论文部分内容阅读
《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》根据科学探究的一般要求，将科学探究分为七个要素，为物理课程的科学探究提供了一种简便、容易操作的教学方式. 但科学探究活动并没有固定的程序和模式，也不是所有的学习内容都适合采用这种方式，在科学发展历程中科学研究的方法有许多，“假说演绎法”就是其中常用的一种. 在物理教学中，根据具体的教学目标与内容，灵活、恰当地运用“假说演绎法”，常会收到独特的教学效果.
一、 运用“假说演绎法”进行探究教学的基本思路
“假说演绎法”的研究思路是：确定需要研究的问题，在已有经验和背景知识的基础上，通过观察现象、搜集相关的事实依据，提出解释问题的假说，再根据假说进行演绎推理，得出一个或几个具体的推论，然后通过实验的方法来检验这些推论，如果实验结果与预期的推论相符，就证明假说是正确的；反之若不相符，则说明假说是错误的，需要重新提出新的假说，再重复先前的过程. 将这一方法运用到物理课程的探究教学中，其教学流程图可以用图1来表示. 以下以“探究凸透镜成像”规律为例，说明该方法的应用.
二、 运用“假说演绎法”探究凸透镜成像规律
1． 发现问题
学生在先前的学习活动中已有所发现：通过凸透镜看近处书本上的字是正立、放大的，而看远处的景物，则是倒立、缩小的，说明凸透镜可以成不同的像. 那么，凸透镜在什么情况下成正立的像，或是倒立的像？什么情况下又成放大的像，或是缩小的像？这其中存在什么规律呢？
2． 搜集事实
学生选用凸透镜、蜡烛、光屏、光具座（或直尺），尝试搜集、获取直观的科学事实. 将凸透镜固定在光具座的中间位置不变，使烛焰沿主光轴从距凸透镜较远处逐渐靠近透镜，调节好像距，使烛焰在光屏上成清晰的像. 可以发现：随着物距的减小，光屏上的像逐渐增大，并且由缩小逐渐变为放大，同时，像距也随之增大. 当烛焰与凸透镜之间的距离太靠近时，光屏上就不出现烛焰的像，只有亮斑，但此时通过凸透镜看烛焰，就能看到一个正立、放大、清晰的像.
换一块焦距不同的凸透镜重复刚才的实验，情况大致相同，只是光屏上出现放大、或缩小的像、或不出现像时，烛焰的位置有所不同.
3． 提出假说
对搜集到的事实进行分析：每次凸透镜成不同的像，都是通过移动烛焰的位置，即改变物距来实现的，那么凸透镜成像的性质可能与物距的大小有关. 还有，换了不同焦距的凸透镜重复实验，发现即使烛焰放在同一位置处，光屏上成的像也与前次不同，那么凸透镜成像的性质还可能与凸透镜的焦距有关. 因此，提出如下假设：凸透镜成像的性质与物距及焦距有关.
4． 演绎推论
对于某确定的凸透镜而言，当烛焰沿主光轴从远处逐渐靠近凸透镜的过程中，像由缩小变成了放大. 由此可以得出第一个推论：在主光轴上一定存在这样一个特殊位置，这个位置是烛焰成放大的像与缩小的像的分界点，烛焰在这个位置上时所成的像，既不放大，也不缩小，而是一个等大的像. 找到这个位置，就能确定像放大或缩小的规律.
另外，搜集到的事实还表明：当烛焰与凸透镜之间的距离太近时，光屏上不出现像，要透过凸透镜对着烛焰看，才能看到一个正立、放大的像. 这就是说，物距太小时成的是虚像. 那么，就可以得出第二个推论：必定存在这样一个特殊位置，这个位置是凸透镜成实像和虚像的分界点. 确定了这个位置，我们就能掌握凸透镜成实像或是虚像的规律.
5． 实验检验
准备好三块不同焦距的凸透镜、光具座、光屏和直尺等. 为了比较像与物的大小，可以用发光二极管代替蜡烛做光源，并在光屏上画出一组等距的平行线，使相邻两线间的距离等于发光二极管的高度，如图2所示. 先用平行光聚焦法测量出凸透镜的焦距，并记录在实验数据表格中. 把凸透镜固定在光具座的中间位置处，使发光二极管沿主光轴从较远处逐渐向凸透镜靠近，同时调节光屏到凸透镜的距离，使光屏上成清晰的像. 当光屏上像的高度正好等于相邻两条线之间的距离时，像与物大小相等，记录此时的物距与像距. 把发光二极管再移近凸透镜，同时调节像距，直到光屏上不出现清晰的像，只有亮斑，记录此时的物距. 换用不同焦距的第二、第三块凸透镜，重复上述实验，并记录相应的实验数据.
6． 得出结论
分析实验数据，推论一得到验证：确实存在这样一个位置，物距等于两倍焦距处，是凸透镜成放大实像与缩小实像的分界点，物体在两倍焦距以外，成倒立、缩小的实像，反之则成倒立、放大的实像；推论二也同样得到实验的验证：在焦点处凸透镜不能成像，在焦点以外成倒立的实像，焦点以内成正立的虚像.
至此，根据假说进行演绎推理得出的两个推论都得到了实验的验证，说明之前的假说是正确的，凸透镜成像的性质与物距和焦距有关. 结合两个推论，凸透镜成像规律也就一目了然了.
三、 运用“假说演绎法”进行探究教学的相关思考
1． 与传统方法的比较
在探究凸透镜成像规律的教学活动中，传统的做法是采用归纳法，其基本教学思路如图3.
学生在明确了将要探究的问题后，设计并进行实验，按照倒立缩小的实像、倒立放大的实像和正立放大的虚像等三种情况，分别收集相应物距和像距的实验数据，然后对这些数据进行分析研究，从中归纳出物距与一倍焦距、与两倍焦距，以及像距与一倍焦距、与两倍焦距之间的大小关系. 实践表明，这对学生的归纳概括能力而言，要求确实比较高了. 主要的症结在于：面对众多的实验数据，学生在归纳与概括时，指向性和目标性都比较模糊，为什么要与一倍焦距、与两倍焦距进行比较呢？而不是别的？这是使用传统方法遇到的一个瓶颈问题，更是学生学习的困惑所在.
运用“假说演绎法”能有效解决这一问题. 上述教学案例中，在得到笼统的假说后，通过演绎推理，从一般的、不容易实证的观点中，推断出两个特殊的、容易实证的推论，即：必定存在两个特殊的位置，然后，实验就围绕着寻找、确认这两个特殊位置而展开，指向性和目标性都非常明确.
2． “假说演绎法”是重要的研究方法
在物理教学活动中，探究教学没有、也不应该有固定的一成不变的程序和模式，教师应根据实际情况，从具体的教学目标和教学内容出发，恰当地、灵活地采用多种方法，去引导学生开展科学探究. 当物理教学中出现了某些猜想或假说，内容比较宽泛，带有一定的普遍性，但又比较抽象、复杂，以至于它们与可观测的事实之间跨度较大，难以取得直接实证时，我们就需要借助逻辑的力量，利用演绎推理等方法，从假设中推断出一个或几个具体的、便于直接观测与验证的推论，通过对推论的验证最终达到科学探究的目标. 这种情况下，“假说演绎法”就能充分展示其独特的优势，成为一种十分有效的研究方法. 我们认为，“假说演绎法”不仅是现代科学研究中的一种常用方法，也是学生认识客观事物、形成客观规律的一种重要方法，更是学生将来从事科学研究，及走入社会普遍需要的重要的科学思维方法.
一、 运用“假说演绎法”进行探究教学的基本思路
“假说演绎法”的研究思路是：确定需要研究的问题，在已有经验和背景知识的基础上，通过观察现象、搜集相关的事实依据，提出解释问题的假说，再根据假说进行演绎推理，得出一个或几个具体的推论，然后通过实验的方法来检验这些推论，如果实验结果与预期的推论相符，就证明假说是正确的；反之若不相符，则说明假说是错误的，需要重新提出新的假说，再重复先前的过程. 将这一方法运用到物理课程的探究教学中，其教学流程图可以用图1来表示. 以下以“探究凸透镜成像”规律为例，说明该方法的应用.
二、 运用“假说演绎法”探究凸透镜成像规律
1． 发现问题
学生在先前的学习活动中已有所发现：通过凸透镜看近处书本上的字是正立、放大的，而看远处的景物，则是倒立、缩小的，说明凸透镜可以成不同的像. 那么，凸透镜在什么情况下成正立的像，或是倒立的像？什么情况下又成放大的像，或是缩小的像？这其中存在什么规律呢？
2． 搜集事实
学生选用凸透镜、蜡烛、光屏、光具座（或直尺），尝试搜集、获取直观的科学事实. 将凸透镜固定在光具座的中间位置不变，使烛焰沿主光轴从距凸透镜较远处逐渐靠近透镜，调节好像距，使烛焰在光屏上成清晰的像. 可以发现：随着物距的减小，光屏上的像逐渐增大，并且由缩小逐渐变为放大，同时，像距也随之增大. 当烛焰与凸透镜之间的距离太靠近时，光屏上就不出现烛焰的像，只有亮斑，但此时通过凸透镜看烛焰，就能看到一个正立、放大、清晰的像.
换一块焦距不同的凸透镜重复刚才的实验，情况大致相同，只是光屏上出现放大、或缩小的像、或不出现像时，烛焰的位置有所不同.
3． 提出假说
对搜集到的事实进行分析：每次凸透镜成不同的像，都是通过移动烛焰的位置，即改变物距来实现的，那么凸透镜成像的性质可能与物距的大小有关. 还有，换了不同焦距的凸透镜重复实验，发现即使烛焰放在同一位置处，光屏上成的像也与前次不同，那么凸透镜成像的性质还可能与凸透镜的焦距有关. 因此，提出如下假设：凸透镜成像的性质与物距及焦距有关.
4． 演绎推论
对于某确定的凸透镜而言，当烛焰沿主光轴从远处逐渐靠近凸透镜的过程中，像由缩小变成了放大. 由此可以得出第一个推论：在主光轴上一定存在这样一个特殊位置，这个位置是烛焰成放大的像与缩小的像的分界点，烛焰在这个位置上时所成的像，既不放大，也不缩小，而是一个等大的像. 找到这个位置，就能确定像放大或缩小的规律.
另外，搜集到的事实还表明：当烛焰与凸透镜之间的距离太近时，光屏上不出现像，要透过凸透镜对着烛焰看，才能看到一个正立、放大的像. 这就是说，物距太小时成的是虚像. 那么，就可以得出第二个推论：必定存在这样一个特殊位置，这个位置是凸透镜成实像和虚像的分界点. 确定了这个位置，我们就能掌握凸透镜成实像或是虚像的规律.
5． 实验检验
准备好三块不同焦距的凸透镜、光具座、光屏和直尺等. 为了比较像与物的大小，可以用发光二极管代替蜡烛做光源，并在光屏上画出一组等距的平行线，使相邻两线间的距离等于发光二极管的高度，如图2所示. 先用平行光聚焦法测量出凸透镜的焦距，并记录在实验数据表格中. 把凸透镜固定在光具座的中间位置处，使发光二极管沿主光轴从较远处逐渐向凸透镜靠近，同时调节光屏到凸透镜的距离，使光屏上成清晰的像. 当光屏上像的高度正好等于相邻两条线之间的距离时，像与物大小相等，记录此时的物距与像距. 把发光二极管再移近凸透镜，同时调节像距，直到光屏上不出现清晰的像，只有亮斑，记录此时的物距. 换用不同焦距的第二、第三块凸透镜，重复上述实验，并记录相应的实验数据.
6． 得出结论
分析实验数据，推论一得到验证：确实存在这样一个位置，物距等于两倍焦距处，是凸透镜成放大实像与缩小实像的分界点，物体在两倍焦距以外，成倒立、缩小的实像，反之则成倒立、放大的实像；推论二也同样得到实验的验证：在焦点处凸透镜不能成像，在焦点以外成倒立的实像，焦点以内成正立的虚像.
至此，根据假说进行演绎推理得出的两个推论都得到了实验的验证，说明之前的假说是正确的，凸透镜成像的性质与物距和焦距有关. 结合两个推论，凸透镜成像规律也就一目了然了.
三、 运用“假说演绎法”进行探究教学的相关思考
1． 与传统方法的比较
在探究凸透镜成像规律的教学活动中，传统的做法是采用归纳法，其基本教学思路如图3.
学生在明确了将要探究的问题后，设计并进行实验，按照倒立缩小的实像、倒立放大的实像和正立放大的虚像等三种情况，分别收集相应物距和像距的实验数据，然后对这些数据进行分析研究，从中归纳出物距与一倍焦距、与两倍焦距，以及像距与一倍焦距、与两倍焦距之间的大小关系. 实践表明，这对学生的归纳概括能力而言，要求确实比较高了. 主要的症结在于：面对众多的实验数据，学生在归纳与概括时，指向性和目标性都比较模糊，为什么要与一倍焦距、与两倍焦距进行比较呢？而不是别的？这是使用传统方法遇到的一个瓶颈问题，更是学生学习的困惑所在.
运用“假说演绎法”能有效解决这一问题. 上述教学案例中，在得到笼统的假说后，通过演绎推理，从一般的、不容易实证的观点中，推断出两个特殊的、容易实证的推论，即：必定存在两个特殊的位置，然后，实验就围绕着寻找、确认这两个特殊位置而展开，指向性和目标性都非常明确.
2． “假说演绎法”是重要的研究方法
在物理教学活动中，探究教学没有、也不应该有固定的一成不变的程序和模式，教师应根据实际情况，从具体的教学目标和教学内容出发，恰当地、灵活地采用多种方法，去引导学生开展科学探究. 当物理教学中出现了某些猜想或假说，内容比较宽泛，带有一定的普遍性，但又比较抽象、复杂，以至于它们与可观测的事实之间跨度较大，难以取得直接实证时，我们就需要借助逻辑的力量，利用演绎推理等方法，从假设中推断出一个或几个具体的、便于直接观测与验证的推论，通过对推论的验证最终达到科学探究的目标. 这种情况下，“假说演绎法”就能充分展示其独特的优势，成为一种十分有效的研究方法. 我们认为，“假说演绎法”不仅是现代科学研究中的一种常用方法，也是学生认识客观事物、形成客观规律的一种重要方法，更是学生将来从事科学研究，及走入社会普遍需要的重要的科学思维方法.