作者簡介：曹寶龍，教育學(xué)博士，教授，浙江省物理特級(jí)教師。杭州師范大學(xué)心理學(xué)碩士生導(dǎo)師，浙江大學(xué)教育博士導(dǎo)師?，F(xiàn)任杭州市基礎(chǔ)教育研究室主任，教育部基礎(chǔ)教育課程教材專家委員會(huì)委員，國家課標(biāo)修訂核心組成員（高中物理）。浙江省科學(xué)教育學(xué)會(huì)理事長，杭州市特級(jí)教師協(xié)會(huì)副會(huì)長兼秘書長。主要研究方向：學(xué)科教育與心理發(fā)展（物理、科學(xué)）。

摘 要：科學(xué)假說是科學(xué)探究的重要一環(huán)，具有假設(shè)性、科學(xué)性、解釋性與預(yù)見性、暫時(shí)性與檢驗(yàn)性等特點(diǎn)?？茖W(xué)假說產(chǎn)生于科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的“反?，F(xiàn)象”，它的形成需要理性精神與靈感思維。科學(xué)假說可以向科學(xué)理論轉(zhuǎn)化。建議科學(xué)教學(xué)中用科學(xué)史中的“反常現(xiàn)象”創(chuàng)設(shè)問題情境；把構(gòu)建假說的基本方法融入科學(xué)課堂設(shè)計(jì)；研究基于科學(xué)課程內(nèi)容的假說構(gòu)建過程與方法；把科學(xué)假說的基本思想融入科學(xué)探究教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)假說；科學(xué)理論；假說構(gòu)建；科學(xué)教育

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）2-0001-4

當(dāng)人們把現(xiàn)有的科學(xué)認(rèn)識(shí)應(yīng)用于一個(gè)新的科學(xué)現(xiàn)象時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)無法解釋或無法解決的問題。我們?cè)诳隙ìF(xiàn)象的客觀性之后，往往會(huì)懷疑原有的理論體系可能存在問題，從而提出新的能夠解釋這種現(xiàn)象的學(xué)說。這種新的能夠解釋當(dāng)前問題的學(xué)說就是假說。假說是科學(xué)研究中的重要方法，假說可以推動(dòng)科學(xué)研究突破原有的理論，使科學(xué)理論產(chǎn)生進(jìn)步或革命性的發(fā)展。

科學(xué)假說是科學(xué)能力或科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)假說意識(shí)與能力，是理解科學(xué)本質(zhì)，提升科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。因此，假說的概念、假說的功能與作用、假說的基本方法等是科學(xué)教育的重要內(nèi)容，也是理解科學(xué)本質(zhì)的關(guān)鍵所在。

1 科學(xué)假說的概念

科學(xué)假說是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)與研究客觀世界時(shí)，依據(jù)原有的科學(xué)知識(shí)和新的科學(xué)事實(shí)對(duì)所研究的問題作出的一種猜測(cè)性陳述，是一種用猜測(cè)性的假定理論來解釋新的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的一種方法。它是將認(rèn)識(shí)從已知推向未知， 進(jìn)而變未知為已知的必不可少的思維方法，是科學(xué)發(fā)展的重要形式。

提出科學(xué)假說必須以一定的科學(xué)事實(shí)為依據(jù)， 以已知的科學(xué)理論為前提。當(dāng)人們面對(duì)新的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)無法用現(xiàn)有的理論來解釋的時(shí)候，需要突破原有理論的界限，否定或修改原有理論，提出新的理論，使問題得以暫時(shí)性的“解決”。而提出的新的假定性理論是否正確還需科學(xué)觀察與實(shí)驗(yàn)、新的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)來檢驗(yàn)。

2 科學(xué)假說的性質(zhì)

顯然，假說既具有猜測(cè)性，也具有科學(xué)性，它既是科學(xué)研究的重要過程，也是科學(xué)研究的方法。因此，假說具有以下特征：

2.1 假說具有假設(shè)性

假說是在科學(xué)研究的過程中為了解釋或解決新的問題而形成的一種暫時(shí)性的假定，帶有猜測(cè)性和或然性。顯然，這種假定性“理論”與經(jīng)大量經(jīng)驗(yàn)事實(shí)證實(shí)的真理論是不同的。因此，假說并不是真理論。

2.2 假說具有科學(xué)性

雖然假說并不是真理論，但假說并不是胡亂的猜測(cè)。提出假說必須根據(jù)科學(xué)問題的解釋或解決的需要，而且假說本身必須有理論自洽、邏輯過程清晰簡單等特性。因此，假說與平時(shí)日常生活中對(duì)一個(gè)問題的假定性解釋或假定性條件有本質(zhì)的區(qū)別。

2.3 假說具有解釋性與預(yù)見性

提出科學(xué)假說就是為了解釋新發(fā)現(xiàn)的科學(xué)事實(shí)，因此假說的解釋性是它產(chǎn)生的目的。例如：量子假說的提出可以解釋黑體輻射中的“紫外災(zāi)難”。

假說又可以預(yù)見并未觀察到的科學(xué)事實(shí)。例如：根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了光線經(jīng)過星體引力場(chǎng)時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。

2.4 假說具有暫時(shí)性和檢驗(yàn)性

科學(xué)假說在新的科學(xué)事實(shí)面前被證實(shí)或證偽，可能出現(xiàn)幾種情況：①新的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)與假說相符，證明假說正確；②新的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)與假說不符，但在修改假說后符合事實(shí)；③新的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)完全否定了假說。后兩種情況顯然說明假說具有暫時(shí)性，但第一種情況往往也是暫時(shí)的，因?yàn)榧僬f在后續(xù)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的數(shù)量增加的情境下，可能會(huì)“退化”到后兩種情況。例如：原子模型發(fā)展中，當(dāng)湯姆遜模型遇到了α粒子散射現(xiàn)象后，就提出了盧瑟福模型；但盧瑟福模型又受到了各種光譜線事實(shí)的挑戰(zhàn)后，就出現(xiàn)了波爾模型；但波爾模型只能解釋氫原子光譜……因此，科學(xué)假說是暫時(shí)的，因?yàn)樗鼤?huì)不斷地受到新的科學(xué)事實(shí)的挑戰(zhàn)，它隨經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的驗(yàn)證量的增加會(huì)進(jìn)一步發(fā)展或消亡。

3 科學(xué)假說的形成與發(fā)展

3.1 假說來自于科學(xué)的“反?，F(xiàn)象”

科學(xué)家在研究時(shí)，通常會(huì)遇到一些“反常現(xiàn)象”。這些“反常現(xiàn)象”不能被既有的科學(xué)理論加以說明，甚至與其相沖突。要解決這些困惑，科學(xué)家首先必須對(duì)“反?，F(xiàn)象”進(jìn)行分析，然后提出問題來概括“反?，F(xiàn)象”。[1]在對(duì)問題初步分析的基礎(chǔ)上，研究者往往會(huì)大膽地提出帶有問題解釋傾向的初步假定。

3.2 假說的形成需要理性與靈感

科學(xué)研究者在初步假定的基礎(chǔ)上，運(yùn)用各種思維方式（包括邏輯的或非邏輯的）、觀察與實(shí)驗(yàn)等方式對(duì)提出的初步假說進(jìn)行論證、修改與完善。當(dāng)假說本身在體系上自洽，并與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)相符后，就形成一般意義上的科學(xué)假說。例如：魏格納觀察到各大陸塊邊緣非常吻合、大西洋兩岸的古生物種雷同這些奇特現(xiàn)象，于是就進(jìn)行了深入分析與歸納，并附之以靈感思維，提出了“大陸漂移”設(shè)想（初步假說）。然后對(duì)這一觀念進(jìn)行擴(kuò)展和充實(shí)，論證大陸漂移的原動(dòng)力、方向、速度等等。最后把其發(fā)展成了一個(gè)系統(tǒng)性的科學(xué)假說，從而解釋了觀察到的各種奇特現(xiàn)象，并且預(yù)測(cè)到大西洋兩岸的距離正在逐漸擴(kuò)大，格陵蘭與格林威治之間的經(jīng)度距離正在增大。

3.3 假說可以向理論轉(zhuǎn)化

如果科學(xué)假說本身的內(nèi)容或其邏輯推論和預(yù)言在反復(fù)進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證的過程中得到證實(shí)，科學(xué)假說便發(fā)展成為科學(xué)理論。科學(xué)假說發(fā)展成科學(xué)理論要具備以下幾個(gè)條件：①科學(xué)假說能夠用來解釋與說明原有理論可以解釋與說明的所有問題。即科學(xué)假說可覆蓋原有理論，原有理論有相融性與自洽性。例如：愛因斯坦的狹義相對(duì)論在速度不高的情況下，與牛頓理論是一致的；德布羅意的物質(zhì)波運(yùn)用于宏觀物體時(shí)是沒有波動(dòng)性的。②用科學(xué)假說可以解釋所有已有事實(shí)，包括新的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。即科學(xué)假說能夠解決原有理論與事實(shí)之間的所有沖突與矛盾。③用科學(xué)假說可以預(yù)見未發(fā)生的現(xiàn)象。科學(xué)假說不僅可以解決現(xiàn)有的問題，更重要的是能夠用推理或演繹的方法預(yù)見未曾經(jīng)歷的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。例如：根據(jù)萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律發(fā)現(xiàn)的海王星就是理論對(duì)未發(fā)現(xiàn)的行星的預(yù)見。

當(dāng)然，假說與理論有時(shí)并不是絕對(duì)對(duì)立的，假說所經(jīng)受的事實(shí)的檢驗(yàn)量越大，它就越向理論靠近了。而如果理論在新的事實(shí)面前又有“反?，F(xiàn)象”，則我們又必須在理論的基礎(chǔ)上提出新的假說了。

4 科學(xué)假說的教學(xué)建議

科學(xué)假說是科學(xué)探究的重要一環(huán)，它是科學(xué)研究中對(duì)已有的理論或思維方式的革新或突破，是面對(duì)新情境、新問題的科學(xué)創(chuàng)新思維。假說是基于新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、新的科學(xué)事實(shí)、新的科學(xué)環(huán)境創(chuàng)生的，是創(chuàng)立新理論的必經(jīng)之路。因此，科學(xué)假說能力的培養(yǎng)應(yīng)該是科學(xué)教育的重要內(nèi)容之一。

4.1 用科學(xué)史中的“反?，F(xiàn)象”創(chuàng)設(shè)問題情境

“矛盾沖突”是科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力， “反?，F(xiàn)象”是科學(xué)問題的開端。假說的提出是為了解決“反?，F(xiàn)象”中出現(xiàn)的問題。我們往往用假說來解釋科學(xué)中出現(xiàn)的新問題。例如：盧瑟福提出原子核式結(jié)構(gòu)模型解釋了α粒子的散射現(xiàn)象；玻爾又否定了盧瑟福的模型，運(yùn)用量子概念構(gòu)建的量子化軌道模型解釋了氫原子光譜現(xiàn)象；……原子結(jié)構(gòu)模型總是在新的“反常現(xiàn)象”中提出新的模型，解決新的問題。

從認(rèn)識(shí)論的觀點(diǎn)來看，科學(xué)史上的“反?，F(xiàn)象”是科學(xué)認(rèn)識(shí)的過程中原有的“認(rèn)識(shí)”受到了新的“實(shí)踐”的挑戰(zhàn)，人們必須改變?cè)械摹罢J(rèn)識(shí)”以適應(yīng)新的“實(shí)踐”或經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。

從認(rèn)知心理的觀點(diǎn)來看，科學(xué)史上的一個(gè)個(gè)“反?，F(xiàn)象”是人們科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中的“認(rèn)知沖突”，而這種“認(rèn)知沖突”正好是學(xué)習(xí)者進(jìn)一步認(rèn)知、解決問題（提出解釋現(xiàn)象的假說）的心理動(dòng)力。因此，教學(xué)過程中我們要注重科學(xué)發(fā)展史中的各種“反常現(xiàn)象”，以認(rèn)知發(fā)生的原理為基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和已有知識(shí)，設(shè)計(jì)符合學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”的“認(rèn)知沖突”的問題情境，讓學(xué)習(xí)者的認(rèn)知過程符合心理建構(gòu)的特征和規(guī)律。這樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)既符合科學(xué)歷史的發(fā)展過程，又符合學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的認(rèn)知發(fā)展原理，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)假說能力，發(fā)展學(xué)生對(duì)科學(xué)探索的興趣。

4.2 把構(gòu)建假說的基本方法融入科學(xué)課堂設(shè)計(jì)

人的能力來自于實(shí)踐，來自于“動(dòng)手做”。構(gòu)建假說的能力當(dāng)然需要在學(xué)習(xí)科學(xué)的過程中，讓學(xué)生投入于科學(xué)發(fā)現(xiàn)的“準(zhǔn)真實(shí)情境”中，讓學(xué)生自己來構(gòu)建能夠解釋“反?，F(xiàn)象”的假說。構(gòu)建假說的方法一般有以下幾種[2]：

（1）類比方法。如果兩個(gè)科學(xué)事物在現(xiàn)象與本質(zhì)上有許多相似或相同點(diǎn)，往往它們的一些未知特征也相同或相似?？茖W(xué)研究中常常把兩個(gè)相同模型或相似模型的特征進(jìn)行類比，用遷移的觀點(diǎn)找出某些未知特性，這種方法就是類比方法。如牛頓的“微粒說”是把光類比成“彈性球”而形成的假說；盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型是受到“太陽系模型”的啟發(fā)， 再根據(jù)α散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果而提出的假說；庫侖定律的提出是把兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力與萬有引力原理進(jìn)行類比而獲得的。

（2）臻美方法。我們總是相信“上帝”創(chuàng)造的世界具有簡單美，因此自然系統(tǒng)總是以最美的形式呈現(xiàn)的，這就是科學(xué)美的原理?？茖W(xué)研究中對(duì)美的追求或要求，可探索出科學(xué)本質(zhì)與規(guī)律，從而提出科學(xué)假說。例如：愛因斯坦的光子說， 是在牛頓微粒說與惠更斯的波動(dòng)說的基礎(chǔ)上，吸收了這兩種假說的合理思想而構(gòu)建的。光子說既體現(xiàn)了光的粒子性又體現(xiàn)了光的波動(dòng)性，光子模型體現(xiàn)了粒子性與波動(dòng)性的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，是波與粒子的完美整合。

（3）逆向思維法。科學(xué)探索中逆著前人研究的思維路徑，可能會(huì)得出科學(xué)假說。1919年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即“電產(chǎn)生磁”。法拉第就認(rèn)為：既然電可以產(chǎn)生磁，那么磁是否可以產(chǎn)生電呢？基于這種樸素的逆向思維方法，他堅(jiān)定了“磁生電”的信念，經(jīng)過研究，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。1924年，德布羅意思考：光量子假說能把過去認(rèn)為本質(zhì)上是波的光加以粒子化，那么本質(zhì)上是粒子的實(shí)物粒子也可以看成波，也具有波動(dòng)性。實(shí)物粒子“物質(zhì)波”的假說，被認(rèn)為是物理學(xué)發(fā)展史上最富有創(chuàng)新精神、最富有挑戰(zhàn)性的科學(xué)假說。

（4）理想化方法。理想化方法是對(duì)實(shí)際問題的科學(xué)抽象，是抓住研究對(duì)象或研究過程的本質(zhì)，而忽略它們的次要因素，使過程或?qū)ο蟮那榫掣逦?，更容易為我們所研究的一種方法?？茖W(xué)假說的形成離不開理想化方法。伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)就采用了理想化的抽象思維和合理的外推法，得出結(jié)論：“一切物體如果不受外力作用，那么物體將保持在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)?！?/p>

4.3 研究基于科學(xué)課程內(nèi)容的假說構(gòu)建過程與方法

科學(xué)教育的課堂中，需要研究課程內(nèi)容中的各種假說方法，搞清每一個(gè)假說構(gòu)建的問題情境、提出假說的方法、問題解釋的結(jié)果等因子，使科學(xué)假說的教育目標(biāo)更清晰明確。表1以幾個(gè)物理學(xué)有關(guān)假說的教學(xué)內(nèi)容為例來說明構(gòu)建假說的因子分析。

教師以自己教學(xué)的課程內(nèi)容為基礎(chǔ)，參照上表的研究方法，研究課程內(nèi)容所涵蓋的科學(xué)假說的內(nèi)容和方法等因子有助于有效設(shè)計(jì)科學(xué)教學(xué)，有助于使科學(xué)教育的目標(biāo)更清晰、過程更具有探究特性。

4.4 把科學(xué)假說的基本思想融入科學(xué)探究教學(xué)設(shè)計(jì)

科學(xué)假說是科學(xué)探究活動(dòng)的重要一環(huán)，是基于解決科學(xué)情境中的“反?，F(xiàn)象”的問題而提出的?？茖W(xué)假說應(yīng)該由科學(xué)觀察與實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。因此，假說應(yīng)該有機(jī)地融入于科學(xué)探究教學(xué)。其實(shí)，科學(xué)假說本身就存在于科學(xué)探究的過程中，如圖1所示：[3]

科學(xué)假說是科學(xué)探究過程的重要思維形式，是科學(xué)探究的核心所在。科學(xué)假說基于科學(xué)問題的解決，當(dāng)然也可預(yù)見未見的科學(xué)事實(shí)。科學(xué)假說的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該基于科學(xué)探究、學(xué)生認(rèn)知和課程內(nèi)容等幾個(gè)方面的實(shí)際情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳海明.科學(xué)假說探析[D].廈門：廈門大學(xué)碩士學(xué)位論文，2002（7）：2-3.

[2]趙銳.科學(xué)假說在物理教學(xué)中的重要作用[J].科技資訊， 2008（33）：252.

[3]曹寶龍. 科學(xué)假說及其在中學(xué)物理中的教學(xué)策略[J].物理教學(xué)，2000（2）：10-14.

（欄目編輯 廖伯琴）