在探究式教学中不可忽视分析论证的环节*①

张伟

(灌云县实验中学 江苏 连云港 222200)

在《全日制义务教育课程标准(实验稿)》[1]中，科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式;科学探究中对分析与论证有这样的基本要求：能初步描述实验数据或有关信息；能对收集的信息进行简单的比较；能进行简单的因果推理；经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程；尝试对探究结果进行描述和解释；认识分析论证在科学探究中是必不可少的.但是在实际教学中，常常会看到这样的情形：科学探究的前几个要素教师组织得有声有色，学生在教师引导下活动起来，而到了分析论证却是草草了事，在有些学生还不太明白的情况下匆匆收场.究其原因，除了前面的要素费时较多，无暇兼顾外，可能是有些教师对分析论证的重要性认识不足，对科学探究理解不深造成的.由于在课堂上进行完整的科学探究过程，时间不充足，因此在《课程标准》的实施建议中对探究活动的选择有明确要求即探究活动可以是包括所有要素的探究，也可以是只包括部分要素的探究[1].笔者认为分析论证的重要性不言而喻，在科学探究中需要加强分析论证的教学.

1 分析论证是学习物理的重要方法

学习是一种内部的过程，是来自挑战个体思维的认知冲突和反应的结果[2].也就是说学生的学习不是被动接受知识的过程，而是通过他们头脑中已有的知识去探索未知.在探索过程中会遇到种种困难，需要借助分析论证，抓住物理现象中隐含的实质，建立物理概念，再通过分析实验数据的内在联系，寻找物理规律.

例如,牛顿的色散实验.在牛顿之前，笛卡儿、马尔西等科学家都做了光的色散实验，但是并没有得出正确的结论.牛顿通过思考，对笛卡儿的棱镜实验进行了改进，将棱镜到光屏的距离扩展为6～7 m，这样就获得了展开的光谱.通过分析意识到不同颜色的光具有不同的折射能力.白光是由折射能力各不相同的色光混合而成的.为了证明自己的想法，牛顿又做了一个实验，在原有实验的基础上，在光屏中间开有一条竖直的狭缝，在光屏后面又放置一个三棱镜，转动第一个三棱镜让光谱的七色光带依次透过狭缝，经过第二个三棱镜折射后，最后投射到第二个光屏上，第二个屏幕上只呈现单一的色光.牛顿并不满足，接着又设计了第三个实验.在这次实验中，牛顿用一个很大的凸透镜代替了第二个三棱镜，结果，经过第一个棱镜色散的光谱投射到凸透镜上，七色光会聚成一束白光[3].通过分析，牛顿提出了光的色散的正确理论.

从牛顿的色散实验可以看出，不经过一系列的分析论证，是不可能得出正确结论的.在科学探究中，分析论证不仅有助于学生将实验证据、已有的科学知识和他们所提出的解释三者之间更紧密地联系起来;而且由于这样的过程是在学生自主质疑、推理和批判性思维活动中完成的，打破了对知识的盲目迷信，增强了对学习的控制.学习者在有效构建新知识的同时，将获得新的观点、新的思维方法和对深层次思维结构的重组.

2 教给学生分析论证的方法

初中学生由于刚学习物理，要他们在探究实验中分析论证，确实勉为其难.因此在科学探究活动中，教师要教给学生分析论证的主要方法，使学生学会通过分析论证得出结论.

2.1 分析实验现象的主要方法

(1)比较法

比较是确定研究对象之间差异点和共同点的思维过程和方法.通过比较可以建立物理概念、总结物理规律，利用比较可以进行鉴别.比较法是物理学研究中经常应用的基本方法[4].例如，在探究声音的产生原因实验中，比较同一物体发声与停止发声的不同;物体发声时振动，停止发声就不振动.通过比较从而得出声音是由物体振动产生的结论.

(2)归纳法

归纳是由个别到一般的抽象概括.从具体的个别事物的认识中概括出抽象的一般认识的思维方法和推论方法叫做归纳法[4].例如，在探究声音的传播实验时，通过研究声音在固体、液体、气体中能够传播，在真空中不能传播，归纳出声音传播需要介质的结论.

(3)推理法

推理法是在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律的一种研究问题的方法;但得出的某些规律却又不能用实验直接验证，又称理想实验法.例如，探究声音在真空中能否传播的实验，通过逐渐抽出真空罩中的空气，发现传出的手机铃声越来越小，在此基础上进行推理，如果真空罩中没有空气，就会听不到声音，从而得出声音在真空中不能传播的结论.

(4)演绎法

演绎法是从普遍性结论或一般性事理推导出个别性结论的论证方法.在演绎论证中，普遍性结论是依据，而个别性结论是论点.演绎推理与归纳推理相反，它反映了论据与论点之间由一般到个别的逻辑关系，是形成概念，检验和发展科学理论的重要思维方法.例如，气体压强概念的建立，在通过压力的作用效果建立起压强概念后，在研究气体压强时，运用演绎法，由于气体受到重力作用而对浸在空气中的物体有压力作用，进而产生压强，再通过实验进行验证，建立起气体压强概念.

2.2 分析实验数据的主要方法

(1)列表法

列表法是按实际需要画出表格，然后把相关的实验数据填入表格中，比较表格中数据的特点，找出相关的规律.例如，在探究电流与电压、电阻关系实验中，运用控制变量法分别得出电阻不变时电流与电压的相关数据和电压不变时电流与电阻的相关数据，通过列表法设计出符合要求的表格，如表1和表2.然后把相关数据填入，比较数据之间的关系，归纳出结论.

表1 电阻不变时电流与电压的关系

表2 电压不变时电流与电阻的关系

(2)图像法

图像法是画出直角坐标系，根据实验数据的情况，设定横坐标、纵坐标表示的物理量，并标出分度值(即每一小格表示的物理量的大小);把实验数据运用描点法描出一系列的点，然后用平滑的线连接起来，通过比较，归纳出结论.例如，探究水沸腾规律的实验，根据所得数据情况，用横坐标表示时间，纵坐标表示温度(如图1).标上标度后，把相关数据用描点法描出一系列的点，用平滑的线连接起来，很容易归纳出水沸腾的规律.

图1

(3)数学运算法

数学运算法是指对实验数据进行加、减、乘、除等运算，寻找物理量之间的关系，进而归纳出相关规律.例如，在探究杠杆平衡条件实验中，记录好实验数据后，教师强调不同类别的物理量不能相加减，然后让学生运用数学运算法处理每一组数据.学生通过计算，很快找出力与力臂的乘积是相等的.最后经过归纳，得出杠杆平衡条件的规律.

3 适时引导学生进行分析论证

在科学探究中，教师放手让学生进行分析论证，可能会出现两种“卡壳”情况：一是学生不清楚对实验现象该用什么方法分析;二是对实验数据不知用什么方法处理.因此,在教给学生分析论证的方法后，在具体的科学探究中，仍需要教师引导，帮助他们顺利地分析论证.

例如，探究二力平衡的条件的实验，实验中的小卡片其实受到三个力,重力与两个拉力.如何研究二力平衡呢？学生在分析论证时可能会“卡壳”；这时需要教师进行适时引导.由于小卡片受到的重力比拉力小很多，可以忽略不计；即通过抽象不计小卡片的重力，小卡片就受到两个力作用.再综合运用比较、归纳的方法就容易得出二力平衡的条件.

再如，探究电流与电压、电阻关系实验中，教师可引导学生运用图像法分析，因为图像法比列表法更直观些.但是在绘制电流与电阻关系图像时，会发现不容易判断它们是否成反比.怎么办呢？这时教师再引导，让学生绘制电流与电阻倒数之间的关系图像，通过电流与电阻的倒数成正比，可推理出电流与电阻成反比.

4 分析论证应注意的问题

(1)注意灵活运用分析论证的方法.在具体分析中，可以使用一种分析方法，也可以多种方法综合运用，甚至可以用多种方法分析同一实验现象或实验数据，比较哪种方法更能直观、方便地得出结论.

(2)重视克服“定向”作用的影响.由于探究教学中的情境呈现往往有如下特征：一是在呈现前有明确的问题引导，暗示情境将起的作用；二是情境的结果往往具有验证性.由此，学生在分析论证物理规律和现象之间的因果关系时，思维过程往往并不完备，甚至会削弱对直观感觉的材料的理性分析，从而导致错误.

(3)强调分析论证并不都是证实猜想，也有可能是修正或否定猜想.因为通过对实验现象或实验数据的分析论证，证实、修正或否定猜想是科学研究的一个基本环节.猜想向理论转化有以下几种情况：一是证实猜想，科学事实证明了猜想的正确性，猜想便转化为理论；或者修正猜想，即原猜想与新的科学事实不甚吻合，需要对原猜想进行修正；也可能是否定猜想，猜想与新发现的科学事实产生矛盾，因而原猜想被否定.

参考文献

1 中华人民共和国教育部制订.全日制义务教育物理课程标准(实验稿)(第一版).北京:北京师范大学出版社, 2001.9,10,33

2 Margaret E.Gredler著.张奇，等译.学习与教学——从理论到实践 .北京:中国轻工业出版社,2007

3 苏科版初中物理教材编写组.物理教师教学用书八年级上册.南京：江苏科学技术出版社,2007.98

4 崔秀梅.初中物理新课程教学法.北京：首都师范大学出版社,2004.29,31