提升初中生科学猜想和假设能力的教学策略

(1.江苏省南京市一中明发滨江分校，江苏 南京 210000；2.苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006)

在义务教育物理课程标准中，科学探究处于非常重要的地位，很多教师在教学中往往只关注问题的提出、实验的操作、数据的处理等要素，对于猜想与假设的提出则不太重视。在该环节中，学生往往是照着书本念一遍书上的猜想和假设，或者老师直接给出一些猜想和假设。造成这种现象的主要原因有：一是课堂教学时间有限，老师们会压缩掉自认为最不重要的要素；二是很多老师都觉得科学假设能力是不可教的，在这个环节上不值得花时间。

猜想与假设主要是指人们根据已有的科学知识，运用科学方法对发现的科学现象作出假定性阐述与说明。猜想与假设为后续的科学探究指明了方向，其重要性不言而喻。但是，学生的科学假设能力较为薄弱，在课堂上经常出现学生提出了猜想和假设，却说不出这么猜想的理由或者理由不充分，造成猜想和假设的可接受性和可信度较低。

以苏科版初中物理教材为例，猜想与假设可分为三类：物理规律类、数学表达类、影响因素类。猜想与假设往往为后续的设计实验指明了方向，尤其是影响因素类的猜想。所以在教学中应强化猜想与假设的地位，同时为了提升学生学习物理的能力，不能放松对学生假设能力的培养。

1 初中生科学假设能力概述

皮亚杰提出：儿童在形式运算阶段(11岁以上)已具有一定的对科学现象的假设和检验能力，初中生接触到物理时年龄在14～16岁之间，因此提出科学假设是没有问题的。皮尔斯指出：溯因推理是一个行程解释性假设的过程，它是唯一能够引入新观念的逻辑操作。溯因推理的模式可以根据皮尔斯的模式进行适当演变。

已知：M有P′、P″、P‴等特性。

发现：S也有P′、P″、P‴的特性。

作出假设：S很可能就是M的假设。

根据这一模式，教师在课堂上最主要的作用是想办法作铺垫，让学生找到P′、P″、P‴等特性，而学生则需要根据已有知识，快速定位到相关知识，提出假设。

2 提升初中生科学假设能力的教学策略

2.1 过程重构，问题引导

假设的提出与问题的解决之间存在一定的联系，教师应该设计出合乎逻辑的认识过程，让学生提出假设的过程更加合理。

以“力与运动的关系”的教学为例，引入“阻力对物体运动的影响”是探究活动的难点，教材中没有给出明确的逻辑主线，让学生猜想到“阻力对物体运动有影响”，并设计实验进行验证，这是本节课的重难点。在教学中，可运用物理学史上亚里士多德与伽利略的观点碰撞来重构教学过程，逐步引导学生进行合理猜想。教师提出问题：结合日常生活经验，你觉得力与运动有什么关系？引导学生结合生活经验进行猜想，在此过程中教师要注意询问学生猜想的依据。学生的猜想会集中在：有力就会运动、运动的物体停下来是因为受到了阻力的作用。教师接着提问学生：大家觉得物体的运动需要力来维持吗？陈述亚里士多德与伽利略的观点，并提问：哪位科学家的观点正确呢？如何利用实验验证他的观点？此时学生就会发现任务变成了设计实验，验证物体的运动是否需要力来维持，学生很容易想到：只要物体不受力时也可以运动，就能证明伽利略的观点是对的，但物体在地球上运动不可能不受阻力的作用，这时就需要把阻力逐渐减少，最后通过实验现象推理出物体不受力时的运动情况。这一案例表明：通过重构探究过程中呈现的逻辑关系，利用问题串步步为营，引导学生提出合理的猜想，从而根据问题和猜想，设计出相应的实验进行验证。

在教学中猜想可以通过引导学生分析、提出问题，进而提出合理的假设。一个有效问题的发现，距离学生合理假设也就近了一大步。在教学中教师可以从结果出发重构过程，创设逻辑合理的情景或者问题，启发、引导学生发现问题，并为探究这一问题提出有效假设。

以“探究流速对流体压强的影响”的教学为例，在苏科版物理教材中是先做实验，让学生对观察到的实验现象进行归纳，再得出结论，学生往往是被动接受，参与度不高。为解决这个问题，可以对这个过程进行重构：(1)提出问题：两张纸自然下垂，在两张纸中间向下吹气时，你觉得会观察到什么现象？为什么？学生回答：向两侧飘去，因为你朝中间吹气了，肯定会向两侧飘。(2)实验导引：将学生猜想的现象用实验来验证，实验现象与学生的猜想相矛盾，引发了学生的认知冲突，激发了学生探究的欲望；(3)教师提问：这是什么原因导致的呢？你能说说你的猜想吗？教师通过重构探究过程，让学生先猜想，利用实验现象与猜想的冲突来激发学生探究的兴趣，再让学生思考造成这一现象的原因，整堂课学生的参与度显著提高。通过过程重构、问题引导，可以帮助学生提出合理的假设，进行科学猜想，进而解决问题。

2.2 创设情境，启发引导

生活是最好的老师。在课堂上教师要根据学生熟知的生活现象创设形象的、真实的情境，引领学生进行科学探究。对于一些猜想与假设，学生难以在短时间内想到，与其生硬地直接给出，不如根据学生熟悉的生活事例创设情境，诱发学生猜想，往往会产生意想不到的效果。

以“杠杆的平衡条件”的教学为例，学生较容易想到杠杆的平衡与动力和阻力有关，而不容易想到杠杆的平衡还与动力臂和阻力臂有关。学生直接猜想与力臂有关，是因为刚刚学过杠杆平衡的五要素，教师若追问学生提出猜想的理由时，他们往往语焉不详，所以该猜想的可接受度较低。

那么，在课堂上如何帮助学生猜想到力臂这一要素呢？教师可以创设情境，搭建“脚手架”：我们班最重的甲同学和最轻的乙同学现在要玩跷跷板，两位同学坐上去后会发现：甲同学端降下去后，无法升上来。同学们能不能想想办法，让跷跷板跷动起来，使他们能够顺利地玩跷跷板。生活经验告诉学生：让甲同学往前移，或让乙同学往后移，他们就可以玩起来了。

这时，教师可追问学生：跷跷板其实就是生活中常见的杠杆，在这个过程中，我们通过改变了什么条件使得杠杆重新平衡了呢？学生很快就会想到力臂了，这样学生猜想杠杆的平衡条件可能跟力臂有关，就显得有说服力了。

再以“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的教学为例，学生根据生活经验很容易想到：越重的东西越难推动，所以滑动摩擦力与压力有关；每周换座位拖桌子时，在瓷砖上比在讲台的木地板上省力，所以滑动摩擦力与接触面的粗糙程度有关。

在课堂上模拟生活情境，让学生沉浸在真实情境中，进而引导学生有理有据地进行猜想，这种方式能够使猜想的质量得以提高。

2.3 实验铺垫，积累经验

对于一些比较抽象的知识，学生往往缺乏相应的生活经验，让他们提出合理的假设往往比较困难。这时，一些教师在课堂上会采用自己给出的方式，灌输便成了教学选择，强行让学生接受。我们可以利用定性实验，用实验现象引发学生思考，引导学生提出猜想，进而完成教学任务。

以“探究影响压力作用效果的因素”的教学为例，在教学中如何引导学生猜想到压力的作用效果与受力面积有关？可以让学生用两只手指用力按压铅笔的两端，学生感觉铅笔尖处一端的手指更疼，学生容易猜想到：压力的作用效果与受力面积有关。

再“以探究影响浮力大小的因素”为例，学生难以猜想到“浮力与浸在液体中的体积有关”，可利用两个小实验突破难点。

(1)把带有刻度的圆柱体缓慢放入装满水的烧杯中，用与圆柱体体积相同的容器接住溢出的水，发现溢出的水与圆柱体浸入水中的体积相同。

(2)把带有刻度的圆柱体挂在弹簧测力计下，缓慢浸入水中，发现弹簧测力计读数先变小、后不变，从而引导学生发现：浮力与浸入液体中的物体的体积有关，一旦物体完全浸没在液体中，此后浮力大小不变。

这两个小实验为学生提供了猜想的经验材料，让学生更容易进行猜想与假设。

2.4 知识结构化，提供猜想依据

猜想和假设的提出基于一定的知识储备，学生根据有效的信息快速地定位到相关知识是关键，把知识模块化、结构化尤为重要。模块化的知识便于学生快速检索、调用，为了提高学生的科学假设能力，一定要关注知识结构化。

以“物体的内能与哪些因素有关”的教学为例，分子动理论在初中物理中的应用比较广泛，但由于中考考查的相关问题比较简单，所以在课堂教学中没有受到重视，分子动理论的知识结构化程度较高，掌握这一知识可为后续的猜想提供知识基础和依据。教师提问：物体的内能与哪些因素有关？部分学生能较快地给出回答：物体的质量，他们给出的猜想理由是：物体的质量是所含物质的多少，而物体内能是所有分子动能和分子势能的总和，物体的质量越大，物体所含物质越多，分子数越多，所以物体内能越大。学生还会提出猜想：物体的温度，其理由是：物体的温度越高，分子运动越剧烈，所以分子动能越大，那么分子动能总和也越大，所以物体内能越大。

通过这个案例可以看出，学生一旦掌握了结构化的分子动理论，知识调动就会较为迅速和准确，提升了猜想的可信度和科学性。在物理教学中，教师应关注学生物理知识的碎片化问题，帮助学生建构完善的物理知识结构。

3 结语

溯因理论和皮亚杰的认知发展理论启示我们：学生的科学假设能力可通过教学加以培养，在探究教学中教师需要运用多种策略，切实培养学生的猜想和假设能力。