对探究教学中的“猜想与假设”环节的几点思考，本文主要内容关键词为：环节论文,几点思考论文,教学中论文，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。
恩格斯说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”爱因斯坦说：“我们物理上真实的概念永远不可能是最后的。”普朗克说：“在科学的发展中，一个概念从来都不会是刚开始就以其最后的完整形式出现。”也就是说，物理概念的发展某种程度上是在假说的交换更替中进行的。诸如牛顿提出的光微粒说、惠更斯提出的光波动说、爱因斯坦提出的光的波粒二象性、德布罗意提出的物质波等概念，开始都是一种猜想、一种假设。就是诸如此类的猜想与假设，不断推动了物理学的发展。新课程提倡的探究教学包括七个环节：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。这就将猜想与假设明确为学生应该具备的一种探究意识、一种探究能力了。如何认识探究教学中的猜想与假设这一环节，猜想与假设具有哪些特点，如何通过探究教学过程提升学生的猜想与假设的能力等都值得思考。 一、猜想与假设不是必需的 现在的中学物理课堂中，不管是什么类型的课，不管是什么样的教学内容都冠之以探究，将探究程式化，按探究的几个环节依次进行。似乎离开了这样的探究，就不符合物理规律的教学，就不能体现物理学科的特点。 探究教学的目的是为了让学生像科学家一样地进行思考，养成一种科学思维的习惯与能力。但科学家得出物理规律的过程并非都是经历同样的程式。正如牛顿所言：“任何不是从现象中推论出来的说法都应称之为假说，而这样一种假说，无论是形而上学的或者是物理学的……在实验哲学中都没有它们的地位。在实验哲学中，命题都从现象推出，然后通过归纳使之成为一般。”[1]可见，牛顿崇尚的是一种经验—归纳的科学方法。牛顿的经典力学基础是经验层面的力与运动的关系，凭借生活经验和实验事实，就能归纳出相应的物理规律。而假设主义的先驱赫歇尔指出：归纳法与假设法都是科学发现的方法，但归纳法只能归纳出一些经验定律，而不能深入发现经验不可及的更深、更广的领域。[2]可见，科学探究的认识论与方法论观点是与其对象的抽象性和过程复杂性相关联的。从这个角度讲，在以经验科学为主要学习内容的基础教育中，科学探究的教学结构是否必须包含“猜想与假设”，需要根据探究课题的经验可及性（对学生而言）、内容复杂性、学生的知识背景以及科学认识论规范而定，否则为探究而教条地搬用“问题—假说—验证”的程式，不仅不能获得满意的教学效果，甚至会弄巧成拙，同样不能给学生树立正确的科学形象。[3] 以探究落体运动的规律为例，当提出“重的物体与轻的物体谁下落得快？”这一问题后，若直接给出一种猜想，无非是有三种可能：重的物体下落得快、轻的物体下落得快、重的物体和轻的物体下落得一样快。基于生活经验也许会给出“重的物体下落得快”的猜想，也可能对该问题给出一种“狡猾性”的猜想“重的物体和轻的物体下落得一样快”。但这些仅仅停留在纯粹的猜想层面上，缺乏一种问题与猜想之间的科学性过渡。在提出落体运动的问题后，教师不妨演示一组实验： （1）两张纸片从同一高度下落。 （2）将一张纸揉成团，与另一张纸片一起从同一高度下落。 （3）一张纸片与一本书同时从同一高度下落。 （4）一张纸片与一个钩码从同一高度下落。 （5）两个不同的钩码从同一高度下落。 （6）两个不同的硬币从同一高度下落。 （7）一个钩码与一个硬币从同一高度下落。 从这组演示实验中可以得出如下结论：质量相同的物体下落的快慢有的相同，有的不同；质量不同的物体下落的快慢有的相同，有的不同。即：物体下落的快慢没有必然的规律。所以，纯粹地问“重的物体与轻的物体谁下落得快？”这样的问题是没有意义的。这是因为空气阻力在物体下落过程中影响巨大。 教师可以引导：比较以上（5）、（6）、（7）三种下落的情况，可以得出什么结论？此时学生就可以归纳得到“在空气阻力可以忽略的前提下，物体下落快慢的规律可能是一样的”。这一结论的得出，一方面是在实验事实的基础上归纳得出的，同时也包含了一种理想化的科学方法。不能简单地将这一结论称之为猜想与假设。这样的探究过程，就是典型的实验（经验）—归纳的思维过程。 二、猜想与假设的特点 知识的获得可以是经验—归纳的过程，也可以是问题—假设—验证的过程。这取决于教学内容的特点。前者更多的是倾向于经验性的知识，倾向于逻辑实证的方法。后者则将知识视为一种关系，看成是人主动建构的过程。正如“在建构主义看来，知识不再是纯粹客观性的。可以将科学知识看成由假说和模型所构成的系统，这些假说和模型是描述世界可能是怎样的，而不是描述世界是怎样的。这些假说和模型之所以有效并不是因为它们精确地描述了现实世界，而是以这些假说和模型为基础精确地预言了现实世界”。[4]因此，猜想与假设指向一种可能，是基于个体的认识基础而提出的一种预言。猜想与假设具有如下特点： 1.猜想与假设具有科学性 猜想与假设是对所提出问题的推断和假定。因为问题离不开背景材料，因此猜想与假设不但要以实验材料、经验事实等为基础，而且要根据所掌握的理论知识为依据，然后经过实践去验证。所以猜想与假设不是无根据的猜测和幻想，不是主观臆造，它不同于毫无科学根据的神话和缺乏逻辑的幻想和空想。 比如开普勒总结出太阳系行星运动的三定律之后，许多科学家就思考：“是什么原因使行星绕太阳运动？”但胡克、哈雷等科学家缺乏清晰的关于运动和力的科学概念，无法对行星的运动给出科学的解释。牛顿在力是改变物体运动速度的原因这样认识的基础上，提出行星绕太阳运动，需要受到指向圆心或椭圆焦点的力，这个力就是太阳对行星的引力。也就在这样的猜想基础上，牛顿推导出了行星与太阳之间的引力表达式，并借助于“月—地检验”大胆地提出了万有引力定律。 2.猜想与假设具有多样性和易变性 诺贝尔奖获得者汤川秀树说过一段发人深省的话：“当回顾理论物理学的历史时，我们说得过分一些几乎可以称为错误史。在许多科学家提出的所有理论中，大多数是错误的，因而没有生存下来。只有少数正确的理论才继续生存。……但是，没有少数成功背后的许多失败，知识就几乎不可能有任何的进步。”[5]对于同一种问题，可能会产生多种假说。在探究过程中由于个体的经验不同、知识背景不同、研究角度不同、实验观察的结果不同等等，使得不同的个体对同一问题可能存在多种假设，也就对同一问题产生的猜想与假设具有了多样性和易变性。猜想与假设虽然包含着对事物的本质和规律的猜测，在假设中不可避免地出现了假定、猜测、想象、虚构等成分，这些都是大胆创造的结果，有待于时间的考验。有些假说可能被证伪而淘汰，也有些假说可能被进一步地修正、补充和完善，最后上升为理论。因此假设的多样性和易变性就带来了假设具有不完备性和有待验证性。 比如看到太阳的东升西落，根据生活经验就产生了太阳绕地球转的猜想；“小孔成像”是光的直线传播的例证，若是基于经典的光学理论，就可以成为光的粒子性猜想的佐证；针对黑体辐射的实验规律，维恩和瑞利从经典的电磁学理论角度形成的理论公式就存在无法解决的困难；卢瑟福的α粒子散射实验，若忽略了少数大角度偏转的粒子，就不会形成原子核式结构模型的猜想。 3.猜想与假设有多种类型 从不同的角度分类，猜想与假设有多种类型。根据对象的不同，可分为事实假说和理想假说；根据概括水平不同，可分为常识性（或观察的）假说、科学假说和形而上学假说；根据来源不同，可分为经验概括性假说、演绎推论性假说、自由创造性假说和直觉性假说。[3] 比如卢瑟福根据α粒子散射实验得出的原子核式结构模型就是一种事实假说；伽利略在理想斜面基础上得出的物体在不受力的前提下将保持原来的运动状态就是一种理想假说；汤姆生发现电子后根据原子整体不带电而提出的原子“枣糕”模型就是一种常识性假说；爱因斯坦提出的物理定律与参照系的选择无关这一相对性原理就是一种科学假说；牛顿的决定论思想就是一种形而上学假说；亚里士多德提出的重的物体比轻的物体下落得快就是一种经验概括性假说；牛顿在开普勒三定律基础上得到的万有引力定律就是一种演绎推论性假说；玻尔根据光谱的不连续性等特征提出的半经典半量子化的原子模型就是一种自由创造性假说；法拉第根据电流的磁效应坚信磁亦能生电就是一种直觉性假说。 三、猜想与假设素养的养成 虽然知识的获得过程并非全部依赖于猜想与假设，但猜想与假设是知识学习过程中不可或缺的一种方式。所以有意识地培养学生的猜想与假设的意识与能力就应该在教学中得到重视。学生的猜想与假设的能力素养包含以下几个层面的内容： 1.猜想与假设的意识 自然科学的发展应该是基于这样的信念：自然界是可以被认识的，各种现象是可以被解释的。面对新的现象时，尝试性地给出解释，这就是猜想与假设。这种猜想与假设应该成为学生的一种自觉自发的行为，成为一种自觉意识。学生的猜想与假设的意识应该达到这样一个层次：能基于已有认识且超越现有认识提出自己的设想。也就在不断提出自己的猜想与假设，不断地修正自己的猜想与假设的过程中，学生的认识能力与科学素养得到了提升。 鉴于此，探究教学中呈现出探究问题后，不应该是教师而应该是学生能动地提出一种猜想与假设，然后再对猜想与假设的内容进行理论或实验的验证、修改。 以下是某课例（探究加速度、质量与力的关系）的教学片段： 师：一个质量大的物体运动状态是容易改变还是不容易改变？ 生：不容易改变。 师：如果要使它的运动状态发生改变，就必须对它施加一个力的作用。那么物体运动状态改变的快还是慢，取决于哪些物理量？ 师：跟质量、力有关系。 师：哪一个物理量表述物体运动状态变化的快慢？ 生：加速度。 师：加速度与质量、力有关，本节课我们就来研究这三个物理量之间的关系。 （教师板书：1.定性关系，2.定量关系。） 师：研究这三个量之间关系采用什么方法？ 生：控制变量法。 师：控制物体的质量一定，研究加速度和力的关系；再控制物体的受力一定，研究加速度和质量的关系。 （教师投影一组关于家用轿车和赛车的参数，提醒学生思考这三个物理量之间有什么关系。） 生：质量相同，力越大加速度越大。 师：猜想一下，如果力相同，质量越大，加速度如何？以骑自行车为例，一个人骑和把我载上之后骑，两种情况提速相比怎么样？显然载上我后质量大，不容易提速，加速度就小。 （教师板书：在定性关系后面分类书写三个物理量之间的定性关系。） 师：刚才我们仅仅研究的是定性关系，接下来我们研究质量一定，加速度和力之间到底有什么定量关系？我们就要经过实验，测出多组数据来观察两个量之间的关系。（下面进入实验收集数据、探究规律的教学过程。） 就猜想与假设这一环节，该案例中存在如下两个问题：一是猜想与假设环节不明显，没有明确给出学生进行猜想与假设的时间与空间，教师在引导过程中不知不觉就给出了三个物理量之间的关系；二是教师引导得过多，窄化了学生思维的空间，也就剥夺了学生猜想与假设的机会。探究三个物理量之间的关系时，教师已经在黑板上板书了定性与定量两种情况，学生自然不用去思考从什么角度去猜想三个物理量之间的关系。 2.猜想与假设的形成途径 根据假说的类型，可以通过多种角度培养学生猜想与假设的能力。猜想与假设形成的依据主要有经验、实验和自身的理论认识，猜想与假设形成的方法可以是直觉、类比、逻辑与归纳等。探究教学中，就要有意识地引导学生按照一定的规律进行猜想与假设，使猜想与假设变成一种有据可循的思维过程。 以下是某案例（探究感应电流的产生条件）的教学片断：
