验证方法在中学物理教学中实践的理论

陈福强

摘要：实验探究教学不仅需要从实验的问题、假设、实验操作上进行优化，对于教学结果的评估与交流也是重要环节。因此，加强对实验过程的自我评价与反思，从实验探究的过程进行反思，并在学生组内评估、组间评估上来实现小组间的相互评价，既有助于提升学生的自我实验探究能力，也能够从相互合作中来改进和完善实验方案，增强实验探究教学的整体效果。假设法是用科学原理为基础，对未知的问题进行合理的猜测，并通过实验来验证猜测是否正确合理，它是一种重要的研究方法，在物理教学的过程中也得到了广泛有效的应用。在中学物理教学的过程中运用假设法，有利于我们忽略一些次要的干扰因素，直接抓住问题的本质，让抽象的概念变得简单明了，大大提高了老师的教学效率，同时也提高了学生们的动手能力和创新能力，并且有助于他们逻辑思维能力的形成，为学生今后更加深入的进行系统物理知识的学习奠定了良好的基础。

关键词：假设与验证;物理方法;教学实践;中学物理教学

假设法在中学物理教学应用特别多，本文将从运用假设法判断弹力的有无;运用假设法判断静摩擦力的方向;理想化假设三个方面，对假设法在中学物理中的运用做一个初步的探索。

一、猜想与假设的概念及其重要性

猜想与假设是科学思维的一种形式，是对所研究的问题根据已知事实材料和科学知识做出的一种猜测性陈述，对问题中事物的因果性、规律性做出的假定性解释。牛顿认为：“没有大胆的猜想，就不可能有伟大的发现。”回顾科学的发展历程，任何一个科学理论的诞生，在其发现过程中都有着大胆的猜想和假设。同样，在物理课堂教学中，猜想与假设的能力对培养学生的思維能力也有着重要的作用。普通中学物理课程标准（试验）提出了对科学探究中“猜想与假设”环节的要求：对解决问题的方式和问题的答案提出假设;对物理实验结果进行预测;认识猜想与假设的重要性。那么，如何达成这一要求？如何培养学生的“猜想与假设”能力。笔者结合自身的教学实践经验，对此问题做一些探讨。

二、有关“假说与验证”的理论研究

2.1 理论部分简介

由于物理科学研究对象的基础性和广泛性以及物理学是最早成熟的自然科学学科，它的研究方法也具有一般科学方法论的价值，其应用范围早已超出了学科本身，对其他学科的研究也有一定的普遍意义.所以，物理学习需要把物理学方法和一般的认识方法从知识学习中抽取出来，进行某种界定，以明确哪些是在物理学习中重点掌握的方法，哪些是在包括物理在内的所有学科学习中共同需要的方法.科学方法的分类;（1）普遍的哲学方法;（2）普适的普通逻辑方法;（3）具体科学方法;（4）解决个别类型问题的算法.本文的“假设与验证”方法属于第三类.中学物理中常见的物理学方法：观察、实验，分类与比较，理想化、科学分析与综合、科学抽象、科学归纳与数理演绎、类比，等效、对称、数学，质疑与释疑、假说及验证等方法.需要说明的是，以上方法可以大致分为科学观察与实验、科学思维与实证两大类别.而假说与验证则具备这两大类的特征。

2.2 猜想与科学猜想概念

关于“假说与验证”详见续佩君所著物理能力测量研究，本文只对相关核心概念作出界定.猜想是产生于用已有知识不能（或难以）解释所遇问题的情况下，它不对逻辑做过高要求，不知真假的叙述性命题.它是提出假设的基础.它被暂时建议为真，暂时未被实证或者证伪，而且不要求提出验证性方案，因而猜想具有不确定性.提出猜想的过程是直觉为主或多角度发散思考的过程，因而具有多元化的特点.猜想是学生思维发散的最为活跃的阶段.科学猜想与猜想的差异在于前者重在想而不在于猜，是根据不充分的事实或不严格的推理而得出的结论，因而在此阶段已经含有了审视、初步选择与放弃并具有猜测性陈述初步表达.它既有想象、顿悟、直觉等非逻辑因素，也有一定的逻辑性因素，还不能排除在一定程度上运用了科学的方法。

2.3 假设

假设是根据产生的科学猜想，找出最可几的猜想，并将其用简单、明确（有力求精确的意识）的语言做出清晰、确切的表述性命题。它是假说的基础.假设是对猜想的独立审视，有了根据逻辑意识的细化、扬弃，并在此基础上做出的选择，被认为是优先予以验证的猜想.物理学中，假设通常都须要通过实践（验）检验，假设的检验结果有两种可能：一是支持假设，即成立;二是否定假设，即不成立.假说是对不同研究对象，同一条件下研究对象都存在同一结论的一组整体性的系统假设命题。假说的提出需要依据一定的科学知识和逻辑，用相关的科学术语做出多个必要的假设，并将其进行有机综合，形成一个确切的完整表述。但其中“多个”假设，又必须是把一个中心假设或几个平行假设组成一个能对整体现象做出圆满解释的最简洁组合。通常根据科学假说的提出过程，把假说及验证扩展为猜想、假设、假说、验证四个层次.鉴于现在中学学生的水平，还难以接触假说，因此笔者将只阐述猜想、假设与验证它们三者之间的关系，提出课堂操作的方法并在实践中选择合适的课题，将此方法用于物理教学，进而考察这些操作方法对提高学生掌握假设与验证物理方法的有效性.需要说明，与本课题对假说的概念界定相比，此处提出的中学生学习“假说-验证”的假说层次，强调了由猜想到假说的学习阶段性，保留了假说对问题解释的完备性，减弱了对最可几的审视和判断，但增加了对物理因果性的描述.增加的理由是考虑到中学生对物理概念规律的成立条件和适用范围还很缺乏灵敏度.本实验中我们把“猜想-验证”与“假设-验证”作为层次一和层次二。

2.3 确定假说与验证教学质量的评价指标

评价假设与验证方法在中学物理教学中的实践研究的目标是否实现，需要将目标细化.根据有关概念和学生此次知识学习的实际可能，将评价指标分为两级：一级指标3 项;二级指标14 项，评价指标编制了两份等价的假设与验证方法在中学物理教学中的实践研究的调查问卷，随机分为前测与后测问卷，并给予相应的评分标准。

2.4 实践部分设想

通过前测选取同一年级的两个平行班作为实验班和对照班，开展实验研究，取得后测数据，并对实验结果进行评价，初步得出实验所采取的处理是否有效的结论.实验设计;

本研究的实验部分采取等组前后测设计，其基本模式为：

其中X 表示采用实验处理，-表示不进行实验处理，Oi 表示实施的测量性质.实际测量中，采用O1=O3 及O2=O4 命题方式，再分析实验组与对照组的差异显著性。

2.5 对实验班拟采用的实验处理

本研究中对实验班所采用的实验处理分为课上与课下两部分，其主体内容和程序如下。（1）前期做动员，明确自己的身份，要求学生以研究的态度参与实验中间不断提醒保持研究的态度，包括让对照班的同学也认识到自己是实验研究的成员。用物理学史中的事例向实验班的学生讲解假说的三个层次。（3）在物理课堂教学中利用合适的机会引导学生体验与实践.（4）指导学生的课外实践。（5）将“中学提高假说与验证的教学实践研究”的研究贯穿实验研究始终。（6）精心组织教学，推进提高假说与验证学习质量的研究.（7）对照班拟采取的实验措施。学生不但是实验对象，更是实验的参与者，是实验质量的决定者.将这一认识落实在实验研究中，一是不能只有教師自己改，而让学生处于不知实验、不知原因、不知如何做的被动的朦胧状态;二是让学生明确了解实验要求的是怎么样的学习过程，以及为什么经历这样一个过程;三是实验研究中教师的行为要始终围绕提高假设与验证学习质量的研究，而不能停止于动员之后.注意随机教学中的某一环节、某一片段中出现的学生对该研究的灵光闪现或者个案，激发学生从认识到欣赏，直至主动参与的升华.争取多数学生经过一学期的尝试，初步认识该物理方法的内涵，有了主动尝试的意识，注意寻找发现基于经过自己头脑独立思考，完成猜想、假设与验证的知识获取过程，进而理解物理的学科特点与学习方法，并对学生加以鼓励与表扬，使他们在科学学习的路上勇往直前.在对照班同样开展实验动员，讲解本实验研究的意义与方法，动员学生以科学的态度对待本次实验，并保证实验结束后会将实验中对实验班采用的教学方法用到对照班，使参与实验的对照班的同学获得同样的教育.在此基础上，控制对照班保持原有的教学方法，即与实验班教学内容、课时相同，但不去凸显物理知识得出过程中的假说与验证方法，也不要求学生进行相应的实践.总之，通过理论学习与教学实践研究，探索通过假说与验证的物理方法提高教学质量的途径，形成较系统的物理教学策略及较实用的评价策略。

三、理想化假设与验证方法

所谓的理想化假设是放大问题的本质，忽略各种干扰因素，让学生更加清楚明了地去理解课本中的物理知识，极大地提高了中学物理的教学效率。理想化假设是假设法中的一中具体应用方式，细分为理想化模型和理想化实验两种。理想化模型是将物体进行科学合理的抽象，简化物理研究的过程，在我们的质点、单摆、光线、均匀介质、匀速直线运动、自由落体运动这些物理教学中都可以运用;而理想化实验是通过实验来验证假设是否正确合理，理想化实验最具代表性的莫过于伽利略的理想斜面实验、验证机械能守恒定律实验等。在学生猜想与假设的过程中，教师对学生进行适当的指导，应注重正确方法的引导，以让学生善于猜想。在科学探究中，有很多提出猜想与假设的方法，例如，归纳法、类比联想法、观察分析法、因果判断法等。在教学中，应根据科学探究的内容、学生的知识经验及认知能力等对学生进行适当的引导。在猜想与假设的环节中，教师还应依据科学探究的内容对不同年龄阶段或不同性格的学生提出不同的要求，并给学生提供充足的时间，让其充分发挥想象力，大胆地猜想与假设。教师还要善于引导学生说出猜想提出的理由，这样可以培养学生运用旧有知识经验对假设做出解释的能力。

结束语

实验探究教学不仅需要从实验的问题、假设、实验操作上进行优化，对于教学结果的评估与交流也是重要环节。因此，加强对实验过程的自我评价与反思，从实验探究的过程进行反思，并在学生组内评估、组间评估上来实现小组间的相互评价，既有助于提升学生的自我实验探究能力，也能够从相互合作中来改进和完善实验方案，增强实验探究教学的整体效果。

参考文献

[1]中学物理以“机械能守恒定律”为例[J].戴辉.中学物理教学参考.2020（02）.

[2]初中物理实验技能的培养[J].柳太江.数理化学习.2019（04）.

[3]一道题玩转系统机械能守恒定律[J].张国强.中学物理教学参考.2017（6）.