張偉

(灌云縣實(shí)驗(yàn)中學(xué) 江蘇 連云港 222200)

在《全日制義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)》[1]中，科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式;科學(xué)探究中對分析與論證有這樣的基本要求：能初步描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或有關(guān)信息；能對收集的信息進(jìn)行簡單的比較；能進(jìn)行簡單的因果推理；經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中歸納科學(xué)規(guī)律的過程；嘗試對探究結(jié)果進(jìn)行描述和解釋；認(rèn)識分析論證在科學(xué)探究中是必不可少的.但是在實(shí)際教學(xué)中，常常會看到這樣的情形：科學(xué)探究的前幾個要素教師組織得有聲有色，學(xué)生在教師引導(dǎo)下活動起來，而到了分析論證卻是草草了事，在有些學(xué)生還不太明白的情況下匆匆收場.究其原因，除了前面的要素費(fèi)時較多，無暇兼顧外，可能是有些教師對分析論證的重要性認(rèn)識不足，對科學(xué)探究理解不深造成的.由于在課堂上進(jìn)行完整的科學(xué)探究過程，時間不充足，因此在《課程標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施建議中對探究活動的選擇有明確要求即探究活動可以是包括所有要素的探究，也可以是只包括部分要素的探究[1].筆者認(rèn)為分析論證的重要性不言而喻，在科學(xué)探究中需要加強(qiáng)分析論證的教學(xué).

1 分析論證是學(xué)習(xí)物理的重要方法

學(xué)習(xí)是一種內(nèi)部的過程，是來自挑戰(zhàn)個體思維的認(rèn)知沖突和反應(yīng)的結(jié)果[2].也就是說學(xué)生的學(xué)習(xí)不是被動接受知識的過程，而是通過他們頭腦中已有的知識去探索未知.在探索過程中會遇到種種困難，需要借助分析論證，抓住物理現(xiàn)象中隱含的實(shí)質(zhì)，建立物理概念，再通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，尋找物理規(guī)律.

例如,牛頓的色散實(shí)驗(yàn).在牛頓之前，笛卡兒、馬爾西等科學(xué)家都做了光的色散實(shí)驗(yàn)，但是并沒有得出正確的結(jié)論.牛頓通過思考，對笛卡兒的棱鏡實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，將棱鏡到光屏的距離擴(kuò)展為6～7 m，這樣就獲得了展開的光譜.通過分析意識到不同顏色的光具有不同的折射能力.白光是由折射能力各不相同的色光混合而成的.為了證明自己的想法，牛頓又做了一個實(shí)驗(yàn)，在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在光屏中間開有一條豎直的狹縫，在光屏后面又放置一個三棱鏡，轉(zhuǎn)動第一個三棱鏡讓光譜的七色光帶依次透過狹縫，經(jīng)過第二個三棱鏡折射后，最后投射到第二個光屏上，第二個屏幕上只呈現(xiàn)單一的色光.牛頓并不滿足，接著又設(shè)計(jì)了第三個實(shí)驗(yàn).在這次實(shí)驗(yàn)中，牛頓用一個很大的凸透鏡代替了第二個三棱鏡，結(jié)果，經(jīng)過第一個棱鏡色散的光譜投射到凸透鏡上，七色光會聚成一束白光[3].通過分析，牛頓提出了光的色散的正確理論.

從牛頓的色散實(shí)驗(yàn)可以看出，不經(jīng)過一系列的分析論證，是不可能得出正確結(jié)論的.在科學(xué)探究中，分析論證不僅有助于學(xué)生將實(shí)驗(yàn)證據(jù)、已有的科學(xué)知識和他們所提出的解釋三者之間更緊密地聯(lián)系起來;而且由于這樣的過程是在學(xué)生自主質(zhì)疑、推理和批判性思維活動中完成的，打破了對知識的盲目迷信，增強(qiáng)了對學(xué)習(xí)的控制.學(xué)習(xí)者在有效構(gòu)建新知識的同時，將獲得新的觀點(diǎn)、新的思維方法和對深層次思維結(jié)構(gòu)的重組.

2 教給學(xué)生分析論證的方法

初中學(xué)生由于剛學(xué)習(xí)物理，要他們在探究實(shí)驗(yàn)中分析論證，確實(shí)勉為其難.因此在科學(xué)探究活動中，教師要教給學(xué)生分析論證的主要方法，使學(xué)生學(xué)會通過分析論證得出結(jié)論.

2.1 分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的主要方法

(1)比較法

比較是確定研究對象之間差異點(diǎn)和共同點(diǎn)的思維過程和方法.通過比較可以建立物理概念、總結(jié)物理規(guī)律，利用比較可以進(jìn)行鑒別.比較法是物理學(xué)研究中經(jīng)常應(yīng)用的基本方法[4].例如，在探究聲音的產(chǎn)生原因?qū)嶒?yàn)中，比較同一物體發(fā)聲與停止發(fā)聲的不同;物體發(fā)聲時振動，停止發(fā)聲就不振動.通過比較從而得出聲音是由物體振動產(chǎn)生的結(jié)論.

(2)歸納法

歸納是由個別到一般的抽象概括.從具體的個別事物的認(rèn)識中概括出抽象的一般認(rèn)識的思維方法和推論方法叫做歸納法[4].例如，在探究聲音的傳播實(shí)驗(yàn)時，通過研究聲音在固體、液體、氣體中能夠傳播，在真空中不能傳播，歸納出聲音傳播需要介質(zhì)的結(jié)論.

(3)推理法

推理法是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上經(jīng)過概括、抽象、推理得出規(guī)律的一種研究問題的方法;但得出的某些規(guī)律卻又不能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證，又稱理想實(shí)驗(yàn)法.例如，探究聲音在真空中能否傳播的實(shí)驗(yàn)，通過逐漸抽出真空罩中的空氣，發(fā)現(xiàn)傳出的手機(jī)鈴聲越來越小，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推理，如果真空罩中沒有空氣，就會聽不到聲音，從而得出聲音在真空中不能傳播的結(jié)論.

(4)演繹法

演繹法是從普遍性結(jié)論或一般性事理推導(dǎo)出個別性結(jié)論的論證方法.在演繹論證中，普遍性結(jié)論是依據(jù)，而個別性結(jié)論是論點(diǎn).演繹推理與歸納推理相反，它反映了論據(jù)與論點(diǎn)之間由一般到個別的邏輯關(guān)系，是形成概念，檢驗(yàn)和發(fā)展科學(xué)理論的重要思維方法.例如，氣體壓強(qiáng)概念的建立，在通過壓力的作用效果建立起壓強(qiáng)概念后，在研究氣體壓強(qiáng)時，運(yùn)用演繹法，由于氣體受到重力作用而對浸在空氣中的物體有壓力作用，進(jìn)而產(chǎn)生壓強(qiáng)，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，建立起氣體壓強(qiáng)概念.

2.2 分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的主要方法

(1)列表法

列表法是按實(shí)際需要畫出表格，然后把相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格中，比較表格中數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，找出相關(guān)的規(guī)律.例如，在探究電流與電壓、電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用控制變量法分別得出電阻不變時電流與電壓的相關(guān)數(shù)據(jù)和電壓不變時電流與電阻的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過列表法設(shè)計(jì)出符合要求的表格，如表1和表2.然后把相關(guān)數(shù)據(jù)填入，比較數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，歸納出結(jié)論.

表1 電阻不變時電流與電壓的關(guān)系

表2 電壓不變時電流與電阻的關(guān)系

(2)圖像法

圖像法是畫出直角坐標(biāo)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況，設(shè)定橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)表示的物理量，并標(biāo)出分度值(即每一小格表示的物理量的大小);把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用描點(diǎn)法描出一系列的點(diǎn)，然后用平滑的線連接起來，通過比較，歸納出結(jié)論.例如，探究水沸騰規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)所得數(shù)據(jù)情況，用橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示溫度(如圖1).標(biāo)上標(biāo)度后，把相關(guān)數(shù)據(jù)用描點(diǎn)法描出一系列的點(diǎn)，用平滑的線連接起來，很容易歸納出水沸騰的規(guī)律.

圖1

(3)數(shù)學(xué)運(yùn)算法

數(shù)學(xué)運(yùn)算法是指對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除等運(yùn)算，尋找物理量之間的關(guān)系，進(jìn)而歸納出相關(guān)規(guī)律.例如，在探究杠桿平衡條件實(shí)驗(yàn)中，記錄好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，教師強(qiáng)調(diào)不同類別的物理量不能相加減，然后讓學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)運(yùn)算法處理每一組數(shù)據(jù).學(xué)生通過計(jì)算，很快找出力與力臂的乘積是相等的.最后經(jīng)過歸納，得出杠桿平衡條件的規(guī)律.

3 適時引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析論證

在科學(xué)探究中，教師放手讓學(xué)生進(jìn)行分析論證，可能會出現(xiàn)兩種“卡殼”情況：一是學(xué)生不清楚對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象該用什么方法分析;二是對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不知用什么方法處理.因此,在教給學(xué)生分析論證的方法后，在具體的科學(xué)探究中，仍需要教師引導(dǎo)，幫助他們順利地分析論證.

例如，探究二力平衡的條件的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中的小卡片其實(shí)受到三個力,重力與兩個拉力.如何研究二力平衡呢？學(xué)生在分析論證時可能會“卡殼”；這時需要教師進(jìn)行適時引導(dǎo).由于小卡片受到的重力比拉力小很多，可以忽略不計(jì)；即通過抽象不計(jì)小卡片的重力，小卡片就受到兩個力作用.再綜合運(yùn)用比較、歸納的方法就容易得出二力平衡的條件.

再如，探究電流與電壓、電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用圖像法分析，因?yàn)閳D像法比列表法更直觀些.但是在繪制電流與電阻關(guān)系圖像時，會發(fā)現(xiàn)不容易判斷它們是否成反比.怎么辦呢？這時教師再引導(dǎo)，讓學(xué)生繪制電流與電阻倒數(shù)之間的關(guān)系圖像，通過電流與電阻的倒數(shù)成正比，可推理出電流與電阻成反比.

4 分析論證應(yīng)注意的問題

(1)注意靈活運(yùn)用分析論證的方法.在具體分析中，可以使用一種分析方法，也可以多種方法綜合運(yùn)用，甚至可以用多種方法分析同一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)，比較哪種方法更能直觀、方便地得出結(jié)論.

(2)重視克服“定向”作用的影響.由于探究教學(xué)中的情境呈現(xiàn)往往有如下特征：一是在呈現(xiàn)前有明確的問題引導(dǎo)，暗示情境將起的作用；二是情境的結(jié)果往往具有驗(yàn)證性.由此，學(xué)生在分析論證物理規(guī)律和現(xiàn)象之間的因果關(guān)系時，思維過程往往并不完備，甚至?xí)魅鯇χ庇^感覺的材料的理性分析，從而導(dǎo)致錯誤.

(3)強(qiáng)調(diào)分析論證并不都是證實(shí)猜想，也有可能是修正或否定猜想.因?yàn)橥ㄟ^對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)的分析論證，證實(shí)、修正或否定猜想是科學(xué)研究的一個基本環(huán)節(jié).猜想向理論轉(zhuǎn)化有以下幾種情況：一是證實(shí)猜想，科學(xué)事實(shí)證明了猜想的正確性，猜想便轉(zhuǎn)化為理論；或者修正猜想，即原猜想與新的科學(xué)事實(shí)不甚吻合，需要對原猜想進(jìn)行修正；也可能是否定猜想，猜想與新發(fā)現(xiàn)的科學(xué)事實(shí)產(chǎn)生矛盾，因而原猜想被否定.

參考文獻(xiàn)

1 中華人民共和國教育部制訂.全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)(第一版).北京:北京師范大學(xué)出版社, 2001.9,10,33

2 Margaret E.Gredler著.張奇，等譯.學(xué)習(xí)與教學(xué)——從理論到實(shí)踐 .北京:中國輕工業(yè)出版社,2007

3 蘇科版初中物理教材編寫組.物理教師教學(xué)用書八年級上冊.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2007.98

4 崔秀梅.初中物理新課程教學(xué)法.北京：首都師范大學(xué)出版社,2004.29,31