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摘 要：本文通过对一道高考电学实验题的假设论证求解过程，剖析了科学假设思维对学习物理学的重要性，同时得出了合理地利用科学假设法，可以使一些高考物理实验难题简化的结论。
关键词：科学假设思维；物理教学；运用
【中图分类号】 G633.7 【文献标识码】 B 【文章编号】 1671-8437（2015）01-0049-02
科学假设是科学研究过程中重要的思维方式，是人们根据已经掌握的科学原理和科学事实，对未知的自然现象及其规律，经过一系列的思维过程，预先在自己头脑中做出的假设性解释，科学假设是科学理论的可能方案。恩格斯曾说过，只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假设。科学的假设是通向真理的桥梁，是科学史上最为重要的思想和研究方法，科学假设法也是中学物理学中重要的思维方式和解题方法。
电学实验是《恒定电流》基础知识和基本方法的集成式综合运用，又能充分体现当今物理新课程改革的探究教学理念，因而成为每年高考命题中不可缺少的热点，毋庸置疑地成为高考实验复习教学中的重点和难点。如何才能在电学实验复习教学中帮助学生切实提高综合技能和探究能力呢？笔者认为比较有效的教学手段之一，是合理地引领学生在逐一假设论证中，获得电学实验的探究体验，同时培养学生综合运用“双基”的内驱力。这样有利于学生在尝试和探究过程中逐渐确立学以致用的科学意识，领悟“科学假设”的核心思想。下面作者针对一个很有代表性的电学高考实验题，谈一谈用“科学假设法”求解的“思维流程”。
1 例题分析
例题（2011高考天津卷第9题第4小题）某同学测量阻值约为25kΩ的电阻Rx（如图1），现备有下列器材：
A.电流表（量程100μA，内阻约2kΩ）；
B.电流表（量程500μA，内阻约300Ω）；
C.电压表（量程15V，内阻约100kΩ）；
D.电压表（量程50V，内阻约500kΩ）；
E.直流电源（20V，允许最大电流1A）；
F.滑动变阻器（最大阻值1kΩ，额定功率1W）；
G.电键和导线若干。
电流表应选 ，电压表应选 。（填字母代号）
该同学正确选择仪器后连接了图1所示的电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：
① ；②
本高考试题给出了两个量程的电流表、两个量程的电压表、一个直流电源、一个滑动变阻器、电键和导线若干，要求用给定的器材测量阻值约为25kΩ的电阻Rx。一般首先想到的是“伏安法”测电阻，而“伏安法”测电阻共有四种电路（图2），即 “外接限流”、“外接分压”、“内接限流”和“内接分压”。那么，这四种电路又如何选择呢？综合分析，实质上是判断“内接”与“外接”、“限流”与“分压”问题。要解决此类问题，就要根据电流表量程与内阻、电压表量程与内阻、待测电阻的阻值及误差理论逐一假设论证。
2 “科学假设”思维解题过程分析
2.1 电路的选择
1.假设用“外接法”。实验电路如图3所示：由于电压表内阻的分流作用，电流表测量值偏大。电阻的测量值（RX测）等于伏特表的读数（U）除以电流表的读数（I），其含义表示伏特表内阻（RV）和待测电阻（RX）并联的总阻值，即RX测=■=■ 2.假设用“内接法”。实验电路如图4所示，由于电流表内阻分压作用，电压表测量值偏大。电阻的测量值
（RX测）等于伏特表的读数（U）除以电流表的读数（I），其含义表示电流表内阻（RA）和待测电阻（RX）串联的总阻值，即：RX测=■=RA+RX>RX，测量值偏大。为了减小实验误差，使测量值与真实值在允许误差范围内相等，则必须有条件：RX>>RV。而本题中待测电阻的阻值约为25kΩ，给定两电流表的内阻分别约为2kΩ和300Ω，即■=12.5和83.3，与“外接法”比较，显然“内接法”满足条件RX>>RV要好一些，即■>■？圳RX>■，所以电流表内接测量误差小，故采用“电流表内接法”测电阻。
3.假设用“限流电路”。根据上述假设论证，其电路是“内接限流”，电路图如图5所示。题中待测电阻RX的阻值约为25kΩ，直流电源电动势为20V，滑动变
阻器R的最大阻值1kΩ，经粗略计算
电路中最小的电流约为Imin≈■=■A=769μA，最大电流约为Imax≈■=■A=800μA，显然，电流变化范围很窄，不利于测量，同时，电流的最小值（769μA）都远大于所给电流表的量程（100μA和500μA），所以“内接限流电路”不满足要求。
4.假设用“分压电路”。由上述假设论证知，其电路是“内接分压”，电路图如图6所示。分析此电路图可知，其最小电流和电压分别是I=0A和U=0V，最大电流和电压分别约是Imax≈■=■A=800μA， Um≈E=20V，显然，电流电压变化范围均很大，且可以从零开始连续变化，所以选择“内接分压电路”测量此题所给电阻误差最小。
2.2 电表的选择
电表的选择是指电流表和电压表量程的选择。量程的选择一定要与电路相匹配，否则就会导致测量不准或者烧毁电表。本题所给电表是：A.电流表（量程100μA，内阻约2kΩ）；B.电流表（量程500μA，内阻约300Ω）；C.电压表（量程15V，内阻约100kΩ）；D.电压表（量程50V，内阻约500kΩ）。通过上述假设论证应采用的测量电路是“内接分压”电路（图6）。 1.假设电流表选择A（量程100μA，内阻约2kΩ）。根据电路图粗略计算可知，电流最小值为I=0A，电流最大值约Imax≈■=■A=800μA，显然，A电流表量程太小，不便于测量，或测量误差太大，故电流表应选择B表。
2.假设电压表选择C（量程15V，内阻约100kΩ）。根据电路图6粗略计算可知，电压最小值为U=0V，电压最大值约为Um≈E=20V，虽然，电压表C的量程（15V）不足，但相差不太大，与电压表D的量程（50V）相比起来，D电压表量程（50V）超过太多，读数偏小，所以电压表选择C表。
经过以上一系列假设论证，此高考实验试题的电路图是“内接分压式”电路，原理图如图7所示。电流表选择B表（量程500μA，内阻约300Ω），电压表选择C表（量程15V，内阻约100kΩ），直流电源选择E（20V，允许最大电流1A），滑动变阻器选择F（最大阻值1kΩ，额定功率1W）。此题答案也显而易见：电流表应选B；电压表应选C。电路在接线上存在的问题是①电流表应采用内接的方法；②滑动变阻器应采用分压器方式的接法 。
3 “科学假设”思维的意义
2011年天津高考卷电学实验题为探究设计性实验考题。解答此题需要学生去探究“内接与外接”、“限流与分压”、“电流表与电压表量程”、“器材与电路匹配”等问题。由于问题太多，探究过程复杂，学生往往顾此失彼，思维混乱。若采用“科学假设法”逐一论证求解，让学生在探究中发生认知冲突，激发探究兴趣和求知欲，当他们依靠已有的知识解决了“一个假设”后，往往会在紧张的智力劳动之后带来精神上的满足，这种满足又会产生新的刺激，激励学生进一步去探究“下一假设”，从而转化为学生自主学习的“内驱力”。正如皮亚杰所说：“引起学生认知上的冲突，才能激发学生的求知欲和好奇心，科学假设中的冲突是认知结构重新组织和创造性思维的基础”。
科学假设思维求解高考探究设计性实验试题，是在与原问题所给条件不相矛盾的前提条件下，通过“科学假设”人为地加上或删去某些次要因素，以使原问题方便求解。通常有“假设物理情景”、“假设物理过程”、“假设物理量”等，利用科学假设思维处理某些实验问题，往往能突破思维障碍，找出新的解题途径，化难为易，化繁为简，同时也能培养学生的创造思维和创新能力。
参考文献：
[1] （法）彭加勒.科学与假设[M].李醒民，译.北京：商务印书馆，
2006.
[2] （法）彭加勒.科学与方法[M].李醒民，译.北京：商务印书馆，
2001.
[3] 钱学森.关于思维科学[M].上海：上海人民出版社，1986.
[4] 孙洪敏.创新思维M].上海：上海科学技术文献出版社，2004.
关键词：科学假设思维；物理教学；运用
【中图分类号】 G633.7 【文献标识码】 B 【文章编号】 1671-8437（2015）01-0049-02
科学假设是科学研究过程中重要的思维方式，是人们根据已经掌握的科学原理和科学事实，对未知的自然现象及其规律，经过一系列的思维过程，预先在自己头脑中做出的假设性解释，科学假设是科学理论的可能方案。恩格斯曾说过，只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假设。科学的假设是通向真理的桥梁，是科学史上最为重要的思想和研究方法，科学假设法也是中学物理学中重要的思维方式和解题方法。
电学实验是《恒定电流》基础知识和基本方法的集成式综合运用，又能充分体现当今物理新课程改革的探究教学理念，因而成为每年高考命题中不可缺少的热点，毋庸置疑地成为高考实验复习教学中的重点和难点。如何才能在电学实验复习教学中帮助学生切实提高综合技能和探究能力呢？笔者认为比较有效的教学手段之一，是合理地引领学生在逐一假设论证中，获得电学实验的探究体验，同时培养学生综合运用“双基”的内驱力。这样有利于学生在尝试和探究过程中逐渐确立学以致用的科学意识，领悟“科学假设”的核心思想。下面作者针对一个很有代表性的电学高考实验题，谈一谈用“科学假设法”求解的“思维流程”。
1 例题分析
例题（2011高考天津卷第9题第4小题）某同学测量阻值约为25kΩ的电阻Rx（如图1），现备有下列器材：
A.电流表（量程100μA，内阻约2kΩ）；
B.电流表（量程500μA，内阻约300Ω）；
C.电压表（量程15V，内阻约100kΩ）；
D.电压表（量程50V，内阻约500kΩ）；
E.直流电源（20V，允许最大电流1A）；
F.滑动变阻器（最大阻值1kΩ，额定功率1W）；
G.电键和导线若干。
电流表应选 ，电压表应选 。（填字母代号）
该同学正确选择仪器后连接了图1所示的电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：
① ；②
本高考试题给出了两个量程的电流表、两个量程的电压表、一个直流电源、一个滑动变阻器、电键和导线若干，要求用给定的器材测量阻值约为25kΩ的电阻Rx。一般首先想到的是“伏安法”测电阻，而“伏安法”测电阻共有四种电路（图2），即 “外接限流”、“外接分压”、“内接限流”和“内接分压”。那么，这四种电路又如何选择呢？综合分析，实质上是判断“内接”与“外接”、“限流”与“分压”问题。要解决此类问题，就要根据电流表量程与内阻、电压表量程与内阻、待测电阻的阻值及误差理论逐一假设论证。
2 “科学假设”思维解题过程分析
2.1 电路的选择
1.假设用“外接法”。实验电路如图3所示：由于电压表内阻的分流作用，电流表测量值偏大。电阻的测量值（RX测）等于伏特表的读数（U）除以电流表的读数（I），其含义表示伏特表内阻（RV）和待测电阻（RX）并联的总阻值，即RX测=■=■
（RX测）等于伏特表的读数（U）除以电流表的读数（I），其含义表示电流表内阻（RA）和待测电阻（RX）串联的总阻值，即：RX测=■=RA+RX>RX，测量值偏大。为了减小实验误差，使测量值与真实值在允许误差范围内相等，则必须有条件：RX>>RV。而本题中待测电阻的阻值约为25kΩ，给定两电流表的内阻分别约为2kΩ和300Ω，即■=12.5和83.3，与“外接法”比较，显然“内接法”满足条件RX>>RV要好一些，即■>■？圳RX>■，所以电流表内接测量误差小，故采用“电流表内接法”测电阻。
3.假设用“限流电路”。根据上述假设论证，其电路是“内接限流”，电路图如图5所示。题中待测电阻RX的阻值约为25kΩ，直流电源电动势为20V，滑动变
阻器R的最大阻值1kΩ，经粗略计算
电路中最小的电流约为Imin≈■=■A=769μA，最大电流约为Imax≈■=■A=800μA，显然，电流变化范围很窄，不利于测量，同时，电流的最小值（769μA）都远大于所给电流表的量程（100μA和500μA），所以“内接限流电路”不满足要求。
4.假设用“分压电路”。由上述假设论证知，其电路是“内接分压”，电路图如图6所示。分析此电路图可知，其最小电流和电压分别是I=0A和U=0V，最大电流和电压分别约是Imax≈■=■A=800μA， Um≈E=20V，显然，电流电压变化范围均很大，且可以从零开始连续变化，所以选择“内接分压电路”测量此题所给电阻误差最小。
2.2 电表的选择
电表的选择是指电流表和电压表量程的选择。量程的选择一定要与电路相匹配，否则就会导致测量不准或者烧毁电表。本题所给电表是：A.电流表（量程100μA，内阻约2kΩ）；B.电流表（量程500μA，内阻约300Ω）；C.电压表（量程15V，内阻约100kΩ）；D.电压表（量程50V，内阻约500kΩ）。通过上述假设论证应采用的测量电路是“内接分压”电路（图6）。 1.假设电流表选择A（量程100μA，内阻约2kΩ）。根据电路图粗略计算可知，电流最小值为I=0A，电流最大值约Imax≈■=■A=800μA，显然，A电流表量程太小，不便于测量，或测量误差太大，故电流表应选择B表。
2.假设电压表选择C（量程15V，内阻约100kΩ）。根据电路图6粗略计算可知，电压最小值为U=0V，电压最大值约为Um≈E=20V，虽然，电压表C的量程（15V）不足，但相差不太大，与电压表D的量程（50V）相比起来，D电压表量程（50V）超过太多，读数偏小，所以电压表选择C表。
经过以上一系列假设论证，此高考实验试题的电路图是“内接分压式”电路，原理图如图7所示。电流表选择B表（量程500μA，内阻约300Ω），电压表选择C表（量程15V，内阻约100kΩ），直流电源选择E（20V，允许最大电流1A），滑动变阻器选择F（最大阻值1kΩ，额定功率1W）。此题答案也显而易见：电流表应选B；电压表应选C。电路在接线上存在的问题是①电流表应采用内接的方法；②滑动变阻器应采用分压器方式的接法 。
3 “科学假设”思维的意义
2011年天津高考卷电学实验题为探究设计性实验考题。解答此题需要学生去探究“内接与外接”、“限流与分压”、“电流表与电压表量程”、“器材与电路匹配”等问题。由于问题太多，探究过程复杂，学生往往顾此失彼，思维混乱。若采用“科学假设法”逐一论证求解，让学生在探究中发生认知冲突，激发探究兴趣和求知欲，当他们依靠已有的知识解决了“一个假设”后，往往会在紧张的智力劳动之后带来精神上的满足，这种满足又会产生新的刺激，激励学生进一步去探究“下一假设”，从而转化为学生自主学习的“内驱力”。正如皮亚杰所说：“引起学生认知上的冲突，才能激发学生的求知欲和好奇心，科学假设中的冲突是认知结构重新组织和创造性思维的基础”。
科学假设思维求解高考探究设计性实验试题，是在与原问题所给条件不相矛盾的前提条件下，通过“科学假设”人为地加上或删去某些次要因素，以使原问题方便求解。通常有“假设物理情景”、“假设物理过程”、“假设物理量”等，利用科学假设思维处理某些实验问题，往往能突破思维障碍，找出新的解题途径，化难为易，化繁为简，同时也能培养学生的创造思维和创新能力。
参考文献：
[1] （法）彭加勒.科学与假设[M].李醒民，译.北京：商务印书馆，
2006.
[2] （法）彭加勒.科学与方法[M].李醒民，译.北京：商务印书馆，
2001.
[3] 钱学森.关于思维科学[M].上海：上海人民出版社，1986.
[4] 孙洪敏.创新思维M].上海：上海科学技术文献出版社，2004.