“猜想與反駁”在《自由落體運(yùn)動(dòng)》中的實(shí)踐研究

【摘 要】 本文把“猜想與反駁”應(yīng)用于高中物理《自由落體運(yùn)動(dòng)》的教學(xué)實(shí)踐，通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)此教法有利于培養(yǎng)了學(xué)生大膽猜想、敢于反駁、積極創(chuàng)造的精神，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的完善和發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生敢于面對(duì)被批判、反駁的健康心態(tài)，是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力行之有效的一種方法。

【關(guān)鍵詞】 猜想與反駁 自由落體運(yùn)動(dòng) 實(shí)踐研究

在中學(xué)物理教學(xué)中，教師往往都是通過(guò)歸納法把物理概念和物理規(guī)律呈現(xiàn)給學(xué)生。歸納法是從個(gè)別經(jīng)驗(yàn)事實(shí)歸納出普遍有效的理論。歸納法從邏輯上是存在問(wèn)題的，因?yàn)橛^察是有限的，而理論卻是一個(gè)全稱陳述，有限不能證明無(wú)限，不管我們已經(jīng)看到多少只白天鵝，也不能證明這樣的結(jié)論：所有的天鵝都是白色的。因此由歸納法得到的新知識(shí)是不可靠的。

在中學(xué)物理教學(xué)中如果不用歸納法，我們可以采用什么方法進(jìn)行教學(xué)呢？波普爾為了解決歸納問(wèn)題，根據(jù)科學(xué)發(fā)展史，提出了證偽主義，他認(rèn)為科學(xué)的精神是批判的，即不斷推翻舊理論、不斷做出新的發(fā)現(xiàn)。因此，他提出了著名的 “猜想與反駁”科學(xué)發(fā)現(xiàn)方法論及其四段圖式：?jiǎn)栴}提出─嘗試解決─排除錯(cuò)誤─新的問(wèn)題。

在課堂中，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程其實(shí)也是他們進(jìn)行科學(xué)“再發(fā)現(xiàn)”的過(guò)程 ，可以嘗試用“猜想與反駁”進(jìn)行中學(xué)物理教學(xué)。根據(jù)波普爾的“猜想一反駁”方法論，結(jié)合中學(xué)物理教學(xué)實(shí)際情況，“猜想與反駁”在教學(xué)中應(yīng)用可以按照以下步驟進(jìn)行：

提出問(wèn)題→猜想→反駁→解決問(wèn)題

下面是我在應(yīng)用“猜想與反駁”在《自由落體運(yùn)動(dòng)》進(jìn)行嘗試的精彩片段。

這節(jié)課我們來(lái)學(xué)習(xí)自由落體運(yùn)動(dòng)。自由落體運(yùn)動(dòng)是很常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)，在物理學(xué)史上曾經(jīng)有兩個(gè)物理學(xué)家作過(guò)論述，一位是亞里士多德，他認(rèn)為：重的物體下落得快，輕的物體下落得慢；另外一位是伽利略，他認(rèn)為：重輕不同的物體下落一樣快。

師：你們認(rèn)為誰(shuí)的說(shuō)法對(duì)？

生：伽利略對(duì)。

大部分同學(xué)一致地回答。課后了解到原來(lái)他們?cè)谛W(xué)的語(yǔ)文課本上學(xué)過(guò)亞里士多德和伽利略關(guān)于落體運(yùn)動(dòng)的論述的一篇課文，這時(shí)我意識(shí)到，我原來(lái)想把他們分為觀點(diǎn)不同的兩組，讓他們進(jìn)行討論、爭(zhēng)辯的做法是行不通的了，看來(lái)我只能站在錯(cuò)誤一方與他們進(jìn)行辯論。

師：理由呢？你們認(rèn)為伽利略對(duì)要有理由啊！

S1：實(shí)驗(yàn)是這樣。

這時(shí)S1站起來(lái)，在他的桌面上拿起了一本書(shū)和一本作業(yè)本，讓它們同時(shí)下落，幾乎是同時(shí)到達(dá)桌面。（我注意到他的書(shū)內(nèi)夾了一張與課本一樣大小的白紙。）

師：我沒(méi)看清楚，你把書(shū)和作業(yè)本舉高一些。

實(shí)驗(yàn)看到了作業(yè)本下落得慢一些。

S1：一樣快吧！

師：哪里？我看到了作業(yè)本要慢一些。

班上很多同學(xué)笑了笑，議論開(kāi)來(lái)。

師：你拿書(shū)本夾的那張白紙和書(shū)重做剛才的實(shí)驗(yàn)。

我一直抓住我看到的是重的物體下落得快的現(xiàn)象，對(duì)他們觀點(diǎn)進(jìn)行反駁，激出學(xué)生的辯論欲望，讓他們開(kāi)動(dòng)腦筋尋找證據(jù)來(lái)反駁我。

S1：紙?zhí)p啦，吔，不是紙?zhí)p啦，是紙受到的空氣阻力太大了，空氣的阻力會(huì)吹著它。

師：不管怎樣還是輕的物體下落得慢！這是我親眼看到的。

S1：那它至少要有一定質(zhì)量的物體哦！

師：紙有質(zhì)量嗎？（哄，很多同學(xué)笑了）

S1：空氣阻力太大了。

師：空氣阻力的大小跟什么因素有關(guān)？

S1：面積。

師：紙和書(shū)的面積一樣大，阻力不就一樣大了嗎？但是還是輕的物體下落得慢。

全班同學(xué)都在看著他，他抓了抓頭，臉有些紅了，很不服氣的樣子。

這時(shí)全班同學(xué)都在討論，有些同學(xué)拿書(shū)、筆、草稿紙來(lái)做實(shí)驗(yàn)，我注意到有一女生把紙揉成團(tuán)來(lái)做實(shí)驗(yàn)。

師：這位同學(xué)請(qǐng)你到講臺(tái)來(lái)重做剛才的實(shí)驗(yàn)。

S2：不用了！（臉?biāo)⒌丶t了）

師：那你說(shuō)我來(lái)做。

S2：把紙揉成團(tuán)，讓它和書(shū)本同時(shí)下落，它們下落一樣快。（我故意把紙團(tuán)揉大一些）

師：大家注意看，一樣快嗎？

其他學(xué)生：紙團(tuán)慢些。

S2：還不夠小。

師：那我繼續(xù)揉（哄！很多同學(xué)笑了?。?/p>

再重做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)下落差不多一樣快。

師：一樣快嗎？

有同學(xué)搖頭，有同學(xué)點(diǎn)頭。

S2：一樣快！

師：我看到的還是紙團(tuán)慢一些，只不過(guò)下落高度小，差別不是很大，如果讓它們同時(shí)從樓上下落，我們會(huì)清楚看到它們的差距。

過(guò)了半分鐘，后面穿紅色衣服的男孩舉手。

S4：我認(rèn)為伽利略是對(duì)的。

師：為什么？

S4：實(shí)驗(yàn)是這樣，伽利略在比薩斜塔上同時(shí)讓輕重不同的鐵球下落，發(fā)現(xiàn)它們同時(shí)落地。

師：那是書(shū)上說(shuō)的！但我還是相信我眼前的事實(shí)。（讓紙和粉筆同時(shí)下落）

S4：那是因?yàn)榧執(zhí)p，空氣阻力對(duì)它的影響太大。

想了想，這位同學(xué)繼續(xù)說(shuō)：拿一個(gè)瓶子，把里面的空氣抽出來(lái)，讓兩個(gè)質(zhì)量不一樣的物體從上端下落，它們將會(huì)同時(shí)到達(dá)下端。

師：你怎么會(huì)想到這個(gè)辦法？

S4：初中做過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，把玻璃罩內(nèi)的空氣抽出，鬧鐘的聲音傳不出來(lái)。

以前在講到這個(gè)內(nèi)容時(shí)，總認(rèn)為學(xué)生不會(huì)想到這個(gè)實(shí)驗(yàn)。因此，往往是這樣引出：“以上討論我們知道物體下落的快慢跟空氣阻力有關(guān)，如果不受空氣阻力作用，輕重不同的物體誰(shuí)下落得快呢？請(qǐng)看下面這個(gè)實(shí)驗(yàn)（牛頓管實(shí)驗(yàn)）……”現(xiàn)在他能夠很清楚地講出來(lái)，我很驚喜，就算是預(yù)習(xí)了，或在其他地方看過(guò)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也說(shuō)明學(xué)生真的動(dòng)腦去思考，并且確實(shí)想通了，他能很自然地引出也比被動(dòng)地接受老師預(yù)先準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)要好得多。更使我驚訝的是，課后了解，他并沒(méi)有看過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，而是受到初三的一個(gè)實(shí)驗(yàn)——聲音不能在真空中傳播的啟發(fā)而想到。

讓他做牛頓管實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們驚訝地看到，空氣阻力不計(jì)的情況下，羽毛和金屬同時(shí)到達(dá)下端。說(shuō)明只受重力作用時(shí)，輕重不同的物體下落一樣快。

實(shí)驗(yàn)非常成功，學(xué)生情不自禁報(bào)以熱烈的掌聲。這是對(duì)他最好的鼓勵(lì)，這種成功的喜悅我想他一輩子都忘不了，難道他還能對(duì)物理不感興趣嗎？

這時(shí)有個(gè)學(xué)生舉手：老師，我有問(wèn)題，我認(rèn)為一樣重的物體，面積小的下落得快，因此物體下落的快慢不只是跟輕重有關(guān)，還與面積有關(guān)。

邊說(shuō)邊做實(shí)驗(yàn)，讓同樣重的紙片和紙團(tuán)同時(shí)下落，明顯看到紙團(tuán)下落得快一些。

我注意到，當(dāng)S4在講臺(tái)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，他一直自己在下面做實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有參與到課堂的討論。難能可貴的是他不怕別人異樣的眼光，把自己的想法說(shuō)了出來(lái)，并且這種想法是來(lái)源于自己所做的實(shí)驗(yàn)。而要想讓學(xué)生敢說(shuō)真話，一種寬松、平等的課堂氛圍很重要。

S4沒(méi)有舉手就站了起來(lái)：紙團(tuán)和紙下落快慢不一樣是因?yàn)槭艿降目諝庾枇Σ煌?，如果是把它放到真空管?nèi)他們下落肯定會(huì)一樣快，與面積沒(méi)有關(guān)系，還是伽利略對(duì)！

大家都用贊許的目光看著S4，有兩個(gè)女生還鼓掌。

師：也就是說(shuō)輕重不同的物體下落得一樣快是有條件的，必須是不受空氣阻力，只受重力作用。

……

課后很興奮，特別驚喜的是學(xué)生受聲音不能在空氣傳播的實(shí)驗(yàn)啟發(fā)自然地想到牛頓管實(shí)驗(yàn)。整節(jié)課學(xué)生不斷在猜想，又不斷地反駁，學(xué)生真正地動(dòng)腦去思考，動(dòng)手去實(shí)驗(yàn)。猜想與反駁過(guò)程中，充分暴露學(xué)生的錯(cuò)誤前認(rèn)識(shí)，引起學(xué)生思維的沖突，最后建構(gòu)科學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生成為物理知識(shí)的“發(fā)現(xiàn)者”，讓學(xué)生體驗(yàn)“猜想與反駁”的科學(xué)發(fā)現(xiàn)方法。在不斷地猜想、假設(shè)，不斷地批判與反駁的過(guò)程很好培養(yǎng)了學(xué)生大膽猜想、敢于反駁、積極創(chuàng)造的精神，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的完善和發(fā)展，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生敢于面對(duì)被批判、反駁的健康心態(tài)。在中學(xué)物理課堂教學(xué)中，應(yīng)用“猜想與反駁”進(jìn)行教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力行之有效的一種方法。

【參考文獻(xiàn)】

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［4］羅星凱，周中權(quán).學(xué)生頭腦中的前科學(xué)概念研究[J].江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1991(6).