陳福強(qiáng)

摘要：實驗探究教學(xué)不僅需要從實驗的問題、假設(shè)、實驗操作上進(jìn)行優(yōu)化，對于教學(xué)結(jié)果的評估與交流也是重要環(huán)節(jié)。因此，加強(qiáng)對實驗過程的自我評價與反思，從實驗探究的過程進(jìn)行反思，并在學(xué)生組內(nèi)評估、組間評估上來實現(xiàn)小組間的相互評價，既有助于提升學(xué)生的自我實驗探究能力，也能夠從相互合作中來改進(jìn)和完善實驗方案，增強(qiáng)實驗探究教學(xué)的整體效果。假設(shè)法是用科學(xué)原理為基礎(chǔ)，對未知的問題進(jìn)行合理的猜測，并通過實驗來驗證猜測是否正確合理，它是一種重要的研究方法，在物理教學(xué)的過程中也得到了廣泛有效的應(yīng)用。在中學(xué)物理教學(xué)的過程中運用假設(shè)法，有利于我們忽略一些次要的干擾因素，直接抓住問題的本質(zhì)，讓抽象的概念變得簡單明了，大大提高了老師的教學(xué)效率，同時也提高了學(xué)生們的動手能力和創(chuàng)新能力，并且有助于他們邏輯思維能力的形成，為學(xué)生今后更加深入的進(jìn)行系統(tǒng)物理知識的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：假設(shè)與驗證;物理方法;教學(xué)實踐;中學(xué)物理教學(xué)

假設(shè)法在中學(xué)物理教學(xué)應(yīng)用特別多，本文將從運用假設(shè)法判斷彈力的有無;運用假設(shè)法判斷靜摩擦力的方向;理想化假設(shè)三個方面，對假設(shè)法在中學(xué)物理中的運用做一個初步的探索。

一、猜想與假設(shè)的概念及其重要性

猜想與假設(shè)是科學(xué)思維的一種形式，是對所研究的問題根據(jù)已知事實材料和科學(xué)知識做出的一種猜測性陳述，對問題中事物的因果性、規(guī)律性做出的假定性解釋。牛頓認(rèn)為：“沒有大膽的猜想，就不可能有偉大的發(fā)現(xiàn)?！被仡櫩茖W(xué)的發(fā)展歷程，任何一個科學(xué)理論的誕生，在其發(fā)現(xiàn)過程中都有著大膽的猜想和假設(shè)。同樣，在物理課堂教學(xué)中，猜想與假設(shè)的能力對培養(yǎng)學(xué)生的思維能力也有著重要的作用。普通中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)（試驗）提出了對科學(xué)探究中“猜想與假設(shè)”環(huán)節(jié)的要求：對解決問題的方式和問題的答案提出假設(shè);對物理實驗結(jié)果進(jìn)行預(yù)測;認(rèn)識猜想與假設(shè)的重要性。那么，如何達(dá)成這一要求？如何培養(yǎng)學(xué)生的“猜想與假設(shè)”能力。筆者結(jié)合自身的教學(xué)實踐經(jīng)驗，對此問題做一些探討。

二、有關(guān)“假說與驗證”的理論研究

2.1 理論部分簡介

由于物理科學(xué)研究對象的基礎(chǔ)性和廣泛性以及物理學(xué)是最早成熟的自然科學(xué)學(xué)科，它的研究方法也具有一般科學(xué)方法論的價值，其應(yīng)用范圍早已超出了學(xué)科本身，對其他學(xué)科的研究也有一定的普遍意義.所以，物理學(xué)習(xí)需要把物理學(xué)方法和一般的認(rèn)識方法從知識學(xué)習(xí)中抽取出來，進(jìn)行某種界定，以明確哪些是在物理學(xué)習(xí)中重點掌握的方法，哪些是在包括物理在內(nèi)的所有學(xué)科學(xué)習(xí)中共同需要的方法.科學(xué)方法的分類;（1）普遍的哲學(xué)方法;（2）普適的普通邏輯方法;（3）具體科學(xué)方法;（4）解決個別類型問題的算法.本文的“假設(shè)與驗證”方法屬于第三類.中學(xué)物理中常見的物理學(xué)方法：觀察、實驗，分類與比較，理想化、科學(xué)分析與綜合、科學(xué)抽象、科學(xué)歸納與數(shù)理演繹、類比，等效、對稱、數(shù)學(xué)，質(zhì)疑與釋疑、假說及驗證等方法.需要說明的是，以上方法可以大致分為科學(xué)觀察與實驗、科學(xué)思維與實證兩大類別.而假說與驗證則具備這兩大類的特征。

2.2 猜想與科學(xué)猜想概念

關(guān)于“假說與驗證”詳見續(xù)佩君所著物理能力測量研究，本文只對相關(guān)核心概念作出界定.猜想是產(chǎn)生于用已有知識不能（或難以）解釋所遇問題的情況下，它不對邏輯做過高要求，不知真假的敘述性命題.它是提出假設(shè)的基礎(chǔ).它被暫時建議為真，暫時未被實證或者證偽，而且不要求提出驗證性方案，因而猜想具有不確定性.提出猜想的過程是直覺為主或多角度發(fā)散思考的過程，因而具有多元化的特點.猜想是學(xué)生思維發(fā)散的最為活躍的階段.科學(xué)猜想與猜想的差異在于前者重在想而不在于猜，是根據(jù)不充分的事實或不嚴(yán)格的推理而得出的結(jié)論，因而在此階段已經(jīng)含有了審視、初步選擇與放棄并具有猜測性陳述初步表達(dá).它既有想象、頓悟、直覺等非邏輯因素，也有一定的邏輯性因素，還不能排除在一定程度上運用了科學(xué)的方法。

2.3 假設(shè)

假設(shè)是根據(jù)產(chǎn)生的科學(xué)猜想，找出最可幾的猜想，并將其用簡單、明確（有力求精確的意識）的語言做出清晰、確切的表述性命題。它是假說的基礎(chǔ).假設(shè)是對猜想的獨立審視，有了根據(jù)邏輯意識的細(xì)化、揚(yáng)棄，并在此基礎(chǔ)上做出的選擇，被認(rèn)為是優(yōu)先予以驗證的猜想.物理學(xué)中，假設(shè)通常都須要通過實踐（驗）檢驗，假設(shè)的檢驗結(jié)果有兩種可能：一是支持假設(shè)，即成立;二是否定假設(shè)，即不成立.假說是對不同研究對象，同一條件下研究對象都存在同一結(jié)論的一組整體性的系統(tǒng)假設(shè)命題。假說的提出需要依據(jù)一定的科學(xué)知識和邏輯，用相關(guān)的科學(xué)術(shù)語做出多個必要的假設(shè)，并將其進(jìn)行有機(jī)綜合，形成一個確切的完整表述。但其中“多個”假設(shè)，又必須是把一個中心假設(shè)或幾個平行假設(shè)組成一個能對整體現(xiàn)象做出圓滿解釋的最簡潔組合。通常根據(jù)科學(xué)假說的提出過程，把假說及驗證擴(kuò)展為猜想、假設(shè)、假說、驗證四個層次.鑒于現(xiàn)在中學(xué)學(xué)生的水平，還難以接觸假說，因此筆者將只闡述猜想、假設(shè)與驗證它們?nèi)咧g的關(guān)系，提出課堂操作的方法并在實踐中選擇合適的課題，將此方法用于物理教學(xué)，進(jìn)而考察這些操作方法對提高學(xué)生掌握假設(shè)與驗證物理方法的有效性.需要說明，與本課題對假說的概念界定相比，此處提出的中學(xué)生學(xué)習(xí)“假說-驗證”的假說層次，強(qiáng)調(diào)了由猜想到假說的學(xué)習(xí)階段性，保留了假說對問題解釋的完備性，減弱了對最可幾的審視和判斷，但增加了對物理因果性的描述.增加的理由是考慮到中學(xué)生對物理概念規(guī)律的成立條件和適用范圍還很缺乏靈敏度.本實驗中我們把“猜想-驗證”與“假設(shè)-驗證”作為層次一和層次二。

2.3 確定假說與驗證教學(xué)質(zhì)量的評價指標(biāo)

評價假設(shè)與驗證方法在中學(xué)物理教學(xué)中的實踐研究的目標(biāo)是否實現(xiàn)，需要將目標(biāo)細(xì)化.根據(jù)有關(guān)概念和學(xué)生此次知識學(xué)習(xí)的實際可能，將評價指標(biāo)分為兩級：一級指標(biāo)3 項;二級指標(biāo)14 項，評價指標(biāo)編制了兩份等價的假設(shè)與驗證方法在中學(xué)物理教學(xué)中的實踐研究的調(diào)查問卷，隨機(jī)分為前測與后測問卷，并給予相應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 實踐部分設(shè)想

通過前測選取同一年級的兩個平行班作為實驗班和對照班，開展實驗研究，取得后測數(shù)據(jù)，并對實驗結(jié)果進(jìn)行評價，初步得出實驗所采取的處理是否有效的結(jié)論.實驗設(shè)計;

本研究的實驗部分采取等組前后測設(shè)計，其基本模式為：

其中X 表示采用實驗處理，-表示不進(jìn)行實驗處理，Oi 表示實施的測量性質(zhì).實際測量中，采用O1=O3 及O2=O4 命題方式，再分析實驗組與對照組的差異顯著性。

2.5 對實驗班擬采用的實驗處理

本研究中對實驗班所采用的實驗處理分為課上與課下兩部分，其主體內(nèi)容和程序如下。（1）前期做動員，明確自己的身份，要求學(xué)生以研究的態(tài)度參與實驗中間不斷提醒保持研究的態(tài)度，包括讓對照班的同學(xué)也認(rèn)識到自己是實驗研究的成員。用物理學(xué)史中的事例向?qū)嶒灠嗟膶W(xué)生講解假說的三個層次。（3）在物理課堂教學(xué)中利用合適的機(jī)會引導(dǎo)學(xué)生體驗與實踐.（4）指導(dǎo)學(xué)生的課外實踐。（5）將“中學(xué)提高假說與驗證的教學(xué)實踐研究”的研究貫穿實驗研究始終。（6）精心組織教學(xué)，推進(jìn)提高假說與驗證學(xué)習(xí)質(zhì)量的研究.（7）對照班擬采取的實驗措施。學(xué)生不但是實驗對象，更是實驗的參與者，是實驗質(zhì)量的決定者.將這一認(rèn)識落實在實驗研究中，一是不能只有教師自己改，而讓學(xué)生處于不知實驗、不知原因、不知如何做的被動的朦朧狀態(tài);二是讓學(xué)生明確了解實驗要求的是怎么樣的學(xué)習(xí)過程，以及為什么經(jīng)歷這樣一個過程;三是實驗研究中教師的行為要始終圍繞提高假設(shè)與驗證學(xué)習(xí)質(zhì)量的研究，而不能停止于動員之后.注意隨機(jī)教學(xué)中的某一環(huán)節(jié)、某一片段中出現(xiàn)的學(xué)生對該研究的靈光閃現(xiàn)或者個案，激發(fā)學(xué)生從認(rèn)識到欣賞，直至主動參與的升華.爭取多數(shù)學(xué)生經(jīng)過一學(xué)期的嘗試，初步認(rèn)識該物理方法的內(nèi)涵，有了主動嘗試的意識，注意尋找發(fā)現(xiàn)基于經(jīng)過自己頭腦獨立思考，完成猜想、假設(shè)與驗證的知識獲取過程，進(jìn)而理解物理的學(xué)科特點與學(xué)習(xí)方法，并對學(xué)生加以鼓勵與表揚(yáng)，使他們在科學(xué)學(xué)習(xí)的路上勇往直前.在對照班同樣開展實驗動員，講解本實驗研究的意義與方法，動員學(xué)生以科學(xué)的態(tài)度對待本次實驗，并保證實驗結(jié)束后會將實驗中對實驗班采用的教學(xué)方法用到對照班，使參與實驗的對照班的同學(xué)獲得同樣的教育.在此基礎(chǔ)上，控制對照班保持原有的教學(xué)方法，即與實驗班教學(xué)內(nèi)容、課時相同，但不去凸顯物理知識得出過程中的假說與驗證方法，也不要求學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的實踐.總之，通過理論學(xué)習(xí)與教學(xué)實踐研究，探索通過假說與驗證的物理方法提高教學(xué)質(zhì)量的途徑，形成較系統(tǒng)的物理教學(xué)策略及較實用的評價策略。

三、理想化假設(shè)與驗證方法

所謂的理想化假設(shè)是放大問題的本質(zhì)，忽略各種干擾因素，讓學(xué)生更加清楚明了地去理解課本中的物理知識，極大地提高了中學(xué)物理的教學(xué)效率。理想化假設(shè)是假設(shè)法中的一中具體應(yīng)用方式，細(xì)分為理想化模型和理想化實驗兩種。理想化模型是將物體進(jìn)行科學(xué)合理的抽象，簡化物理研究的過程，在我們的質(zhì)點、單擺、光線、均勻介質(zhì)、勻速直線運動、自由落體運動這些物理教學(xué)中都可以運用;而理想化實驗是通過實驗來驗證假設(shè)是否正確合理，理想化實驗最具代表性的莫過于伽利略的理想斜面實驗、驗證機(jī)械能守恒定律實驗等。在學(xué)生猜想與假設(shè)的過程中，教師對學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，應(yīng)注重正確方法的引導(dǎo)，以讓學(xué)生善于猜想。在科學(xué)探究中，有很多提出猜想與假設(shè)的方法，例如，歸納法、類比聯(lián)想法、觀察分析法、因果判斷法等。在教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)科學(xué)探究的內(nèi)容、學(xué)生的知識經(jīng)驗及認(rèn)知能力等對學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。在猜想與假設(shè)的環(huán)節(jié)中，教師還應(yīng)依據(jù)科學(xué)探究的內(nèi)容對不同年齡階段或不同性格的學(xué)生提出不同的要求，并給學(xué)生提供充足的時間，讓其充分發(fā)揮想象力，大膽地猜想與假設(shè)。教師還要善于引導(dǎo)學(xué)生說出猜想提出的理由，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生運用舊有知識經(jīng)驗對假設(shè)做出解釋的能力。

結(jié)束語

實驗探究教學(xué)不僅需要從實驗的問題、假設(shè)、實驗操作上進(jìn)行優(yōu)化，對于教學(xué)結(jié)果的評估與交流也是重要環(huán)節(jié)。因此，加強(qiáng)對實驗過程的自我評價與反思，從實驗探究的過程進(jìn)行反思，并在學(xué)生組內(nèi)評估、組間評估上來實現(xiàn)小組間的相互評價，既有助于提升學(xué)生的自我實驗探究能力，也能夠從相互合作中來改進(jìn)和完善實驗方案，增強(qiáng)實驗探究教學(xué)的整體效果。

參考文獻(xiàn)

[1]中學(xué)物理以“機(jī)械能守恒定律”為例[J].戴輝.中學(xué)物理教學(xué)參考.2020（02）.

[2]初中物理實驗技能的培養(yǎng)[J].柳太江.數(shù)理化學(xué)習(xí).2019（04）.

[3]一道題玩轉(zhuǎn)系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律[J].張國強(qiáng).中學(xué)物理教學(xué)參考.2017（6）.