科学探究的猜想与假设

王伟民+杨培军

初中物理学生分组实验多是探究性实验，即在未知实验结论的前提下，经过科学的探究过程，“寻找”出物理变化规律的正确结果。科学探究的一般步骤是“提出问题——猜想假设——设计实验——进行实验——评估交流——得出结论”，这六个步骤可以说是环环相扣的。而对某一物理问题来说，不论是平时的教学活动，还是作为知识检测的考试（含实验操作考试），“问题”的“提出”大多由授课老师或试题命制者来操作。所以，对余下的学生活动而言，本来“位居第二”的“猜想与假设”就成了科学探究中非常重要的“第一步”。

人们常说：“只有想不到的，没有做不到的。”尽管这句话的正确性很令人怀疑，但该语句却道出了一个不争的事实——猜想非常重要！诚然，科学探究中，在动手设计实验之前，如果学生连正确的结果都没有“猜”出，那么，接下来一系列的探究活动都将是在做“无用功”。所以，不论是教辅资料，还是教学活动中的课任老师，都在鼓励学生，科学探究时应“大胆猜想”。

笔者以为，科学探究中，确须鼓励学生“大胆猜想”，但这种“大胆”应该是放开思维的“大胆”、科学合理的“大胆”，绝非无的放矢的乱猜。为猜想而猜想，或者因怕“漏猜”正确结果，而采取“撒大网”的办法，将所有可能的情况逐一列举出来，不但会给后续的探究活动带来很大的麻烦，而且还会浇灭学生创新思维的火花，使“猜想与假设”成了科学探究活动中的“摆设”与“过场”。

今年四月份，笔者有幸参加了县统一组织的全县初中毕业生中考物理实验测试监考工作。为使实验考试的赋分公平合理，宽严一致，在考前的监考教师培训会上，除强调一些注意事项外，重点观看了由县教委统一录制的实验操作过程录像（物理、化学各四个实验，学生经抽签选择做其中的一个），并要求各监考教师以录像的实验操作程序作为这次学生实验的“标准规范”而进行赋分。笔者发现，其中“凸透镜成像规律”的探究性实验，实验员在演示物距小于焦距凸透镜成像的性质时，将点燃的蜡烛放在凸透镜的一倍焦距之内，光屏在透镜另一侧的光具座上左右移動，发现屏上得不到像，又将光屏移到与烛焰同侧的位置，在透镜与蜡烛之外的光具座上左右移动，在仍看不到实像之后，才将光屏撤掉，从蜡烛的另一侧通过凸透镜观察烛焰的虚像。

将光屏与蜡烛放在透镜同侧，并左右移动光屏的操作，说明实验设计者在“猜想与假设”这一步，就已经有了这种错误的“猜想”，我们不是说不允许出现猜想错误，实际上，该情况在设计实验之前，经过简单分析即可被否定。凸透镜之所以能够成像，是因为它对光有折射作用，而折射光线与入射光线分别在透镜两侧，因此，烛焰经凸透镜所得到的可以在光屏上呈现的像——实像的位置，必定在透镜与烛焰异侧的地方，根本不可能与烛焰在凸透镜的同侧。应该说，这种结果，不单是教师能够预猜到，即便是学生，也可以很“轻松”地想出来，因为在探究凸透镜成像性质之前，学生已对透镜的光学性质（即透镜对光线的折射规律）及凸透镜的成像原理有了一定程度的了解。像这样实验之前就已经能预猜到一种现象不可能发生，却还要煞有介事地“探究”一番的做法，不但使科学探究的科学性大打折扣，而且会给人一种画蛇添足的感觉。

应该说，上面所提的尽量扩大猜想情况覆盖面的做法并非个案，在当今的中学生物理各探究活动中，该做法似乎已成了一种“潮流”，猜想情况越多显得越“周全”，猜想情况若只有一两种反倒成了“另类”。笔者以为，这种现象的出现与教科书在“无意”中的推波助澜不无关系。

《义务教育课程标准实验教科书·物理九年级》（人教社2006年版），在杠杆平衡条件的探究实验中，为了寻找杠杆的平衡条件，在引导学生分析表格中的实验数据时，提示学生“根据表中的数据进行分析，例如可以对它们进行加、减、乘、除等运算，找出它们之间的关系”[1]。

该探究实验，得出三组动力、动力臂、阻力、阻力臂数据之后，接下来的主要任务是引导学生分析实验数据，探究力与力臂满足什么关系时杠杆方能平衡，从而由此特例归纳总结出一般情况下杠杆的平衡条件。尝试着将力与力臂“进行加、减、乘、除等运算”看似非常“周全”，实则有些欠妥，因为某些“运算”经简单分析便可被否定，这样的“猜想”显然是多余的。生活经验及实验数据都表明，对杠杆而言，当阻力及阻力臂一定时，动力随着动力臂的增大而减小，所以，对动力与动力臂的关系而言，上面的四种运算中，“减”与“除”首先即可被否定（因为对减法运算来说，作为正数的被减数与减数，它们中一个增大，而另一个减小时，其差不可能保持不变，除法运算同样如此）。加法和减法运算用反证法亦可被轻易否定，假设有一组数据刚好满足“动力+动力臂=阻力+阻力臂”比如“20N+30cm=30N+20cm”（这仅仅是对“数”进行“加法”运算，未考虑单位。实际上，单位不同的物理量是没法进行加减运算的。单从这一点，就可将“加法”运算给否定），对于力和力臂这两个物理量，当它们中的某一个进行单位换算时，相应的数据大小便会随之发生变化，该等式便不再成立。比如，将力臂单位“cm”改为“m”时，等式“20N+0.3m=30N+0.2m”便不再成立（指的是抛开单位后的数据之和不相等）。

从某种意义上来说，科学探究实验犹如摸着石头过河，脚必须“试探”着往前迈。但是，如果河水很清澈，眼睛已经“看到”障碍物，却还要“试探”一番才将脚迈过去，那只能是一种为猜想而猜想的“应付”之举，势必会给人一种虚假感觉。

科学探究，“猜想与假设”这一步很重要，但这并不是说猜想情况应多多益善，更不等于说猜想可以胡猜乱想。对于经简单分析便可被否定的猜想，我们在第一步就应该将其淘汰，大可不必再费尽周折地去“探究”一番。

参考文献

[1]课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.义务教育课程标准试验教科书·物理（九年级）[M].北京：人民教育出版社，2006.

【责任编辑 郑雪凌】endprint