？為什么？

生：應(yīng)當(dāng)控制包裹材料的厚度要相同，因?yàn)榘牧系暮穸仁怯绊懜袈曅Ч囊蛩刂?

師：很好，但是這樣一個(gè)精密的測(cè)量響度的儀器我們現(xiàn)在很難獲得.請(qǐng)大家開(kāi)動(dòng)腦筋，還有什么更加簡(jiǎn)單易行的方法呢？

生：人從聲源處向后退，用聽(tīng)不到聲音時(shí)人與聲源的距離來(lái)比較，距離越短材料的隔聲性能越好.

師：非常好！那在實(shí)驗(yàn)中需要注意控制哪些條件？

生：應(yīng)該控制包裹材料的厚度相同，以及控制是相同的人耳.

師：為什么要控制相同的人耳呢？人耳也是影響材料的隔聲效果的因素嗎？

生：人耳當(dāng)然不是影響隔聲效果的因素，但是不控制相同的話(huà)，不同的人聽(tīng)到的聲音大小不一樣啊，有可能我聽(tīng)不到，他還能聽(tīng)到……

師：大家解釋得非常好！其實(shí)“用聽(tīng)不到聲音時(shí)人與聲源的距離進(jìn)行比較”是一種轉(zhuǎn)化法，把比較隔聲效果轉(zhuǎn)化成比較聽(tīng)不到聲音的距離.因?yàn)檫@兩個(gè)物理量之間存在因果關(guān)系，材料的隔聲效果決定了聽(tīng)不到聲音的距離，所以可以通過(guò)測(cè)量后者來(lái)描述前者.但是在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，往往兩個(gè)物理量的性質(zhì)是不同的，后者會(huì)有一些其他的因素影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.這里將比較響度轉(zhuǎn)化成比較距離，但即使材料的隔聲性能相同，也會(huì)因?yàn)椴煌娜硕鷮?duì)聲音敏感不同，測(cè)量出聽(tīng)不到聲音的距離也會(huì)不同.

再舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子做比喻：假如要對(duì)兩個(gè)班級(jí)最近的學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，通常使用的方法是測(cè)驗(yàn)，這里也是一種轉(zhuǎn)化法，是將學(xué)習(xí)狀態(tài)轉(zhuǎn)化成試卷分?jǐn)?shù).而現(xiàn)在老師用兩份不同的試卷來(lái)考兩個(gè)班級(jí)，結(jié)果甲班平均分是60分，乙班平均分是90分.你們說(shuō)，甲班一定比乙班差嗎？

生：試卷不一樣，不能下這個(gè)結(jié)論，應(yīng)該要保證標(biāo)準(zhǔn)一致才公平！

師：非常好，我們應(yīng)該保證標(biāo)準(zhǔn)一致！所以，與之相類(lèi)似的，我們以后在使用轉(zhuǎn)化法的時(shí)候，就應(yīng)當(dāng)注意這樣一個(gè)結(jié)論：使用轉(zhuǎn)化法，用來(lái)呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(即經(jīng)轉(zhuǎn)化過(guò)的物理量)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象必須是相同的.

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)學(xué)生們能夠理解轉(zhuǎn)化法中經(jīng)轉(zhuǎn)化的物理量所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象不能變的結(jié)論后，腦中就有了關(guān)于轉(zhuǎn)化法使用的先行組織者，當(dāng)遇到新的轉(zhuǎn)化法任務(wù)時(shí)，也就很容易與認(rèn)知結(jié)構(gòu)中原有的關(guān)于轉(zhuǎn)化法的使用方法相關(guān)聯(lián)，從而進(jìn)行有意義學(xué)習(xí).

因此在“壓強(qiáng)”課上，只要分析得知用施力物體陷入受力物體的深度來(lái)表現(xiàn)壓力的作用效果是一種轉(zhuǎn)化法后，學(xué)生自然明白用來(lái)呈現(xiàn)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)對(duì)象——被壓物體必須是相同的，從而避免了“第零猜想”.

當(dāng)然，如果已經(jīng)錯(cuò)過(guò)了在“比較材料的隔聲性能”時(shí)討論轉(zhuǎn)化法的機(jī)會(huì)，在之后提出也不為時(shí)已晚，即使在“壓強(qiáng)”教學(xué)中再做討論也無(wú)大礙，方法與上述教學(xué)嘗試稍作修改即可.

[1] 朱建廉.“第零猜想”引發(fā)的“尷尬”——基于“壓強(qiáng)”概念探究教學(xué)活動(dòng)中的“猜想”環(huán)節(jié)研究[J].物理之友,2014,30(3).

[2] 葉耀.壓力的作用效果與物體的材料有關(guān)嗎？[J].物理教師:初中版,2011,(6).