摘要：本文從概念和規(guī)律教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、習(xí)題教學(xué)、研究性學(xué)習(xí)等幾方面討論了如何引導(dǎo)學(xué)生猜想與假設(shè)。

關(guān)鍵詞：猜想；假設(shè)；引導(dǎo)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2008)10(S)-0016-3

猜想與假設(shè)是指學(xué)習(xí)者根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)知識(shí)對(duì)要探究的問(wèn)題做出某種嘗試性、猜測(cè)性的解釋和說(shuō)明。根據(jù)水平差異，猜想可以分為不同的層次：隨機(jī)性猜想，即目的不十分明確，有很大的偶然性；發(fā)散性猜想，即盡可能多地想象各種可能情況；推斷性猜想，即以已有經(jīng)驗(yàn)和理論為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)一定的推理做出的判斷；創(chuàng)造性猜想，即以表象為基元，通過(guò)聯(lián)想、想象、直覺(jué)、靈感等非邏輯思維和一定的邏輯思維做出的猜想。這四類猜想相互間并不獨(dú)立，而是層次逐漸深入，經(jīng)常相互融合。

猜想與假設(shè)既有聯(lián)系又有區(qū)別。猜想是學(xué)生接觸到問(wèn)題后，在已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的感性認(rèn)識(shí)依靠直覺(jué)而做出的各種假定；假設(shè)是在猜想的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)一系列的觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、比較、歸納等方法排除掉一些不可能的猜想而得到的較為科學(xué)的結(jié)論。猜想與假設(shè)同形象思維活動(dòng)緊密相連，多采用直覺(jué)、想象等思維形式，但并不意味著不需要依據(jù)，人們頭腦中原有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)就是根據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。猜想與假設(shè)有別于步步有論證的邏輯推理，其成果是解決問(wèn)題的方案或某個(gè)結(jié)論，或一個(gè)模型等，它是解決問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在物理教學(xué)中，對(duì)于培養(yǎng)能力的細(xì)節(jié)、環(huán)節(jié)，特別是猜想與假設(shè)環(huán)節(jié)往往重視不夠；在具體教學(xué)中教師如何引導(dǎo)、如何培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力常常存在一定的困難。如果能夠從科學(xué)探究整體出發(fā)，重視各個(gè)環(huán)節(jié)的引導(dǎo)，則是提高學(xué)生探究能力的有效思路。

新一輪物理課程改革重視科學(xué)探究意識(shí)和能力的培養(yǎng)，注重學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的提高，而在科學(xué)探究的幾個(gè)要素中，“猜想與假設(shè)”是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。恩格斯說(shuō)過(guò)：“只要自然科學(xué)還在思維著，它的發(fā)展形式就是假說(shuō)”。那么在教學(xué)中怎樣培養(yǎng)學(xué)生的猜想與假設(shè)能力呢？本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐做一些探討。

1 結(jié)合概念、規(guī)律教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生猜想與假設(shè)

掌握概念、理解規(guī)律、領(lǐng)會(huì)物理學(xué)方法是物理學(xué)習(xí)的主體。其中在物理概念、規(guī)律教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生猜想與假設(shè)是主要渠道。

在“力的合成”教學(xué)中尋找合力與分力的關(guān)系，若先給出平行四邊形定則，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)出合力，驗(yàn)證對(duì)角線長(zhǎng)度、方向與合力的關(guān)系，這樣做只是驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。按此過(guò)程教學(xué)，學(xué)生沒(méi)有經(jīng)歷探究過(guò)程，缺少猜想與假設(shè)的體驗(yàn)。可以通過(guò)演示兩個(gè)力與一個(gè)力的作用效果相同（或?qū)W生自己做實(shí)驗(yàn)），讓學(xué)生經(jīng)歷猜想與假設(shè)的過(guò)程，例如先在豎直木板上采用掛鉤碼的方法，啟發(fā)學(xué)生：探究目標(biāo)是尋找合力與分力關(guān)系，如何畫(huà)出合力、分力的圖示？讓學(xué)生改變兩個(gè)分力的夾角多做幾組，提醒學(xué)生重視兩個(gè)分力成90°夾角時(shí)情況，然后讓學(xué)生猜想、假設(shè)合力與分力間的可能關(guān)系，再通過(guò)交流、討論讓學(xué)生總結(jié)出平行四邊形定則。

在“向心力”教學(xué)中，向心力究竟與哪些因素有關(guān)、是什么關(guān)系？先讓學(xué)生想象坐汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的感覺(jué)，再用手捏住細(xì)繩一端（另一端掛重物）做圓周運(yùn)動(dòng)，感受繩上拉力（向心力）大小的變化。猜想向心力與哪些因素有關(guān)系，先定性猜想，學(xué)生依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，容易猜測(cè)向心力與R、v、m有關(guān)系，且v、m越大F向越大，R越大F向越小，深入思考的學(xué)生會(huì)依據(jù)F=ma進(jìn)行猜想。為了驗(yàn)證猜想和假設(shè)，可使用力傳感器輔助測(cè)量向心力。這樣引導(dǎo)學(xué)生猜想定量關(guān)系F向=mv2/R，與教學(xué)中直接給出F向=mv2/R公式相比較，能更好地促進(jìn)學(xué)生的猜想與假設(shè)能力的提高。

在物理概念課中引導(dǎo)學(xué)生從同類事物中尋找共性，然后對(duì)定義或物理量進(jìn)行定性的猜想與假設(shè)，如比值定義電場(chǎng)強(qiáng)度、電容的教學(xué)。物理規(guī)律教學(xué)中不能只重視公式或結(jié)論，而要從引出規(guī)律的原因（背景知識(shí)），需解決的矛盾，面臨的環(huán)境等多方面引導(dǎo)學(xué)生分析、想象、猜想可能的關(guān)系，進(jìn)而去粗取精，步步接近合理的假設(shè)，再進(jìn)行理論或?qū)嶒?yàn)的驗(yàn)證與探索，也可以做一些實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生猜想和假設(shè)。新課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)物理過(guò)程與方法，主要體現(xiàn)在重視概念規(guī)律的得出過(guò)程，在學(xué)習(xí)概念、規(guī)律過(guò)程中領(lǐng)會(huì)方法，提高能力。

2 突出實(shí)驗(yàn)思路，啟發(fā)學(xué)生猜想與假設(shè)

科學(xué)探究包括提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、討論與評(píng)估交流等環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證猜想與假設(shè)，但中學(xué)物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)還有著特殊的意義，即培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識(shí)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约皩?shí)驗(yàn)技能。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中三維教學(xué)目標(biāo)的落實(shí)同樣重要，其中引導(dǎo)學(xué)生猜想和假設(shè)有很多可為之處，應(yīng)該防止實(shí)驗(yàn)與理論脫節(jié)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

在“楞次定律”教學(xué)中，教師設(shè)計(jì)了演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出定律。事實(shí)上，法拉第正是通過(guò)無(wú)數(shù)次反復(fù)實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)規(guī)律，問(wèn)題在于如何充分挖掘?qū)嶒?yàn)的教學(xué)功能。開(kāi)始實(shí)驗(yàn)之前引導(dǎo)學(xué)生猜想電流的方向與哪些因素有關(guān)，這時(shí)的聯(lián)想空間較大，依據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)（如做過(guò)的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件討論），屬于發(fā)散性猜想，學(xué)生可能主要把磁場(chǎng)、電流、切割（運(yùn)動(dòng)）速度等因素全部列舉出來(lái)。在學(xué)生進(jìn)一步明確產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的環(huán)境條件以及影響感應(yīng)電流的主要因素后，接著啟發(fā)學(xué)生尋找組成電路的方法以及測(cè)量哪些物理量（產(chǎn)生感應(yīng)電流的電流，測(cè)量引發(fā)原因——原磁場(chǎng)，結(jié)果——感應(yīng)電流）。實(shí)驗(yàn)中記錄了感應(yīng)電流的方向，原磁場(chǎng)或電流方向，原磁場(chǎng)（或電流）的變化方式，學(xué)生感到猜想感應(yīng)電流方向規(guī)律仍然有很大困難，教師適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生列表進(jìn)行比較，進(jìn)而得出“磁通量增加，感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反”、“磁通量減少，感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同”的假設(shè)，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，歸納得出楞次定律內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，無(wú)論是原理的應(yīng)用、器材的選擇、步驟的安排、還是數(shù)據(jù)分析、得出結(jié)論與討論，都可以先引導(dǎo)學(xué)生猜想與假設(shè)，只是問(wèn)題難易、復(fù)雜程度不同而已，設(shè)計(jì)得當(dāng)就能夠培養(yǎng)這方面的能力與意識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)盡量從選用器材、優(yōu)選實(shí)驗(yàn)步驟、處理數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行猜想、假設(shè)與討論，以加深對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、思想與科學(xué)探究方法的體驗(yàn)和理解。

3 活化習(xí)題功能，引導(dǎo)學(xué)生猜想與假設(shè)

中學(xué)物理中的習(xí)題教學(xué)，本質(zhì)就是設(shè)置一些問(wèn)題情境，讓學(xué)生分析和解決問(wèn)題，從而鞏固所學(xué)知識(shí)，提高解決問(wèn)題的能力。在此過(guò)程中，同樣有很多引導(dǎo)猜想與假設(shè)的契機(jī)，以下兩道例題可以說(shuō)明。

例1 在秋收的打谷場(chǎng)上，谷粒用傳送帶送到平地上，堆積起來(lái)形成圓錐體，隨著堆積的谷粒越來(lái)越多，圓錐體積越來(lái)越大，如圖1所示，則圓錐體底角變化情況是：

A.不斷增大B.保持不變

C.不斷減小D.先增大后減小

分析 這是一道實(shí)際生活中的物理問(wèn)題，學(xué)生常根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)猜想有二種可能：不斷增大或先增大后減小，尤其是后者，學(xué)生想象谷粒堆體積增大，圓錐底角隨圓錐體積變大而增大，當(dāng)?shù)酌娣e達(dá)一定大小后，圓錐底變小，這一猜想過(guò)程為隨機(jī)猜想，依據(jù)的是生活經(jīng)驗(yàn)，缺乏物理理論根據(jù)，屬于前科學(xué)想象階段。如果學(xué)生能從“在圓錐表面上谷粒靜止還是滑動(dòng)的決定因素”進(jìn)行猜想便能形成推斷型猜想。是否滑動(dòng)取決于mgsinθ與μmgcosθ大小關(guān)系：若mgsinθ≤μmgcosθ，則谷粒靜止在谷堆上，使傾角增大；在圓錐達(dá)一定傾角即mgsinθ>μmgcosθ后，谷粒下滑傾角不再增加，保持不變，這一猜想是否正確？實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)是判定的標(biāo)準(zhǔn)，教師可以讓學(xué)生回家后用稻米做實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)自己的假設(shè)是否正確。這樣，習(xí)題教學(xué)不僅引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想與假設(shè)，而且對(duì)科學(xué)探究過(guò)程進(jìn)行了微觀訓(xùn)練，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣。

例2 圖2為EAST（超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置）簡(jiǎn)化模型，垂直紙面有環(huán)形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)b區(qū)域，a區(qū)域無(wú)磁場(chǎng)，有向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的離子，其速度只要不超過(guò)某值就不能穿過(guò)環(huán)形磁場(chǎng)外邊界而逃逸，從而被約束。設(shè)離子質(zhì)量為m，電荷量為q， b的內(nèi)半徑R1，外半徑R2=(1＋2) R1， 若b區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度為B，離子從a區(qū)域中心O點(diǎn)沿半徑OM方向以某一速度射入b區(qū)，恰好不越出磁場(chǎng)外邊界。試畫(huà)出在此情況下離子在a、b區(qū)域中運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的軌跡，并求出周期。



分析 根據(jù)題意，學(xué)生容易知道離子在a區(qū)域做勻速直線運(yùn)動(dòng)，b區(qū)域做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，關(guān)鍵是一個(gè)周期內(nèi)經(jīng)過(guò)怎樣的軌跡。可以做如下猜想：在b中經(jīng)一段圓弧，然后在a中勻速直線運(yùn)動(dòng)，再進(jìn)入b區(qū)域勻速圓周運(yùn)動(dòng)一段圓弧，前后圓弧運(yùn)動(dòng)方向相反，每次形成一個(gè)“∞”形狀，循環(huán)重復(fù)多次，一個(gè)周期后回到原來(lái)的狀態(tài)。此假設(shè)的依據(jù)是粒子僅受洛侖茲力和不受力兩種情況下的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，繪制軌跡圖的困難依然很大，無(wú)法求得周期，在磁場(chǎng)中經(jīng)歷了多少個(gè)“∞”部分怎么確定？能否確定？假設(shè)還必須與問(wèn)題具體條件相結(jié)合，“恰好不越出磁場(chǎng)的外邊界”說(shuō)明軌跡圓弧與b區(qū)域的外邊界相切，作出剛開(kāi)始在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)圓弧。

如圖3，軌跡圓心為O1，軌跡半徑r，

∵r2＋R21=（R2 －r）2，

∴ r=R1，∠OO1M=45°，∠O1MO=45°，

每運(yùn)動(dòng)一個(gè)“∞”為T(mén)/2，一個(gè)周期為兩個(gè)“∞”形狀的軌跡。

求得周期T=6πmBq+8mBq。

此問(wèn)題分析中有兩點(diǎn)很重要：首先能否猜想在磁場(chǎng)區(qū)域、非磁場(chǎng)區(qū)域的一般運(yùn)動(dòng)軌跡“∞”形狀，這是解決問(wèn)題的前提，然后根據(jù)本題特殊條件定量推論出“∞”個(gè)數(shù)。

物理習(xí)題能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題能力、創(chuàng)新思維能力，習(xí)題分析中引導(dǎo)學(xué)生從物理過(guò)程、物理情景、物理狀態(tài)等方面進(jìn)行邏輯與非邏輯、發(fā)散與聚合相交替的猜想和假設(shè)，不僅有利于分析解決問(wèn)題，更能培養(yǎng)學(xué)生探究分析的能力。

4 在研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中強(qiáng)化猜想和假設(shè)

研究性學(xué)習(xí)作為獨(dú)立形態(tài)的課程已經(jīng)開(kāi)設(shè)多年，新課程賦予高中物理大量的研究性學(xué)習(xí)課題，內(nèi)容豐富多采包括物理課程中概念、規(guī)律的探究，制作性探究，理論性探究，驗(yàn)證物理學(xué)發(fā)展史的探究等。研究性學(xué)習(xí)重在體驗(yàn)和感悟物理學(xué)探究的基本方法，猜想與假設(shè)是各類型探究活動(dòng)的重要步驟。

例：粗略測(cè)量中學(xué)生百米跑的功率。

此題有幾個(gè)問(wèn)題需要學(xué)生猜想和假設(shè)：（1）測(cè)量什么；（2）怎樣測(cè)量；（3）使用什么工具測(cè)量；（4）方案可行性；（5）方案評(píng)估。

猜想A：選擇測(cè)量原理P=W/t，式中W=F#8226;S。用秒表測(cè)量時(shí)間t，F(xiàn)可以視為腳與地面最大靜摩擦力，查表找出運(yùn)動(dòng)鞋與地面（即橡膠與路面）動(dòng)摩擦因素μ， f=μmg，用滑動(dòng)摩擦力代替F，也可用力傳感器測(cè)量F。

猜想B：選擇測(cè)量原理P=F#8226;V，F(xiàn)的測(cè)量同A，而速度V為變量，可否用平均速度代替，因V=S/t，測(cè)出時(shí)間t就可以了。

運(yùn)用物理知識(shí)對(duì)A、B猜想進(jìn)行可行性評(píng)估，A猜想的方法較為準(zhǔn)確，用f=μmg代替F可行。還可以通過(guò)實(shí)際定量數(shù)據(jù)對(duì)以上猜想假設(shè)進(jìn)行比較評(píng)估。 

“日光燈”是常見(jiàn)的家用電器，它經(jīng)常發(fā)生一些小故障，學(xué)生提出了“日光燈常見(jiàn)故障及維修”研究性學(xué)習(xí)課題，列舉出兩種常見(jiàn)的故障：燈管兩端發(fā)紅而燈管卻不亮、日光燈工作時(shí)聲音較大。圍繞前一故障，學(xué)生提出了“斷路”與“短路”的猜想，通過(guò)分析排除了斷路的可能（若斷路，電路中不會(huì)有電流，燈管不會(huì)紅），那么短路可能發(fā)生在電路的哪一部分？整流器、啟動(dòng)器、燈絲、開(kāi)關(guān)、還是燈管中的氣體？猜想分析得出“啟動(dòng)器短路的故障”，那么啟動(dòng)器又怎么會(huì)短路呢？通過(guò)進(jìn)一步猜想假設(shè)、推理分析，最后用日光燈電路實(shí)驗(yàn)來(lái)分別驗(yàn)證各種猜想與假設(shè)。

圍繞“日光燈工作時(shí)聲音比較大”的故障，學(xué)生首先對(duì)聲音的來(lái)源進(jìn)行猜想，然后對(duì)形成原因作進(jìn)一步的猜想，最后對(duì)猜想與假設(shè)因素控制變量、對(duì)比實(shí)驗(yàn)。研究性學(xué)習(xí)以發(fā)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立探究能力為主要目的，猜想與假設(shè)是此類課題不可缺少的環(huán)節(jié)。

猜想與假設(shè)是探究活動(dòng)中的重要步驟，在物理教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)可以“小型化”地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想與假設(shè)，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的猜想與假設(shè)能力，可以全面提升學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，從而為培養(yǎng)更多的創(chuàng)新型人才打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［1］姜水根.關(guān)于物理文化對(duì)話［M］.北京：科學(xué)出版社，2002.

［2］中華人民共和國(guó)教育部.物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）［M］.北京：人民教育出版社，2003.

(欄目編輯趙保鋼)