柯亞方

摘 要：假設是科學探究的重要環(huán)節(jié)之一，是科學探究中最重要的智力活動手段。而學生的前概念有對有錯，提出的猜想必然有真有偽。教師應正確對待學生錯誤的或不合理的假設，在分析與修正的過程中提高學生建立假設的能力，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度。

關鍵詞：假設 猜想 修正

假設是人們在證據(jù)不太充分的情況下對問題做出的猜測性的解釋或判斷，是科學探究的重要環(huán)節(jié)之一。假設不是瞎猜，它不僅需要以一定的知識經(jīng)驗為基礎，還需要在科學知識的搖籃中孕育的科學直覺。在科學探究中，假設是最重要的智力活動手段，是培養(yǎng)學生形成縝密的科學思維不可忽視的環(huán)節(jié)，更是推動科學向前發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。那么，在初中科學探究中，教師該怎樣進行假設教學呢？

一、基于問題需要，引導學生建立假設

什么問題需要建立假設？并非全部問題都需要建立假設，建立假設需要如下幾個條件：

（1）問題對學生來說是新穎的，學生并不知道確切答案；

（2）問題對學生來說是有趣的，學生有興趣揭開它的謎底；

（3）學生對問題有一定的認識，問題的答案在學生看來并不太遙遠。

由此可見，對于一個在學生看來答案十分明顯的問題，是不宜讓學生假裝未知去建立假設的。但在教學中，也常常會看到教師針對一個對學生來說根本不是問題的問題，要求學生建立一個假設。

例如，在科學七年級上冊“我們居住的地球”一節(jié)的教學中，一位教師在上課時提出這樣一個問題：人類只有一個地球，地球是我們共同的家園，那么地球是什么形狀的呢？請同學們針對這一問題大膽提出猜想。

對于如今的七年級學生來說，他們早已知曉地球是一個球體，讓機靈的學生假裝像古人那樣不知地球是何形狀而故意做出一些猜測是毫無必要的。事實上，這樣一個問題提出后，大部分學生都會說地球是球形的，而某些學生提出其他的猜想也只是為了迎合教師的問題或是開玩笑罷了。教師這樣做只是為了使科學探究的環(huán)節(jié)完整，走過場式的讓學生經(jīng)歷建立假設的環(huán)節(jié)，這只能使新奇有趣的科學探究活動變得索然無味。

同樣是這節(jié)課，另一位教師是這樣引導學生對“地球形狀”建立假設的：這位教師首先給學生展示人造衛(wèi)星拍攝的地球照片，并對學生說：“當人類離開地球看地球時，看到的地球是一個美麗的星球，上面有藍色的海和白色的云。但古人沒有能力離開地球，就很難知道地球的確切形狀，但他們在發(fā)出‘不識廬山真面目，只緣身在此山中的感慨的同時，也在積極地尋找證據(jù)以查明地球究竟是什么形狀的。下面請同學們通過合作學習的方式閱讀教材、查閱課前準備好的資料，了解以下問題：對于地球的形狀，古人曾經(jīng)提出了哪些假設？這些假設又是通過什么樣的證據(jù)得以否定或肯定的？”學生積極地投入到合作探究之中，最后教師讓學生相互交流探究所得。這位教師用這種探究方式使學生嚴肅認真地想古人之所想，真切地體驗到古人科學探究的艱辛歷程，明白了假設在推動科學發(fā)展過程中的重大作用。同時也有效地培養(yǎng)了學生獲取信息、鑒別信息、處理信息、合作交流的能力。

面對同一個問題，兩種不同的提問方式產(chǎn)生了截然不同的結(jié)果?？茖W探究本身有多種模式供我們選擇，教師不能拘泥于某一固有模式，應開動腦筋，設計出能激起學生探究欲望、發(fā)展學生思維、有利于學生形成科學態(tài)度的探究方式。

此外，對于一個在學生看來答案十分遙遠、缺乏假設基礎的問題也不宜讓學生假設。學生建立假設需要具備一定的基礎，這種基礎可以是學生并不完備的知識經(jīng)驗，也可以是學生的合情推理，如遷移、類比等，還可以是學生的某種直覺。學生在面對問題建立假設時，應該盡可能為自己的假設提供理論和經(jīng)驗的支持。比如說讓初中生猜想自由落體運動的路程與時間存在什么關系、宇宙是怎么起源的等問題，由于學生不具備假設的必要基礎，即便學生進行了假設，也只能是非科學性的假設。這種假設不但對探究活動無益，而且對培養(yǎng)學生的科學態(tài)度也是非常不利的。

二、認真傾聽學生意見，善待不合理的假設

學生是根據(jù)自己已有的科學知識、生活經(jīng)驗、科學直覺對某一問題建立自己的假設的。由于受到原有的知識經(jīng)驗、認識事物的角度、自身的思維方式等因素的影響，對于同一個問題，不同的學生會有不同的“問題空間”，自然會出現(xiàn)不同的構(gòu)想，也就產(chǎn)生了不合理的假設或是錯誤的假設。

在這里列舉一些錯誤的或不合理的假設。譬如，在“重力”一節(jié)的教學過程中，教師如果問學生：重力的大小可能和哪些因素有關？一些學生可能會提出“重力的大小與物體的體積有關”的結(jié)論。在“摩擦力”一節(jié)的教學過程中，教師問學生：當一個物體在另一個物體表面上滑動時，物體受到的摩擦力可能和哪些因素有關？這時，可能有一些學生會提出“滑動摩擦力的大小可能和物體受到的重力有關”的假設，也有一些學生會提出“滑動摩擦力的大小可能與物體間的接觸面積有關”的假設。在探究壓力的作用效果和哪些因素有關時，大部分學生都會提出“壓力的作用效果可能與受壓面的材料有關”的假設。而在探究影響浮力大小的因素時，學生則會提出更多的假設：“浮力的大小可能和物體的密度有關”“浮力的大小可能與物體的體積有關”“浮力的大小可能與物體的質(zhì)量有關”“浮力的大小可能與液體的密度有關”“浮力的大小可能和排開的液體的體積有關”，等等。在“平面鏡成像”的教學過程中，教師如果問學生：平面鏡所成像的大小跟物體與平面鏡之間的距離有什么關系？有的學生就會說：物體與平面鏡之間的距離越遠，所成的像越小；物體與平面鏡之間的距離越近，所成的像越大。綜上，學生在建立假設時出現(xiàn)一些錯誤或偏差是十分正常的。

其實，即便是科學家，在科學認識活動中也常常會用錯誤的假設去解釋世界。正如波普爾所說：在向科學進軍的道路上，大多數(shù)的人和大多數(shù)的時間實際上是耗費在那些最終沒能得到實驗證據(jù)支持的假說上。但這就是真真切切的科學上的探究，沒有任何一位科學家會否定這種探究的價值。因此，對學生建立假設時出現(xiàn)的錯誤或偏差，教師應當予以充分的關注和尊重，善待這些不合理的假設，要讓學生有充分的表達機會。

三、深入分析假設，幫助學生尋找不合理的原因

學生在科學探究的過程中可能會建立錯誤的或不合理的假設，假設雖有錯誤或偏差，但在學生看來卻是合情合理的。所以，教師應當走近學生，聽聽他們提出假設的理由，從已有的前概念的角度與學生一起分析出錯的原因。對學生的假設萬萬不可不做分析、不做修正、不做檢驗就簡單粗暴地給予評價。

例如，對“物體受到的重力與物體的體積有關”的假設，學生的理由是：一桶水總比半桶水要重些?？梢妼W生在思考問題時因局限于同一種物質(zhì)，未曾考慮不同物質(zhì)如半桶沙和一桶水之間的重力關系。

又如，對“影響滑動摩擦力大小的相關因素”的假設，學生之所以認為“滑動摩擦力的大小可能和物體受到的重力有關，重力越大，滑動摩擦力越大”，原因在于他們有這樣的經(jīng)驗：在同一路面上推輕的物體比推重的物體更容易。他們未曾想到在重力不變時，減小對路面的壓力也能輕松地推動重的物體。而假設“滑動摩擦力的大小可能和物體間的接觸面積有關”的學生則覺得“物體間的接觸面積”畢竟是一個物體在另一個物體上滑動時的重要變量之一。

再如，在探究“浮力的大小和哪些因素有關”時，學生提出了“浮力的大小和物體自身的各個參量有關”的多種假設。學生解釋道：我們平時看到有的物體在水中能上浮，有的物體在水中則下沉，浮力當然和物體本身的各參量有關。

以上例子說明，正是這些原有的經(jīng)驗和知識影響著學生的認知活動，使非本質(zhì)因素干擾著本質(zhì)因素，建立了錯誤的或不合理的假設。

學生在科學探究的過程中建立錯誤的或不合理的假設的原因是多樣的。學生看到汽車從水泥路面上開到泥地上路面的凹陷程度不同，就會提出“壓力的作用效果可能與受壓面的材料有關”的假設，顯然學生未曾辨析“壓力的作用效果”與“材料的抗壓性能”是兩個不同的概念。浮力的大小的確與“排開的液體的各個參量”有關，但在提出“浮力的大小可能和排開的液體的重力有關”的假設的同時還提出可能與“液體的密度”“排開的液體的體積”有關的假設也是不恰當?shù)?。雖然這些變量之間存在內(nèi)在的包含關系，但單獨的某一項不能作為判斷浮力大小的依據(jù)，這也是學生在建立假設時最經(jīng)常出現(xiàn)的情況。至于“物體與平面鏡之間的距離越遠，所成的像越小”的錯誤假設，學生則做出這樣的解釋：當我在更衣鏡前時，我離鏡的距離越遠，看到鏡中我的像越小。錯誤的原因是學生把像的實際大小和看到的像的大小混為一談了。

四、耐心引導學生，修正不合理的假設

波普爾提出：對于同一個問題，不同的學生會有不同的“問題空間”；而對于不同的問題，同一個學生的“問題空間”也會有所不同。每位學生的學習經(jīng)歷和生活經(jīng)驗都不盡相同，大腦中自然也就形成了不同的前概念，學生的前概念有的是正確的，也有的是錯誤的，再加上每個人思考問題時都具有以自我為中心的傾向，這就使得前概念通常具有排他性和不易改變的頑固性。學生提出的錯誤的或不合理的假設正是學生錯誤的前概念的反映。師者，所以傳道授業(yè)解惑也。對于學生的錯誤假設，教師不能回避，也不能直接用自己的正確觀點去覆蓋。不知其惑，不思其惑，又怎能解其惑？所以，學生的錯誤假設同樣是寶貴的教學資源，應當充分利用。教師應采取有效對策，對癥下藥，尤其要采用反面列舉和實驗驗證等方法，與學生一起動搖并推翻錯誤假設，使學生的頭腦里建構(gòu)起正確的認識，從而更好地進行后續(xù)學習。

例如，修正“物體受到的重力與物體的體積有關”的假設時，教師可以問學生：體積相同的物體重力一定相同嗎？體積不同的物體重力一定不同嗎？這兩個問題會引發(fā)學生的思考：體積相同的木塊和鐵塊重力肯定不同，體積不同的木塊和鐵塊重力可能相同。然后分別用彈簧秤測量體積相同但質(zhì)量不同的木塊和鐵塊的重力，體積不同但質(zhì)量相同的木塊和鐵塊的重力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)前者重力不同，后者重力相同。由此可得出物體受到的重力與質(zhì)量有關、與體積無關的結(jié)論。

又如，修正“滑動摩擦力的大小可能和物體受到的重力有關”的錯誤假設時，因為摩擦力是科學七年級下冊的內(nèi)容，而壓力是科學八年級上冊的內(nèi)容，所以在此可利用簡單的小實驗讓學生在體驗中修正錯誤，不必過多地進行理論分析。教師可讓學生把手放在桌面上滑動，一次輕壓桌面滑動，另一次重壓桌面滑動，感受兩次摩擦力的大小有什么不同。由此認識到摩擦力的大小不是和重力有關，而是和物體間的壓力有關。在此基礎上再去修正“滑動摩擦力的大小跟物體的接觸面積有關”的錯誤假設，可讓學生自主設計實驗驗證。教師可以演示分別將同一木塊平放、側(cè)放、豎放在桌面上，并用彈簧秤水平拉動木塊做勻速直線運動，發(fā)現(xiàn)彈簧秤讀數(shù)相同，根據(jù)二力平衡可知三次運動滑動摩擦力相同，可見滑動摩擦力的大小跟物體的接觸面積無關。

再如，對于“壓力的作用效果可能與受壓面的材料有關”這一錯誤假設，可將一小鐵塊以相同的方式放在一塊木板上和一塊海綿上，體會受壓面的凹陷程度是壓力作用效果的表現(xiàn)，受壓面的材料不是影響因素，所以在比較壓力的作用效果時應觀察同一種材料的凹陷程度。

對于學生提出的“浮力的大小可能與物體的密度有關”“浮力的大小可能與物體的體積有關”“浮力的大小可能與物體的質(zhì)量有關”等假設，可重新演示“浮力”一節(jié)第一課時的一個實驗，即科學八年級上冊的一個實驗：分別在水中和空氣中用彈簧秤稱量物體。當物體逐漸浸入水中，學生觀察到彈簧秤示數(shù)逐漸變小的時候提問學生：這個時候浮力發(fā)生了什么變化？學生答：增大。教師再問：物體本身的密度、體積、質(zhì)量變了嗎？學生在思索的過程中推翻了原有的錯誤假設，同時也直觀地感知到浮力的大小與排開水的多少有關。而根據(jù)G=mg、m=ρV，可知變量“排開的液體的重力”包含變量“排開的液體的質(zhì)量”，也包含變量“排開的液體的密度”和“排開的液體的體積”，若驗證了浮力的大小與“排開的液體的重力”有關，也即說明了浮力和其他變量也存在關系。所以確定“浮力的大小與排開的液體的重力有關”這一猜想，并且設計出可行的實驗方案來驗證它。

科學問題一經(jīng)提出，學生對問題的可能答案建立假設時，往往面對很多的因素，如果能排除非本質(zhì)因素的干擾，準確地抓住本質(zhì)因素，則會使探究的過程更有效。有效培養(yǎng)這種能力的土壤就是：建立假設時在教師引導下師生之間、學生之間相互傾聽與修正。這一能力對后續(xù)的學習會產(chǎn)生積極的深遠的影響，比如說探究感應電流與哪些因素有關、磁場力與哪些因素有關等。對于平面鏡中所成像的實際大小與人眼看到的像的大小的關系，教師可以問學生：你在近處看一個人大還是在遠處看他大？學生答：在近處大。教師再問學生：他在遠處看起來小了，是因為他變小了嗎？學生答：沒有。然后作圖說明，一個物體看起來的大小是由視角決定的，同一個物體，人眼在遠處看他時由于視角較小，就顯得較小。

恩格斯曾說：只要自然科學在思維著，它的發(fā)展形式就是假說。一個新的事實被觀察到了，它使得過去用來說明和它同類的事實的方式不中用了。從這一瞬間起，就需要新的說明方式了——它最初僅僅以有限數(shù)量的事實和觀察為基礎，進一步的觀察材料會使這些假說純化，取消一些，修正一些，直到最后純粹地構(gòu)成定律。如果要等待構(gòu)成定律的材料自己純粹化起來，在此以前把運用思維的研究停下來，那么定律也就永遠不會出現(xiàn)了。假設是打開認識新事物大門的一把鑰匙，提高學生建立假設的能力，教師的責任很重，有待探索的問題也很多。有一點很重要，就是教師要善待之，善修之，才能取得事半功倍的效果。

參考文獻

[1]鄭青岳.科學探究中怎樣對待學生的錯誤假設[J].中學物理教學參考，2009（9）.

[2]鄭青岳.建立假設教學中的錯誤傾向[J].中學物理教學參考，2009（10）.