提升初中生科學猜想和假設能力的教學策略

(1.江蘇省南京市一中明發濱江分校，江蘇 南京 210000；2.蘇州大學物理科學與技術學院，江蘇 蘇州 215006)

在義務教育物理課程標準中，科學探究處于非常重要的地位，很多教師在教學中往往只關注問題的提出、實驗的操作、數據的處理等要素，對于猜想與假設的提出則不太重視。在該環節中，學生往往是照著書本念一遍書上的猜想和假設，或者老師直接給出一些猜想和假設。造成這種現象的主要原因有：一是課堂教學時間有限，老師們會壓縮掉自認為最不重要的要素；二是很多老師都覺得科學假設能力是不可教的，在這個環節上不值得花時間。

猜想與假設主要是指人們根據已有的科學知識，運用科學方法對發現的科學現象作出假定性闡述與說明。猜想與假設為后續的科學探究指明了方向，其重要性不言而喻。但是，學生的科學假設能力較為薄弱，在課堂上經常出現學生提出了猜想和假設，卻說不出這么猜想的理由或者理由不充分，造成猜想和假設的可接受性和可信度較低。

以蘇科版初中物理教材為例，猜想與假設可分為三類：物理規律類、數學表達類、影響因素類。猜想與假設往往為后續的設計實驗指明了方向，尤其是影響因素類的猜想。所以在教學中應強化猜想與假設的地位，同時為了提升學生學習物理的能力，不能放松對學生假設能力的培養。

1 初中生科學假設能力概述

皮亞杰提出：兒童在形式運算階段(11歲以上)已具有一定的對科學現象的假設和檢驗能力，初中生接觸到物理時年齡在14～16歲之間，因此提出科學假設是沒有問題的。皮爾斯指出：溯因推理是一個行程解釋性假設的過程，它是唯一能夠引入新觀念的邏輯操作。溯因推理的模式可以根據皮爾斯的模式進行適當演變。

已知：M有P′、P″、P?等特性。

發現：S也有P′、P″、P?的特性。

作出假設：S很可能就是M的假設。

根據這一模式，教師在課堂上最主要的作用是想辦法作鋪墊，讓學生找到P′、P″、P?等特性，而學生則需要根據已有知識，快速定位到相關知識，提出假設。

2 提升初中生科學假設能力的教學策略

2.1 過程重構，問題引導

假設的提出與問題的解決之間存在一定的聯系，教師應該設計出合乎邏輯的認識過程，讓學生提出假設的過程更加合理。

以“力與運動的關系”的教學為例，引入“阻力對物體運動的影響”是探究活動的難點，教材中沒有給出明確的邏輯主線，讓學生猜想到“阻力對物體運動有影響”，并設計實驗進行驗證，這是本節課的重難點。在教學中，可運用物理學史上亞里士多德與伽利略的觀點碰撞來重構教學過程，逐步引導學生進行合理猜想。教師提出問題：結合日常生活經驗，你覺得力與運動有什么關系？引導學生結合生活經驗進行猜想，在此過程中教師要注意詢問學生猜想的依據。學生的猜想會集中在：有力就會運動、運動的物體停下來是因為受到了阻力的作用。教師接著提問學生：大家覺得物體的運動需要力來維持嗎？陳述亞里士多德與伽利略的觀點，并提問：哪位科學家的觀點正確呢？如何利用實驗驗證他的觀點？此時學生就會發現任務變成了設計實驗，驗證物體的運動是否需要力來維持，學生很容易想到：只要物體不受力時也可以運動，就能證明伽利略的觀點是對的，但物體在地球上運動不可能不受阻力的作用，這時就需要把阻力逐漸減少，最后通過實驗現象推理出物體不受力時的運動情況。這一案例表明：通過重構探究過程中呈現的邏輯關系，利用問題串步步為營，引導學生提出合理的猜想，從而根據問題和猜想，設計出相應的實驗進行驗證。

在教學中猜想可以通過引導學生分析、提出問題，進而提出合理的假設。一個有效問題的發現，距離學生合理假設也就近了一大步。在教學中教師可以從結果出發重構過程，創設邏輯合理的情景或者問題，啟發、引導學生發現問題，并為探究這一問題提出有效假設。

以“探究流速對流體壓強的影響”的教學為例，在蘇科版物理教材中是先做實驗，讓學生對觀察到的實驗現象進行歸納，再得出結論，學生往往是被動接受，參與度不高。為解決這個問題，可以對這個過程進行重構：(1)提出問題：兩張紙自然下垂，在兩張紙中間向下吹氣時，你覺得會觀察到什么現象？為什么？學生回答：向兩側飄去，因為你朝中間吹氣了，肯定會向兩側飄。(2)實驗導引：將學生猜想的現象用實驗來驗證，實驗現象與學生的猜想相矛盾，引發了學生的認知沖突，激發了學生探究的欲望；(3)教師提問：這是什么原因導致的呢？你能說說你的猜想嗎？教師通過重構探究過程，讓學生先猜想，利用實驗現象與猜想的沖突來激發學生探究的興趣，再讓學生思考造成這一現象的原因，整堂課學生的參與度顯著提高。通過過程重構、問題引導，可以幫助學生提出合理的假設，進行科學猜想，進而解決問題。

2.2 創設情境，啟發引導

生活是最好的老師。在課堂上教師要根據學生熟知的生活現象創設形象的、真實的情境，引領學生進行科學探究。對于一些猜想與假設，學生難以在短時間內想到，與其生硬地直接給出，不如根據學生熟悉的生活事例創設情境，誘發學生猜想，往往會產生意想不到的效果。

以“杠桿的平衡條件”的教學為例，學生較容易想到杠桿的平衡與動力和阻力有關，而不容易想到杠桿的平衡還與動力臂和阻力臂有關。學生直接猜想與力臂有關，是因為剛剛學過杠桿平衡的五要素，教師若追問學生提出猜想的理由時，他們往往語焉不詳，所以該猜想的可接受度較低。

那么，在課堂上如何幫助學生猜想到力臂這一要素呢？教師可以創設情境，搭建“腳手架”：我們班最重的甲同學和最輕的乙同學現在要玩蹺蹺板，兩位同學坐上去后會發現：甲同學端降下去后，無法升上來。同學們能不能想想辦法，讓蹺蹺板蹺動起來，使他們能夠順利地玩蹺蹺板。生活經驗告訴學生：讓甲同學往前移，或讓乙同學往后移，他們就可以玩起來了。

這時，教師可追問學生：蹺蹺板其實就是生活中常見的杠桿，在這個過程中，我們通過改變了什么條件使得杠桿重新平衡了呢？學生很快就會想到力臂了，這樣學生猜想杠桿的平衡條件可能跟力臂有關，就顯得有說服力了。

再以“探究影響滑動摩擦力大小的因素”的教學為例，學生根據生活經驗很容易想到：越重的東西越難推動，所以滑動摩擦力與壓力有關；每周換座位拖桌子時，在瓷磚上比在講臺的木地板上省力，所以滑動摩擦力與接觸面的粗糙程度有關。

在課堂上模擬生活情境，讓學生沉浸在真實情境中，進而引導學生有理有據地進行猜想，這種方式能夠使猜想的質量得以提高。

2.3 實驗鋪墊，積累經驗

對于一些比較抽象的知識，學生往往缺乏相應的生活經驗，讓他們提出合理的假設往往比較困難。這時，一些教師在課堂上會采用自己給出的方式，灌輸便成了教學選擇，強行讓學生接受。我們可以利用定性實驗，用實驗現象引發學生思考，引導學生提出猜想，進而完成教學任務。

以“探究影響壓力作用效果的因素”的教學為例，在教學中如何引導學生猜想到壓力的作用效果與受力面積有關？可以讓學生用兩只手指用力按壓鉛筆的兩端，學生感覺鉛筆尖處一端的手指更疼，學生容易猜想到：壓力的作用效果與受力面積有關。

再“以探究影響浮力大小的因素”為例，學生難以猜想到“浮力與浸在液體中的體積有關”，可利用兩個小實驗突破難點。

(1)把帶有刻度的圓柱體緩慢放入裝滿水的燒杯中，用與圓柱體體積相同的容器接住溢出的水，發現溢出的水與圓柱體浸入水中的體積相同。

(2)把帶有刻度的圓柱體掛在彈簧測力計下，緩慢浸入水中，發現彈簧測力計讀數先變小、后不變，從而引導學生發現：浮力與浸入液體中的物體的體積有關，一旦物體完全浸沒在液體中，此后浮力大小不變。

這兩個小實驗為學生提供了猜想的經驗材料，讓學生更容易進行猜想與假設。

2.4 知識結構化，提供猜想依據

猜想和假設的提出基于一定的知識儲備，學生根據有效的信息快速地定位到相關知識是關鍵，把知識模塊化、結構化尤為重要。模塊化的知識便于學生快速檢索、調用，為了提高學生的科學假設能力，一定要關注知識結構化。

以“物體的內能與哪些因素有關”的教學為例，分子動理論在初中物理中的應用比較廣泛，但由于中考考查的相關問題比較簡單，所以在課堂教學中沒有受到重視，分子動理論的知識結構化程度較高，掌握這一知識可為后續的猜想提供知識基礎和依據。教師提問：物體的內能與哪些因素有關？部分學生能較快地給出回答：物體的質量，他們給出的猜想理由是：物體的質量是所含物質的多少，而物體內能是所有分子動能和分子勢能的總和，物體的質量越大，物體所含物質越多，分子數越多，所以物體內能越大。學生還會提出猜想：物體的溫度，其理由是：物體的溫度越高，分子運動越劇烈，所以分子動能越大，那么分子動能總和也越大，所以物體內能越大。

通過這個案例可以看出，學生一旦掌握了結構化的分子動理論，知識調動就會較為迅速和準確，提升了猜想的可信度和科學性。在物理教學中，教師應關注學生物理知識的碎片化問題，幫助學生建構完善的物理知識結構。

3 結語

溯因理論和皮亞杰的認知發展理論啟示我們：學生的科學假設能力可通過教學加以培養，在探究教學中教師需要運用多種策略，切實培養學生的猜想和假設能力。