案例2】探究人造地球卫星的发射速度
(四)模型法
物理现象、过程和本质大多是比较复杂的,我们常通过建构模型的方法来认识其规律。模型的建构有的需要首先建构假设,这一过程不仅能使学生清晰地认识知识结构本身,而且能深刻地领悟到,科学特别是自然科学的发展形式就是假设。
【案例3】探究原子结构模型
事实1:汤姆逊发现了电子。
模型1:1904年汤姆逊提出的原子枣糕镶嵌模型——假设原子带正电的部分像“流体”一样均匀分布在球型的原子体积内,而负电子刚好相连成环状嵌在球体的某些固定位置。
事实2:卢瑟福的α粒子散射实验结果。
模型2:1911年卢瑟福提出的原子核式结构模型——在原子的中心有一个很小的核,叫原子核。原子的全部正电荷和绝大部分质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。
事实3:卢瑟福的模型与原子长期稳定发生了矛盾,原子辐射出的能量是不连续的线状光谱的实验事实。
模型3:1913年玻尔提出了原子的壳层同心模型,其中包括三个假设——定态假设、跃迁假设、轨道假设。
事实4:玻尔模型不能解释高速运动的电子具有波动特性的许多实验事实。
模型4:电子云模型。
从模型1到模型4,一次又一次地假设、实验验证,最终演变、发展,形成了现代物质结构学说,这样的过程,正如恩格斯所概括的那样,“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适用了。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设纯化,取消一些,修正一些,直到最后纯粹地构成定律”。
总之,假设既是一种自由的尝试,又是一种严谨的创造。教师要善于抓住机会,积极创设良好的探究情景,立足于学生学习与思维的特点,不断鼓励学生通过类比、归纳、演绎、模型等方法,提高假设建构的有效性,进而收获一种习惯,成为一种意识,养成一种能力。
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