巧設任務單助力小學高年段變量控制實驗設計

摘要：在小學科學教學中有很多涉及變量控制實驗的內容，掌握變量控制實驗技能對學生科學概念的建構至關重要。如何幫助小學高年段學生掌握這一技能，可以借助實驗設計任務單。高年級的變量控制實驗設計任務單應包括變量確定、影響推測、材料選擇、初步設計、他組評價、設計修改這幾部分。

關鍵詞：小學科學；高年段；變量控制；實驗設計任務單

中圖分類號：G623.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-01 0X（2017）25-0052-04

變量控制實驗是指在研究和解決問題的過程中，使影響事物變化規律的一個因素發生變化，這個因素稱為“變量”，而將其他條件加以控制、保持不變，以利于在研究過程中，迅速尋找到影響事物變化發展規律的原因，最終解決所研究的問題。要做好變量控制實驗的前提是設計實驗。《義務教育科學課程標準》在制定計劃要素中提出5-6年級的目標是“基于所學的知識，制訂比較完整的探究計劃，初步具備實驗設計的能力和控制變量的意識，并能設計單一變量的實驗方案”。在小學科學教材中有很多涉及變量控制實驗的內容，如：運動與摩擦力、電磁鐵磁力大小、鐵生銹的條件、種子發芽的條件等，可見掌握變量控制實驗對學生相關科學概念的建構至關重要。

如何能幫助高年段學生更好地設計變量控制實驗，可以借助實驗設計任務單。任務單有機地銜接起了各個設計內容，安排好設計內容之間的聯系與過渡。它使得設計內容成為有著內在聯系與邏輯關系的統一體，而不是一個個支離破碎的片斷。教師如果能巧妙設計任務單并適時運用，就能發揮良好的支架作用，發揮學生學習的自主性，讓學生更輕松地理解變量控制實驗的內涵，掌握變量控制實驗的設計方法。通過大量實踐表明，高年段的變量控制實驗設計任務單應包括變量確定、影響推測、材料選擇、初步設計、他組評價、設計修改這幾部分。

變量控制實驗的設計思路是先確定自變量與因變量，再設置對照組。通過改變變量，控制其他條件不變，觀測因變量。由此可見，怎樣引導學生確定自變量與因變量是首要任務，可以在任務單上設計“確定變量”與“影響推測”這兩個欄目，讓學生填寫他們想研究的變量是什么，這個變量的改變對結果可能有什么影響，而這個結果其實就是因變量。上面的兩個問題其實就是實驗的目的，明確了實驗目的，才能進行實驗方案的設計。

設計實驗方案是學生把心中的想法具體表達的過程。學生根據自己的認知水平，設計出各種方案。通過設計實驗方案可以真實地反映出學生對變量控制技能的掌握程度。由于缺乏實踐經驗，學生的實驗設計往往會與真實情境脫節，缺乏實操性。教師可以在任務單上利用“材料選擇”這個欄目來引導學生思考實驗需要什么材料以及需要材料的數量，這樣他們的實驗設計可操作性就會提高。而在進行實驗方案設計時，很多教師采用的指導方法是只讓學生填寫實驗要改變的條件和不變的條件，而沒有讓學生思考如何改變變量與如何控制其他條件，學生在實驗時就得重新思考在真實情境中實驗如何操作，這樣任務單就沒有發揮出應有的支架作用。因此可以在任務單中讓學生用畫圖配以文字的方式設計實驗，畫圖可以反映出一些用語言難以表達清楚的內容，且直觀、生動，也比純文字記錄要節省時間，這樣的記錄方式符合學生的年齡特點，具有趣味性，能充分調動學生的學習積極性。學生在畫圖設計實驗時就會考慮到一些實際問題，這樣設計的可操作性就進一步提高了。

從學生初始設計的實驗中可以發現，往往在改變變量時，另一個條件也發生了變化。這是因為小學生認知特點是非線性的、片面的，他們很難控制好所有的實驗條件。如果教師把所有需要控制的條件和方法在與學生簡單交流后直接告訴他們，表面上看，學生較快知道了正確的實驗設計方法，但這種走捷徑的代價是學生學習自主性受到抑制，最終的實驗方案不是在學生已有基礎設計得出的，所以學生很難真正掌握變量控制實驗設計。通過實踐，可以采用小組互評的方式能很好幫助學生自己發現實驗設計中的問題，再修正設計，從而掌握正確的變量控制實驗設計方法。這種方式的具體做法是采用“世界咖啡”論壇的形式，每組派一個代表留在組內向其他小組的同學介紹自己組的實驗設計，讓同學更好明白本組設計方案。小組內其他成員則去了解其他小組的設計并用圓點貼紙對實驗設計的可行性和科學性進行評價。這樣不僅全員都能參與對實驗設計的交流研討，而且每個小組的設計都得到了充分的討論，使問題都得到暴露，而且在看了其他小組的設計后，學生會主動比較自己與他組設計的不同，拓寬他們的思路，讓他們認識到自己設計的不足，這比單純的師生交流更能激發學生的思考。并且同學間的意見更容易讓學生理解并接受，而同學們充當教師的角色去對其他小組進行評價則充分發揮了他們的主動性，他們就更能投入到交流中。針對這樣的教學策略，可以在任務單“他組評價”這個欄目設計了“點贊”與“找茬”內容，這樣的方式比較貼近學生的心理特點，受到他們的歡迎。評價時，藍色貼紙表示“點贊”，紅色貼紙表示“找茬”。并在“找茬”內容下設有“原因”內容，要求“找茬”的小組要寫出被“找茬”組設計存在的問題。這樣，通過任務單促進了評價者與被評價者的交流，雙方在交流中互相學習，對他組進行評價時可以學習他人的優秀做法，指出他組問題也是檢查評價者對變量控制實驗的理解是否正確。而被評價者聽取不同小組對自己組的意見則是發現自己問題的過程，同時任務單上羅列的“原因”可以幫助學生更全面考慮，有助于設計的修改。

當發現了設計上的問題后，就需要對問題進行修正，這樣才能掌握變量控制實驗設計方法。任務單上“設計修改”欄目就是引導學生綜合考慮他組評價意見，思考哪些意見是正確的，吸收后在原來實驗設計的基礎上進行修改或補充。對不認同的意見可以進行全班的交流，把問題研討清楚。在這個過程中學生對自己或他人的設計方案進行了比較深入的思考，真正介入了思維活動，對變量控制實驗也有了更深的理解，從而真正發揮任務單在學生實驗設計中的支架作用，有效地幫助學生掌握變量控制實驗設計。

下面結合實際的例子來談談任務單這幾部分欄目的設計：

第一個欄目“變量確定”，這有點類似一般實驗任務單的“研究問題”，但兩者又有所不同，“研究問題”可以是比較空泛的問題，如擺的快慢與什么因素有關，而“變量確定”是有具體指向，如擺繩長度會否影響擺的快慢。只有變量確定具體化，學生才能明確要研究哪個變量，在實驗時才知道改變什么實驗條件。教師可以用填空的方式引導學生填寫要確定的變量。

第二個欄目“影響推測”是填寫對變量改變后可能出現的實驗結果。還是以“擺繩長度會否影響擺的快慢”為例，影響推測應該是“擺繩越短，擺得越快”，或者相反的推測，這樣學生在實驗中就會更清楚要改變的是擺繩長度，測量的是擺的快慢。

第三個欄目“材料選擇”是填寫實驗所需的材料和數量。此欄目獨立于實驗方案設計，能更好地引導學生對實驗分組、改變變量等方面更有效的思考，也能更好地暴露出他們思考的缺陷。如“種子發芽是否需要水”的實驗，材料就至少需要多顆綠豆、兩份紙巾、一杯水。圖一的實驗設計，從實驗材料中就可以看出學生對綠豆本身的質量缺乏考慮，這將會影響實驗結果。而圖二的實驗設計，從實驗材料中就可以看出學生只設計了一組實驗，并沒有兩組進行對比。

第四個欄目“初步設計”是用畫圖配以文字簡單說明的方式呈現設計方案，促使學生思考設計的可操作性，并把他們的思考過程顯性化。如“種子發芽是否需要水”實驗設計，學生把光、水、溫度、空氣用形象的符號表示出來，改變了哪個變量，怎樣改變，哪些條件不變一目了然。圖一的實驗設計，能直觀看到學生設計了兩組實驗，不同的條件是水，而光、溫度、空氣的條件都相同。圖二的實驗設計就清晰展示了學生只設計了一組實驗，給予種子水、光、溫度、空氣這些條件。

第五個欄目“他組評價”設有“點贊”“找茬”“原因”三個內容，若對被評價組的設計認可就在“點贊”那行貼上藍色貼紙，若不認可則在“找茬”那行貼上紅色貼紙，同時在“原因”那行寫出找茬的理由。通過小組間的互評可以檢查其他小組的設計是否存在問題，促使其他小組反思及修改。從《鐵生銹了》這課的任務單就可以看到組間互評時學生指出了實驗設計中的不少問題，如研究“鐵生銹是否與溫度有關”的實驗設計（圖3），“點贊”的小組認可他們進行幾組對比的設計思路，而“找茬”的小組就有學生提出幾組實驗溫度的設置梯度太小，實驗現象可能會不明顯，也有學生提出空氣會影響溫度的變化。而研究“鐵生銹是否與水有關”的實驗設計（圖4）就被質疑一個鐵片放在空氣中，一個放在水里，除了改變了“水”這個變量外，兩組實驗的“空氣”條件也不相同。學生“找茬”的原因有理有據，從而反映出他們已經理解了變量控制實驗的要點。

第六個欄目“設計修改”與第四個欄目“初步設計”的填寫方式是一樣的，用畫圖配以文字呈現修改后的方案，通過“初步設計”與“設計修改”內容的對比，可以讓學生反思自己的思考過程，更好地掌握變量控制實驗設計。從《鐵生銹了》實驗設計修改（圖3和圖4）就可以看出學生接納了同學的意見，對設計存在的問題進行了修改，設計了正確的變量控制實驗。

實驗設計任務單使用的主體是學生，任務單的制定以學生特點為基礎，以學生的學為中心，關注的是學生學什么、怎么學，重點要發揮學生的主體作用，強調學生學習的興趣，教師將“教”的要求轉化為學生“學”的任務，將教學目標轉化成學習目標，并分解成學生的學習任務，讓學生積極主動地參與到科學知識、技能的學習過程中，最終達成學習目標。變量控制實驗設計任務單中“變量確定”與“影響推測”這兩個欄目都是讓學生清楚實驗設計的目的是什么，明確學什么；“材料選擇”與“初步設計”欄目則是引導學生思考變量控制實驗的要點，把學生的思維可視化，便于老師和同學了解他們對變量控制實驗的認知起點，也是讓學生明確怎么學；“他組評價”和“設計修改”欄目則是把教師的“教”轉化為學生的“學”，通過評價促進反思，通過反思促進理解，幫助學生掌握變量控制實驗設計。

變量控制實驗設計任務單的內容可以根據不同的實驗內容進行調整，可增加欄目，如數據記錄，也可以合并一些欄目，不必拘泥于固定的內容與記錄方式。只要任務單設計得當，運用恰當，就能在學生學習變量控制實驗過程中發揮積極作用。

【責任編輯 張薔】