二、课堂中的探究要素往往是不齐备的
　　物理课程标准指出了科学探究的七个要素。“要素”不同于“环节”。一个过程缺少必要的环节就会中断；而课程标准指出的要素是科学探究的标志，一个具体的教学过程只要具有一两个这样的要素，它就有了探究性。也就是说，课堂学习时的科学探究不一定是“完整”的。

 　例如，在引入强相互作用时，下面的思考与讨论就是一种科学探究。
　例2　质子带正电，但质子（与中子一起）却能聚在一起构成原子核。根据你的推测，原因可能是什么？
　　教师提出这个问题，学生自然会想：“对呀，同性相斥啊……可能除了库仑力之外还存在另一种力，使得质子相互吸引，不然怎么会……”这小段教学过程也许只有一两分钟，但它包含了提出问题、猜想与假设以及极其简单的分析。尽管学生不可能得出可靠的结论，但它具有科学探究的典型要素，这种互动就是一段科学探究。
　　又如，在学过匀速圆周运动之后，学生对以下问题的研究也是科学探究。
 　例3　思考与讨论。
　　地球可以看做是一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球半径。地面上有一辆汽车沿着赤道行驶。汽车速度越大，地面对它的支持力就越小。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？
　　学生在解决拱形桥的问题中已经知道，当汽车速度一定时，拱形桥的半径越小，车对桥的压力与重力之差越大，而地球的半径很大，这种效应应该不明显；但学生还知道，当拱形桥的半径一定时，汽车的速度越大，车对桥的压力与车的重力之差就越大，所以要在地球上产生明显的效应，车就要开得很快。要多快呢？其实学生已经掌握解决问题的工具了……这个问题是教师提出来的，学生根据解决拱形桥问题的经验，可以做出有很大把握的猜想，然后沿这个方向进行数学推理和分析，得出准确的结论。这是一个很好的科学探究过程。

 　　实际教学中最难把握的是提出问题这个要素。学生提的问题五花八门，有的虽然有意义，但未必与教学发展方向一致。因此，多数课题恐怕还是要由教师提出。这样做还是科学探究吗？还是根据现象或过去的知识找出矛盾或疑问，把它清晰地表述出来，这是一个很好的教学习惯。教师经常这样做，时间久了学生也就自然这样做，遇到相似的场景时会不自觉地在心里产生疑问，于是就形成了提出问题的习惯，也就逐渐学会了怎样提出问题。我们强调这样的教学过程，就是在“播种一种行为，收获一种习惯”（张维善语），我们这样做是在引导“批判性的思维”，是在培养“怀疑精神”。

 三、猜想与假设的不确定性并不一样
　　科学的猜想与假设在本质上不同于不负责任的乱说，它是根据有限的事实或不严格的推理得出的不太可靠的结论。例2中，我们得出一个猜想──存在着另外一种相互作用，根据的是库仑力的性质和二力平衡的知识。但是，它仍然只是一个猜想，不是科学的结论，因为我们不能排除另外的许多可能：两个质子之间只有库仑力的作用，但库仑定律在很小的距离上不适用；或者……
　不同探究过程中做出的猜想与假设，它们的不确定性并不一样。上面例3中的猜想与假设实际上已经是对问题的定性分析，不确定性很小；而例2中的猜想与假设则有极大的不确定性，特别是中学生做出这样的猜想，更是如此。
　　可以说，中学教学中的科学探究最应该注意的就是猜想与假设这个要素，猜想与假设是创造性思维中最活跃的因素。这样说，是基于我们对科学过程的理解：自然规律不是根据有限的（尽管可能是大量的）事实归纳出来的，新知识的建立常常不在于实验证据的多寡，而在于研究者的洞察力。科学中的重大发现是这样，日常生活与工作中的新认识、新见解也是这样。
　　新的高中物理课程包括了狭义相对论的少量内容。这样做的主要目的是使学生在狭义相对论的学习中再一次体会科学探究的过程，即人们认识世界的下述过程。
　　学生在大致了解几个关于“光速不变”的实验后发现了矛盾（提出问题），在此基础上提出了光速不变原理和狭义相对性原理（猜想与假设）。尽管麦克尔逊实验和其他几个实验及天文观测表明，光速不依赖于观察者与光源之间的相对速度，但这只是有限的几件事实，难以得出一般性的规律，因此我们只能把它叫做猜想与假设；至于狭义相对性原理，也只是因为“没有发现违背这个原理的事实”，也属于猜想与假设的范畴。
　　在这两个猜想与假设的基础上，经过逻辑推理得出了同时的相对性，进而得出长度的相对性和时间间隔的相对性（分析与论证）。最后介绍对宇宙射线中μ子计数的解释、狭义相对论的宏观验证，并简单提到它在粒子物理中的应用。
　　这段教学要使学生体会认识世界的如下过程。
　　实验或观测事实（或直接经验）──猜想与假设（两个基本原理）──逻辑分析（数学推理）──可检验的结论
　　在这个案例中，两个原理具有很大的不确定性，只有得出的所有结论都与事实一致时，才能说当初的猜想与假设在一定的条件下是正确的。新高中课程还要求极简单地介绍广义相对论。广义相对论的猜想与假设的不确定性就更大了。与它们相比，课堂实验中关于导体中的电流与它两端电压关系的实验结论，其不确定性就小得多，但仍是个假设，因为后来发现它对半导体导电和气体导电并不适用。我们只能说，对于金属导体，这个猜想与假设发展成了欧姆定律。
　　以上分析有助于打破我们对于科学探究的狭隘认识。学习中无论是极不确定的想法，还是似乎板上钉钉子的实验结果，其实都是科学探究中的猜想与假设。中学物理中几乎所有内容都应该按科学探究的方式学习。

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