引导学生进行理性分析和大胆猜测--科学猜想中的逻辑推理分析_演绎推理论文

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      在探究式教学中，猜想是指学生接触到问题后，在已有的知识储备与生活感性经验的基础上，充分发挥想象力和创造力，对所要探究的问题提出的一种初步设想。猜想作为科学探究的一个环节有着举足轻重的地位，它对解决问题的方案作了一定的预见性思考，为收集信息、分析和解释信息提供了一个大致的框架，能够帮助探究者明确探究的内容和方向，指导探究沿预定的目标展开，避免探究的盲目性。[1]

      笔者根据猜想的思维水平将其分为两个层次，如表1所示。

      

      猜想I是从已有的生活经验或实验现象出发，对研究的问题做出一些感性的预测。猜想Ⅱ是从已有的知识储备出发，对研究对象进行一系列的理性分析和推理从而提出对问题的一些可能性解释。可见，猜想I以感性认知为基础，而猜想Ⅱ则建立在理性分析、逻辑推理的基础上，对学生的思维水平有更高的要求。因此在教学实践活动中，教师应该有意识地为学生设置猜想Ⅱ的情景，引导学生通过理性分析和逻辑推理构建科学猜想，这对于学生思维能力的培养和科学素养的提高具有重要的意义。

      二、教科书中的范例

      

      这里的分析虽然是一种猜想和假设，它的正确性有待实验的检验，但这一分析猜想过程不仅对学生构建电场强度的概念、理解比值定义法的内涵有着重要的意义，而且也为学生提供了一种分析的思路、猜想的方法。

      三、教学案例

      1.关于“导体的电阻”的教学片断

      教师：展示情景并请学生思考“电阻的大小与哪些因素有关？”

      情景1：你知道家中的电线是使用什么材料制成的？为什么不使用铁丝呢？

      情景2：你是如何改变滑动变阻器的阻值的？移动变阻器的滑片实际上改变的是什么？

      情景3：规格为“220 V 100 W”、“220 V 15 W”的两个白炽灯串联后接入电路，哪个灯更亮？观察两个灯泡的钨丝有什么不同？

      学生：电阻的大小与材料的质地、长度和粗细（横截面积）有关。

      教师：如果材料质地相同，你能不能定性地猜想一下电阻的大小与长度和横截面积的关系？

      学生：移动变阻器的滑片实际上改变的是电阻丝的长度，电阻丝越长，阻值越大，所以导体的电阻应该与长度成正比；白炽灯泡中的钨丝越粗，灯泡越亮，电阻越小，所以导体的电阻应该与横截面积成反比。

      教师：一定是成正比和反比吗？

      学生：哦，不一定，只能说长度越大，电阻越大；横截面积越小，电阻越大。

      教师：对，目前我们的猜想仅仅是长度越大，电阻越大；横截面积越小，电阻越大。也就是说电阻可能与长度的1次方、2次方……n次方成正比，可能与横截面积的1次方、2次方……n次方成反比。

      教师：请同学们做进一步的猜测，导体的电阻到底与长度的几次方成正比，与横截面积的几次方成反比？

      学生：我猜导体的电阻与长度的一次方成正比，与横截面积的一次方成反比。

      教师：能说说这样猜想的根据吗？

      学生：这样最简单。

      教师：不错，我们研究问题往往就是从最简单的开始入手，可这个问题仅仅是简单吗？能不能找到做这样猜想的理论上的依据？

      （此时，绝大多数学生都同意上面的猜想，但要说出理由，却感觉无从下手。）

      教师：我来启发一下大家吧。能否用电阻串并联的知识来解决这个问题。

      学生甲：我明白了。假设横截面积都相同，长为l的电阻丝的电阻为R，那么长为2l的电阻丝就相当于2个电阻串联，电阻应为2R；长为3l的电阻丝就相当于3个电阻串联，电阻应为3R；依次类推，长为nl的电阻丝的阻值应为nR，所以电阻与长度的1次方成正比。

      

      教师：同学们的分析相当精彩，但是我们的分析、猜想还需要通过实验去进一步检验。

      分析：在本环节学生实际经历了2次猜想，在猜想导体的电阻与哪些因素有关及其定性关系的基础上又对这些因素间的定量关系做了第2次猜想。教科书中将理论分析电阻与长度、横截面积的定量关系作为探究方案2编排在实验探究后面，而笔者在实际教学中，将这部分内容在教学顺序上提前，在教学环节上变理论探究为逻辑推理后的猜想。这样设计的目的在于为学生提供一种推理的思路，着力对学生的逻辑思维能力进行培养。

      2.关于“磁感应强度”的教学片断

      教师：请同学们猜想通电导线在磁场中受到的力与哪些因素有关？

      学生：可能与磁场的强弱、导线的长度、导线中的电流大小以及如何放置……有关。

      教师：要研究通电导线在磁场中受到的力与这些因素的关系，应该采用什么方法？

      学生：控制变量法。

      教师：我们控制磁场的强弱不变（匀强磁场）将导线垂直放入磁场，来研究通电导线在磁场中受到的力与导线的长度和电流大小的关系。

      教师：演示实验并请学生观察、思考。

      （1）保持导线通电部分长度，改变电流大小；

      （2）保持电流不变，改变导线通电部分的长度。

      通过导线摆动的角度可以比较导线在磁场中受力的大小。

      学生：通电导线越长，导线受到的力就越大；导线中的电流越大，导线受到的力就越大。

      教师：是不是可以这样说，通电导线在磁场中受到的力可能与导线长度的1次方、2次方…n次方成正比，可能与电流大小的1次方、2次方…n次方成正比。那么，请同学们通过分析进一步猜测一下具体应该满足什么样的定量关系？

      学生：还没想好，能不能请老师给一点提示。

      教师：好。既然我们把磁场和电场进行类比，那么我们是不是同样能借鉴研究电场时的方法呢？

      （教师和学生一起重温用电场强度来描述电场强弱的思维过程，启发学生进一步思考。）

      教师：我们以前又是如何研究电阻定律的呢？

      学生甲：我来试一下。如果长为L、电流大小为I的导线在匀强磁场中受到的力是F，那么长为2L，电流大小为I的导线就相当于2段长为L的导线“串联”，因此受到的力可能是2F……依次类推，长为nL、电流大小为I的导线在匀强磁场中受到的力可能就是nF。所以通电导线在磁场中受到的力可能与导线长度的1次方成正比。

      教师：很好！哪位同学再来分析一下通电导线在磁场中受到的力与电流大小之间的可能关系。

      学生乙：如果长为L、电流大小为I的导线在匀强磁场中受到的力是F，那么长为L，电流大小为2I的导线就相当于两段长为L的导线“并联”，因此受到的力可能是

……（学生的发言停顿了）

      学生丙：不对！这和电阻并联不一样，应该可能是2F。这样，长为L、电流大小为3I的导线受到的力可能是3F，依次类推，长为L，电流大小为nI的导线在匀强磁场中受到的力可能就是nF。所以通电导线在磁场中受到的力可能与电流大小的一次方成正比。

      教师：我们分析后的推测就是F∝IL，下面我们通过定量的实验来检验我们的推测。

      分析：教科书中对这个问题的分析过程并没有呈现，但在旁批中有这样的提示：我们也可以仿照第1章第3节关于（1）式的讨论，对磁场中F、I、L的关系做出推测。其实，这就是对电场强度分析思路的一种呼应，意图是让学生利用前面所学的方法来解决现在的问题。这样的理性分析对学生的思维能力有较高的要求，需要教师在教学过程中及时、恰当地加以引导。

      四、结束语

      总之，物理教师在引导学生进行探究学习中要重视猜想环节，鼓励学生理性思考，大胆猜想。在总结猜想经验、摸索猜想规律、感悟猜想策略的过程中，使学生们的逻辑推理能力有质的飞跃。

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