物理探究学习中的猜想_物理论文

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在新的课程标准中,对科学探究能力中猜想与假设环节有这样的基本要求:尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想。对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设。认识猜想与假设在科学探究中的重要性。

科学家G·波利亚曾说过,在科学研究中,猜想是合理的,是值得尊重的,是负责任的态度。物理猜想能缩短解决问题的时间;能获得物理发现的机会;能锻炼物理思维。因此,在物理教学中,运用猜想可以营造学习氛围,激起学生饱满的热情和积极的思维,培养学生克服困难的坚强意志,自始至终地主动参与物理知识探索的过程。猜想在物理教学中运用是重视科学探究的教育作用,强调过程和方法的学习,是探究学习的重要环节。

一、猜想在科学探究中的重要性

牛顿曾经说过:“没有大胆的猜想,就不可能有伟大的发现”。历史上许多重要的物理发现都是经过合理猜想这一非逻辑手段而得到的,例如,①卢瑟福和他的学生用α粒子轰击原子的时候,发现大部分粒子被散射,而极少部分呈现大角度散射甚至 180°散射,由此卢瑟福大胆提出猜想,原子的内部不像汤姆生说的那样,原子的大部分质量可能集中在很小的核上,有了这样的猜想之后,卢瑟福便提出了原子的核式结构模型,从而为原子核的发现奠定了基础。②设想假如没有麦克斯韦凭借非凡的直觉,大胆猜想,提出“漩涡电场”的假说,又哪里来的电磁理论呢?③若没有爱因斯坦的大胆猜测,提出了“光在真空中无论对任何参考系的速度都不变,均为”,又哪里来的相对论呢?④在奥斯特发现了电流的磁效应之后,“电能生磁,磁应该也能生电吧?”法拉第就是在这样的猜想下,经过整整十年的实验,最终发现了电磁感应现象。总之,科学史上提出猜想,探索研究发现真理的事例不胜枚举。这充分说明猜想在科学探究中的重要性。

二、猜想在物理探究中的运用

学生往往不敢猜想,一方面由于他们习惯了老师说什么就是什么,另一方面他们怕自己说错了,受到老师的指责,或同学的嘲笑。这时就需要教师的鼓励和引导,不管他们的猜测是否准确合理,教师都要持肯定的态度。

在课堂教学中,教师放手让学生猜想,可能会遇到两种尴尬的局面,一是学生怎么猜也猜不到点子上,二是学生的猜想漫无边际。怎样避免这两种情况的发生呢?这有赖于教师在教学过程中不断摸索。笔者在教学实践中进行了一些尝试,在此抛砖引玉,与大家共同探讨。

1.通过实验手段引导学生猜想

俗话说:眼见为实。当学生的猜想和判断面临障碍时,如果能把实际物理过程通过实验手段给他们展示出来,或者让他们自己去体验,无疑有很强的启发性,进而能把学生的猜想引向正确的方向。

例如在探究滑动摩擦力的大小可能与什么因素有关的过程中,在让学生进行猜想时,如果教师引导不够,学生的猜想往往会出乎教师的意料。学生不仅猜想可能与压力大小有关,可能与速度大小有关,可能与摩擦面的粗糙程度有关,可能与接触面的面积有关,还猜想到了可能与质量大小有关,可能与材料有关,可能与密度有关,可能与形状有关等等……这样学生的猜想放得太开,不容易猜到关键的点子上,这时可以借助于简单的演示实验进行引导,或者直接让他们自己先去体会。比如,课堂上可以让学生自己去体会:

①先推一张空的桌子

②然后让另一位同学坐在桌子上,再让他去推,体验不同之处。或者让学生给大家介绍日常生活中的一些实际体验:

①溜冰时你会选择怎么样的路面

②泥鳅好抓吗,怎样才能抓牢泥鳅

……

然后进行猜想,学生的猜想有了明确的指向性,就能做到有的放矢,有助于学生学习任务的顺利完成。

2.通过理论分析引导学生猜想

理论分析方法引导猜想应该有以下步骤:

①有关物理定义的阐述

②定义中关键词的分析

③针对定义中的关键词进行猜想

④对猜想进行结果讨论,去伪存真,去繁求精

例如在探究物体动能或重力势能等物理量的大小可能与哪些因素有关时,在猜想的环节中,可以这样进行操作:(以猜想动能为例)

首先给出动能的定义:物体由于运动而具有的能叫动能。

然后筛选关键词:物体、运动

再根据关键词进行猜想:有关物体可以猜想到:密度,体积,质量

而有关运动可以猜想到:速度

分析 ①体积相同时密度越大质量越大,因此与质量有关;

②而密度相同时,体积越大质量越大,因此其实也是与质量有关;

③物体运动的快慢与速度有关,因此动能应与速度有关;

接下来再设计实验验证,也就水到渠成了。

图1

3.通过知识对比引导学生猜想

高中物理的知识具有连贯性和类比性,许多问题具有类似的思维过程,随着学生对物理知识的掌握的增多,可以逐渐总结出有一定规律的研究方法,教师可以把握住这种特点,引导学生通过猜想扩大对新知识的认识,并且能对旧知识体系进行巩固。

例如在《库仑定律》一节教学探究中,学生理解了电荷之间有相互作用力之后,我并不是立即通过实验去研究相互作用力的特点。而是向学生提出两个问题:

①同学们你们猜想两电荷之间的作用力跟已学过的哪种力很相像呢

②你为什么会这样猜想,给出猜想的理由

学生立刻陷入思考,很快有同学提出,这个作用力跟已学过的万有引力的作用力特点应很像。我于是问,为什么会想到这种相似性呢,马上有学生给出猜想的原因,经同学们的相互补充,确定如下几条猜想理由:

①电荷间不相互接触就有电场力,万有引力也不用接触

②同条件下,如带电量越多,力应越大;而质量越大,万有引力也越大

③同条件下,带电体靠得近,力应越大;此条件下万有引力也会越大

④电荷间的作用力应和两电荷有关,万有引力也是决定于两个物体质量

⑤真空中电荷也有力作用,万有引力也具备这个特点

通过这种对照猜想,学生想建立一种对电荷间作用力的思考模型,此时我再让他们猜想电荷间这种力的公式会是什么,同学们类比万有引力公式会很顺利地得出结论。

图2

4.通过在课堂中设疑贯穿猜想

在课堂探究中,学生可以通过自己反复猜想、修正、确定实验的方案,即能激发他们的参与意识,又能满足他们的探究欲望和成就感,有利于培养学生的物理思维和科学探究方法。

例如在《单摆》一节的教学中,我在导出单摆回复力公式后,不是立即通过实验来探讨周期公式,而是提出问题:对照回复力公式猜想一下,单摆的周期可能与哪些因素有关?学生通过相互之间的讨论,猜想影响周期T的四个可能因素:①振幅A②摆球的质量m③摆长L④重力加速度g。

接着,教师出示实验器材:铁架台及配件、细长横杆、摆球(不同质量若干个)、不易伸长的细线若干。提出问题:为了检验上述猜想是否正确,我们能否设计实验来加以验证?大多数学生通过高一的牛顿第二定律的验证方法容易想到,应采取控制变量法和比较法,并设计出相应的验证过程,得出周期T与A、m、L的相关性。但是,如何改变重力加速度g,学生可能做各种猜想,上高山做实验、到不同纬度的地区做实验……但是都不现实。学生感到茫然,这时教师出示一块截面较大的磁铁组。问:你能用它来改变对摆球的向下引力大小吗?这一启发令不少学生茅塞顿开,立即想到在铁质摆球的轨迹下面摆放磁铁组,能增大对摆球的向下吸引力;或者在上面摆放磁铁组,能减小对摆球的向下吸引力,通过这种等效法可以得出周期T和吸引力变化的定性关系。教师再引导学生猜想,吸引力大小的变化等效对应哪个物理量的变化呢?学生通过讨论认为摆球质量不变,所以引力大小变化等效对应g的变化,因而能正确寻找出T和g的变化的定性关系。如图3所示。

图3

通过课堂中的循序渐进的猜想和验证,逐步引导使学生认识到周期T和摆长L及重力加速度的定性关系,然后通过具体定量实验,最终完成本节课的目标。

四、运用猜想对教师的要求

1.掌握诱导点拨的尺度

我们在运用猜想进行物理教学的过程中发现,学生对猜想情景提供的信息不能抓住主要矛盾,而是漫无边际地猜想。这就要求教师在创设猜想情景时辅以恰如其分的启发诱导,循序善诱但又不能点拨过多,以免束缚了学生的思维空间,造成思维定势。

2.培养学生学会猜想

作为老师,尽量要多动些脑筋,多创造一些机会,不断激励学生通过观察、比较、实验、归纳、类比等手段提出种种假设或猜想,使学生逐步学会运用假设或猜想的方法解决问题,要让学生善于模仿科学家进行科学的探究。探究的过程应当有悬念,有波澜,要让学生感受到成功的喜悦与失败的痛苦,并从中培养学生科学的、正确的情感、态度和价值观。还要在猜想的同时发动学生进行交流、讨论,培养发散性思维。

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