新課標(biāo)下物理教學(xué)中的科學(xué)猜想

科學(xué)素養(yǎng)是現(xiàn)代公民必備的一項(xiàng)基本素質(zhì)，全面提高中學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，是新一輪國(guó)家基礎(chǔ)教育課程改革的一個(gè)重要而具體的目標(biāo)?？茖W(xué)方法是科學(xué)素養(yǎng)中的要素之一，而且是獲得知識(shí)的重要手段。中學(xué)生掌握了科學(xué)方法就能更快地獲得科學(xué)知識(shí)，更透徹地理解科學(xué)過程；同時(shí)，中學(xué)生一旦將科學(xué)方法內(nèi)化為自己的思維和行為方式，其能力水平就會(huì)大大提高。中學(xué)生對(duì)科學(xué)過程和方法的理解水平能夠反映中學(xué)生的科學(xué)能力，能夠更深一步揭示其科學(xué)素養(yǎng)?？茖W(xué)猜想是科學(xué)研究的重要方法和環(huán)節(jié)，也是對(duì)中學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的重要方面。課堂上學(xué)生的猜想過程大都是由教師激發(fā)而產(chǎn)生的，并由教師適當(dāng)引導(dǎo)其猜想的方向。那么，在物理教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)猜想?如何使學(xué)生猜想的內(nèi)容更接近于實(shí)際呢?

1.直覺猜想

直覺猜想是指人腦不必借助于邏輯推理只是綜合運(yùn)用已有知識(shí)、表象和經(jīng)驗(yàn)知覺，以及洞察事物的能力，并迅速做出的一種猜想。物理學(xué)上許多重大的突破，往往是通過“猜測(cè)——實(shí)驗(yàn)”來實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)過程中，直覺猜想起著先導(dǎo)作用。例如伽利略發(fā)現(xiàn)單擺定律，他的結(jié)論是相當(dāng)精確的，但并非是完全邏輯推理的結(jié)果，而是直覺猜想起到了重要的作用。正如愛因斯坦所說：

“沒有合乎邏輯的方法能導(dǎo)致這些基本定律的發(fā)現(xiàn)，有的只是直覺的方法，輔之以對(duì)現(xiàn)象背后的規(guī)律有一種愛好?！币虼?，在教學(xué)中教師要重視引導(dǎo)學(xué)生的直覺猜想。如在“探究影響單擺振動(dòng)周期的因素”時(shí)，首先讓學(xué)生大膽去猜想單擺振動(dòng)周期是由哪些因素決定的。他們猜想出：與擺球的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，周期越長(zhǎng)；與擺長(zhǎng)有關(guān)，擺長(zhǎng)越長(zhǎng)，周期越長(zhǎng)；與擺角有關(guān)，擺角越大，周期越長(zhǎng)；與振幅有關(guān)，振幅越大，周期越長(zhǎng)；與重力有關(guān)，重力越大，周期越長(zhǎng)；與重力加速度有關(guān)，重力加速度越大，周期越短。當(dāng)然還有的學(xué)生猜想出與上述結(jié)論是相反的。那么，哪些猜想是正確的?哪些是錯(cuò)誤的?我們還要經(jīng)過科學(xué)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。由于直覺猜想具有隨機(jī)性和偶然性，無論猜測(cè)的結(jié)果正確與否，都要鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行大膽猜測(cè)，如果猜對(duì)了，應(yīng)當(dāng)加以肯定；如果猜錯(cuò)了，也應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)、啟發(fā)，切不可訓(xùn)斥，打擊學(xué)生的積極性。只有這樣，才能不斷提高學(xué)生的直覺思維能力。

2.聯(lián)想猜想

聯(lián)想猜想是人們依據(jù)對(duì)事物或生活記憶的許多片段，通過聯(lián)想形式銜接起來，而引發(fā)出的或轉(zhuǎn)換成的一種新想法。例如在講解“萬有引力定律”時(shí)，在課程開始時(shí)可以用多媒體播放人類從古代到現(xiàn)代關(guān)于宇宙奧秘的探索，播放古代傳說嫦娥奔月、萬戶飛天、加加林第一個(gè)進(jìn)入太空、阿波羅登月以及中國(guó)神舟五號(hào)、神舟六號(hào)和神舟七號(hào)載人航天、嫦娥一號(hào)的相關(guān)圖片和視頻，引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步去猜想太陽(yáng)系的各行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各自的軌道是否基本設(shè)定?遵循什么運(yùn)動(dòng)規(guī)律?能否脫離太陽(yáng)?能否墜向太陽(yáng)?還有的學(xué)生提出這樣的猜想：行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)非圓軌道，而且行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到來自太陽(yáng)類似于磁力作用，這就是非常有創(chuàng)新的猜想。事實(shí)上，物理學(xué)中有很多知識(shí)是來源于生活，應(yīng)用于生活的，所以學(xué)生最容易引起聯(lián)想猜想。在學(xué)生猜想的過程中，教師要注意適當(dāng)給予引導(dǎo)，讓學(xué)生的猜想目標(biāo)明確，集中而有效。

3.類比猜想

類比猜想是以比較為基礎(chǔ)的猜想。物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生通過類比，對(duì)新舊知識(shí)進(jìn)行同中求異、異中求同的比較，進(jìn)而提出猜想。例如在“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”時(shí)，可以類比重力勢(shì)能。在探究的過程中，逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想：彈性勢(shì)能的表達(dá)式可能與哪幾個(gè)物理量有關(guān)?重力勢(shì)能與物體被舉高的高度h有關(guān)，所以彈性勢(shì)能很可能與彈簧被拉伸的長(zhǎng)度l有關(guān)。有什么樣的關(guān)系?重力勢(shì)能E_p與高度h成正比例，對(duì)于彈性勢(shì)能，盡管也會(huì)是拉伸的長(zhǎng)度越大，彈簧的彈性勢(shì)能也越大，會(huì)是正比關(guān)系嗎?還有，不同彈簧的“軟硬”并不一樣，即勁度系數(shù)k不一樣，這一點(diǎn)是否能在彈性勢(shì)能的表達(dá)式中反映出來呢?雖然以上的猜想并不能準(zhǔn)確地告訴我們彈性勢(shì)能的表達(dá)式，但是，我們?cè)诮虒W(xué)中不斷地引導(dǎo)學(xué)生大膽去類比猜想，不但能夠激發(fā)學(xué)生的想像力，而且會(huì)促使學(xué)生從整體出發(fā)產(chǎn)生接近于正確的猜想。

4.推理猜想

推理猜想就是從已有的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，對(duì)研究對(duì)象的各種因素進(jìn)行分析，經(jīng)過一系列的思維推理過程，提出對(duì)問題的可能性解釋。例如在講解“滑動(dòng)摩擦力”時(shí)，教師在教學(xué)中首先可以采取引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)日常生活中的一些實(shí)例，大膽去猜想：滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)以及理由是什么?學(xué)生提出了各種猜想：與物體對(duì)接觸面的壓力有關(guān)，與接觸面的材料有關(guān)，與兩接觸面積有關(guān)，與物體運(yùn)動(dòng)快慢有關(guān)，與溫度有關(guān)，與濕度有關(guān)……為了驗(yàn)證猜想與推理的正確性，在教學(xué)中采取控制變量法進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過探究性實(shí)驗(yàn)、相互交流以及展示自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力的大小只與物體對(duì)接觸面的正壓力和接觸材料有關(guān)，而與其他因素?zé)o關(guān)。然后由教師進(jìn)行嚴(yán)密的推理以及總結(jié)科學(xué)家大量的研究結(jié)果：滑動(dòng)摩擦力的大小跟壓力成正比，還跟接觸面的性質(zhì)有關(guān)，可以用公式f=uN來表示，u叫做動(dòng)摩擦因數(shù)，u值與接觸面的材料有關(guān)，也與接觸面的粗糙程度有關(guān)。在運(yùn)用推理猜想時(shí)，我們要注意教會(huì)學(xué)生猜想的方法，不僅讓學(xué)生能作出猜想，還要讓學(xué)生明白為什么這樣猜想。

5.因果猜想

因果猜想就是以果尋因，是從結(jié)果或現(xiàn)象開始，去猜想產(chǎn)生這一結(jié)果或現(xiàn)象的原因或條件的一種思維方法。例如，在“電磁振蕩的實(shí)驗(yàn)與探究”的過程中，教師可以首先在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行演示，當(dāng)把電路中的單刀雙擲開關(guān)擲向電池組給電容器充電結(jié)束后，讓學(xué)生觀察，當(dāng)把電路中的單刀雙擲開關(guān)擲向電感線圈時(shí)，電路中的靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況。他們發(fā)現(xiàn)靈敏電流計(jì)的指針左右擺動(dòng)，而且振幅逐漸減小，最后指針停在零點(diǎn)位置。此時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析猜想，這可能與電路中的電感線圈有關(guān)，那么這個(gè)電感線圈是怎樣使電路中的電流不斷發(fā)生變化的呢?從而一步步引導(dǎo)學(xué)生作出各種合理的猜想，并通過分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證他們自己的猜想結(jié)果。這種以果尋因的猜想，在物理學(xué)的發(fā)展中有著重要的意義，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的分析歸納能力也是非常重要的。

6.綜合猜想

實(shí)際上，要對(duì)一個(gè)問題提出合理的猜想，僅靠一種方法是不夠的，往往需要綜合多種方法，從不同的角度進(jìn)行猜想。在學(xué)生的猜想過程中，教師要強(qiáng)調(diào)“猜想依據(jù)是什么?”“你的猜想方法是什么?”正因?yàn)槿绱耍艜?huì)出現(xiàn)各種猜想結(jié)論，這不僅提高了學(xué)生的理論基礎(chǔ)，而且也提高了能力。

牛頓說過：“沒有大膽的猜想，就不可能有偉大的發(fā)現(xiàn)?！倍也孪胱鳛榭茖W(xué)探究中的第二個(gè)要素，是探究獲得結(jié)論的前提。因此，在物理教學(xué)中，教師有目的、有計(jì)劃地恰當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)猜想，對(duì)于探索物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的想象能力和分析歸納能力，是有很大的積極意義的。