为什么会有“第零猜想”——转化法给实验猜想带来的困扰

童 晋

(南京外国语学校河西初级中学，江苏 南京 210019)



为什么会有“第零猜想”
——转化法给实验猜想带来的困扰

童 晋

(南京外国语学校河西初级中学，江苏 南京 210019)

“第零猜想”不仅仅存在于初中“压强”一节关于压强概念的建立上，在很多探究实验中都能见到它的影子，如果依靠教材的改动来避免“第零猜想”也只是治标不治本.本文从多个容易引发“第零猜想”的探究实验出发，分析其共同的特点，找出其本质原因，并尝试有效消除“第零猜想”.

转化法；第零猜想；探究教学

1 问题的提出

在2015年苏科版物理八年级下册第十章第一节“压强”中，对“体验与猜想”中的问题作了一个改动，由原文的“通过对上述现象的观察，你认为压力的作用效果可能与哪些因素有关”，改成了“通过对上述现象的观察，你认为对于相同材料的受力面，压力的作用效果可能与哪些因素有关”，加了短短的十个字，意义却不容小觑.

一直以来，“压力的作用效果与受力物体的材料是否有关”的问题已经讨论了很多，其中朱建廉老师称之为不同于正确的两个猜想之外的“第零猜想”，并分析了其中的合理性和科学性，最后建议在理解“压力的作用效果”的定义时从“施力物体陷入受力物体的深度”改为“施力物体陷入相同材质受力物体的深度”，笔者认为教材的改动正是采纳了这一建议.

可是细细想来，学生真的能理解为什么要控制受压面的材料相同吗？这个改动真的能让学生消除所有实验猜想中的“第零猜想”吗？这让笔者想到在研究动能大小与什么因素有关的探究实验中，有“好事”的学生提出小木块的大小也会影响它被小车撞击后移动的距离，那小木块的大小是不是影响小车动能大小的因素？我们当然也可以用“第零猜想”的合理性、公平性和科学性来对以上问题加以分析，最后也不难得出木块的大小不是影响动能大小的因素的结论，而且分析起来可能要比压力作用效果的问题更加容易.要避免此类“第零猜想”，如果改动教材的方法可靠，是不是也要规定必须撞击相同大小的木块来消除这次的“第零猜想”？这就意味着，这样的改动必须在教材中出现很多次才行.于是，这不免让人怀疑，改动教材会不会只是一个治标不治本的方法？

2 转化法带来的困扰

如果我们细想一下会发现“第零猜想”的探究实验有一个共同点，就是实验都运用了转化法.比如通过观察物体的形变程度(沙子或海绵的下陷程度)来比较压力的作用效果，比如通过小木块的移动距离来判断小车的动能大小.转化法是对于不易直接进行研究或现象不易观察的物理问题，转而通过研究其表现出来的现象或者作用效果进行间接研究的方法.换言之，想要研究A物理量，但是因为A物理量不易直接测量，我们转而研究与A物理量有因果关系而且便于直接测量的B物理量.

“第零猜想”恰恰是在这转化的过程中应运而生.虽然A物理量与B物理量是两个性质不同但有因果关系的物理量，比如压强和形变程度，前者是因，后者是果.不过后者的结果不只有前者一个原因，如影响形变程度的还有材料本身的软硬等因素，影响小木块移动距离的还有小木块质量或接触面粗糙程度等因素.正是影响B物理量的其他原因，导致了“第零猜想”的产生.

诸如此类的实验不胜枚举：在“研究重力势能与哪些因素有关”的实验中，将重力势能的大小转化成“桩”被打进沙子的深度，其中沙子的种类或疏松程度并不是影响重力势能大小的因素,可是它却影响实验现象(“桩”被打进沙子的深度)；在“研究电热与哪些因素有关”的实验中，将电热的多少转换成液柱上升的高度，显然液体的种类并不是影响电热的因素，而不同的液体因为受热膨胀的程度不同却直接影响到液柱上升的高度……

这些“第零猜想”不一定每次都会被提出来，但它们就像一个个不定时炸弹，随时会被引爆，在课堂上引发一场场尴尬.

3 问题的处理

其实在“压强”教学中去避免“第零猜想”的问题并不是最合适的机会，学生第一次接触探究多因素问题的转化法是苏科版第一章的综合实践活动——“比较材料的隔声性能”，要在以后探究多因素的实验中避免这个问题，就必须在这一节课使学生理解转化法的使用方法和注意点.下面分享笔者的教学尝试.

师：不同的材料阻隔声音的本领不同，今天我们就来比较各种材料的隔声性能.首先我们来仔细聆听这个机械闹钟指针走动时“咔嚓咔嚓”的声音，注意它的响度和音调.再把闹钟放进鞋盒，并盖上盒盖，请问听到的声音有什么变化？

生：声音的音调没有变化，响度变小了.

师：说明隔声主要使声音的哪个特点发生改变？

生：隔声主要减小声音的响度.

师：好，老师收集到了一些隔声的材料，比如衣服、报纸、锡箔纸、塑料袋、泡沫塑料等等.请同学们设计一个合理的、能比较它们隔声性能的方法，并说说理由.

生：因为隔声性能越好就是在相同的距离内声源的响度减小得越多.因此，将不同的材料包裹机械闹钟，用精密的仪器在同一位置测得声源包裹前后的两次响度，响度差越大说明该材料的隔声性能越好.

师：非常好！那在实验中需要注意控制哪些条件？为什么？

生：应当控制包裹材料的厚度要相同，因为包裹材料的厚度是影响隔声效果的因素之一.

师：很好，但是这样一个精密的测量响度的仪器我们现在很难获得.请大家开动脑筋，还有什么更加简单易行的方法呢？

生：人从声源处向后退，用听不到声音时人与声源的距离来比较，距离越短材料的隔声性能越好.

师：非常好！那在实验中需要注意控制哪些条件？

生：应该控制包裹材料的厚度相同，以及控制是相同的人耳.

师：为什么要控制相同的人耳呢？人耳也是影响材料的隔声效果的因素吗？

生：人耳当然不是影响隔声效果的因素，但是不控制相同的话，不同的人听到的声音大小不一样啊，有可能我听不到，他还能听到……

师：大家解释得非常好！其实“用听不到声音时人与声源的距离进行比较”是一种转化法，把比较隔声效果转化成比较听不到声音的距离.因为这两个物理量之间存在因果关系，材料的隔声效果决定了听不到声音的距离，所以可以通过测量后者来描述前者.但是在转化过程中，往往两个物理量的性质是不同的，后者会有一些其他的因素影响实验现象.这里将比较响度转化成比较距离，但即使材料的隔声性能相同，也会因为不同的人耳对声音敏感不同，测量出听不到声音的距离也会不同.

再举一个简单的例子做比喻：假如要对两个班级最近的学习状态进行对比，通常使用的方法是测验，这里也是一种转化法，是将学习状态转化成试卷分数.而现在老师用两份不同的试卷来考两个班级，结果甲班平均分是60分，乙班平均分是90分.你们说，甲班一定比乙班差吗？

生：试卷不一样，不能下这个结论，应该要保证标准一致才公平！

师：非常好，我们应该保证标准一致！所以，与之相类似的，我们以后在使用转化法的时候，就应当注意这样一个结论：使用转化法，用来呈现实验现象(即经转化过的物理量)的实验对象必须是相同的.

4 结束语

当学生们能够理解转化法中经转化的物理量所对应的实验对象不能变的结论后，脑中就有了关于转化法使用的先行组织者，当遇到新的转化法任务时，也就很容易与认知结构中原有的关于转化法的使用方法相关联，从而进行有意义学习.

因此在“压强”课上，只要分析得知用施力物体陷入受力物体的深度来表现压力的作用效果是一种转化法后，学生自然明白用来呈现现象的实验对象——被压物体必须是相同的，从而避免了“第零猜想”.

当然，如果已经错过了在“比较材料的隔声性能”时讨论转化法的机会，在之后提出也不为时已晚，即使在“压强”教学中再做讨论也无大碍，方法与上述教学尝试稍作修改即可.

[1] 朱建廉.“第零猜想”引发的“尴尬”——基于“压强”概念探究教学活动中的“猜想”环节研究[J].物理之友,2014,30(3).

[2] 叶耀.压力的作用效果与物体的材料有关吗？[J].物理教师:初中版,2011,(6).