合理假设 有效探究

张陈江

小学生的科学探究活动通常开始于某一个科学问题。在好奇心和求知欲的内在驱动下，对这个问题进行分析，提出有一定依据且存在可能的对结果的猜想，这就是假设。假设环节在学生的科学探究活动中起到承上启下的连接作用，根据研究对象的不同，假设可以分成预测性假设、相关性假设和因果性假设。在小学阶段的对比实验中，需要学生作出的主要是相关性假设。只有在合理假设的基础上，应用已有的知识、技能、方法制订研究计划，开展研究并进行观察与记录，收集证据，对比分析，最终得出结论。正因为假设环节如此重要，所以需要教师更加关注学生提出假设的过程，以提高整个探究活动的效率。

一、案例呈现

【案例1】

在研究“水的蒸发快慢与什么因素有关”时，学生提出了这样的假设。

放在火上烧，蒸发得快；

放在太阳下晒，蒸发得快；

放在炉灶上烘烤，蒸发得快；

用电吹风吹，蒸发得快；

用嘴对着吹，蒸发得快；

用扇子扇，蒸发得快；

……

看起来，学生思维活跃，提出了许多种假设。其实稍加归类，就会发现学生实际上只提出了两方面假设：一是温度，二是空气流动。该问题的本意是让学生说出是哪些可能的因素影响水蒸发的快慢，而学生却表述成了能加快蒸发的方法。为什么会出现这种情况？笔者认为是学生没有搞清楚研究问题和假设的表述方法两者的区别。

【案例2】

研究“降落伞下落的快慢与什么因素有关”时，教师让学生根据问题作出假设。于是学生提出了这样一些假设。

降落伞下落快慢与重量有关，降落伞越重，下落得越快；

降落伞下落快慢与风有关，风越小，下落得越快；

降落伞下落快慢与高度有关，高度越高，下落得越快；

降落伞下落快慢与降落伞的材质有关；

……

这些假设让教师颇为失望，因为没有一个是在教师预期的范围内。于是教师提醒学生：“你们看看降落伞由哪些部分组成，然后再进行假设。”经过反复提示，学生终于说到了“点子”上：降落伞下落快慢可能与伞面大小有关；可能与伞绳长短有关；可能与重物重量有关。

【案例3】

研究“摩擦力大小与什么因素有关”时，学生提出了如下的假设。

摩擦力大小与拉力大小有关，拉力越大，摩擦力越大；

摩擦力大小与拉力大小有关，拉力越小，摩擦力越小。

全班五十个学生，竟然只提出了这两个假设，而且这两种表述也只是对同一种因素的不同猜测。教师再问有没有别的不同假设，回应他的是一片沉寂。

二、案例场景回放

虽然教师不希望出现上述现象，但是这些现象的出现往往与教师的教学行为有直接关系。

例如，在案例1中，教师在开始上课前设计了一个小小的观察活动：用一块湿布看似无意地把黑板上的一道粉笔划痕擦掉了，留下了一小块水迹，并略带遗憾地喃喃自语：“哎呀，黑板湿了！”等到师生问好后，“无意”中扭头一看“咦？干了！”于是向学生求解：“你们知道水去哪里了？”学生纷纷帮忙：“水变成水蒸气蒸发到空气中去了。”这时，教师顺水推舟地提出这节课要研究的问题——水蒸发的快慢与什么因素有关呢？于是，就有了案例1中学生的众多假设。

在这节课中，虽然教师的设计巧妙，但学生只观察（且是无意中观察）到了一种水蒸发的现象。他们只能在“黑板上水不见了”这个现象的基础上加上自己的联想，提出假设。而这些假设一定会受到所观察到现象的局限。事实上，学生就是把目光“聚焦”在黑板上的水很快不见了的原因的推测上，以及还有哪些可以让黑板上的水很快消失的方法的设计上。如果教师能提供更多的生活中水蒸发的现象供学生观察体验，他们可能就不会出现思路的局限和方向的偏颇了。

案例2中的教师在课堂上用PPT向学生展示了多幅降落伞下落的图片，有的伞面宽大像巨大的蝙蝠，有的伞绳较短如同蘑菇，有的下落时形似笔尖，还有的降落伞在风中飘摇。有的图上是单独的一个降落伞，有的却像许多大大小小的花朵竞相开放。

教师让学生仔细观察图片中的降落伞，提出了本节课要研究的主题——降落伞下落的速度与什么因素有关？教师这样设计的意图是提供丰富的图片信息，期望通过让学生充分观察各种降落伞，能进行对比、分析、概括，发现降落伞下降的速度究竟是与哪个因素有关系。然而，教师的意图展现在零散的图片中，不能让学生很好地获取与主题相关的信息。学生对于降落伞的结构没有足够的认识，没有制作和试用降落伞的体验，只是根据对每一幅图片的观察，加入自己的生活经验，不确定地表达出自己对这个问题的认识，甚至还会尝试着去揣度教师的提问意图。

案例3中，教师在揭示了摩擦力概念后，用一个测力计拉动一块木块，来演示木块在桌面上运动时所受的摩擦力，并提出了“摩擦力大小与什么因素有关”的研究主题。为了让学生看清楚，教师将木块从左拉到右，再放回原处从左拉到右，在反复的演示中，拉木块的速度也有轻微的差异。学生看出了这些变化，并且理解为可能是教师的有意暗示，于是将教师拉木块的速度与用力的大小自然联系起来，得到了这样的启示：摩擦力大小可能与拉力大小有关。由于对假设内容表达的方式缺乏认识，所以错误地将“拉力越大，摩擦力越大”和“拉力越小，摩擦力越小”看成是两个假设。为了激励更多学生踊跃发表见解，教师及时表扬了发言学生。可是，学生又错误地将教师的表扬理解成了是对假设内容的肯定，于是就不再去思考其他可能影响摩擦力大小的因素了。

三、指导策略

（一）充分观察研究的对象

科学问题的提出一般都会基于某个或某些具体的现象或生活场景。从中产生的问题多多少少会涉及这个情境中的一些因素。这些因素会影响对问题的结构分析。因此，在提出一个问题后，需要让学生对研究对象及其所在的情境进行充分的观察，只有在了解了这些因素对研究对象和问题所起的作用后，才能作出选择和判断。

首先，要充分观察研究对象的结构。比如在研究“横梁的抗弯曲能力与什么有关”时，教师出示一组来自学生生活的图片——教室顶上的横梁、高架道路下面的横梁、桥面下方的横梁等，组织学生观察比较这些图中横梁的共性和差异。学生分小组从横梁的长度、宽度、厚度、横截面等形状和横梁的材质等方面进行比较，很自然地产生推测：是不是这些因素在影响着横梁的承重能力？经过对信息的整理，学生提出对这个问题的假设。

横梁的抗弯曲能力与横梁的长度有关，横梁越长，越容易弯曲；

横梁的抗弯曲能力与横梁的宽度有关，横梁越宽，越不容易弯曲；

横梁的抗弯曲能力与横梁的厚度有关，横梁越厚，越不容易弯曲；

横梁的抗弯曲能力与横梁的横截面形状有关，横截面是梯形（上大下小）的，不容易弯曲；

横梁的抗弯曲能力与横梁是否空心有关，实心的横梁不容易弯曲；

横梁的抗弯曲能力与横梁的材质有关，钢筋混凝土结构的不容易弯曲；

……

学生提出的假设比较全面，考虑到了横梁结构的各个方面。这都应该归功于学生对横梁形状和结构的仔细观察比较。

其次，要充分观察研究对象的作用。一个物体在体现功能的时候，其实都是组成它的结构中的某一个或者几个结构发挥了作用。在充分观察物体结构特点的基础上，和具体的功能联系起来，能更好地让学生提出合理的假设。比如研究“皮球落地后反弹高度和什么因素有关”的时候，学生对皮球的结构进行了分析，知道了皮球内有压缩空气，压缩空气具有弹性，地面的软硬程度也可能影响皮球反弹的高度等。他们提出这样的假设。

皮球反弹的高度与球内充入空气量有关，充气越多，反弹高度越高，充气越少，反弹高度越低；

皮球反弹的高度与地面软硬程度有关，地面硬，反弹高度高，地面软，反弹高度低；

皮球反弹的高度与皮球下落速度有关，下落速度越快，反弹高度越高，下落速度越慢，反弹高度越低；

皮球反弹的高度与皮球下落高度有关，下落高度越高，反弹高度越高，下落高度越低，反弹高度越低。

虽然由于知识面的局限，学生对物体下落的高度与下落速度之间没有能建立关联，把下落高度与下落速度看成两种因素，但是学生充分地关注了皮球下落过程中相关因素所发挥的作用，提出的假设具有较强的合理性和验证价值。

（二）加强感官情绪的体验

在提出假设前，学生在操作实验材料时产生的主观体验和平时生活中积累的经验会帮助学生作出判断。因此，教师应该给学生操作材料的体验过程，应该指导学生充分挖掘生活中的相关经验，来提高假设内容的合理性。

比如在研究降落伞下落速度的影响因素时，教师先让学生动手做一个降落伞。学生在动手的过程中仔细识别了制作材料的特征，知道了伞面有大有小、形状各不相同，伞绳有长有短、有多有少，重物有轻有重。在玩的时候观察了降落伞下落时的姿态，并在观察了别人的降落伞后，不经意间将这些降落伞进行了比较。有了这样的直观体验，当教师提出“降落伞下落快慢与什么因素有关”的问题时，学生很自然地对降落伞制作材料和刚才的观察结果进行进一步审视，发现了一些可能影响降落伞下落速度的因素。

降落伞下落快慢与伞面大小有关，伞面越大，下落越快；

降落伞下落快慢与伞面形状有关，伞面是正方形（圆形），下落越快；

降落伞下落快慢与伞绳多少有关，伞绳越多，下落越快；

降落伞下落快慢与伞绳长短有关，伞绳越长，下落越快；

降落伞下落快慢与重物重量有关，重物越重，下落越快。

再比如研究“找到最快使冰融化的方法”一课时，教师出示了一部分实验材料——方糖、烧杯、水，让学生思考怎样可以让冰更快融化？学生看到实验材料马上会联想起小时候喝过的糖水。有不少学生亲手调制过糖水，观察过糖的颗粒在开水中瞬间溶解的过程。于是学生提出假设。

把方糖碾碎，可以加快融化，碾得越碎，融化速度越快；

把水加热，可以加快融化，水温越高，融化速度越快；

用筷子搅拌，可以加快融化。

经过验证，学生证实了三种方法都可以让冰融化得快一些。在此基础上，学生将三种方法进行整合，提出了最快使冰融化的方法：把方糖碾碎，放在热水中，用筷子搅拌。这些科学问题其实和学生的生活密切相关，当学生意识到用生活中的经验和技能去解决实际问题的时候，我们的教学目的也就实现了。

（三）指导表述假设的方法

首先要突出重点。以《电磁铁》一课为例。在提出研究问题时，需要学生对“电磁铁磁力大小与什么因素有关”进行假设。学生在讨论中，除了根据自己的生活和学习经验罗列出可能影响电磁铁磁力大小的因素外，还会把后续的验证方法也迫不及待地提出来，以此来博取同伴的认可。教师在组织汇报时可以提示学生仅汇报自己或自己小组对这个问题所作出的假设，而对于后续的研究设想暂时不需要呈现出来。这样能让假设的内容更清晰地凸显出来。

其次应分解内容。有时候，探究问题过于复杂或者笼统，会给学生理解探究问题的含义造成困难，而有时学生的表达也会不够准确或不够完整。当出现这些情况的时候，教师可以适当地提示学生将假设内容进行分解，形成完整的表达思路。

比如学生在研究“摆的快慢与什么因素有关”时，提出“摆的快慢与摆的角度有关”“摆的快慢与摆锤的重量有关”“摆的快慢与摆线的长度有关”的假设。教师应该及时提示学生，这些都仅仅是“观点”，只有具体表达出摆的快慢与摆的角度有怎样的关系、与摆锤的重量有怎样的关系、与摆线的长短有怎样的关系，才能表达出对这个问题明确的假设，也就是对所研究问题的可能存在结论的预设。

再比如组织学生对“电磁铁磁力大小与什么因素有关”进行假设时，有学生认为“电磁铁磁力大小与电池数量有关”。这个假设得到绝大多数人的赞同。但是教师经过进一步询问，发现这些学生中产生了两种完全不同的意见。通过这两种观点的比较，让学生发现在表述假设内容的时候，不仅仅要说出电磁铁磁力大小与何种因素有关，还要说出具体有怎样的关系。

在对比实验中，学生对研究问题作出假设的能力不仅需要教师的及时指导，更需要在具体的探究情境中逐步练习提高。随着探究经验的积累，对研究问题作出合理的假设，会促进整个探究过程的高效进行，从而有效地获得探究的技能和科学素养的提升。

（江苏省苏州工业园区东沙湖学校 215021）