楊連武

(濟(jì)寧學(xué)院物理與信息工程系 山東曲阜 273155)

分析與論證是科學(xué)探究要素中的一個(gè)重要要素,也是貫穿科學(xué)探究整個(gè)過(guò)程中的一個(gè)必要因素.培養(yǎng)學(xué)生的分析與論證能力,不僅強(qiáng)調(diào)分析與論證要素中對(duì)學(xué)生分析與論證能力的作用,還要把學(xué)生分析與論證能力的培養(yǎng)貫穿到科學(xué)探究整個(gè)過(guò)程中.

1 分析與論證解讀

分析與論證是一個(gè)因素的兩個(gè)方面,一個(gè)過(guò)程的兩個(gè)階段.分析就是對(duì)現(xiàn)有的資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、整理,通過(guò)比較、分析、歸納、概括等思維方式,尋找在這些現(xiàn)象背后的規(guī)律和實(shí)質(zhì).論證就是把現(xiàn)有的資料、數(shù)據(jù)和猜想與假設(shè)聯(lián)系起來(lái),看這些事實(shí)與猜想與假設(shè)之間究竟有沒(méi)有關(guān)系,有什么樣的關(guān)系,能否通過(guò)這些資料和數(shù)據(jù)證明或者證偽猜想與假設(shè).分析是論證的基礎(chǔ),通過(guò)分析整理數(shù)據(jù)、理清思路,尋求最可能的結(jié)論.論證是分析的必然結(jié)果,分析的目的和性質(zhì)必然為論證服務(wù),以取得數(shù)據(jù)和事實(shí)的支持,證明或者證偽假設(shè).

從分析與論證的性質(zhì)上可以把分析與論證分為定性分析和定量分析.定性分析就是在分析問(wèn)題時(shí),盡量將問(wèn)題簡(jiǎn)化,拋開(kāi)那些無(wú)關(guān)緊要的非本質(zhì)的東西,不用計(jì)算就得出所研究問(wèn)題的各種量之間的粗略關(guān)系,顯示該現(xiàn)象的物理景象.定量分析就是考慮各種數(shù)據(jù)和事實(shí),利用數(shù)學(xué)的方法,得到所研究問(wèn)題的各量之間的關(guān)系,形成一個(gè)明確的公式.從分析和論證的手段上可以把分析與論證分為理論分析和實(shí)驗(yàn)分析.理論分析就是在現(xiàn)有事實(shí)基礎(chǔ)上,利用已有的理論或者規(guī)律,通過(guò)邏輯推理得出所研究問(wèn)題各量之間的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)分析就是利用做實(shí)驗(yàn)的方法收集資料和數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)和資料的分析、判斷,得出所研究問(wèn)題各量之間的關(guān)系.在實(shí)際應(yīng)用中我們常常把定性分析和定量分析,理論分析和實(shí)驗(yàn)分析結(jié)合起來(lái).

2 科學(xué)探究過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的分析與論證能力

在科學(xué)探究的思維活動(dòng)中,除了經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)的提取和回憶,以及一些直覺(jué)和靈感外,主要的就是不斷的分析與論證等邏輯思維,因此我們要抓住科學(xué)探究各環(huán)節(jié)的分析與論證過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生的分析與論證能力.

2.1 分析與論證問(wèn)題的價(jià)值性,形成分析與論證的意識(shí)

提出問(wèn)題是科學(xué)探究的第一個(gè)環(huán)節(jié).在科學(xué)探究中,教師千方百計(jì)的創(chuàng)設(shè)各種各樣的情景,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題;但是學(xué)生往往提出一些沒(méi)有價(jià)值或者與主題無(wú)關(guān)的問(wèn)題,對(duì)此我們又不能置之不理,這就需要對(duì)提出的這些問(wèn)題進(jìn)行分析與論證.如在研究自感現(xiàn)象時(shí),教師通常會(huì)讓學(xué)生并聯(lián)到連有一個(gè)線圈、一節(jié)電池的電路中,通電斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的瞬間,學(xué)生會(huì)發(fā)出痛苦的聲音.對(duì)此情景學(xué)生往往會(huì)提出:人體導(dǎo)電能力有多強(qiáng)?多大電流對(duì)人體造成傷害?為什么一節(jié)電池產(chǎn)生的電流會(huì)使人疼痛等問(wèn)題.這個(gè)情景突出的是本來(lái)不會(huì)對(duì)人體造成任何傷害的一節(jié)電池,在接上了一個(gè)線圈后對(duì)人體造成傷害.在和電磁感應(yīng)等相關(guān)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)之后,我們得出前兩個(gè)關(guān)于人體導(dǎo)電的問(wèn)題不是這個(gè)情景所要提出的問(wèn)題.有價(jià)值的問(wèn)題是第三個(gè),把這個(gè)問(wèn)題和產(chǎn)生現(xiàn)象的條件聯(lián)系起來(lái),就是這節(jié)課所要探究的問(wèn)題.

2.2 分析與論證猜想與假設(shè)的可能性,養(yǎng)成分析與論證的習(xí)慣

我們可能就一個(gè)問(wèn)題的結(jié)論有很多個(gè)猜想與假設(shè),在實(shí)際的科學(xué)探究中,我們不可能也沒(méi)有必要對(duì)所有猜想與假設(shè)都進(jìn)行探究,這就需要對(duì)這些猜想與假設(shè)進(jìn)行分析與論證,排除掉一些不相關(guān)的猜想與假設(shè).例如,在探究拋體運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),拋體的初速度影響拋體運(yùn)動(dòng),重力使拋體回到地面上,拋體落地的遠(yuǎn)近與地球的大小有關(guān).忽略空氣阻力和地球的自轉(zhuǎn)因素后,我們猜想影響拋體運(yùn)動(dòng)的主要因素可能有:地球半徑R、物體的質(zhì)量m、重力加速度g以及拋體的初速度v,對(duì)于這些猜想的可能性我們可用量綱分析的方法來(lái)分析與論證一下.首先找到研究運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)最基本的物理量:時(shí)間和空間,從量綱分析上來(lái)看,四種猜想的量能組成三種以時(shí)間為量綱的組合,即,m沒(méi)有進(jìn)入式子,說(shuō)明物體的質(zhì)量是不會(huì)影響拋體運(yùn)動(dòng)的.和三種時(shí)間量綱對(duì)應(yīng)的三種空間量綱,即R,對(duì)于地面上的拋體運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)的高度和是相當(dāng)?shù)?和地球半徑 R,以及 v相差較大;由此可以得出影響拋體運(yùn)動(dòng)的主要因素可能是重力加速度和拋體的初速度.

2.3 分析與論證方案的可行性,培養(yǎng)全面、綜合的分析論證能力

方案是對(duì)科學(xué)探究的整體設(shè)計(jì)與規(guī)劃,方案中采取的思想、方法要科學(xué)合理.如果按這個(gè)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或者探究,實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和資料是否客觀、準(zhǔn)確,資料的描述和記錄是否便于得出結(jié)論等等,這需要對(duì)探究的方案進(jìn)行論證和分析.例如,研究加速度和物體受力定量關(guān)系的實(shí)驗(yàn),有同學(xué)設(shè)計(jì)了如下方案.每次用質(zhì)量不同的砂桶拖動(dòng)小車加速前進(jìn),在每次實(shí)驗(yàn)中測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量、小車的質(zhì)量以及小車的加速度,并據(jù)此確定加速度和物體受力的定量關(guān)系.方案中運(yùn)動(dòng)物體包括沙桶和小車,運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和所受的外力隨著沙桶質(zhì)量的改變同時(shí)改變.因此,我們無(wú)法從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中確定物體加速度的改變到底是由什么因素引起的,該方案不符合“控制變量法”的設(shè)計(jì)思想,不可行.

2.4 分析與論證資料的規(guī)律性,掌握分析與論證的技巧與方法

無(wú)論是定性分析還是定量分析,理論分析還是實(shí)驗(yàn)分析,對(duì)數(shù)據(jù)和資料的分析論證、得出結(jié)論的過(guò)程是需要一些方法和技巧的.學(xué)生要在學(xué)習(xí)的過(guò)程中通過(guò)自己的練習(xí)和老師的指導(dǎo)逐步的掌握這些技巧和方法.例如,對(duì)楞次定律的探究,我們通常采用表格來(lái)進(jìn)行分析和論證,但是表格的設(shè)計(jì)如果不合理就會(huì)給學(xué)生的分析和論證帶來(lái)困難.如有的表格設(shè)計(jì)如表1.

表1

學(xué)生在分析此表時(shí),由于涉及的內(nèi)容較多,往往不知道如何歸納總結(jié)結(jié)論.針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,我們?cè)谠O(shè)計(jì)表格時(shí)可以增加一欄,“感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向的關(guān)系”.通過(guò)這一欄的分析,有時(shí)相同,有時(shí)相反,就把需要總結(jié)的四種情況簡(jiǎn)化為兩種情況了.怎樣把這兩種情況總結(jié)為一條結(jié)論,學(xué)生在深入分析時(shí)往往在“阻礙”二字上出現(xiàn)思維障礙,其原因在于探究中的方向和目標(biāo)不明確.為了解決這一難點(diǎn),在上述表格基礎(chǔ)上,對(duì)學(xué)生提出如下問(wèn)題:原磁場(chǎng)磁通量出現(xiàn)何種變化時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向和原磁場(chǎng)磁通量方向是相同的?原磁場(chǎng)磁通量出現(xiàn)何種變化時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向和原磁場(chǎng)磁通量的方向是相反的.有了這樣一個(gè)引導(dǎo),學(xué)生的思維便有了方向,他們的分析就不會(huì)停留在尋找感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向和原磁場(chǎng)方向關(guān)系上,而是深入到感應(yīng)電流磁場(chǎng)和原磁場(chǎng)磁通量的依存關(guān)系上,從而順利得出結(jié)論.

2.5 分析與論證結(jié)論的科學(xué)性,提高對(duì)結(jié)論進(jìn)行解釋和說(shuō)明的能力

科學(xué)探究形成的結(jié)論是否科學(xué),是否是現(xiàn)象、數(shù)據(jù)所反映的本質(zhì)和規(guī)律,這需要利用已有的知識(shí)和方法對(duì)其進(jìn)行分析和論證.同時(shí),通過(guò)對(duì)結(jié)論的分析和論證可以提高學(xué)生對(duì)結(jié)論的理解和把握.

2.6 展示、交流分析與論證的過(guò)程,借鑒別人分析與論證的思想與方法

在分析與論證同一個(gè)問(wèn)題時(shí),不同人采用的思想方法可能不同.通過(guò)了解別人分析論證的思維過(guò)程,和自己的比較,可以看出不同思想方法的優(yōu)缺點(diǎn),為以后更好的分析論證提供好的思想方法.

探究關(guān)于真空中所有物體下落的是否同樣快,有二種方法.第一種方法 ——悖論法.假設(shè)重的物體下落的快,當(dāng)把輕的物體和重的物體綁在一塊時(shí),一種情況是兩個(gè)物體的重量更大,應(yīng)該下落的更快;另一種情況是下落得快的物體被下落得慢的物體阻擋,兩個(gè)物體下落應(yīng)該變慢.同一個(gè)問(wèn)題出現(xiàn)相矛盾的兩種情況,假設(shè)錯(cuò)誤.第二種方法 —— 實(shí)驗(yàn)法.把不同重量的物體放入抽成真空的玻璃管中,讓物體下落,通過(guò)觀察得出真空所有物體下落的同樣快.

這二種分析論證的方法都是科學(xué)的,但是不同方法的作用和思維方式不同,各有利弊,我們可以根據(jù)具體情況靈活應(yīng)用或者結(jié)合起來(lái)運(yùn)用.

2.7 反思、總結(jié)分析與論證的各過(guò)程,全面提高分析論證能力

在每次的分析與論證過(guò)程結(jié)束后,都要求學(xué)生反思、總結(jié)一下,看看分析論證的思路是怎樣的,采取的方法是否合理,資料是否充分,過(guò)程是否嚴(yán)謹(jǐn),得出的結(jié)論是否科學(xué).經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的不斷反思、總結(jié),學(xué)生的分析論證能力就會(huì)全面的提高.