猜想在物理教學中的運用

摘要：科學家G·波利亞曾說過，在科學研究中，猜想是合理的，是值得尊重的，是負責任的態度。物理猜想能縮短解決問題的時間；能獲得物理發現的機會；能鍛煉物理思維。本文通過論述說明在物理教學中，運用猜想可以營造學習氛圍，激起學生飽滿的熱情和積極的思維，培養學生克服困難的意志，使學生主動地參與物理知識探索的過程中。

關鍵詞：猜想；物理教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003－6148(2007)9(S)－0016－3

1“猜想”概述

1．1 什么是猜想

什么是猜想呢?猜想是根據已知的原理和事實，對未知的自然現象及其規律所作|出的一種假定性說明或假定性命題，猜想帶有一定的想象、推測成分，具有或然性；觀事實和科學理論進行辨證思維的產物。物理猜想實際上是一種物理想象，是人的思維在探索物理規律、本質時的一種策略，一種合理推理。在教學中教師指導學生收集相關信息，將已有的科學知識和研究的問題相聯系起來，通過積極思考和討論嘗試提出可檢驗的猜想。

1．2 猜想在科學探究中的重要性

牛頓曾經說過：“沒有大膽的猜想，就不可能有偉大的發現”。可以說古今中外任何一個理論的產生都有其孕育的過程，任何一個科學學說的出現，都是從大膽的猜想開始。歷史上許許多多重要的物理發現都是經過合理猜想這一非邏輯手段而得到的，例如，①盧瑟福和他的學生用a粒子轟擊原子的時候，發現大部分粒子被散射，而極少部分呈現大角度散射甚至180°散射，由此盧瑟福大膽提出猜想，原子的內部不像湯姆生說的那樣。原子的大部分質量可能集中在很小的核上，有了這樣的猜想之后，盧瑟福便提出了原子的核式結構模型，從而為原子核的發現奠定了基礎。②設想假如沒有麥克斯韋憑借非凡的直覺，大膽猜想，提出“旋渦電場”的假說，又哪里來的電磁理論呢?③若沒有愛因斯坦的大膽猜測，提出了“光在真空中無論對任何參考系的速度都不變，均為3×10⁴m/s”，又哪里來的相對論呢?等等。總之，科學史上提出猜想，探索研究發現真理的事例不勝枚舉。這充分說明猜想在科學探究中的重要性。

特別指出，學生猜想和發現的問題可能與正確的結果不一致，甚至差之千里或毫不相干，教師也不能嗤之以鼻，而要積極鼓勵學生的“異想天開”，至少要保護學生的這種“敢想”積極性。例如，有這么一道習題：在光滑絕緣的水平面上放著二個帶電小球A、B，其中A帶正電，B帶負電，相距為L，你有什么方法能使它們的距離保持不變?剛開始學生不大敢想。因為有的學生有惰性，懶得想f有的學生認為自己想的肯定是錯的，不敢想，缺乏自信；有的則不知怎么想。這樣，教師可以用激將法刺激學生，引導學生去想，或講一種簡單的方案讓學生敢想。比如：為使兩球距離不變，可以用一根絕緣棒將這兩球頂住。這時，學生的思維一下子被打開了，沒想到這么簡單的方法也可以，學生就敢去想。有的學生會講用兩塊絕緣檔板檔住它們行不行?教師這時應以喜悅的心情，非常肯定地給予表揚，鼓勵以帶動其他學生的積極參與。并且教師通過與學生一起討論來探索不同的方法，如加一個勻強電場、引入第三個帶電粒子、施加外力使它們一起運動或使它們繞某一中心做圓周運動等等。要讓他們參與，在一種從頭到尾的參與過程中讓學生感受什么是猜想，只有通過直接經歷，才容易理解猜想是怎么回事，才敢想。

所以課堂教學應用多種手段和方法充分調動學生學習的積極性和主動性，允許學生“異想天開”，放開學生的思維“手腳”，解放頭腦，使學生能想到更多。

1．3 猜想的運用是落實新課標要求的關鍵

新的課程標準和教材給我們帶來了教育改革更廣闊的空間，那么我們應當怎樣提升教學理念，采用什么樣的教學方式呢?這是擺在我們面前的一個重大課題。新課程標準與原教學大綱相比，很重要的不同點就是重視科學探究的教育作用，強調過程和方法的學習。科學探究的基本過程有提出問題、建立猜想和假設、制定計劃、獲取事實與證據、檢驗與評價、合作與交流。所以在高中物理教學中，不僅僅是把科學知識傳授給學生，更重要的是要培養學生的學習物理知識的能力，使他們擁有敏捷的科學智慧，猜測和想象是科學智慧中最活躍的成分，對學生猜想能力的培養，是開展探究過程中的一個重要環節，也往往是教師在教學過程中較難把握的難點。在新的課程標準中，對科學探究能力猜想與假設環節有這樣的基本要求：嘗試根據經驗和已有知識對問題的成因提出猜想，對探究的方向和可能出現的實驗結果進行推測與假設。科學猜想與假設在科學探究中有著重要地位，所以在高中教學中要重視培養學生科學猜想的能力，是落實新課標這一要求的關鍵。

筆者認為，猜想在探究式教學過程中的運用起到關鍵的作用，猜想是探究的前提，沒有猜想的提出，探究成為無水之源，無本之木，就無所謂探究。因此，物理教學中運用猜想是教育發展的要求，也是促進物理教育改革和發展的要求。

2 猜想在物理教學中的運用

2．1 猜想引入，魅力獨特

在眾多引入新知的方法中，以猜想方式引入，以它獨有的魅力，能很快地扣住學生的心弦，使其情緒高漲，思維活躍，產生良好的學習動機，從而步入學習的最佳境地。

如在“自感現象”教學引入中，先讓學生猜一猜，如圖1所示，當電鍵S閉合和斷開時人會有什么感覺?邊觀察電路結構，邊猜想討論。

教師讓一位勇敢的學生來親自體驗一下感覺。這位學生的表情就會告訴全體學生他們的猜想是否正確。(可能猜想是，在S閉合瞬間沒有感覺；在S斷開瞬間時，人會有強烈的電擊感。)

再次讓學生猜想，如圖2所示，當電鍵S閉合和斷開時人會有什么感受?由于第一次的“電擊”這次需要學生更大的勇氣體驗，可是結果又“出乎意料”，產生懸念，維持了學習動機的強度。

教師在演示如圖3所示的自感現象實驗之前，進一步讓學生猜想，當電鍵S閉合和斷開時可能發生的現象。

現在我們就來探討解決這個問題。這樣通過猜想，使學生明白“都是線圈惹的禍”，初步勾勒出新知識的輪廓，從整體上了解所學的內容，啟動了學生思維的閘門，使其思維處于亢奮狀態，帶著好奇進入新知識的學習中。

2．2 猜想催化，激發思維

在學生學習物理新知識過程中，加入“猜想”這一催化劑，可以促進學生多角度思維，加快大腦中表象形成的速度，從而抓住事物的本質特征，得出結論。

如在單擺周期公式教學中，教師在導出單擺回復力公式F_回=-mg/lx后，不是立即通過實驗來探討周期公式，而是提出問題：對照回復力公式猜想一下，單擺的周期可能與哪些因素有關?當學生通過相互之間的討論，確定影響周期T的四個可能因素：①振幅A。②擺球的質量m。③擺長L。④重力加速度g。

接著，教師出示實驗器材：鐵架臺及配件、細長橫桿、擺球(不同質量若干個)、不易伸長的細線若干。提出問題；為了檢驗上述猜想是否正確，我們能否設計實驗來加以驗證?不同的學生設想出不同的實驗方案，很快得出以下較好實驗方案，如圖4所示。采取控制變量法和比較法，得出周期T與A、m、L的相關性。但是，如何改變重力加速度g，學生可能做出各種猜想，上高山做實驗、到不同緯度的地區做實驗……但是都不現實。學生感到茫然，這時教師出示一塊截面較大的磁鐵組。問：你能用它來等效改變重力加速度g大小嗎?這一啟發使不少學生茅塞頓開，立即想到在鐵質擺球的一個下面擺放磁鐵組，等效增大地球對擺球的吸引力。如圖5所示。

學生通過自己猜想、修正、確定實驗的方案，既激發了學生的參與意識，又滿足了學生的探究欲望和成就感，有利于培養學生的物理思維和科學探究方法。

2．3 猜想條件，構建知識

充分發揮學生的潛在能力是當今素質教育研究的重點。因此，教師要采取多種手段激活學生學習的內驅力，疏通學生潛能涌動的通道，以求迸發出智慧的火花。要想實現這一目標，教師可以充分利用猜想，在有利于發揮學生的潛能的最佳環節之一——知識鞏固階段，調動學生頭腦中已有的物理信息(概念、性質)，并對之進行遷移和重組，開拓新思路，從而達到構建知識體系的目的。

如筆者經常設計一些情境活潑的、條件自定的開放題，引導學生猜想，有這樣一道題：如圖6，假如我們用一根鋼索的拉力替代地球和月球之間的萬有引力，若鋼索的拉力強度p=5×10⁸N/m²，則你認為這條鋼索橫截面積該多大?你猜想老師可能給你的解決問題的條件有哪些?如何解決?

大部分學生猜想，若已知m_月=7.4×10²²kg，m_地=6.0×10²⁴kg，r_地-月=3.8×10⁸m，G=6.67×10^-11Nm²/kg²求出萬有引力大小，就可以解決該問題。有少數學生說：只要已知地球表面重力加速度g、m_月、r_地-月、R_地地也可以求出；也有學生指出若知道m_月、r_地-月、T_月即可；也有……。這種讓學生猜想解題條件，表達自己的解決方案充分展示了學生無法估量的創造潛能。對他猜想的構思、生成過程就是知識的構建過程，把不同的條件猜想展現在學生面前，就是把整體的單元知識結構、概念之間的內在聯系等知識網絡呈現在學生面前。當學生通過自己設計的條件(如月球的質量m_月＝77.4×10²²kg；地球的質量m_地=6.0×10²⁴kg；r_地-月=3.8×10⁸m；萬有引力恒量G=6.67×10^-11Nm²/kg²)解答鋼索的橫截面積：

這條鋼索的橫截面積大約40×10⁴km²。(浙江省面積約10×10⁴km²)這時候，猜想就成為一種樂趣。

利用猜想件比單純去解答一個教師事先設計好答案的計算題，更加能使不同學生按自己的水平構建知識，體現學習的自主性和協作性。可見，老師在知識鞏固階段利用猜想，為學生創造了更多的自主思考機會，激發了學生學習的內驅力，發展了學生的潛在能力，使學生在認識所學知識、理解所學知識的同時，構建知識網絡，更好地應用所學的新知識。

3 運用猜想應注意的問題

3．1 恰當處理誘導點撥和思維定勢

恰當處理對猜想的誘導點撥與形成學生思維定勢的關系。我們在運用猜想進行物理教學的過程中發現，學生對猜想情景提供的信息不能抓住主要矛盾，而是漫無邊際地，甚至胡思亂想。這就要求教師在創設猜想情景時輔以恰如其分的啟發誘導，循序善誘但又不能點撥過多，以免束縛了學生的思維空間，造成思維定勢。

教師要注意不斷提高猜想題目的設置和猜想思維方向的總結．特別是對學生中創新猜想思維的記載，以便提高以后工作的效率和質量。

3．2 要讓學生學會正確的猜想方法

科學猜想是研究自然科學中廣泛應用的思想方法，它不同于無根據的幻想，而有它的客觀根據，它是科學性和假定性的辨證統一。這就是說；它是根據學生已知的科學原理和科學事實，對未知的自然現象及規律所作出的一種假定性的說明或假定性命題。應該指出，這樣的假定性命題是否正確，尚需通過實驗和理論驗證。

記得美國有一句名言：“You hear，youforget；You see，you remember；You do’youlearn”，這正是布魯納“做中學、玩中學”所提倡的。我們應該引導每一個學生大膽地“have atry”，盡可能讓學生去猜想，讓學生體會學習的快樂。作為老師，盡量要多動腦筋，多創造機會，不斷激勵學生通過觀察、比較、實驗、歸納、類比等手段提出種種猜想，使學生逐步學會運用猜想的方法解決問題，要讓學生善于模仿科學家進行科學的探究。探究的過程應當有懸念，有波瀾，要讓學生感受到成功的喜悅與失敗的痛苦，并從中培養學生科學的、正確的情感、態度和價值觀，還要在猜想的同時發動學生進行交流、討論，培養發散性思維。

(欄目編輯 趙保鋼)

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