例谈科学探究中的“猜想”

例谈科学探究中的“猜想”
作者：何元秋
来源：《物理教学探讨》2007年第05期
猜想是科学探究的重要一环，它为进一步制定探究计划、进行实验、收集证据、分析论证指示方向。

科学探究中的猜想不是凭空臆断，而是综合分析事物的表象和联系，对事物的本质和规律做出的初步判断，是一个创造思维的过程。

在教学实践中，如何引导学生提出猜想，是值得教师认真研究的重要课题。

1 通过对实验的观察和思考提出猜想
物理是以实验为基础的学科，物理探究中的猜想大多建立在对客观事实的初步感知和思考之上。

所以，面对所探究的问题，教师可以有针对性地组织学生做些小实验、小游戏，让学生通过观察实验，启迪思维，提出猜想。

例1 探究浮力的大小跟什么有关(1)
由于学生对浮力的大小缺乏生活经验，如果直接让他们提猜想，学生往往会随意乱说，这样的猜想流于形式，不能培养学生科学猜想的能力和良好习惯。

为增加学生的感性体验，真正提出有价值的猜想，可以为学生安排一些小实验。

器材：铁块1、铁块2、铝块(铁块2的体积大于铁块1的体积，铝块的体积与铁块1的体积相同)、水、酒精(分别盛放在量筒中)、弹簧测力计、细线。

教师把器材放给学生，让他们用弹簧测力计分别挂起各金属块，逐渐浸入水或酒精中，进行多次尝试测量。

提醒他们观察水面的变化，同时记下测力计示数的变化情况(鼓励学生设计表格记录实验结果)，针对问题，提出猜想。

这里要留足时间和空间，让学生放开了“玩”，直到有所发现。

教学实践表明，在教师的组织、引导下，学生经过反复实验、对比，充分议论、思考，相互争辩、启发，最后提出了很多猜想：
A：浮力的大小跟物体浸入液体中的体积(或排开液体的体积)有关；
B：浮力的大小跟液体的密度有关；
C：浮力的大小既跟物体排开液体的体积有关，又跟液体的密度有关；
D：浮力的大小跟物体排开液体的质量(m排=ρ液V排)有关；
E：浮力的大小跟物体排开液体所受的重力(G排=ρ液V排g)有关；
F：浮力与物体排开液体所受的重力都是力，单位相同，它们也许是相等的。

2 结合已有知识或生活经验提出猜想
建构主义理论认为，学生的发展不仅是知识的积累，更是经验的不断拓展和提升。

唯物辩证法也告诉我们，事物之间存在广泛的联系。

新的知识与旧的知识之间有联系；物理知识往往来源于生活，又应用于生活，所谓“从生活走向物理，从物理走向社会”。

所以可以引导学生结合已有知识或生活经验，提出猜想。

例2 探究平面镜成像的特点
教师引导：生活中大家经常“照镜子”，联想你看到的现象猜一猜：平面镜中的像在什么位置?像的位置、大小可能与什么有关?是什么关系?
学生一般会提出以下猜想：
A：对镜梳妆，像和人一模一样，所以像的大小和物体是相等的；
B：当我们走近平面镜时，像好像变大了，所以物体离平面镜越近，像越大；
C：像在镜子后面，像和物体到平面镜的距离相等；……
3 分析事物的因果关系提出猜想
任何事物的变化、现象的产生，都有其内在的原因和外在的条件，因此，可以引导学生“顺藤摸瓜”，分析发生现象的内因和外因，提出有价值的猜想。

如上文中的例2，也可引导学生分析产生电流的外因(电压)和内因(导体内自由电荷的多少)，提出猜想。

例3 探究吸热物体温度升高的多少跟什么因素有关(探究“比热容”的实验)
教师引导：请分析可能影响物体升温多少的外因和内因，提出猜想。

学生猜想：
A：物体温度升高是由于从外界吸收热量造成的，所以物体温度升高的多少，跟物体吸收热量的多少有关；
B：物体温度升高的多少，跟物体本身的因素有关，如跟物体质量的大小有关；
C：物体温度升高的多少，跟组成物体的材料(物质种类)有关。

例4 探究音调的高低跟什么因素有关
教师引导学生追根究底，思考：声音是如何产生的?那么音调的高低可能跟什么因素有关?
学生猜想：
A：声音是因发声体振动而产生的，所以音调的高低可能跟发声体振动的情况有关，如跟发声体振动的快慢有关；
B：音调的高低可能跟发声体的振幅有关。

4 经过推理提出猜想
历史上，不少科学发现是先由理论推导提出假设，而后由实验证明是正确的。

例如海王星的发现、伽利略对“轻重物体谁先落地”的探究等。

在例1中，猜想D、E、F就是在实验观察的基础上，经过分析推理提出的猜想。

例5 探究影响电磁铁磁性强弱的因素
教师引导：假设通过电磁铁的电流由1A增加到2A，你认为电磁铁的磁性会怎么样?
A：2A的电流可以看成是两股1A的电流合成的，每股电流都产生一个磁场，两个相同的磁场合在一起，电磁铁的磁性增强了。

因此猜想：通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强；
教师引导：利用类似的推理方法，请继续猜想：还有哪些因素可能影响电磁铁磁性的强弱?
B：匝数。

如果电磁铁的线圈由100匝增加到200匝，它的磁性可能会增强。

因为200匝
线圈可以看成是两组100匝的线圈组合而成的，每组线圈都产生一个磁场，两个相同的磁场合在一起，电磁铁的磁性增强了。

因此猜想：电磁铁线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强。

5 通过类比提出猜想
一些自然现象和规律往往有许多相似之处，如电压和水压、磁场和电场、万有引力定律和库仑定律等。

可引导学生将抽象的事物类比形象的事物、把未知的规律类比已知的规律，提出猜想。

例6 探究串联和并联电路中电流的关系
电流是很抽象的，导线中的电流我们看不到，教师向学生提示：类比水管中的水流和河道的干流与支流，猜想串联电路和并联电路中的电流分别有什么关系。

学生联想水流的情形很容易提出猜想：
A：在串联电路中，电流沿导线依次流过每一个元件，各处的电流是相等的；
B：在串联电路中，电流从电池正极流向负极的过程中，可能会不断减小；
C：在并联电路中，干路电流分成若干支路电流，支路电流又汇合成干路电流，所以干路的电流等于各支路的电流之和。

6 运用自然科学的美学思想提出猜想
美国科学家阿·热说：“物理学家已经发现了某些奇妙的东西：大自然在最基础的水平上是按美来设计的。

”爱因斯坦深信：“美是探求理论物理学中重要结果的一个指导原则”。

杨振宁也曾指出：“物理学的原理有它的结构，这个结构有它的美和妙的地方。

”
的确，物理规律往往具有简洁概括、对称和谐、严密统一的科学美。

且不论麦克斯韦方程组、F=ma、E=mc2；就初中物理而言，如光的直线传播和反射定律，欧姆定律，二力和杠杆平衡的条件，能量守恒定律，串并联电路中电流、电压、电阻的一系列关系式等，都给人美的感受。

在平时的教学中，教师可以向学生渗透这种思想，让学生领略科学之美妙，产生热爱科学的情感，同时也作为提出科学猜想的依据之一。

例7 探究浮力的大小跟什么有关(2)
例1中提到，学生在实验观察和推理思辨的基础中提出了很多猜想，那么怎样引导学生将猜想锁定在F呢?这是老师们普遍感到头疼的一个教学难点。

我想，如果是一个具有较高科学素养的科学家，他或许会首选F进行实验验证，因为这个猜想是那么简洁、概括、“引人入胜”!(猜想F概括了以上所有猜想)
所以我根据自然科学的美学思想，这样启发学生：你认为上述6个猜想中，哪个既简洁又概括、有可能导致重要发现?(结果学生大都选F)——既然大家对这个猜想最感兴趣，那么我们先来设计实验验证这个猜想。

当然，提出猜想的方法不止这些，有的科学探究还要综合运用多种方法提出猜想。

本文提到的6种方法意在启迪学生广开思路，培养能力，让他们逐步学会科学的猜想，尽快步入自主探究学习的轨道。

(栏目编辑赵保钢)。