合理假設 有效探究

張陳江

小學生的科學探究活動通常開始于某一個科學問題。在好奇心和求知欲的內在驅動下，對這個問題進行分析，提出有一定依據且存在可能的對結果的猜想，這就是假設。假設環節在學生的科學探究活動中起到承上啟下的連接作用，根據研究對象的不同，假設可以分成預測性假設、相關性假設和因果性假設。在小學階段的對比實驗中，需要學生作出的主要是相關性假設。只有在合理假設的基礎上，應用已有的知識、技能、方法制訂研究計劃，開展研究并進行觀察與記錄，收集證據，對比分析，最終得出結論。正因為假設環節如此重要，所以需要教師更加關注學生提出假設的過程，以提高整個探究活動的效率。

一、案例呈現

【案例1】

在研究“水的蒸發快慢與什么因素有關”時，學生提出了這樣的假設。

放在火上燒，蒸發得快；

放在太陽下曬，蒸發得快；

放在爐灶上烘烤，蒸發得快；

用電吹風吹，蒸發得快；

用嘴對著吹，蒸發得快；

用扇子扇，蒸發得快；

……

看起來，學生思維活躍，提出了許多種假設。其實稍加歸類，就會發現學生實際上只提出了兩方面假設：一是溫度，二是空氣流動。該問題的本意是讓學生說出是哪些可能的因素影響水蒸發的快慢，而學生卻表述成了能加快蒸發的方法。為什么會出現這種情況？筆者認為是學生沒有搞清楚研究問題和假設的表述方法兩者的區別。

【案例2】

研究“降落傘下落的快慢與什么因素有關”時，教師讓學生根據問題作出假設。于是學生提出了這樣一些假設。

降落傘下落快慢與重量有關，降落傘越重，下落得越快；

降落傘下落快慢與風有關，風越小，下落得越快；

降落傘下落快慢與高度有關，高度越高，下落得越快；

降落傘下落快慢與降落傘的材質有關；

……

這些假設讓教師頗為失望，因為沒有一個是在教師預期的范圍內。于是教師提醒學生：“你們看看降落傘由哪些部分組成，然后再進行假設。”經過反復提示，學生終于說到了“點子”上：降落傘下落快慢可能與傘面大小有關；可能與傘繩長短有關；可能與重物重量有關。

【案例3】

研究“摩擦力大小與什么因素有關”時，學生提出了如下的假設。

摩擦力大小與拉力大小有關，拉力越大，摩擦力越大；

摩擦力大小與拉力大小有關，拉力越小，摩擦力越小。

全班五十個學生，竟然只提出了這兩個假設，而且這兩種表述也只是對同一種因素的不同猜測。教師再問有沒有別的不同假設，回應他的是一片沉寂。

二、案例場景回放

雖然教師不希望出現上述現象，但是這些現象的出現往往與教師的教學行為有直接關系。

例如，在案例1中，教師在開始上課前設計了一個小小的觀察活動：用一塊濕布看似無意地把黑板上的一道粉筆劃痕擦掉了，留下了一小塊水跡，并略帶遺憾地喃喃自語：“哎呀，黑板濕了！”等到師生問好后，“無意”中扭頭一看“咦？干了！”于是向學生求解：“你們知道水去哪里了？”學生紛紛幫忙：“水變成水蒸氣蒸發到空氣中去了。”這時，教師順水推舟地提出這節課要研究的問題——水蒸發的快慢與什么因素有關呢？于是，就有了案例1中學生的眾多假設。

在這節課中，雖然教師的設計巧妙，但學生只觀察（且是無意中觀察）到了一種水蒸發的現象。他們只能在“黑板上水不見了”這個現象的基礎上加上自己的聯想，提出假設。而這些假設一定會受到所觀察到現象的局限。事實上，學生就是把目光“聚焦”在黑板上的水很快不見了的原因的推測上，以及還有哪些可以讓黑板上的水很快消失的方法的設計上。如果教師能提供更多的生活中水蒸發的現象供學生觀察體驗，他們可能就不會出現思路的局限和方向的偏頗了。

案例2中的教師在課堂上用PPT向學生展示了多幅降落傘下落的圖片，有的傘面寬大像巨大的蝙蝠，有的傘繩較短如同蘑菇，有的下落時形似筆尖，還有的降落傘在風中飄搖。有的圖上是單獨的一個降落傘，有的卻像許多大大小小的花朵競相開放。

教師讓學生仔細觀察圖片中的降落傘，提出了本節課要研究的主題——降落傘下落的速度與什么因素有關？教師這樣設計的意圖是提供豐富的圖片信息，期望通過讓學生充分觀察各種降落傘，能進行對比、分析、概括，發現降落傘下降的速度究竟是與哪個因素有關系。然而，教師的意圖展現在零散的圖片中，不能讓學生很好地獲取與主題相關的信息。學生對于降落傘的結構沒有足夠的認識，沒有制作和試用降落傘的體驗，只是根據對每一幅圖片的觀察，加入自己的生活經驗，不確定地表達出自己對這個問題的認識，甚至還會嘗試著去揣度教師的提問意圖。

案例3中，教師在揭示了摩擦力概念后，用一個測力計拉動一塊木塊，來演示木塊在桌面上運動時所受的摩擦力，并提出了“摩擦力大小與什么因素有關”的研究主題。為了讓學生看清楚，教師將木塊從左拉到右，再放回原處從左拉到右，在反復的演示中，拉木塊的速度也有輕微的差異。學生看出了這些變化，并且理解為可能是教師的有意暗示，于是將教師拉木塊的速度與用力的大小自然聯系起來，得到了這樣的啟示：摩擦力大小可能與拉力大小有關。由于對假設內容表達的方式缺乏認識，所以錯誤地將“拉力越大，摩擦力越大”和“拉力越小，摩擦力越小”看成是兩個假設。為了激勵更多學生踴躍發表見解，教師及時表揚了發言學生。可是，學生又錯誤地將教師的表揚理解成了是對假設內容的肯定，于是就不再去思考其他可能影響摩擦力大小的因素了。

三、指導策略

（一）充分觀察研究的對象

科學問題的提出一般都會基于某個或某些具體的現象或生活場景。從中產生的問題多多少少會涉及這個情境中的一些因素。這些因素會影響對問題的結構分析。因此，在提出一個問題后，需要讓學生對研究對象及其所在的情境進行充分的觀察，只有在了解了這些因素對研究對象和問題所起的作用后，才能作出選擇和判斷。

首先，要充分觀察研究對象的結構。比如在研究“橫梁的抗彎曲能力與什么有關”時，教師出示一組來自學生生活的圖片——教室頂上的橫梁、高架道路下面的橫梁、橋面下方的橫梁等，組織學生觀察比較這些圖中橫梁的共性和差異。學生分小組從橫梁的長度、寬度、厚度、橫截面等形狀和橫梁的材質等方面進行比較，很自然地產生推測：是不是這些因素在影響著橫梁的承重能力？經過對信息的整理，學生提出對這個問題的假設。

橫梁的抗彎曲能力與橫梁的長度有關，橫梁越長，越容易彎曲；

橫梁的抗彎曲能力與橫梁的寬度有關，橫梁越寬，越不容易彎曲；

橫梁的抗彎曲能力與橫梁的厚度有關，橫梁越厚，越不容易彎曲；

橫梁的抗彎曲能力與橫梁的橫截面形狀有關，橫截面是梯形（上大下小）的，不容易彎曲；

橫梁的抗彎曲能力與橫梁是否空心有關，實心的橫梁不容易彎曲；

橫梁的抗彎曲能力與橫梁的材質有關，鋼筋混凝土結構的不容易彎曲；

……

學生提出的假設比較全面，考慮到了橫梁結構的各個方面。這都應該歸功于學生對橫梁形狀和結構的仔細觀察比較。

其次，要充分觀察研究對象的作用。一個物體在體現功能的時候，其實都是組成它的結構中的某一個或者幾個結構發揮了作用。在充分觀察物體結構特點的基礎上，和具體的功能聯系起來，能更好地讓學生提出合理的假設。比如研究“皮球落地后反彈高度和什么因素有關”的時候，學生對皮球的結構進行了分析，知道了皮球內有壓縮空氣，壓縮空氣具有彈性，地面的軟硬程度也可能影響皮球反彈的高度等。他們提出這樣的假設。

皮球反彈的高度與球內充入空氣量有關，充氣越多，反彈高度越高，充氣越少，反彈高度越低；

皮球反彈的高度與地面軟硬程度有關，地面硬，反彈高度高，地面軟，反彈高度低；

皮球反彈的高度與皮球下落速度有關，下落速度越快，反彈高度越高，下落速度越慢，反彈高度越低；

皮球反彈的高度與皮球下落高度有關，下落高度越高，反彈高度越高，下落高度越低，反彈高度越低。

雖然由于知識面的局限，學生對物體下落的高度與下落速度之間沒有能建立關聯，把下落高度與下落速度看成兩種因素，但是學生充分地關注了皮球下落過程中相關因素所發揮的作用，提出的假設具有較強的合理性和驗證價值。

（二）加強感官情緒的體驗

在提出假設前，學生在操作實驗材料時產生的主觀體驗和平時生活中積累的經驗會幫助學生作出判斷。因此，教師應該給學生操作材料的體驗過程，應該指導學生充分挖掘生活中的相關經驗，來提高假設內容的合理性。

比如在研究降落傘下落速度的影響因素時，教師先讓學生動手做一個降落傘。學生在動手的過程中仔細識別了制作材料的特征，知道了傘面有大有小、形狀各不相同，傘繩有長有短、有多有少，重物有輕有重。在玩的時候觀察了降落傘下落時的姿態，并在觀察了別人的降落傘后，不經意間將這些降落傘進行了比較。有了這樣的直觀體驗，當教師提出“降落傘下落快慢與什么因素有關”的問題時，學生很自然地對降落傘制作材料和剛才的觀察結果進行進一步審視，發現了一些可能影響降落傘下落速度的因素。

降落傘下落快慢與傘面大小有關，傘面越大，下落越快；

降落傘下落快慢與傘面形狀有關，傘面是正方形（圓形），下落越快；

降落傘下落快慢與傘繩多少有關，傘繩越多，下落越快；

降落傘下落快慢與傘繩長短有關，傘繩越長，下落越快；

降落傘下落快慢與重物重量有關，重物越重，下落越快。

再比如研究“找到最快使冰融化的方法”一課時，教師出示了一部分實驗材料——方糖、燒杯、水，讓學生思考怎樣可以讓冰更快融化？學生看到實驗材料馬上會聯想起小時候喝過的糖水。有不少學生親手調制過糖水，觀察過糖的顆粒在開水中瞬間溶解的過程。于是學生提出假設。

把方糖碾碎，可以加快融化，碾得越碎，融化速度越快；

把水加熱，可以加快融化，水溫越高，融化速度越快；

用筷子攪拌，可以加快融化。

經過驗證，學生證實了三種方法都可以讓冰融化得快一些。在此基礎上，學生將三種方法進行整合，提出了最快使冰融化的方法：把方糖碾碎，放在熱水中，用筷子攪拌。這些科學問題其實和學生的生活密切相關，當學生意識到用生活中的經驗和技能去解決實際問題的時候，我們的教學目的也就實現了。

（三）指導表述假設的方法

首先要突出重點。以《電磁鐵》一課為例。在提出研究問題時，需要學生對“電磁鐵磁力大小與什么因素有關”進行假設。學生在討論中，除了根據自己的生活和學習經驗羅列出可能影響電磁鐵磁力大小的因素外，還會把后續的驗證方法也迫不及待地提出來，以此來博取同伴的認可。教師在組織匯報時可以提示學生僅匯報自己或自己小組對這個問題所作出的假設，而對于后續的研究設想暫時不需要呈現出來。這樣能讓假設的內容更清晰地凸顯出來。

其次應分解內容。有時候，探究問題過于復雜或者籠統，會給學生理解探究問題的含義造成困難，而有時學生的表達也會不夠準確或不夠完整。當出現這些情況的時候，教師可以適當地提示學生將假設內容進行分解，形成完整的表達思路。

比如學生在研究“擺的快慢與什么因素有關”時，提出“擺的快慢與擺的角度有關”“擺的快慢與擺錘的重量有關”“擺的快慢與擺線的長度有關”的假設。教師應該及時提示學生，這些都僅僅是“觀點”，只有具體表達出擺的快慢與擺的角度有怎樣的關系、與擺錘的重量有怎樣的關系、與擺線的長短有怎樣的關系，才能表達出對這個問題明確的假設，也就是對所研究問題的可能存在結論的預設。

再比如組織學生對“電磁鐵磁力大小與什么因素有關”進行假設時，有學生認為“電磁鐵磁力大小與電池數量有關”。這個假設得到絕大多數人的贊同。但是教師經過進一步詢問，發現這些學生中產生了兩種完全不同的意見。通過這兩種觀點的比較，讓學生發現在表述假設內容的時候，不僅僅要說出電磁鐵磁力大小與何種因素有關，還要說出具體有怎樣的關系。

在對比實驗中，學生對研究問題作出假設的能力不僅需要教師的及時指導，更需要在具體的探究情境中逐步練習提高。隨著探究經驗的積累，對研究問題作出合理的假設，會促進整個探究過程的高效進行，從而有效地獲得探究的技能和科學素養的提升。

（江蘇省蘇州工業園區東沙湖學校 215021）