“猜想”在科学探究中的运用

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  在科学发展史上,许多科学发现与发明都是建立在猜想基础上的。科学家牛顿说过:“没有大胆的猜想,就不可能有伟大的发现和发明。”合理、科学的猜想是直观思維的形式,也是科学发现的重要途径。科学教学过程应是一个探索、尝试、体验的“亚研究”过程,使学生在这个过程中不断提出猜想、验证猜想。但科学探究中的猜想不是凭空臆断,不是胡乱瞎猜,而是在综合分析事物表象和联系的基础上,对事物的本质和规律作出一个初步的判断,是一个思維创造的过程。而在科学课堂上应用猜想方法,也就是教师通过对教学内容的处理,把教学内容转化为一个探索性的实际问题,并力求通过学生的自主猜想、自主探索来解决这个问题。
  一、在科学探究中运用猜想的前期准备
  (一)引导学生对生活经验的积累和储备
  学生参与探究活动了,进行猜想了,就能获得有价值的猜想了吗?学生猜想的能力就能得到提高了吗?当然不是。猜想绝不是凭空瞎想,而是在生活经验的基础上对已有知识的加工和处理。如果学生头脑中没有一定的生活经验就很难进行猜想。例如,学生知道“晾衣服时不仅要晾在有阳光的地方,最好还要有良好的通风条件,且尽可能把衣服摊开”的话,就很容易猜想影响蒸发的三个因素了。这就要求教师在平时的教学中要多引导学生留心、观察生活中的自然现象,这不仅符合新课程“从生活走向科学,从科学走向生活”的理念,也能让学生积累起丰富的生活经验,这对于科学学习特别是探究性学习的开展是大有裨益的。
  (二)引导学生掌握有价值的猜想方法
  猜想应该是有依据的,但是有时猜想来自于学生的直觉或灵感,有一种“好像有依据,但又暂时说不清楚”的感觉。所以,在一般情况下,教师可以要求学生说出猜想的依据,避免胡乱猜想,但当学生说不出理由时,也不要马上否定,可以引导学生讨论,在经历多次讨论之后,学生会逐渐明白:猜想原来不是漫无目的地瞎想,也不是凭空产生,那些毫无经验、事实依据或知识基础的猜想与假设是没有意义的。在猜想教学初期或学生缺少相关知识和经验时,教师可通过问题情景的设计,把猜想选择项目呈现给学生,任他们从中挑选,要求他们就各自的选择依据展开讨论,这也不失为一种让学生理解猜想需要一定依据的有效策略。
  二、猜想的一般方法
  科学猜想是研究自然科学的一种广泛应用的思想方法,它不同于无根据的幻想,它是科学性和假定性的辩证统一。在科学教学中,教师要不断摸索,教会学生正确的猜想方法,使学生的猜想更快更好地接近于结果。以下是科学探究中常用的猜想方法。
  (一)直觉猜想法
  直觉猜想法就是让学生在直觉的基础上进行科学猜想。直觉的来源并不是凭空而生的,而是当前实际问题与学生已有的知识、经验对照、比较的瞬间产生的思想火花。直觉猜想法比较适合常见的但又容易忽略的知识探究,如:“空气中含有哪些气体?”“土壤中有什么?”等等。下面,举例说明笔者在教学“浮力”时让学生运用直觉猜想法进行探究。
  【提出问题】
  让学生以四人小组为单位将石块、木块、曲别针、乒乓球放入盛水的烧杯,观察实验现象,发现木块、乒乓球在水面漂浮,而石块、曲别针却沉入烧杯的底部。在学生通过实验有了感性认识后,向他们提出问题:“浮在液体中的物体会受到浮力,沉入水中的物体也受浮力吗?”
  【建立猜想】
  猜想1:沉入水中的物体不受水对它的浮力,理由是物体没有浮起来。
  猜想2:沉入水中的物体受到水对它的浮力,因为物体下沉的速度比较缓慢。
  【修正猜想】
  针对猜想1,教师可提问:“物体确实没有浮起来,但是怎么解释下沉速度缓慢的现象呢?”在教师的提醒下,猜想1的学生觉得自己的猜想站不住脚,认为沉入水中的物体还是受到水对它的浮力。
  (二)类比猜想法
  类比猜想法是根据两个对象之间的相似性,把信息从一个对象迁移到另一个对象的一种推理方法。常用已知的现象和过程同未知的现象和过程相比较,找出它们的共同点、相似点或相联系的地方,然后,以此为依据推测未知现象和过程的某些特性和规律。比如电学中电压概念教学,由于电压概念很抽象,因而在教学中,可以结合水流形成的原因是由于水压的作用,电流的形成和水流的形成类似,由此学生可类比猜想出电流的形成是由于电压的作用。又如在研究电阻大小的决定因素时,可采用如下方法促使学生进行“科学猜想”,过走廊过道时,什么因素可能影响学生顺利通过?学生通过讨论,得出结论,过道的长度、宽度及路面是否平坦等主要因素影响顺利通过。然后,将上面的结论与导体的电阻相类比,把过道比做导体,学生比做自由电子,从而提出“科学猜想”,决定电阻大小的因素可能有导体的长度、导体的横截面、导体的材料等。
  (三)经验猜想法
  唯物辩证法告诉我们,事物之间存在广泛的联系。科学知识往往来源于生活,又应用于生活,所以可以引导学生结合自己已有知识或生活经验,提出猜想。如在牛顿第一定律的探究教学中,师生一起做斜面小车实验,看到小车在三种斜面上的不同运动情况,学生得出结论:斜面越光滑,小车运动得就越远;若斜面非常光滑,则小车就会运动得非常远。从而提出猜想:运动物体不受外力的情况下,就会永远做匀速直线运动。
  (四)观察分析法
  俗话说,眼见为实。当学生的猜想和判断面临障碍时,如果能把实际变化过程通过实验手段给予展示,或者让他们自己去体验,无疑有很强的启发性,进而能把学生的猜想引向正确的方向。例如,运用“观察分析法”探究“质量守恒定律”。
  【提出问题】
  5克食盐溶解在100克水中形成氯化钠溶液时,该溶液的质量等于105克,即溶液的质量等于溶质的质量和溶剂的质量之和。化学反应中,反应前后物质的质量总和遵循怎样的规律?
  【建立猜想】
  猜想1:化学反应中,反应前物质的质量大于反应生成的物质的质量,理由是木炭燃烧后,木炭的质量大于炭灰的质量。
  猜想2:化学反应中,反应前物质的质量小于反应生成的物质的质量,理由是铁生锈后,铁锈的质量大于铁的质量。
  学生的猜测面临判断障碍。此时教师演示“氢氧化钠与硫酸铜反应前后质量的测定”“白磷燃烧前后质量的测定”等实验,让学生自己去体验。
  【修正猜想】
  猜想:化学反应中,反应前物质的质量等于反应生成的物质的质量。
  学生讨论:为什么木炭燃烧后,炭灰的质量小于木炭的质量?铁生锈后,铁锈的质量大于铁的质量?
  (五)质疑猜想法
  在课堂上,教师可以适当提一系列问题,步步为营,一步一步引导学生提出有效率的猜想。例如,夏天游泳池边上的瓷砖被太阳晒得很热,而游泳池里的水却温度适宜;夜里游泳池边上的瓷砖凉了,而游泳池里的水却比较暖和。根据这一生活现象,引导学生质疑:为什么在同一时刻瓷砖和水的温度不一样呢?这样学生的好奇心、注意力一下子被吸引住了,学生自然提出猜想:可能是瓷砖吸热升温或放热降温都比水快的缘故。
  在科学教学中,学生能正确运用猜想进行有效的学习,有着巨大的教学价值,必须予以高度重视。科学教师必须从培养和提高学生分析和解决问题的能力、交流和合作的能力出发,巧用各种科学的教学方法组织和引导学生主动参与,启发学生提出问题、进行猜想、积极探究,培养学生的自主学习。
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