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猜想与假设是科学探究的第2个要素，是创造性思维中最活跃的因素，是培养学生创新思维能力最有效的途径，然而在过去的教学中却常常被忽略。究其原因，主要来自学生和教师两个方面：一是在高考指挥棒的作用下，学生对“一张试卷定终身”的结果看得非常清楚，认识不到学会猜想与假设对其终身发展的重要意义与作用，“坐享其成”的思想非常严重；二是教师也是从应试教育的模式下培养出来的，并未用素质教育基本理念武装自己的头脑，更谈不上将素质教育理念贯穿于教育教学全过程。教师阅读物理课程标准中的“教学建议”部分才发现，课程标准对科学探究其余6个要素的操作方法和要求作了一些粗浅的描述，而对猜想与假设这一要素的操作方法却只字未提，理论上的空白导致了教学行为的举步维艰。用什么方法引导学生进行猜想与假设？能否理出一条简明的思路？这就是本文所要探讨的核心问题。“教育科学研究应该直接面向当代中国基础教育改革和发展的实践，认真研究和解决中小学在办学实践中所面临的实际问题。”[1] 一、训练学生思考，引导学生领悟科学思维方法 提高教师启发艺术，有效训练学生思考，引导学生领悟科学思维方法，培养学生创新思维能力，是学生由“笨”变灵的基本途径。研究爱因斯坦的教育观以及他的成功经验，可以使教师从中受到很大的启发。爱因斯坦认为：“对一个人来说，学习知识并不像显现的那么重要，他也无须为此去学校而可以从书本上获得。在学校里，教育的价值并不是学到很多的知识，而是受到如何进行思考的训练，而这是不可能从书本上学到的。”[2]在教学中只有充分发挥教师的启发引导作用，才能使学生的思考得到有效的训练，才能唤醒学生学习的乐趣。“当学生遇到困难时，教师要引导他们去想；当学生思路狭窄时，教师要启发他们拓宽；当学生迷途时，教师要把他们引上正路；当学生无路时，教师要引导他们铺路架桥；当学生‘山重水复疑无路’时，教师要引导他们步入‘柳暗花明又一村’的佳境。”[3]启发与引导的过程也是师生进行情感交流的过程，教师满腔的热情、高度的责任心和高超的启发艺术具有强烈的感染力，这是训练学生思考的前提和基础。要想使学生学会科学思维方法，并能正确、灵活地用其进行猜想与假设，教师还必须引导学生经历一个认真领悟、亲身体验、深刻理解、熟练掌握的自主建构的过程，这是训练学生思考的关键和根本任务。物理学家探索物理领域的过程与学生进行科学探究学习的过程，同属于人对自然界的认识过程，二者有着本质的联系，这就为我们从科学研究的过程中探讨猜想与假设的科学思维方法找到了最可靠的依据。科学探究教学的过程应该是教师引导学生进行“再发现”的过程。科学家在研究物理过程中所创造的思维方法就是教师在科学探究教学中引导学生进行猜想与假设的方法。回顾物理学发展史，用来引导学生进行猜想与假设的科学思维方法主要有以下3种。 1.逆向思维方法 逆向思维也叫求异思维，它是对司空见惯的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式。与常规思维不同，逆向思维是反过来思考问题，是用绝大多数人没有想到的思维方式去思考问题。运用逆向思维去思考和处理问题，实际上就是以“出奇”去达到“制胜”。因此，逆向思维的结果常常会令人大吃一惊，喜出望外，别有所得。 伽利略就是用逆向思维方法否定了亚里士多德关于“重物比轻物落得快”的错误观点。伽利略的思维过程是：假定“重物落得快而轻物落得慢”的观点是正确的。
，这样就从同一命题下得出不能自圆其说的矛盾，因此，伽利略就猜想到亚里士多德的观点是错误的。这是他建立自由落体定律的起点，也是逆向思维方法在科学发现中的贡献。 只要某一物理现象或物理过程的可逆性存在，运用逆向思维方法就一定能取得创造性的成果。例如，当奥斯特、安培等物理学家发现电生磁的现象后，靠自学成才的法拉第运用逆向思维方法，猜想到磁能否生电的科学研究课题，经过不懈的努力，终于找到了磁生电的条件。逆向思维方法在科学发现和科学探究中都具有十分重要的意义和作用，在创新教育中，这种方法是不可缺少的。 2.归纳演绎方法 归纳和演绎是引导学生猜想与假设的重要方法之一。归纳是从个别到一般，演绎是从一般到个别，两者进程反向，相辅相成，都是从已知向未知做探索的一种思维方法。归纳是演绎的根据，演绎是归纳的发展和指导；用归纳法必须以可靠的实验事实为依据，用演绎法必须以实践检验的科学结论为前提。归纳和演绎正如分析和综合一样，也是相互联系的。单靠归纳法并不能取得完全可靠的知识，单是从某一特性在一系列事物中的不断重复出现，并不能断言这一特性对于一切同类事物都是存在的。例如大多数液体都是热胀冷缩的，并不能因此断言任何液体在任何情况下都是如此，如4℃到0℃之间的水恰好就是热缩冷胀。 法拉第就是利用归纳演绎的方法找到了磁生电的条件。因此，教师在进行“电磁感应现象”这节课的教学时，就可以用这一方法引导学生进行猜想与假设。在实验探究的过程中，教师要深刻揭示3个实验的内在联系，理清思路，学生自然会领悟出归纳与演绎这一创新思维方法的意义及其内在联系，为今后的科学探究奠定基础。“电磁感应现象”一节课中可设计3个演示实验。实验1：当导体回路的一部分作切割磁力线运动时，回路中有电流产生。实验2：当条形磁铁在螺线管中插入或拔出的瞬间，回路中有电流产生。归纳实验1、2可得如下结论：当穿过闭合回路的磁通量（φ=BS）发生变化时，回路中才有电流产生。实验1演示了回路面积S发生变化的情况；实验2演示了在回路面积S不变的条件下，让磁感应强度B发生变化的情况。在物理概念形成的过程中，教师必须引导学生突出本质，摒弃非本质，让学生领悟其中的创新思维方法，这是提高科学探究质量的关键。在实验1、2中，“磁通量的变化”是本质，“运动”则是非本质的东西。为了突出本质，摒弃非本质，才设计了实验3：有两个线圈，原线圈A通电后就是一个电磁铁，怎样才能使副线圈B产生电流？实验3的特征是只有“磁通量的变化”，没有磁铁和导体的“相对运动”，是对归纳所得到的结论的演绎。完成3个演示实验的过程其实质也是一个归纳与演绎的过程。“抽象思维主要包括演绎和归纳两种方法。小学就可以引入抽象思维的教育，这样就可以让学生的理论推理能力提前6～7年。”[4]小学数学课中的抽象思维训练就为初、高中的科学探究顺利实施奠定了基础。 3.形象思维方法 所谓形象思维，就是用形象作为思维的元素和手段来分析思考问题的一种创造性思维方法。“形象思维和抽象思维都以感性认识作为基础。形象思维虽然具有形象性，具有感性直观的外壳，实质上却是反映着事物本身的属于理性认识阶段的思维活动。”[5]物理学中的理想实验、理想模型都是形象思维的产物。结合科学探究的具体内容，引导学生用形象思维方法进行猜想与假设，培养学生形象思维能力，对学生的成才具有十分重要的意义和作用。 伽利略运用直觉顿悟的创新思维方法猜想到自由落体运动规律，提出假设v∝t，然后又用形象思维方法设计理想斜面实验进行检验。多次实验的结果表明：小球在斜面上的运动是匀加速运动（即
）。然后又合理外推，当斜面的倾角θ→90°时，小球仍然做匀加速运动，从而证明了自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动这一结论是正确的，至此，自由落体运动规律才可以表述为
。伽利略把斜面实验的结果推广到竖直的情况，是他思维方法的升华。不难看出，这里的理想斜面实验与合理外推，就是形象思维的结果。伽利略又用同样的思维方法提出了“动者恒动、静者恒静”的物理规律，为牛顿第一定律的建立提供了可靠的依据。 形象思维能解决抽象思维难以解决的问题。法拉第用归纳与演绎的方法找到磁生电的条件后，很多人对磁生电的过程和原理难以理解。法拉第敏于形象思维，提出了场和磁力线的概念，从能量守恒的角度成功地解释了磁生电的原理：在蹄形磁铁两极间存在着磁力线，每一条磁力线就好像是一个橡皮筋，只有切割磁力线做功，才能实现能量的转换，磁通量发生变化的过程实质就是克服阻力做功的过程。可见，形象思维在科学研究中是非常重要的。在科学探究教学中，要借助思维科学研究的成果，注重人的思维的全面和辩证发展。钱学森主张：“一是改变只注重知识传授和知识积累的传统教育方式，尽早引入抽象思维的教育。二是学会运用形象思维去解决抽象思维所不能解决的实际问题。不同的思维方式对人们的认知发展有不同的价值和作用，形象思维常常能弥补抽象思维的不足和局限，二者的结合与互补，才是创新之道。”[4] 通过对上述3种创新思维方法的分析和讨论，能够理出一条简明的思路：科学家有成功的结果，必然有成功的方法。这些方法就是引导学生进行猜想与假设，从而顺利完成科学探究教学的方法。科学探究是人才成长规律的体现。科学探究要素是科学家群体成功经验的高度概括与总结。科学探究的基本特征是以问题为载体，整个探究过程就是教师引导学生发现提出问题、分析解决问题的过程。因此，教师可把科学探究课题分解成几个子课题，引导学生多次进行猜想与假设，激活学生思维，不断提出问题、分析问题和解决问题，让学生体验探究乐趣，领悟、理解和掌握多种创新思维方法。这对于培养学生创新思维能力，进一步提高科学探究质量是非常重要的。 二、关爱学生成长，转变学生学习方式 在长期应试教育的背景下，大多数教师期望学生能在各种考试中考出好成绩，因此其行为往往是偏爱优等生，讨厌学困生，在课堂教学中不能平等对待每一个学生。这种人格上的不平等抑制了学生个性的发展，挫伤了大多数学生学习的主动性和积极性，因而不利于在课堂教学中顺利实施“猜想与假设”这一科学探究基本要素。引导学生进行猜想与假设时，教师都希望每一个学生能认真思考、积极参与，最大限度地发挥自己的聪明才智；没有人愿意看到“懒惰”、坐享其成的现象。只要教师尊重学生身心发展规律，遵循人才成长规律，关爱学生成长，转变学生学习方式，就可以如愿以偿。在每次的猜想与假设活动结束以后，教师应及时引导学生进行反思，回忆自己猜想与假设的思路是否清晰，采用的分析方法是否合理，已掌握的材料是否完备，分析的过程是否严谨，得出的结论是否科学。经过长期的自我反思，学生的猜想与假设能力必会大大提高。但不同思维方法的特点和使用条件有所不同，教学中可以根据具体情况灵活掌握使用。要让学生学会任意一种科学思维方法都必须经历这样4个阶段：教师示范，学生领悟；大胆猜想，认真论证；亲身体验，深刻理解；反复应用，熟练掌握。只有这样，才可能使课堂教学的“猜想与假设”更加精彩。 “教育的秘诀就是通过对学生具体的尊重、理解、信任、欣赏、激励和宽容等言行和神情，让学生切切实实地感受到爱。”[6]教师关爱学生成长，激励学生自主学习，指导学生开展研究性学习，逐渐转变学生学习方式，是提高科学探究教学质量的根本保证。“学生通过研究性学习活动，形成一种积极的、生动的自主、合作、探究学习方式。”[7]新课程倡导自主、合作、探究学习。爱因斯坦之所以能够成为最伟大的理论物理学家之一，就是因为他独立思考并善于与同伴进行合作探究。自主、合作、探究学习是时代精神的反映，是人才成长的必由之路，是实施创新教育的必然选择。教师角色的转变是改变学生学习方式的关键。教师只有更新教育理念，深刻理解自主、合作、探究学习的内涵、内在联系以及深远意义，才能自觉地转变自己的角色。新课程理念下的教师不再是“知识的搬运工”，而应该是良好氛围的创造者，自主学习的激励者，合作学习的促进者和探究学习的指导者。在改变学生学习方式的过程中，教师应起到“科学伯乐作用、启发引导作用、组织促进作用、权威榜样作用和评价激励作用。”[6] 在中国，高考的功能并非仅仅为高等教育甄选人才，还发挥着促进教育公平的功能。因此，高考“指挥棒”如何转动历来是人们关心的焦点所在。随着基础教育新课程改革的深入进行，全国统一高考的模式已经呈现出与社会发展逐渐脱节的现象。例如，统一高考限制了教师的多样化、个性化的教学方式和学生灵活多样、积极主动的学习方式；而各地考试科目、内容和难易深浅程度不一的差别，又使高校难以用统一的标准来判定不同地区的高考分数所代表的学生学习水平。可喜的是，各级教育行政部门和广大教育工作者逐渐意识到这一问题，并且想方设法地不断改革与创新。例如，近年来，随着“北约”、“华约”等一些重点大学开始自主招生考试的尝试，全国统一高考的格局已经发生了变化。因此，高考指挥棒所产生的负面影响是暂时的，随着教育体制改革的不断深入，国家很快会拿出一个创新人才选拔方案，彻底改变高考与新课程不相适应的现状。当前最关键的问题是，教师本人要努力提高自己实施科学探究教学的专业能力，让课堂教学的猜想与假设更加精彩，为促进基础教育新课程改革顺利进展，全面提高国民素质作出新的贡献。
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