科学猜想中学生创新思维的培养,本文主要内容关键词为:中学生论文,创新思维论文,科学论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
“科学猜想”是研究自然科学的一种广泛应用的思想方法,它不同于无根据的幻想,而有它的客观依据,它是科学性和客观性的辩证统一。这就是说,它是根据已知的科学原理和科学事实,对未来的自然现象及其规律所作的一种假设性的说明或假定性命题。应该指出,这样的假定命题是否正确,尚需通过事实来验证和理论上的论证。
物理学在揭示现象的因果关系和本质联系或探索物理规律的过程中有计划地适当运用“科学猜想”的方法有很大的积极意义。在教学实践中可产生以下几点好处:(1)可以激发和保持学生对所研究问题的兴趣和注意力,促进他们的定向思维活动,从而产生进一步探索解决问题的求知渴望,并帮助他们加深对所学知识的理解。(2)可以激发学生科学思维的发展,有利于培养他们的联想力、想象力和创造性思维能力。(3)“科学猜想”的提出,有助于指导学生分析、处理实验数据时有了明确的方向性,以利于比较顺利地得出科学结论,总结物理规律。(4)通过提出“科学猜想”和实验验证以及理论论证的全过程或提出“科学猜想”和理论分析以及实验验证的全过程,还能使他们领会科学研究的两种基本的方法,从中学会探索知识的方法。
在物理教学中运用“科学猜想”的过程也和科学研究一样有两种基本的方法,一种是实验方法,另一种是理论分析方法。实验方法一般有下述几个步骤:(1)明确研究本课题的目的和要求。(2)进行“科学猜想”,即对所研究课题提出假定性说明或假定性的命题。(3)根据这些假定性命题设计实验方案进行有目的的探索,以此来验证此题是否正确。(4)动手做实验,得出有关的实验数据(或观察、记录实验现象及其变化过程),进而进行探索性研究——分析和处理实验数据,并通过推理、概括,抽象得出物理公式,总结出物理规律(或分析实验现象及变化过程、揭示现象的因果关系和本质联系),从而验证“猜想”的正确性。如果提出的“猜想”与实验事实有矛盾,为实验所否定,那么就应该放弃原来的“猜想”,重新提出新的“猜想”,再用实验来检验。(5)进行理论上的论证,达到理论论证和实验结论相统一(初中物理教学限于学生知识水平,有时省略了理论上的论证)。而理论分析方法除上述(1)、(2)两步跟实验方法相同外,尚有如下两个步骤:(1)进行理论论证和逻辑推理论证结论,形成命题。(2)设计实验来检验理论分析得出的结论或命题能否成立。
这两种基本研究方法的整个教学程序可用图所示的模型来描述。教学中可采用以下几种方法:
一、引导学生把日常生活经验跟探索物理规律结合起来,提出“科学猜想”
例如:初中物理中学习“阿基米德原理”这一教学内容时首先引导学生研究“浮力的大小跟哪些因素有关?”我们是以学生的生活经验作为引导他们进行探索研究的出发点,启发他们联系“井里提水”和“游泳”(“河水中游泳”跟“海水中游泳”的对比)等生活经验进行“科学猜想”,提出:①浮力的大小跟物体浸入液体的体积有关;②浮力的大小还可能跟液体的密度有关。由于学生的生活经验是多方面的,其中有的形成了正确的观念,有的却形成了片面的、不科学的甚至是错误的观念。教学中教师应有计划地运用学生生活经验中形成的正确观念,引导他们进行正确的“猜想”,并有意识地避开学生可能产生的错误猜想,从而顺利地引导学生有目的的探索。进而指导学生设计实验方案来检验上述“猜想”是否正确。通过教师的启发引导,在学生弄清了课本中实验装置的原理基础上,让他们有目的地进行实验(分别把金属块浸在水中和盐水中做实验),来验证上述“猜想”的正确性,从而获得有关浮力的定性规律。接着教师再启发学生进一步分析实验的结果,提出新的探索课题和“猜想”,既然上述实验证明了物体(金属块)浸在液体里受到的浮力的大小跟物体浸入液体中的体积有关(即跟物体排开液体的体积有关),还跟液体的密度有关,那么浮力的大小是否跟排开液体的重力有关呢?这一新的“猜想”的提出,激发了学生进一步探索的强烈求知欲望。教师要抓时机引导学生弄清实验装置的原理和使用方法,进而让学生进行实验并分析实验数据、得出实验结论:(这就是阿基米德原理),从而验证了新的“猜想”的正确性。学生为“猜想”与实验相符而感到极大的满足,更增加了探求新知的信心,实验还证明了这个结论也适合于部分浸在液体中的物体;而且也适用于其他液体。在此基础上,教师又引导学生从理论上对阿基米德原理进行初步的论证,完成了理论论证和实验结论的统一。最后还要针对学生在学习中可能存在的疑问进一步提出错误的“猜想”:“浮力的大小是否跟物体的形状有关?”进而让学生分别通过相应的实验来研究这些问题,并通过实验否定了错误的“猜想”。这样的教学过程,学生不仅对阿基米德原理(
)获得了深刻的理解,而且还学会了科学的基本方法。
二、在通过演示实验获得定性的感性认识的基础上,引导学生进行“科学猜想”
这就是利用学生已掌握的原有知识作为“科学猜想”的基础。例如:在做“研究液体的压强与深度的关系”这一探索性实验时,为了让学生有目的地进行探索和研究,我们是先通过演示实验让学生获得“在液体内部同一深度向各个方向的压强都相等”和“液体的压强随深度的增加而增大”的感性认识的基础上提出进一步的“科学猜想”——“液体压强可能跟深度成正比”。在此基础上,教师又通过预习指导让学生弄明白实验的原理,知道实验中液体的压强和深度是怎样求得的,为了求得液体的压强和深度需要先测出哪些数据,对这一探索性实验,教师要启发学生算出并比较每次实验中液体的压强与深度的比值。实验结果表明:在实验误差允许范围内,每次比值是相等的,再运用数学中正比知识,得出液体内部压强跟深度成正比的关系,即p/h=恒量,从而通过实验和分析验证了上述“猜想”的正确性。
三、运用类比联想或类比推理的方法,引导学生进行“科学猜想”
例如:初中物理讲解“欧姆定律”这一教学内容时,首先要使学生明确本节课要研究的课题是:怎样通过实验来研究某段电路中的电流强度跟它两端的电压和导体的电阻三个物理量之间的关系”。接着引导学生把水流跟电流进行类比,即用水压类比电压,用水管的阻力来类比导体的电阻。学生很容易明白:水从水管里通过的流量:①当这段水管的阻力一定时,水压(水位差)越大,水流量也越大;②当水压一定时,这段水管的阻力越大,水流量则越小。通过类比,可以向学生提出如下的“科学猜想”:①在电阻不变的情况下,导体中的电流可能跟这段导体两端的电压成正比;②在电压不变的情况下,导体中的电流可能跟这段导体的电阻成反比。这时学生的思维处于高度的激发状态,教师应该因势利导,指出以上只是猜想的可能结论,是否正确尚需通过实验验证,在此基础上启发学生从实验目的和实验方法出发来设计实验线路,并动手装接实验线路进行实验,分别得出几组实验数据;再引导学生分析数据之间的关系(联系上述“猜想”,指导学生对实验数据进行分析和处理);通过思考、归纳,先得到具体的数值关系进而通过推理、概括,再抽象到文字之间的关系式,也就是运用归纳法,综合概括电流和电压、电阻三个量之间的变化规律,总结出欧姆定律的公式I=U/R,从而用实验验证了上述“猜想”的正确性。
这样提出“猜想”和引导学生思考有两点好处:一是直接点出探索的课题,明确本节课的主攻方向,激发学生的定向思维活动,有助于在指导学生进行理论上的论证时有了明确的方向性,便于推导出有关物理规律和公式。二是培养学生把陌生的对象和熟悉的对象对比,把未知的东西和已知的东西对比,从中学会“类比法”,并进行“科学猜想”,培养学生的联想力、想象力和创新思维的能力。