科学假说及其在中学物理中的教学策略.doc
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1、科学假说及其在中学物理中的教学策略科学假说是一种复杂的理论思维形式,是人们运用科学思维,根据已知的事实材料,对未知的事物及其规律所作的推断和假定,是一种带有推测性和假定性的理论形态,是没有经过实践充分证实的理论。恩格斯指出:“只要自然科学在思维着,它的发展形式就是假说。”作为一种理性思维的形式,假说是科学研究中重要的方法。在中学物理教学过程中,对21世纪知识经济时代中参与竞争的学生,培养探究形成假说的能力,严密思维能力和创新思维的能力是十分必要和十分紧迫的。本文就假说的作用及其在中学物理教学中有关假说的教学策略作一肤浅的论述,以期同仁指教。一、假说的特征1、假说具有猜测性。假说之所以称为假说,
2、就是因为它是一种“毛坯”,是具有一定猜测性的理论“预制品”,在未证实之前只能说是对自然现象及其规律的推断、猜测。假说只有通过实践检验和证明,才能上升为理论。例如,哥白尼的“日心说”,康德拉普拉斯的“星云假说”,“大爆炸宇宙说”,“黑洞假说”等等。近代物理中卢瑟福核式结构模型、玻尔量子假说等等,在未证实之前均为假说,不能看成是一种完美的理论。有的至今未(进化)上升为理论,因为未得实验的检验。2、假说具有科学性。假说虽然是一种想象或猜测,但它的提出不但要以实验材料与经验事实为基础,而且要以科学理论为依据,经过实践检验和证明。所以假说不是无根据的猜测和幻想,不是主观臆造。假说一旦失去事实基础和科学依
3、据,又未经受一定的实践或检验,它也就失去了存在的价值。卢瑟福的原子核式结构模型,虽然有其很大的缺陷,但是它有科学依据,又能经得起a散射实验的检验,能推算出原子和原子核的半径。玻尔的原子模型是在卢瑟福模型的基础上发展起来的,它克服了卢瑟福模型的某些缺陷,引入了量子化的概念,因而是更为合理的一种新的假说,但是它还是有自己的缺陷。因此每一种假说都有科学依据,但它又随科学的不断发展而“进化”。3、假说具有可变性。假说是一种对实践证实的东西,因而通过实践检验可能成为真理而发展成一种理论,也可能成为谬误而被淘汰,也有可能被证实具有某种不完整性而发展成为一种新的假说。有时也通过相反的假说之间对峙和争论,形成
4、一种变动更迭、新旧交替的局面,使假说得以发展。例如,关于太阳系演化的假说,18世纪康德拉普拉斯提出了“星云假说”,到本世纪70年代又出现了“星子假说”、“陨星假说”、“宇宙大爆炸说”等,这些假说都有科学价值,因为都从某一角度反映了太阳系起源的可能性,都为解决太阳系起源作了贡献。关于光的本质,历史上出现了以牛顿为代表的“微粒说”和以惠更斯为代表的“波动说”的对峙与争论。两种学说争论都为揭示光的本性问题作出巨大贡献,最后为爱因斯坦的“光量子假说”所统一,给出了反映光的本性的“波粒二象性”的辩证图象。又如“以太”假说在科学事实面前证明是一种谬误,因而被人们抛弃。二、假说在科学发展中的作用假说作为一种
5、重要的科学研究方法,在物理学中具有其它方法所不可替代的作用。其作用可以从图1表中看出:1、假说是科学问题过渡到科学理论的桥梁。一个自然现象,在其未被揭示出科学本质之前,人们对它的认识是很不完整的,甚至是片面的,只能借助于假说的形式进行研究与探索。当某一假说被大量事实所证实时,它就发展成一种理论:当新的科学事实又积累到一定程序与假说相矛盾时,又必须提出新的假说或修改、补充原来的假说,以便能圆满地解释事实,进而促进理论的进一步研究与发展。因此假说是物理学研究中理论发展必不可少的方法与桥梁。例如从黑体辐射问题的研究中出现的“紫外灾难”到1900年普朗克的量子假说,到1905年爱因斯坦“光量子假说”,
6、到玻尔量子理论解释原子问题,建立旧量子论,到海森堡、薛定愕提出量子力学,再应用爱因斯坦相对论提出相对论量子力学的整个量子理论的发展,无不体现了从假说理论新假说新理论的循环发展模式,而每一次的发展都是对前一层次理论(假说)的继承、完善和修改,又是后一层次理论(假说)的重要台阶。因此,只要物理学发展着,假说便是永远不可缺少的一座桥梁。2、假说对物理现察和实验具有先导作用。假说在科学研究中具有一定的猜测性。但不是盲目的无目的的猜测,而是科学的预测,有计划的研究。有了假说便有了有计划有目的实验和观察。因此假说对物理观察和实验具有先导作用。例如在天体物理研究中,1845年,法国天文学家勒维烈和英国天文学
7、家亚当斯根据万有引力定律计算的天王星轨道的偏离值,预言有一颗新的行星存在。1846年9月23日,由柏林天文学家加勒在勒维烈预言的位置偏离1的地方果然找到了这颗新行星,并命名为海王星。又如1919年英国两个科学观测队按爱因斯坦关于光线通过太阳表面发生偏转的理论计算值所作出的观察,都是有计划的实验活动。三、假说在中学物理中的教学策略1、充分利用教材上的假说挖掘假说的方法论思想。中学物理(尤其在物理下册内容)中,有很多内容与假说方法有关或使用了假说的方法。物理作为一门体现极强思维能力的实验科学,假说的方法是离不开的。特别是近代物理学的研究表现尤为突出。例如,狄拉克的迷人的磁单极于假说、安培分子环流假
8、说、光的粒子说、光的波动说、普朗克光子说、爱因斯坦的光量子假说、汤姆生模型、卢瑟福原子模型、玻尔模型等等均为历史上极有影响力的假说,其中蕴含着极丰富的创造力,有科学家们的科学思想方法。(1)假说在解决矛盾、解释事实中的方法论思想。科学发展是有其自身的规律的,一个伟大的发现不仅与科学家自身的努力有关,更与当时科学群体、社会经济发展水平、科学技术的综合水平有关。一个假说的发展不可能与科学研究的历史相隔离,可以说每一个假说的发展都是从科学研究的矛盾与困难开始的。在研究解决这些矛盾的过程中运用分析、综合、抽象、概括、科学推理、类比、臻美、等效等思维方法,合理地提出假说。如原子物理一章中介绍原子理论发展
9、时必须如数家珍般地列出每种模型的特点、可解释的物理事实及其存在的矛盾,尤其是研究存在的矛盾,是提出新的假说的开始。我在原子模型的教学中向学生提出这样一些问题并与学生一起展开程序式的讨论。师:汤姆生为什么要提出“枣糕”模型?生:为了解释电子的发现。师:汤姆生模型能解释a散射实验的结果吗?生:不能。师:为了解释粒子散射实验,我们能否设想一个原子模型呢?依据是什么?生:a粒子散射实验的结果。师:从a粒子散射实验中“绝大多数”、“少数”、“极少数”、“有的甚至”,可猜测出原子模型的空间尺度对比吗?如何估算出原子核式结构模型中原子和原于核的大小的数量级之比?(这是一种由“果”推“因”的思维模式。)师生互
10、相讨论:绝大多数a粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进,说明原子内部绝大多数是“空”的;极少数a粒子发生大角度偏转,说明粒子碰到了带正电的,且质量较大的东西,而且这东西很小。师:由此猜测的模型是怎么样的呢?生:中心是一个质量较大的核,其周围是电子。师:带负电的电子如何才能与带正电的核保持一定的距离?生:只有绕核旋转。师:卢瑟福的模型可解释a散射实验,但它又遇到了哪些矛盾?师生互相讨论:(1)原子发光的频率。根据卢瑟福的模型原子光谱应该是连续的,但事实上是明线光谱。(2)原子结构的稳定性问题。按卢瑟福的模型,由于电子加速运动而不断地发射光,那么由于系统能量不断减小,电子的轨道半径不断减小,则最后电子将
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- 科学 假说 及其 中学物理 中的 教学策略
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