讓課堂教學的猜想與假設更加精彩

劉景世

（寶雞文理學院物理與信息技術系，陜西 寶雞 721016）

猜想與假設是科學探究的第2個要素，是創造性思維中最活躍的因素，是培養學生創新思維能力最有效的途徑，然而在過去的教學中卻常常被忽略.究其原因，主要來自學生和教師兩個方面：一是在高考指揮棒的作用下，學生對“一張試卷定終身”的結果看得非常清楚，認識不到學會猜想與假設對其終身發展的重要意義與作用，“坐享其成”的思想非常嚴重；二是教師也是從應試教育的模式下培養出來的，并未用素質教育基本理念武裝自己的頭腦，更談不上將素質教育理念貫穿于教育教學全過程.教師閱讀物理課程標準中的“教學建議”部分才發現，課程標準對科學探究其余6個要素的操作方法和要求作了一些粗淺的描述，而對猜想與假設這一要素的操作方法卻只字未提，理論上的空白導致了教學行為的舉步維艱.用什么方法引導學生進行猜想與假設？能否理出一條簡明的思路？這就是本文所要探討的核心問題.“教育科學研究應該直接面向當代中國基礎教育改革和發展的實踐，認真研究和解決中小學在辦學實踐中所面臨的實際問題.”［1］

1 訓練學生思考，引導學生領悟科學思維方法

提高教師啟發藝術，有效訓練學生思考，引導學生領悟科學思維方法，培養學生創新思維能力，是學生由“笨”變靈的基本途徑.研究愛因斯坦的教育觀以及他的成功經驗，可以使教師從中受到很大的啟發.愛因斯坦認為：“對一個人來說，學習知識并不像顯現的那么重要，他也無須為此去學校而可以從書本上獲得.在學校里，教育的價值并不是學到很多的知識，而是受到如何進行思考的訓練，而這是不可能從書本上學到的.”［2］在教學中只有充分發揮教師的啟發引導作用，才能使學生的思考得到有效的訓練，才能喚醒學生學習的樂趣.“當學生遇到困難時，教師要引導他們去想；當學生思路狹窄時，教師要啟發他們拓寬；當學生迷途時，教師要把他們引上正路；當學生無路時，教師要引導他們鋪路架橋；當學生‘山重水復疑無路’時，教師要引導他們步入‘柳暗花明又一村’的佳境.”［3］啟發與引導的過程也是師生進行情感交流的過程，教師滿腔的熱情、高度的責任心和高超的啟發藝術具有強烈的感染力，這是訓練學生思考的前提和基礎.要想使學生學會科學思維方法，并能正確、靈活地用其進行猜想與假設，教師還必須引導學生經歷一個認真領悟、親身體驗、深刻理解、熟練掌握的自主建構的過程，這是訓練學生思考的關鍵和根本任務.物理學家探索物理領域的過程與學生進行科學探究學習的過程，同屬于人對自然界的認識過程，二者有著本質的聯系，這就為我們從科學研究的過程中探討猜想與假設的科學思維方法找到了最可靠的依據.科學探究教學的過程應該是教師引導學生進行“再發現”的過程.科學家在研究物理過程中所創造的思維方法就是教師在科學探究教學中引導學生進行猜想與假設的方法.回顧物理學發展史，用來引導學生進行猜想與假設的科學思維方法主要有以下3種.

1.1 逆向思維方法

逆向思維也叫求異思維，它是對司空見慣的似乎已成定論的事物或觀點反過來思考的一種思維方式.與常規思維不同，逆向思維是反過來思考問題，是用絕大多數人沒有想到的思維方式去思考問題.運用逆向思維去思考和處理問題，實際上就是以“出奇”去達到“制勝”.因此，逆向思維的結果常常會令人大吃一驚，喜出望外，別有所得.

伽利略就是用逆向思維方法否定了亞里士多德關于“重物比輕物落得快”的錯誤觀點.伽利略的思維過程是：假定“重物落得快而輕物落得慢”的觀點是正確的.若取兩個物塊m1和m2，使m1＞m2，把m1和m2用細繩連接在一起后自由釋放，那么連接體的速度v必然介于m1和m2單獨下落到同一高度時的速度v1和v2之間，即v2＜v＜v1；但從亞里士多德的結論出發卻得出了相反的結論v＞v1（因為m1＋m2＞m1），這樣就從同一命題下得出不能自圓其說的矛盾，因此，伽利略就猜想到亞里士多德的觀點是錯誤的.這是他建立自由落體定律的起點，也是逆向思維方法在科學發現中的貢獻.

只要某一物理現象或物理過程的可逆性存在，運用逆向思維方法就一定能取得創造性的成果.例如，當奧斯特、安培等物理學家發現電生磁的現象后，靠自學成才的法拉第運用逆向思維方法，猜想到磁能否生電的科學研究課題，經過不懈的努力，終于找到了磁生電的條件.逆向思維方法在科學發現和科學探究中都具有十分重要的意義和作用，在創新教育中，這種方法是不可缺少的.

1.2 歸納演繹方法

歸納和演繹是引導學生猜想與假設的重要方法之一.歸納是從個別到一般，演繹是從一般到個別，兩者進程反向，相輔相成，都是從已知向未知做探索的一種思維方法.歸納是演繹的根據，演繹是歸納的發展和指導；用歸納法必須以可靠的實驗事實為依據，用演繹法必須以實踐檢驗的科學結論為前提.歸納和演繹正如分析和綜合一樣，也是相互聯系的.單靠歸納法并不能取得完全可靠的知識，單是從某一特性在一系列事物中的不斷重復出現，并不能斷言這一特性對于一切同類事物都是存在的.例如大多數液體都是熱脹冷縮的，并不能因此斷言任何液體在任何情況下都是如此，如4℃到0℃之間的水恰好就是熱縮冷脹.

法拉第就是利用歸納演繹的方法找到了磁生電的條件.因此，教師在進行“電磁感應現象”這節課的教學時，就可以用這一方法引導學生進行猜想與假設.在實驗探究的過程中，教師要深刻揭示3個實驗的內在聯系，理清思路，學生自然會領悟出歸納與演繹這一創新思維方法的意義及其內在聯系，為今后的科學探究奠定基礎.“電磁感應現象”一節課中可設計3個演示實驗.實驗1：當導體回路的一部分作切割磁力線運動時，回路中有電流產生.實驗2：當條形磁鐵在螺線管中插入或拔出的瞬間，回路中有電流產生.歸納實驗1、2可得如下結論：當穿過閉合回路的磁通量（Φ＝BS）發生變化時，回路中才有電流產生.實驗1演示了回路面積S發生變化的情況；實驗2演示了在回路面積S不變的條件下，讓磁感應強度B發生變化的情況.在物理概念形成的過程中，教師必須引導學生突出本質，摒棄非本質，讓學生領悟其中的創新思維方法，這是提高科學探究質量的關鍵.在實驗1、2中，“磁通量的變化”是本質，“運動”則是非本質的東西.為了突出本質，摒棄非本質，才設計了實驗3：有兩個線圈，原線圈A通電后就是一個電磁鐵，怎樣才能使副線圈B產生電流？實驗3的特征是只有“磁通量的變化”，沒有磁鐵和導體的“相對運動”，是對歸納所得到的結論的演繹.完成3個演示實驗的過程其實質也是一個歸納與演繹的過程.“抽象思維主要包括演繹和歸納兩種方法.小學就可以引入抽象思維的教育，這樣就可以讓學生的理論推理能力提前6－7年.”［4］小學數學課中的抽象思維訓練就為初、高中的科學探究順利實施奠定了基礎.

1.3 形象思維方法

所謂形象思維，就是用形象作為思維的元素和手段來分析思考問題的一種創造性思維方法.“形象思維和抽象思維都以感性認識作為基礎.形象思維雖然具有形象性，具有感性直觀的外殼，實質上卻是反映著事物本身的屬于理性認識階段的思維活動.”［5］物理學中的理想實驗、理想模型都是形象思維的產物.結合科學探究的具體內容，引導學生用形象思維方法進行猜想與假設，培養學生形象思維能力，對學生的成才具有十分重要的意義和作用.

形象思維能解決抽象思維難以解決的問題.法拉第用歸納與演繹的方法找到磁生電的條件后，很多人對磁生電的過程和原理難以理解.法拉第敏于形象思維，提出了場和磁力線的概念，從能量守恒的角度成功地解釋了磁生電的原理：在蹄形磁鐵兩極間存在著磁力線，每一條磁力線就好像是一個橡皮筋，只有切割磁力線做功，才能實現能量的轉換，磁通量發生變化的過程實質就是克服阻力做功的過程.可見，形象思維在科學研究中是非常重要的.在科學探究教學中，要借助思維科學研究的成果，注重人的思維的全面和辯證發展.錢學森主張：“一是改變只注重知識傳授和知識積累的傳統教育方式，盡早引入抽象思維的教育.二是學會運用形象思維去解決抽象思維所不能解決的實際問題.不同的思維方式對人們的認知發展有不同的價值和作用，形象思維常常能彌補抽象思維的不足和局限，二者的結合與互補，才是創新之道.”［4］

通過對上述3種創新思維方法的分析和討論，能夠理出一條簡明的的思路：科學家有成功的結果，必然有成功的方法.這些方法就是引導學生進行猜想與假設，從而順利完成科學探究教學的方法.科學探究是人才成長規律的體現.科學探究要素是科學家群體成功經驗的高度概括與總結.科學探究的基本特征是以問題為載體，整個探究過程就是教師引導學生發現提出問題、分析解決問題的過程.因此，教師可把科學探究課題分解成幾個子課題，引導學生多次進行猜想與假設，激活學生思維，不斷提出問題、分析問題和解決問題，讓學生體驗探究樂趣，領悟、理解和掌握多種創新思維方法.這對于培養學生創新思維能力，進一步提高科學探究質量是非常重要的.

2 關愛學生成長，轉變學生學習方式

在長期應試教育的背景下，大多數教師期望學生能在各種考試中考出好成績，因此其行為往往是偏愛優等生，討厭學困生，在課堂教學中不能平等對待每一個學生.這種人格上的不平等抑制了學生個性的發展，挫傷了大多數學生學習的主動性和積極性，因而不利于在課堂教學中順利實施“猜想與假設”這一科學探究基本要素.引導學生進行猜想與假設時，教師都希望每一個學生能認真思考、積極參與，最大限度地發揮自己的聰明才智；沒有人愿意看到“懶惰”、坐享其成的現象.只要教師尊重學生身心發展規律，遵循人才成長規律，關愛學生成長，轉變學生學習方式，就可以如愿以償.在每次的猜想與假設活動結束以后，教師應及時引導學生進行反思，回憶自己猜想與假設的思路是否清晰，采用的分析方法是否合理，已掌握的材料是否完備，分析的過程是否嚴謹，得出的結論是否科學.經過長期的自我反思，學生的猜想與假設能力必會大大提高.但不同思維方法的特點和使用條件有所不同，教學中可以根據具體情況靈活掌握使用.要讓學生學會任意一種科學思維方法都必須經歷這樣4個階段：教師示范，學生領悟；大膽猜想，認真論證；親身體驗，深刻理解；反復應用，熟練掌握.只有這樣，才可能使課堂教學的“猜想與假設”更加精彩.

“教育的秘訣就是通過對學生具體的尊重、理解、信任、欣賞、激勵和寬容等言行和神情，讓學生切切實實地感受到愛.”［6］教師關愛學生成長，激勵學生自主學習，指導學生開展研究性學習，逐漸轉變學生學習方式，是提高科學探究教學質量的根本保證.“學生通過研究性學習活動，形成一種積極的、生動的自主、合作、探究學習方式.”［7］新課程倡導自主、合作、探究學習.愛因斯坦之所以能夠成為最偉大的理論物理學家之一，就是因為他獨立思考并善于與同伴進行合作探究.自主、合作、探究學習是時代精神的反映，是人才成長的必由之路，是實施創新教育的必然選擇.教師角色的轉變是改變學生學習方式的關鍵.教師只有更新教育理念，深刻理解自主、合作、探究學習的內涵、內在聯系以及深遠意義，才能自覺地轉變自己的角色.新課程理念下的教師不再是“知識的搬運工”，而應該是良好氛圍的創造者，自主學習的激勵者，合作學習的促進者和探究學習的指導者.在改變學生學習方式的過程中，教師應起到“科學伯樂作用、啟發引導作用、組織促進作用、權威榜樣作用和評價激勵作用.”［6］

在中國，高考的功能并非僅僅為高等教育甄選人才，還發揮著促進教育公平的功能.因此，高考“指揮棒”如何轉動歷來是人們關心的焦點所在.隨著基礎教育新課程改革的深入進行，全國統一高考的模式已經呈現出與社會發展逐漸脫節的現象.例如，統一高考限制了教師的多樣化、個性化的教學方式和學生靈活多樣、積極主動的學習方式；而各地考試科目、內容和難易深淺程度不一的差別，又使高校難以用統一的標準來判定不同地區的高考分數所代表的學生學習水平.可喜的是，各級教育行政部門和廣大教育工作者逐漸意識到這一問題，并且想方設法地不斷改革與創新.例如，近年來，隨著“北約”、“華約”等一些重點大學開始自主招生考試的嘗試，全國統一高考的格局已經發生了變化.因此，高考指揮棒所產生的負面影響是暫時的，隨著教育體制改革的不斷深入，國家很快會拿出一個創新人才選拔方案，徹底改變高考與新課程不相適應的現狀.當前最關鍵的問題是，教師本人要努力提高自己實施科學探究教學的專業能力，讓課堂教學的猜想與假設更加精彩，為促進基礎教育新課程改革順利進展，全面提高國民素質作出新的貢獻.

1 陳小婭.創新教育科學研究 服務基礎教育事業［J］.教育研究，2009（10）：3.

2 Jossem E L.愛因斯坦的教育觀［J］.物理與工程，2005（3）：1－11.

3 余文森.論自主、合作、探究學習［J］.教育研究，2004（11）：28.

4 龔放.從思維發展視角求解“錢學森之問”［J］.教育研究，2009（12）：5－7.

5 崔學鴻.教育的秘訣是讓學生感受到愛［J］.中國教育學刊，2010（1）：39.

6 劉誠杰.論合作探究學習的意義和策略［J］.課程·教材·教法，2007（3）：22－24.

7 朱慕菊，劉兼，康長運等.走進新課程［M］.北京：北京師范大學出版社，2002.30.