在“猜测”中探寻科学的真味

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  长期以来,在我们的科学课堂中,“猜测”作为小学科学探究的一种方式,一种手段,屡见不鲜。然而在我们的课堂教学中,很多时候“猜测”变了味儿,多了些语文的味道,即“凭想象估计”,而少了些科学的真味。个人以为,科学的“猜测”是以自己已有的知识为基础,通过对现象、问题的分析和归纳做出的推测。
  猜测必须从观察和实验得来;猜测是在整理事实的基础上得出的规律和总结;失败的猜测是继续研究的动力,更是重要发现。
  牛顿说:“没有大胆的猜测,就不可能有伟大的发现。”的确,在科学研究中,“猜测”是一种很重要的科学研究手段。本文结合自己在教学《摆的研究》一课中对科学“猜测”的探寻,抛砖引玉,谈谈自己对科学“猜测”的思考,从“猜测”中探寻科学的真味。
  一、“一切推理都必须从观察和实验得来”——伽利略
  片段一:分组测摆,学会“猜测”。
  师:同学们,咱们每一组前面都摆了一个摆(各组的摆绳长度有很大的区别,摆锤也不一样),有些同学都忍不住想开始研究了。要不,咱们先动手感受一下,自己小组的摆15秒钟内摆动几次?
  (学生分组实验)
  师:(实验完毕)请各组记录员把实验数据记录到表格中。
  师:同学们请看表格。15秒钟内我们的摆的次数为什么有很大的不同?可能是什么原因导致摆摆动有快慢?大家可以相互看看其他小组的摆,有依据地推测一下。可能是什么原因?
  生1:我推测是摆锤重量影响了摆的快慢,第二小组的摆锤比我们重,表格中显示摆动比我们快。
  师:那你认为,摆锤轻重与摆动快慢是怎样的关系?
  生1:摆锤越重,摆动越快;摆锤越轻,摆动越慢。
  生2:老师,我不同意。我们第四组的摆锤比第三组轻,表中数据显示我们组比它们组摆动得快。
  师:那你们认为……
  生2:摆锤越轻,摆动越快;摆锤越重,摆动越慢。但我们组认为又好像不是……
  师:你们怎么想的?
  生3:老师,我来说。我们第四组摆锤虽然比第三组轻,但摆绳却比他们组短,会不会还有摆绳长度的影响?
  师:你们组真会观察思考。那如果是摆绳长度在影响摆的快慢,那你们的推测是……
  生3:摆绳越短,摆动越快;摆绳越长,摆动越慢。
  据科学记载,伽利略在教堂做礼拜的时候,发现教堂顶上的吊灯由于风的吹动左右摆动,并且相同时间内摆动的次数一样。由此引发了他的猜测:要是风大一些,摆动的幅度就会增大,那相同时间内摆动得快慢是否还会相同?正是有了伽利略的猜测和后续研究,才有了摆的等时性这一科学成果。正如他所说:“一切推理都必须从观察和实验得来。”伽利略的“猜测”建立在用脉搏测量吊灯摆动次数相同的基础上,然后根据这一现象做出的推测。
  同样,在本环节设计中,通过老师对各组摆的刻意设计(摆锤重量、摆绳长短的变化),使得各组实验数据各不相同,这就是猜测的基础和依据。然后利用观察实验材料与数据间的出入的方法,让学生通过观察自己组与其他组之间材料和数据的不同,使学生有依据地猜测,比如,生1:“我推测是摆锤重量影响了摆的快慢,第二小组的摆锤比我们重,表格中显示摆动比我们快。”学生的猜测始终建立在观察分析的基础上,从而避免天马行空地乱猜乱想,使得“猜测”还原了科学家(伽利略)的研究过程,在潜移默化中渗透科学素养,教学也更富有科学性。
  二、“科学就是整理事实,以便从中得出普遍的规律或结论”—达尔文
  片段二:联系摆锤,提升“猜测”
  (研究摆锤重量与摆的快慢关系的教学环节后,证明摆锤重量与摆的快慢无关的基础上,教学以下内容。)
  师:同学们,既然摆的快慢与摆锤没关系,那么我们刚才课一开始各组测的数据,摆锤重量有没有影响它们?
  生:没有。
  师:那可能与什么有关呢?
  生:摆绳。
  师:请各小组操作员把摆绳拆下来(简单演示一下如何拆),挂到表格中相应的小组。
  师:同学们,咱们再来分析一下刚才各组的实验数据,在排除摆锤重量不影响摆动快慢的条件下,你有了什么新的发现?
  生:我发现摆绳越长,摆动越慢。第一组摆绳最长,它摆动的次数只有11次,摆动最慢。
  生:我也发现了,摆绳越长,摆动越慢。相反,摆绳越短,摆动越快。第四组和第五组摆绳最短,它们摆动最快。
  生:老师,这个表格就像是一个倒过来的柱状图,只不过线越长越慢,线越短越快。
  师:确实,摆绳长短正是影响摆动快慢的因素。
  如果说第一个片段中我们的研究仅仅停留在有依据的猜测这一层面,那在这一个片段的教学中,着重关注的是学生的分析推测能力,关注的是更深一步的猜测。
  教学中,在排除了摆锤重量影响摆的快慢的前提下,学生通过观察数据和摆绳长度的对比表格,摆绳长度与摆快慢之间的关系一目了然,为进一步的猜测提供了最有力的分析和证据。
  这儿必须要提到的是,本环节的猜测建立在什么基础上?
  在课堂教学中,我们常常会分析所做实验的数据,得出结论,然后进一步地猜测,却很少把两个甚至几个相关实验联系起来推测分析,“联系起来分析实验”实际上是一种很重要的科学手段。在这一教学设计中,要求学生联系摆锤重量与摆快慢的关系后,再来思考分析表格中的数据,可以说学生的下一步猜测是在数据分析、归纳、总结的基础上做出的推测,这样的“猜测”更有科学性。
  这种手段用达尔文的话来说——“科学就是整理事实,以便从中得出普遍的规律或结论”。这是更深层面上的猜测!也就是在整理事实(即分析)的基礎上得出的规律和总结(即归纳推测)。
  三、“我的那些最重要的发现是受到失败的启示而做出的”——戴维
  片段三:“猜测”失败,同样重要
  (在认识到摆绳长度与摆的快慢之间的关系的基础上)
  师:同学们,老师这儿有两根摆绳,长度一样。摆动起来……
  生:摆动的速度一样。师:因为……
  生:摆绳长度不同,摆的快慢不同。摆绳长度一样,摆的快慢相同。
  师:(出示两个长短不一样的摆锤)要是挂上两个重量不一样的摆锤,摆动起来……
  生:摆动起来快慢一样。
  师:因为……
  生:因为摆的快慢与摆的重量无关,所以摆动起来快慢一样。
  师:真的如大家所推测的吗?大家请看!(教师实验)你有什么发现?
  (引发“摆长”的思考)
  本环节通过逐步出示实验材料,让学生用本节课已经建构的知识,将“猜测”的研究方法应用到课堂中。通过对比实验,使学生观察发现自己的“猜测”与实际不符,从而产生新的疑问:不仅仅摆绳长度会影响摆的快慢,还有其他因素。同时也使得学生认识到“猜测”仅仅只是理论分析,还需要用实验来验证。但“猜测”依然十分重要,正是猜测与实际的不符,才使得伽俐略有了研究下去的动力,才使得孩子们对下节课的研究有了更迫切的期待。
  英国科学家戴维说:“我的那些最重要的发现是受到失败的启示而做出的。”同样,失败的猜测也是重要发现!
  [作者单位:绍兴市柯桥区湖塘中心小学 浙江]
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