科学探究中猜想和假设存在的问题及对策

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  一、 问题的提出
  全日制义务教育《物理课程标准》中,明确提出科学探究既是学生的学习目标,又是重要的教学方式之一。科学探究的形式是多种多样的,其要素有:提出问题、猜想与假设、制订计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。在探究活动中,让学生历经与科学工作者进行科学探究时相似的过程,从而使学生在学习知识技能的同时,体验探究的乐趣,学习科学家的科学探究方法,领悟科学的思想和精神。然而,在新课程大力推行的今天,我们的物理课堂教学仍然较深地受制于传统的教授模式,探究的内容和形式往往被忽略。
  当然,我们也欣喜地看到,在新课程理念的引领下,更多的物理课堂充满了科学探究味,学生的手和脑都动了起来,可是在探究环节上似乎教师包办的太多,比如提出问题的环节,教师可以设置情景或者直接提出来源于生活的问题,但是猜想和假设必须要有学生的积极参与最好由学生自己提出。实际教学过程中,这一个环节似乎有“鸡肋”之感,教师“走过场”的现象比较普遍,甚至许多教师把它当做可有可无的环节。实际上,猜想和假设对学生的科学学习具有重要的意义,它是继提出问题之后,学生尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜测,对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设,可以为设计探究方案奠定必要的基础,增强学习活动的趣味性,培养学生的思维能力、科学精神和科学态度。高斯曾说过:“若无某种大胆放肆的猜测,一般是不可能有知识的进展的”。因此,笔者认为有必要对当今初中物理课堂的猜想和假设环节作比较深入的探讨。
  二、 猜想和假设中存在的问题分析
  1.教师的教学思想中,传统的教学模式根深蒂固
  长期以来,受应试教育的影响,单向传输式的教学模式,因有益于考试而使教师运用娴熟,新课程的实施,对某些教师来说,似乎与己无关,这样的探究过程被认为是“做戏法”、“浪费时间”、“没有必要”、“反正考试也不考”……我们也常听到许多教师反映,新教材还不如老教材容易教学,上课不怎么方便,他们所言的“不方便”大体指课堂活动偏多,不如教师讲解来得简便。很多教师缺乏对“探究”理念的理解,潜意识里对新课程有抵触情绪。于是,新课程的三位目标得不到较好地落实,新课程的理念与教学的现实相背离。
  2.教材的显性诱导
  义务教育课程标准实验教科书《物理》(苏科版)以科学探究为主线,充分体现了新课程的理念,让学生在活动中进入学习物理的状态,让学生在学习物理时体验到生活中的物理无处不在。科学探究的“程式化”跃然纸上,在很多章节中,都以方框的形式注明“提出问题”、“猜想与假设”、“设计方案”等等环节,让学生知道探究程序是学习物理的必备程序之一,但教材的内容呈现方式上把结果暴露得非常直接,无形中限制了学生自由发挥的想像空间,同时给部分思维不积极的同学提供了休息的机会。如“探究影响物体所受重力大小的因素”的活动过程中,教材中就给出了两个可能影响物体重力大小的因素,即物体的形状和质量。有的没有在过程中给出猜想,也会在实验结果中“透露”信息,如“探究压力作用的效果”活动,实验结果中表述为:通过实验可知,当受力面积相同时,越大,压力的作用效果越明显;当压力相同时,越小,压力的作用效果越明显。这样的表述方式,其实明示了压力和受力面积是影响压力的因素,在教师提问的时候,学生只要稍微看一下课本就能够得到教师想要的猜想结果,这和教材编写的本意是不相符的。
  3.学生话语权缺失
  在传统的课堂教学中,学生往往是被动、接受式地进行学习,他们除了认真听讲之外,就是认真做笔记,好奇心受到了压制,想象的空间受到挤压,积极的思维慢慢被磨灭。长期在这样的课堂训练之下,学生往往不敢猜想,一方面由于他们习惯了教师说什么就是什么,另一方面怕自己说错了,会受到教师的指责,或同学的嘲笑,还有的同学即使自己心里明白也不想说出来,习惯了“一言堂”的孩子们宁愿让原本属于自己的话语权悄悄地流失!如果上课的教师对于学生的“错误”猜想所表露出某种否定的意思,或讽刺挖苦,学生就会越来越不敢猜了,由怕猜到猜怕了,于是就有“还是不发言为妙!”的想法。
  4.猜想与验证不能有机结合
  如果把一个科学的结论直接抛给学生,学生难以产生浓厚的兴趣的。比如,有一个盒子里面装着一个物体,如果你将盒子打开让学生观看里面装的物体是什么,他们不会产生多大的兴趣。如果你不打开盒子,而是让他们通过其他手段猜想盒子里面装的是什么,则这个活动的意义更大,等到各类猜想精彩纷呈时,再打开盒子,让学生目睹自己的猜想正确与否,于是就能从中体验到快乐和成功。因此,针对问题,让学生在信息不足的情况下事先对可能的情形建立假说,进行猜想,然后用实验的方法来获取证据,进行检验,所起到的效果是显而易见的。然而,许多教师在课堂上对于学生的猜想缺乏验证过程,教师只是作些口头解释或反驳学生的错误猜想,学生想看到的现象或者想亲自动手验证的过程得不到满足,让学生觉得只是猜猜而已,久而久之,学生猜想也渐渐失去了兴致,这种“穿新鞋走老路”的教学方式让本应属于探究的课堂失去活力。
  5.教师的“引导”失当
  课堂的时间是有限的,在45分钟内,教学目标和任务需要完成,同时还需要提高单位时间内的教学效率,许多教师急于让学生的猜想和自己的预设合拍,匆匆引导学生向结论靠拢,尽量减少这一环节的时间损耗,以免“节外生枝”,妨碍课堂教学的进程,一旦学生的猜想思维受阻或严重偏离预设的话,教师就会迫不及待地“挺身而出”,往往出现了教师替代学生猜想的现象,教师把可能的情况列举出来,似乎让学生在教师的猜想当中做出选择,这种表演式的“引导”和包办式的探究使猜想过程索然无味,实质上没有给学生任何猜想的机会,没有给学生验证猜想的空间。 
  三、解决猜想和假设中问题的对策
  1.重温课程标准,刷新教学理念
  全日制义务教育《物理课程标准》颁布已经六年有余,《标准》中对于课程目标、内容标准以及实施建议都有非常科学明确的指导,同时为广大物理教育工作者的教育教学实践给出了具体的落实策略,因此,物理教研组内、备课组内、物理教师自身都必须要认真解读“课标”,重新审视课标,把课标的理念和教师自身的教学行为整合起来,把课标的具体要求和教学实践结合起来,寻求和创设有生命力的物理课堂。
  2.教给学生猜想的方法
  杨振宁先生曾经说过:“在所有物理和教学的最前沿的研究工作,很大一部分要花在猜想上。”科研工作尚且如此,作为探究过程的一个重要环节的猜想,在教学中的地位可见一斑。然而,在实际教学中,学生猜想的结果往往出乎人的意料。如在“探究滑动摩擦力大小影响因素”的过程中,学生不仅猜想可能与重力大小有关,与速度大小有关,与接触面的面积有关,与物体的质量有关,与物体的密度有关,与物体的形状有关等等。同时也不乏少数不假思索或者故意哗众取宠的学生,他们信口开河,凡是能够想到的,都说成是影响滑动摩擦力大小的因素,这样显然可能会导致课堂难以调控。由于课堂教学时间和器材以及学生现有知识水平的限制,也不可能对猜想的所有结果通过实验来验证。为了避免学生猜不到点子上和漫无边际地猜想的尴尬局面,在物理教学中,有必要教给学生合理有效的猜想方法。
  (1)直觉猜想。即让学生由日常生活生产上的经验或事实去猜想。如在探究“影响液体蒸发快慢的外界因素有哪些?”时,教师就可引导学生由日常晾晒衣服等生活经验直接归纳进行猜想,使猜想的方向性更加明确。
  
  (2)归纳猜想。即学生对一些经验和事实进行归纳、总结,得出物理现象和过程的结论,从而提出猜想。如人发出声音时,声带在振动;蜜蜂发出“嗡嗡”声时,翅膀在振动;敲击桌子时,桌子振动发出声音;拨琴时,琴弦振动发出声音……学生通过对大量实例归纳提出猜想:声音可能是由物体的振动产生的。
  (3)联系猜想。建构主义学习理论认为,学习过程不是学习者被动地接受知识,而是积极地建构知识的过程。因此,我们可以借助以前与之有直接或间接联系的其他物理问题或情境促成新的知识的形成。如在讲授“功率”一节,让学生猜想如何比较一个力做功快慢时,引导学生联系比较物体运动快慢的方法,学生就会豁然开朗,会猜想到可用单位时间内完成做功的多少来比较做功的快慢,上课的效率显而易见。
  (4)类比猜想。科学研究中,常用已知的现象和过程同未知的现象和过程相比较,找出它们的共同点、相似点或相联系的地方,且以此为根据推测未知的现象和过程的某些特性和规律。在探究教学中,可以利用这种类比的方法提出猜想。如在探究串联电路中电流的特点时,通过电流可以联想到水流,引导学生把电路类比成管道,电流类比为水流,学生对水在管道中流动的情况是熟悉的,从而提出串联电路中各处电流都相等的猜想。再如,教学电学中重要的概念电压时,由于它很抽象,需要在今后的学习中逐步加深理解,因而在教学中,结合水流形成的原因是由于水压,电流和水流的形成类似,学生即可类比猜想出电流的形成是由于电压,从有效突破教学难点。
  3.让学生体验到猜想成功的愉悦
  在物理探究的过程中,教师注重猜想的正确性的同时,更应注重学生的情感体验。首先要给予学生鼓励性的评价。学生能够提出猜想,这是非常宝贵的,他们的猜想可能是经过反复思考的、符合逻辑的,也可能是稚嫩无据的“异想天开”,或者是错误的、不完善的,我们都不能打击学生的热情。其次引导学生享受猜想的成功愉悦。争强好胜是初中学生的心理特点,他们有上进心、自信心、荣誉感,其猜想是否正确将直接牵动学生的情感神经。因此,只要他们提出的猜想得到同学们的认可,教师就应及时给予鼓励和表扬,让他们保持积极的学习情绪,得到心理慰藉。在课堂教学中我们经常性地引导学生经历“猜想→验证→获取”的过程,鼓励学生联系已有知识和经验进行形象的分解、选择、加工和改造,进行大胆的猜想,再由学生想办法来验证猜想。在这个过程中,学生由自己引导思维的脚步,经历“猜想、假定、确定”的过程,体验到“冒险、创造、发现”的喜悦。
  以鼓励和宽容的态度来培植学生猜想的萌芽是我们广大物理教师的职责,我们应该引导学生探索,鼓励学生尝试,激发学生超越,让学生积极主动地参与每个教学环节,大胆自由地猜想,带着问题来,带着思考去,通过不断地主动思考达到自我解疑的目的,在不断自我解疑的过程中,体验成功的乐趣。
  4.在试题评价中渗透假设和猜想的思想
  学习离不开考试,但是不能把考试作为唯一目标。同样,如果学习的知识不列入考试的范围的话,就目前急功近利的教学实际来看,即意味着教学很难深入下去。因此,对学生科学探究能力的考查也成了近几年中考命题中的必考题型,通常有这样两类题型:一是从日常生活、自然现象或实验现象中发现并提出与物理学现象有关的科学问题,并能正确表述这些问题。如,打足气的自行车放在烈日下会爆胎;凹下去的乒乓球放在热水中会鼓起来。这些现象是同学们日常生活中能见到的现象。请针对上述现象进行分析,并提出一个猜想。二是过程设计型的探究性试题。如,在探究“电流与电压、电阻的关系”的过程中,我们可以提出以下猜想:(1)电流可能跟电压成正比。(2)电流可能跟电阻成反比。为了验证上述两个猜想,现提供如下器材:电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、5欧、10欧、15欧的电阻。请用这些器材设计实验验证上述两个猜想。
  物理教学的重要任务,就是要教会学生学习物理方法,具备基本的物理思想,培养创造的能力。假如物理教学过程中回避了猜想和假设,实际上就是相当于剥夺了学生创造的机会,属于学生自己的思想无法得到应有的重视,他们的想象力就没有了驰骋的空间。“没有大胆的猜想,就不可能有伟大的发现。”猜想是物理智慧中最活跃的成分,培养学生猜想能力,是物理探究过程中的重要一环,绝非是朝夕之功,但只要我们要始终坚持以人为本,优化课堂教学,关注学生的可持续发展就能真正提高学生的综合素质。 
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  参考文献
  [1]物理课程标准(实验稿)[S].北京: 北京师范大学出版社,2001.
  [2 ]郑岳青.假说对学生科学学习的意义何在[J].物理教师,2007(10).
  (责任编辑 易志毅)
  
  
  
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