《全日制義務教育物理課程標準》指出,科學探究不僅是學生的學習目標,也是重要的教學方法之壹。科學探究的基本要素包括:提出問題、猜測與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評價、交流與合作。隨著課程改革的深入,探究式教學備受關註,但在教學實踐中,第二個環節——猜想與假設——往往讓教師感到難以應對。處理“猜想與假設”往往是壹堂實驗探究課的關鍵。
1.猜想的地位和重要性。
猜想和假設是科學思維的壹種形式。猜想是學生在接觸問題後,根據已有的知識和經驗,通過演繹、歸納、類比、推理得出結論的壹種發散性思維。假說是通過觀察、實驗、分析、比較、歸納等壹系列邏輯推理,排除壹些不可能的猜想而得到的更為科學的推論。合理猜想是知識和能力的綜合體現,也是壹種探索和探索知識領域的創新意識的體現。因此,在猜測過程中,學生的主觀能動性得到充分發揮,學生的思維往往處於非常活躍和發散的狀態。在假設階段,老師通過細致的調查和各種解釋,引導學生做出合理的假設。
建立猜想、確定探究目標是探究教學的重要環節,培養學生的探究能力和思維能力主要在這壹環節。牛頓說:沒有大膽的猜想,就不可能有偉大的發明和發現;沒有盧瑟福的大膽猜想,就不會有原子結構的行星模型;沒有愛因斯坦的大膽猜想,就沒有廣義相對論。在物理學習過程中,猜想是對目標和結論的預測性思維。它需要對已有的物理現象進行分析,並結合相關物理知識進行科學推理,從而做出合理的猜測和假設。提出壹個猜想,探索就有了方向。
2.猜想中的問題。
在初中探究性實驗的教學實踐中,學生可能會遇到兩種情況:壹種是猜不出來,這可能是因為他們缺乏探究性學習的經驗,缺乏生活經驗和知識,或者看不到已有經驗與正在探究的問題之間的聯系。第二,很多同學的猜測把握不了方向,思維分散,偏離提出的問題,或者指向未知的、困難的因素。這壹方面是因為初中生猜想的依據主要來自生活經驗或知識經驗,可能並不充分;另壹方面,教師創設的問題情境可能並不合理,或者對學生的啟發和引導不夠。此外,更有可能的是,學生在某種程度上進行猜想,但這些猜想過於寬泛或狹窄,無法達到最合適的效果,這說明教師在控制猜想的發散性方面需要更仔細地引導他們。
探究性實驗教學中的猜想鼓勵思維的發散性和開放性,為了得到有效的猜想,教師需要努力收斂學生的發散性思維,將開放性的猜想引向合理的方向。因此,在科學探究的過程中,引導學生進行有效的猜想,是對教師的現實要求。
3.如何幫助學生進行有效的猜測?
初中生的思維正處於從具體的形象思維向抽象的邏輯思維過渡的階段,在這壹階段,形象思維仍然起著重要的作用,抽象思維正在發展。當代認知心理學的研究表明,認知活動具有語境相關性。壹個具體的“情境”或“場合”,不僅可以決定我們對事件意義的理解,還可以決定事件發生的可能性。因此,合理地、巧妙地創設情境,對影響學生猜測的方向和發散性能起到積極的作用。
在初中物理探究教學實踐中,引導學生猜測最常用的方法是情景提示法,此外認知遷移(類比)法和概念分析法運用較少。下面結合筆者自身的教學經驗來談談幾種方法的使用。
方法壹:用生活場景來提示(或者選擇視頻片段)。
物理學源於生活,反之亦然。初中物理課文中有很多現象與學生的生活息息相關。因此,教師可以利用生活經驗,引導學生對生活經驗中容易提煉出來的探究內容進行有效的猜測。
案例壹:哪些因素與蒸發速度有關?
這節課對初中物理沒有要求,但是我們壹般都會做。作為科學探究的入門實驗,它的麻雀雖小五臟俱全,難度不大。在引導學生猜的時候,老師拿出壹件洗好擰幹的衣服(壹般擰幹,不擰幹)提問:
老師:洗過的衣服怎樣才能快速晾幹?
生:打開晾幹,曬幹,通風處晾幹...
教師引導學生思考:不同情況下蒸發的液體有什麽不同?
老師:水(液體)的什麽(因子)在陽光下發生了變化?打開衣服晾幹,水(液)的什麽(因子)變了?水(液)在通風處晾幹後發生了什麽(因素)變化?妳能猜出影響蒸發率的因素嗎?
通過生活經驗的引導,學生可以很容易地聯想到“液體溫度”、“液體表面積”、“液體表面氣流速度”這三個因素,並做出相應的猜測,這樣教師就可以在邏輯上引導學生進行下壹步的“驗證”或“證偽”。學生探究的思路會清晰起來,通過動手操作進壹步加強對知識的理解。
方法二:選擇合適的實驗,設置明顯的實驗情景。
適當的情境設置很容易啟發學生的思維。有些同學對生活有壹定的印象,但印象不是很清晰。我們可以通過設置實驗情景,引導學生註意有效猜測。
廣州市海珠區教育局教研室教師陳鐵航在他的論文《初中物理探究性實驗教學研究》中引用了九年級物理《壓力》的壹個課例,很有代表性。引用作為論據:
案例二:壓力下的活動場景介紹
在“壓力”的介紹中,老師讓壹個男生和壹個女生幫老師釘木板。老師問:“誰釘得更快?”學生們嘲笑老師的無知。結果同時女生釘了,男生沒釘。當想象與現實反差極大時,人最容易產生強烈的求知欲。男孩回到座位上,留下壹句“不公平”。老師及時關註了這句話,問道:“那個男生說不公平。除了男生比女生強,其他同學想想還有什麽可能不公平?”引導學生猜測。
老師:“壹開始大家都認為同性戀協會毫無疑問會贏得比賽。主要原因是什麽?”。
學生:“男生好強!”
老師:“也就是說,壓力的效果和常識有什麽關系?”
生:“力的大小。”
最後,老師在實物投影儀上展示了兩個學生用的釘子。老師問:“那個男生說‘不公平’是因為他用的是哪個釘子?”喚起學生對指甲的觀察。除了人們普遍認為壓力的影響與壓力的大小有關之外?可能還和哪些因素有關?最後,通過問題引導和實驗觀察,學生們提出“壓力的作用可能與受力面積的大小有關”