对探究式学习中“建立假说”要素的若干认识，本文主要内容关键词为：假说论文,要素论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
建立假说也常被表述为进行猜想（猜测）和假设，它是构成探究式学习全过程的第二个要素。那么，什么叫假说？它在探究活动中起着什么作用？怎样通过建立假说培养学生的探究能力？怎样将建立假说引入科学教育？假说在科学探究活动中是必不可少的吗？本文试围绕这些问题，谈谈对建立假说要素的若干认识。
一、假说是科学发展的形式
所谓假说，就是关于事物现象的因果性或规律性的假定性的解释。或者说，假说就是主体在证据不太充分的情况下对事物所作的一种假定性的判断。由于假说具有的假定性和或然性的特点，它的本质是猜想或猜测，是不确定的和不可靠的，因此往往并不受到人们的重视。
其实，假说是人类接近客观真理的基本方式。恩格斯说过：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。一个新的事实被观察到了，它使得过去用来说明和它同类的事实的方式不中用了。从这一瞬间起，就需要新的说明方式了——它最初仅仅以有限数量的事实和观察为基础。进一步的观察材料会使这些假说纯化，取消一些，修正一些，直到最后纯粹的构成定律。如果要等待构成定律的材料纯粹化起来，那么这就是在此以前要把运用思维的研究停下来，而定律也就永远不会出现。”（《马克思恩格斯选集》第三卷，人民出版社，第561页）。
例如，人类对光的本性的认识过程。光是人类早已熟知的事物，但熟知并不一定真知，光究竟是什么？这个问题科学家们早在17世纪就开始争论了。当时有两种观点，一种是以笛卡儿、胡克、惠更斯为代表的波动说，另一种是以牛顿为代表的微粒说。两种假说都能够解释反射现象和折射现象，但牛顿认为波动说无法解释光的直线传播现象，而惠更斯认为微粒说不能解释光能相互穿行的现象。两种假说争论最大的焦点在于：微粒说认为光从空气进入水内，是由于速度变大才偏向法线；而波动说则认为光从空气进入水内，是由于速度变小才偏向法线。由于牛顿的威望，人们最初更愿意接受微粒说。后来，托马斯·杨和菲涅耳相继发现了光的干涉现象和衍射现象，这些现象只能用波动说解释。尤其是在1862年，法国科学家菲索测定了光速，确认光从空气进入水中速度将变小后，波动说才普遍被人们所接受。但开始的波动说是将光看作机械波，它在解释具体实验现象时碰到了困难。当麦克斯韦电磁理论建立后，人们根据麦克斯韦方程推导出电磁波的速度跟光速恰好相等，而且电磁波也可以在真空中传播，于是确认光波实际上是电磁波。到了20世纪初，爱因斯坦根据光电效应等现象，又建立了光子说。最后，人们将光的波动性和粒子性进行综合，建立了光的波粒二象说。这个理论的建立并不表明人类对光的本性的认识已经全部完成，至少还有一些问题并没有彻底解决。相信到了某一个时候，光的波粒二象性理论将会得到修正。
根据建构主义科学观，人类探索自然规律实质上是一个建构的过程，因为自然界不会直接告诉我们它的规律是什么，我们也无法看到自然界的规律。我们所看到的只是一些自然现象，人类所发现的自然规律都是对自然现象的解释，这种解释都带有猜测的成分，其实质都是假说。既然是带有猜测性的假说，它是可错的，有待于进一步修正。今天看来是真理的理论，明天可能会发现它的谬误，又需要进行修正。科学就是在不断地建立假说和修正假说的过程中得以发展的。
二、假说是生活中常用的思维形式
假说也是人们在日常生活中经常使用的一种思维形式，只是我们平常对它没有清醒的意识而已。正是这些看上去不太可靠的假说，引导着人们面对问题做出积极的行动。
例如，当你晚上在房间里看书时，突然发现灯泡不亮了。你的头脑里肯定会出现这样一个问题：是什么原因导致灯泡不亮呢？
你可能会打开窗门看看外面的情况，你作出这个行动其实是基于这样一个假说：可能是整个小区都断电了。当你发现小区里其他房子的电灯都亮着时，你否定了这个假说。
然后，你又可能去另一个房间打开电灯看看。你作出这个行动其实是基于另一个假说：可能是家里的保险丝断了。当你发现另一个房间里的电灯也能亮时，你又否定了这个假说。
接着，你用手电筒照看灯泡的灯丝，你作出这个行动其实是基于这样的假说：可能是灯泡的灯丝断了。当你发现灯泡的灯丝完好无损时，这个假说也被否定了。
最后，你请一位电工师傅，他打开了灯头，结果发现，在灯头里，有一根电线与接线柱脱离接触了。电工师傅作出这个行动其实是基于他头脑里的一个假说：可能由于灯头里电线与接线柱接触不良。
虽然在上述过程中，人们并没有用语言来表达假说，但这种思维在人的潜意识中却是客观地存在的。
三、假说是科学探究最富有魅力的环节
由于实验是自然科学的基础，科学教师大凡比较重视实验教学，不少教师在进行教学设计时，总是设法增加学生动手操作的机会。例如，有的教师在教学阿基米德原理时，安排了如下的学生活动：
每2～3个学生为一小组，给每一小组1只弹簧秤、1只小烧杯、1只溢杯、1个大橡皮塞、1只量筒。
（1）将橡皮塞挂在弹簧秤下，测出它受到的重力G；（2）在溢杯中装满水，将小烧杯放在溢杯的出水口处；（3）将橡皮塞浸入溢杯的水中，读出弹簧秤的读数F；（4）将由溢杯溢出流入小烧杯中的水倒入量筒中，这就是被橡皮塞排开的水，量出它的体积V[，排水]；（5）计算出橡皮塞浸入水中时受到水的浮力F[，浮]和由溢杯流出的水受到的重力G[，排]；（6）将有关数据填入表1中，比较F[，浮]和G[，排]，你可以得出什么结论？
┌──────────────┬─┐
│物块的重G
│ │
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│物块浸入水中后测力计的读数F │ │
├──────────────┼─┤
│物块排开的水的体积V[，排水] │ │
├──────────────┼─┤
│物块受到水的浮力F[，浮]=G-F │ │
├──────────────┼─┤
│物块排开的水受到的重力 │ │
│G[，排水]=ρ[，水]gV[，排水]│ │
└──────────────┴─┘
从表面上看，在这个活动中，学生是自己通过动手实验自己得出科学的结论，似乎很能体现学生学习的自主性。但深入的分析可以发现，在整个活动过程中，学生所有的操作都是在给定的指令下进行的，他们只知道做什么和怎么做，却不知道为什么要这样做，即他们的操作是一种盲目的操作。（当然，教师并不盲目，因为教师早已知道答案）这种照方抓药式的操作充其量只能培养学生的动手能力和动手习惯，而不是根本意义上的探究。
其实，在阿基米德获得浮力的原理的过程中，最富有魅力的环节并不是实验本身，而是阿基米德怎么会想到将浮力跟被物体排开的那部分液体建立起联系。关于“浮力的大小究竟跟哪些因素有关”这一问题，本身并不能给实验设计提供多大的启示，指导设计这个实验方案的基础是这样一个假说：浮力的大小可能跟被物体排开的那部分液体有关，实验的过程则是对这一假说进行检验的过程。假说启发我们应当设计怎样的实验和获取哪些信息，它是问题与实验中建立的一座桥梁，也是科学探究过程中最富有创造力和最富有魅力的环节。
探究式学习是一种富有创造性的活动，需要手脑并用。基于这样的思想，我们将阿基米德原理的教学进行了改进，突出了建立假说的环节（详见浙江教育出版社2002年6月版，义务教育课程标准实验教科书《科学》，8年级上，第21页）。
四、“假说—检验”是科学教育的重要方法
假说不但在科学研究中扮演着重要的角色，由于建立假说的过程充满着创造性的思维，而教育的最大任务是教学生思维，所以，它在科学教育中理应发挥重要的作用。根据假说在科学探究中的作用，我们对许多课题采用一种称为“假说—检验”的方法进行教学，把学生学习的过程设计成建立假说、检验假说的过程。
例如在教学蒸发吸热的知识时，我们通常是取一支温度计，先将它的玻璃泡浸入酒精中，将温度计取出后，让学生看到：温度计的读数变小。由此说明，液体蒸发时，温度要降低，会从外界吸收热量，从而使跟它接触的物体温度也变低。采用“假说—检验”的方法，我们将教学过程作如下的设计：
师：在炎热的夏天，当打开了电风扇，我们会感到很凉快。你们知道吗，电风扇对人扇动时，人为什么会感到凉快？
生1：可能是电风扇吹来的风温度较低，温度较低的空气与人的皮肤相接触时，会从人体吸收热量，使人感到凉快。
生2：我在游泳前风吹到身体上并不感到冷，但游泳后从水出来时，风吹到身体上却感到很冷。根据这一点，我觉得电风扇扇动使人感到凉快可能跟汗液的蒸发有关。
师：上述两个假说似乎都有一定的道理，到底哪一个正确，需要设计实验进行检验。请与周围的同学讨论，共同制定实验方案，同时提出你的实验需要哪些器材。
在讨论和交流的基础上，确定大家普遍看好的实验方案：取1支温度计，以书代扇先直接对它扇，看温度计的读数有没有变化；再将它的玻璃泡浸入烧杯内的水中，取出后以书代扇对着它扇，看温度计的示数有没有发生变化。如果假说1正确，则两次温度计的读数都会变小。如假说2正确，则只有后一次温度计的读数会变小。
实验结果是：只有后一次温度计的读数会变小。
师：通过实验，我们否定了假说1，而肯定了假说2，即电风扇吹时人感到凉快，是因为风加快了汗液的蒸发，而汗液蒸发时要从人体吸收热量，使人体温度变低。通过这个探究活动，你对液体的蒸发有什么新的认识？
生：液体蒸发时会从外界吸收热量，从而引起跟它相接触的物体温度降低。
在以往的科学教育中，假说并没有受到应有的重视。不少教师分不清假说和科学结论的区别，往往过早地将一个假说当作结论而强加给学生。例如，在教学凸透镜的焦点和焦距知识时，教师先做了一个实验：如图1，让平行光通过双凸透镜，让学生看到平行光经过透镜后将聚于一点，由此得出凸透镜的焦点和焦距的概念。在这个基础上进一步指出：凸透镜有两个焦点，两个焦距是相等的。这一做法从科学性上并没有错误，从教师角度看也是合理的。但从学生角度考虑却不然，因为在学生看来，对于双凸透镜来说，由于它的对称性，“凸透镜有两个焦点，两个焦距是相等的”这个说法是可以接受的。但是，平凸透镜或凹凸透镜（如图2）也有两个焦点吗？如果有两个焦点，两个焦距也相等吗？从学生角度看，对平凸透镜或凹凸透镜来说，“凸透镜有两个焦点，两个焦距是相等的”只是一个假说，而不是结论。如果过早地将一个假说当成结论，一方面违反了学习的规律，没有让学生通过建构来形成知识，另一方面则使学生失去了将假说转化成科学结论的思维磨炼。为此，我们对这一教学过程作如下的设计：
教师将双凸透镜放在激光演示仪上进行演示，使学生看到平行光穿过凸透镜后将会聚于一点。
师：凸透镜会使平行光线会聚于一点，这一点叫做焦点，用F表示。焦点与透镜之间的距离叫做焦距，用f表示。凸透镜的一侧有一个焦点，凸透镜的另一侧是否也有一个焦点呢？两个焦点与透镜的距离是否相等？试以不同形状的凸透镜展开讨论。
生：如果是双凸透镜，肯定存在两个焦点，并且两个焦距是相等的。如果平凸透镜或凹凸透镜，则难以肯定。
师：你不妨猜测一下。
生：焦点可能有两个，但两个焦距可能相等。
师：你为什么会这样猜测？
生：因为它们都是凸透镜，我希望不同的凸透镜最好有相同的规律。
师：怎样用演示仪检验你的假说呢？同桌同学可以进行讨论。
学生提出不同方法：（1）先定出焦点的位置，再将透镜转过180°，看焦点是否在同一位置。（2）先量出焦距，再将透镜转180°，量出另一个焦距。
教师演示，发现不论哪一种凸透镜，都具有两个焦点，并且两个焦距相等。
五、并非所有的探究需要建立假说
在美国国家科学基金会教育与人力资源部中小学教育及校外教育处著的《科学探究之探究》一书中，编入了杰瑞·潘所写的《要假说，还是不要假说？》一文，该文认为：“非科学工作者在教授科学方法时常常要求科学探究必须源自一个假说，实际上，这常常是不正确的。”我认同这一观点。其实，虽然假说在科学探究过程中起着十分重要的作用，但这并不意味着所有的探究活动都必须建立假说。科学家的探究是如此，学生的探究更是如此。在关于探究式学习的课题研究中，我们注意到这样一个现象：有些教师过分拘泥于探究式学习的程式，无论什么探究活动都要求学生建立假说，结果弄得很生硬和别扭。通过对大量教学案例的分析，我们认识到，在许多情形中，学生已有的知识往往不足以使他们提出自己能够信赖的假说。这时，与其让学生盲目地去瞎猜，还不如让他们跃过“建立假说”这一环节。其实，对于科学探究来说，真正能够激发我们去开展探究活动的因素并不是假说，而是问题。因此，我们一方面强调假说对科学探究的重要作用，而另一方面则强调不要让假说束缚住我们的手脚。
例如研究水的沸腾现象，以往的教学中通常采用两个做法，一是教师演示，学生观察演示实验现象，并在教师引导下得出水的沸腾的规律；二是给学生实验器材，学生按既定的操作步骤进行实验，并观察实验现象，得出沸腾的规律。为了使学生的学习更为自主些，我们设计了如下的探究活动。
每2～3人为一个小组，提供烧杯、铁架台、酒精灯、温度计等器材。
（1）提出问题：对水进行加热时，水的温度随时间会发生怎样的变化？
（2）与组内的同学共同制定一个实验方案来研究这个问题。①你的实验需要哪些器材？②你在实验中需要进行哪些操作？③你在实验中需要记录哪些数据？④设计一个实验数据记录表，用于记录实验数据。
（3）与其他同学进行交流，看谁的设计方案更好。
（4）采用大家认为较为可取的实验方案进行实验，观察实验现象。
（5）根据实验记录的数据，得出结论：______。
（6）你能用别的方式反映水温变化的规律吗？
（7）你在实验中还看到什么现象？
（8）你能解释实验的结果吗？
在以上所述的探究活动中，我们只是给出一个探究的问题，既没有给出实验的器材，也没有给出实验的步骤和实验数据记录表格，等等，所有这些都需要学生充分独立思考与互相合作来得出。而在上述案例中，并没有建立假说的环节，但这并不妨碍探究的进行。由此我们可以看到，判断某一学习过程是不是探究式学习，根本的标志并不是看在学习中学生是否经历了探究式学习的完整的过程，而是看学生的学习是不是自主地进行。探究式学习不是一个僵死的东西，它是灵活多变的。引导学生实验活动的并不一定是假说，问题是激发学生学习的真正动力。