探究式教学中学生合理“猜想与假设”能力的培养

[摘 要]在初中物理探究式教学中，培养学生的合理“猜想与假设”能力，是物理探究式教学的目的之一。为此，教师应让学生体验实验过程，并在此基础上，留给学生合理猜想的空间；组织学生合作讨论，挖掘学生合理猜想的潜能；引导学生感悟物理科学方法，提升学生合理猜想的思维层次；最终达到培养学生合理“猜想与假设”能力的目的。

[关键词]最近发展区 合理猜想与假设 物理科学方法

[中图分类号] G633.7[文献标识码] A[文章编号] 16746058（2016）140071

一、引言

初中物理新课程标准明确提出：物理学科不仅要注重科学知识的传授和技能的训练，更应注重对学生探究能力、创新能力的培养，初中物理教学中的科学探究是学生学习的有效方式，更是教师教学的重要方式。牛顿说“没有大胆的假设，就没有大胆的发现”，科学发展中很多伟大的发明创造都源于猜想与假设。探究式教学中，学生合理的“猜想与假设”是指学生在实验体验的基础上，借助原有的知识、生活经验，对接触到的问题发挥积极思维，通过自主思维加工对未知的物理现象和问题作假定性解释和说明。它是科学探究的一个核心环节，对提出解决问题的方案作预见性的思考，为设计、动手实验、收集信息、分析和解释信息指明了大致的方向，帮助学生明确探究方向和内容，从而引导学生沿预定的方向进行探究。

二、初中物理探究式教学中学生“猜想与假设”的现状

近年来，在研究物理探究式教学的过程中，不难发现：由于教师引导的欠缺和学生经验、认知水平、物理科学方法的不足，学生的猜想与假设常流于表面，没有充分发挥这个探究环节的教育功能。有的教师在没有提供任何情境的情况下，让学生凭空想象，有的学生看了书本上的结论，懒于猜想，一猜就中。虽然常有教师鼓励学生勇于猜想，引导学生进行发散联想，但学生的猜想常是宽泛、不切合探究主题的胡乱猜想。如何在探究式教学中培养学生合理猜想与假设的能力呢？在教学实践中，笔者观摩了众多物理名师的课堂教学，现结合自己的教学实践，尝试从以下几方面作些分析探讨。

三、初中物理探究式教学中学生合理“猜想与假设”能力的培养

1.引导学生体验实验过程，给予学生合理猜想的空间

操作流程：实验体验活动——个体认知冲突——提出合理猜想与假设。

学生实验体验：指学生通过自己的实验活动加深对物理现象的感知和体验。教学实践中，教师要为学生创设猜想的物质条件（器材和活动），引导学生通过体验获得感性认识，这些是学生合理猜想的前提、基础。前苏联心理学家维果茨基创立的“最近发展区”理论认为：学生的认知有两个发展水平，第一个是现有发展水平，表现为学生能独立地、自如地完成教师给出的任务；第二个是潜在发展水平，表现为学生还不能独立地完成任务，必须在教师的帮助下，在集体活动中，通过自己的努力才能完成任务，这两个水平之间的区域称为“最近发展区”。维果茨基认为，教学不应消极地适应学生智力发展的已有水平，而应当走在发展的前面，不停地把学生的智力从一个水平引导到另一个更高的水平。

比如，在探究凸透成像规律时（苏科版物理八年级上册），学生的前认知是凸透镜能成放大正立的像，却不知道凸透镜还能成倒立、缩小的像和倒立、放大的像。观摩2014江苏省物理优课比赛时，发现蔡军老师是这样引导的：（1）学生拿起桌上f=5cm的凸透镜，慢慢站起来远离书本上的字，学生透过凸透镜观察书本上的同一个字，体验字的像的变化情况，然后又慢慢地从远处靠近书本上的字，再次体验像的变化，学生通过两次亲身体验，发现凸透镜还能成放大倒立的像。（2）继续远离书本上的字，还能看到倒立缩小的像，这时学生感觉很意外，此时学生发现刚才观察到的字的像和原有的认知（近处能成正立放大像）不一样，有冲突，因而激发了学生的探究兴趣（什么原因使凸透镜分别成不同的像？）（3）这时教师追问：同一凸透镜成不同像的原因，可能是什么？这时大部分学生能提出合理猜想：可能是凸透镜到书本上字的距离不同，因而成不同像，为进一步探究“在凸透镜焦距相同的情况下，物距不同时，凸透镜成不同像的规律”指明了方向，同时激发了学生探究这个问题的欲望。

可见引导学生主动参与实验体验活动，使学生在“做中”思，“做中”猜，能有效提升学生猜想与假设的有效性。

2.组织学生合作讨论，挖掘学生合理猜想的潜能

操作流程：组内活动体验——学生间思维冲突——提出合理猜想与假设。

自主合作讨论，提出猜想：指在物理探究教学中，将课堂学习过程还给学生，教师为学生创设对话、交流、合作学习的环境，学生作为学习主体，通过合作讨论等学习活动，发现有的新问题、新知识，与自己原有的认知发生冲突。不同的学生，因为生活经验不同、认知水平也不同，所以他们对同一现象和规律会提出不同的意见和猜想，这些意见和猜想中，有的可能存在矛盾冲突。杨振宁在回忆西南联大读书时说“在我们的物理课堂中只能听懂一半，另一半是晚上和同学闲聊中搞懂的”，可见我们的物理探究实验应提倡“合作学习”，让学生在“合作学习讨论”中，挖掘合理猜想的潜能。

比如，探究平面镜成像特点时（苏科版物理八上），教师可以这样引导学生自主合作讨论，并进行猜想。甲乙两位同学合作进行实验探究，他们实验的器材是家用平面镜、跳棋，探究的内容是人脸和跳棋在平面镜中的成像情况。体验探究：首先，甲同学手拿跳棋，由远到近，走向平面镜，最后将棋子垂直镜面放置，观察跳棋的像的大小变化；接着，乙同学拿着镜子不动，两人相互观察对方脸部在镜中像的大小变化。教师提出问题：（1）物与像的大小是什么关系？（2）物与像到平面镜的距离是什么关系？引导组内同学合作讨论、猜想，并讲出猜想的理由。学生的猜想：（1）课堂观察中发现，脸越靠近平面镜，脸的像占平面镜的比例就越大，所以提出猜想“物离平面镜越近，像越大”；（2）棋子垂直镜面放置时，物和像的大小大约相等，猜想“物和像的大小相等”。这时组内同学进行激烈的讨论、思辨，此时的合作讨论大大提升了学生对“物和像大小关系”猜想的广度和深度，学生在互动中大大提升了合理猜想能力，达到了物理探究活动的本质要求，学生科学思辨的素养得到了培养。

3.领悟物理科学方法，提升学生合理猜想的思维层次

操作流程：科学方法体验——思维质变——提出合理猜想与假设。

正如苏科版物理主编刘炳昇教授在《培养学生提出科学猜想能力和形成假设能力》一文中所说的：在学生的探究中形成猜想和假设的教学目标主要是让学生学习其中物理思想方法。

（1）体验控制变量法，提升学生的实验技能

控制变量法是指：把一个多因素影响某一物理量的问题，通过控制某几个因素不变，只让其中一个因素发生变化，从而转化为多个单一因素影响某一物理量的问题的实验。如探究滑动摩擦力与什么因素有关时（苏科版物理八下）：引导学生伸出自己的右手，用大约相同的压力放在水平桌面上、棉布上、毛巾上，向前滑动时，体验滑动摩擦力的不同，然后再把左手用力压在右手上，让右手在同一桌面上滑动，体验滑动摩擦力大小的不同。学生在体验控制变量法的基础上提出了合理猜想：滑动摩擦力可能与接触面粗糙程度和压力大小有关。

（2）体验归纳、演绎法，提升学生的推理能力

归纳、演绎法是指：学生将实验中得到的多组个别数据，结合相关图形，进行归类演绎，从中获得一个较具概括性的规律（归纳法）或是从既有的普遍性结论或一般性事理中，根据物理图形推导出个别结论的一种方法（演绎法）。

比如，“探究凸透镜成像规律”的过程中，在学生完成物体成缩小实像、放大实像各三次后，引导学生分析实验数据，猜想在何种情况下得到倒立等大的实像时，发现大多数学生对这样的猜想感觉难度很大，为此，有的教师是这样处理的：（1）用10cm高的LED灯制作的“F”字作为物体，通过f=10cm的凸透镜，在光屏上成像，引导学生分组探究：找到“F”字在光轴上的不同位置，对应在光屏上成三次缩小像和三次放大像。（2）教师在确定学生实验数据正确的基础上，再引导学生根据6组对应的数据（物距、像距及物、像大小）作图，画在透明胶片上（如图1）。（3）选择三至五组数据，同时画在同一光路图上，然后通过实物投影仪投到黑板上（如图2）。（4）再提出问题：物距在哪个范围内时，物体在光屏上成倒立缩小的像？物距在哪个区域内时，物体在光屏上成放大倒立的像？（5）学生回答后，教师追问：成等大像的位置可能在哪里？这时学生会急不可耐地提出合理猜想：当f=20cm，即物距等于二倍焦距时，物体成倒立等的大像。（6）教师提出：想不想检验？这样激发了学生动手验证这个规律的欲望，把探究实验推向高潮。在这里学生的猜想，是基于多组数据确定的图形，通过归纳推理实现第二次理性认识（在二倍焦距处可能有成倒立等大的像）得到的，使学生的认识由具体到抽象，发生了质的变化，培养了学生的科学探究能力。

（3）体验类比法：指在教师的引导下，学生通过对熟悉的物理现象与待研究的物理现象相比较，找出它们的共同特点或关联点，据此推导出研究对象可能具有类比对象的相似特性。如探究电流与电阻、电压的关系时（苏科版物理九上）教师投影FASH动画：河中有石头和没有石头时水的流速不一样，水位差越大，水流速度越快。引导学生通过类比形成合理猜想：电流大小（类比水流大小），可能与电阻（类比河中石头的阻碍）、电压（类比水位差）有关。

四、结束语

物理探究式教学中，学生的合理“猜想与假设”能力的形成及发展，需要教师在学生现有认知水平、生活经验及思维发展状况的基础上，给予学生在视觉感观上和原有认知冲突，激起学生合理“猜想”的欲望，并鼓励学生积极参与自主合作讨论、思辨，从而激发学生合理猜想的潜能，让学生在感悟物理科学方法的同时，提升合理猜想的思维层次。

[ 参 考 文 献 ]

[1]刘炳昇.培养学生提出科学猜想能力和形成假设能力[J].物理教学.2008（03）.

[2]李安发.最近发展区在物理教学中的应用[J].中学物理.2013（08）.

[3]张金玉胡炳元.中学物理教学中科学方法教育的有效途径[J].物理教学.2014（09）.

[作者简介]：沈玉根苏州市吴江区莘塔中学物理教研组长，曾获苏州市物理说课比赛二等奖，最近2015年9月《构建和谐课堂激活学生思维》一文发表于《中学物理》；邮编

（责任编辑 易志毅）