對(duì)比實(shí)驗(yàn)的新認(rèn)識(shí)

對(duì)比實(shí)驗(yàn)是對(duì)比和實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，也稱對(duì)照實(shí)驗(yàn)，是一種重要的實(shí)驗(yàn)類型。實(shí)驗(yàn)在改變一個(gè)可變因素外，其余的因素都保持不變的條件下進(jìn)行，通常需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，以正確的實(shí)驗(yàn)操作和觀察為基礎(chǔ)，以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為依據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中人為控制而產(chǎn)生的差異現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)改變的因素所產(chǎn)生影響的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以清楚地幫助我們定性或定量地找出某個(gè)量在某個(gè)特定條件發(fā)生改變時(shí)的變化規(guī)律。對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、自主探究能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度有著十分重要的作用；對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于發(fā)展學(xué)生邏輯思維能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰团囵B(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)證精神同樣有著巨大地作用。但是，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果不理想。如何提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ凇稊[的研究》一課中筆者進(jìn)行了新的嘗試。

精選材料是做好對(duì)比實(shí)驗(yàn)的保證

精選實(shí)驗(yàn)材料是做好對(duì)比實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵因素，特別是要精心準(zhǔn)備有結(jié)構(gòu)的材料。“有結(jié)構(gòu)的材料”是指經(jīng)過精心挑選的各種有代表性、有層次性的材料組合，它既要揭示教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的現(xiàn)象，還要貼近學(xué)生生活，呈現(xiàn)趣味性。實(shí)驗(yàn)材料有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，獲取新知。

在引導(dǎo)學(xué)生制作擺的過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生做的擺在擺動(dòng)過程中出現(xiàn)了“晃動(dòng)”而不是“擺動(dòng)”。問題出在哪里呢？原來，有兩個(gè)因素影響了擺的擺動(dòng)：一是擺繩系在鐵架上沒系緊，造成擺動(dòng)時(shí)繩子在那兒晃動(dòng)，影響了擺的擺動(dòng)；二是下面的擺錘系的重心不穩(wěn)，也造成了擺在晃動(dòng)。經(jīng)過研究在鐵架上夾上一根竹筷，在竹筷上刻上一凹槽，把細(xì)棉繩在凹槽處綁緊。下面的螺母用細(xì)繩綁緊、綁正。這樣，在擺角不大時(shí)擺就能正常的擺動(dòng)了。

為使材料搭配更具結(jié)構(gòu)性，在研究擺的過程中，筆者給學(xué)生提供了長(zhǎng)短不同的細(xì)棉繩和輕重不同的螺母，讓材料更有層次性和結(jié)構(gòu)性。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)是識(shí)別實(shí)驗(yàn)變量的前提

對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)變量的識(shí)別是否充分關(guān)系到實(shí)驗(yàn)?zāi)芊窆⒐剑碴P(guān)系到數(shù)據(jù)的收集分析能否實(shí)事求是地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。影響擺的快慢因素主要有擺繩的長(zhǎng)短、擺錘的輕重、擺的角度大小。同一個(gè)擺具有等時(shí)性，不同的擺擺動(dòng)快慢不一樣。影響擺的快慢到底是哪些因素在起作用呢？如何展開猜測(cè)？學(xué)生的猜測(cè)需要依據(jù)，或者是生活經(jīng)驗(yàn)，或者是直觀的觀察。為了有效地引發(fā)學(xué)生進(jìn)行猜測(cè)，筆者在導(dǎo)入時(shí)先復(fù)習(xí)擺的三要素（擺錘、擺繩、擺角）。為了進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探究興趣，筆者采取比賽的方式，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。

上一節(jié)課，筆者已經(jīng)讓學(xué)生制作了擺，也研究了擺的快慢和擺角大小無關(guān)。這節(jié)課，讓學(xué)生把制作好的擺再拿出來，讓學(xué)生來比一比誰做的擺，擺的快，這一下就激發(fā)了學(xué)生的興趣，學(xué)生通過比賽發(fā)現(xiàn)有的擺快，有的擺慢，怎么才能使自己做的擺擺得更快呢？學(xué)生自然進(jìn)入教師設(shè)置的問題中，有的猜擺的快慢跟擺繩的長(zhǎng)短有關(guān)、有的猜跟擺錘的輕重有關(guān)。

設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)

學(xué)生的想法落實(shí)到對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)中需要一個(gè)由扶到放、循序漸進(jìn)的過程，在設(shè)計(jì)過程中由學(xué)生的猜測(cè)到落實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要改變什么條件，不要改變什么條件，對(duì)比實(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的邏輯性和公平性。因此，教師要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在教學(xué)中循序漸進(jìn)地指導(dǎo)，讓學(xué)生充分識(shí)別變量，并逐步控制好實(shí)驗(yàn)的變量切實(shí)設(shè)計(jì)好對(duì)比實(shí)驗(yàn)，切實(shí)提高學(xué)生對(duì)比實(shí)驗(yàn)的效率。在試教過程中，筆者發(fā)現(xiàn)一節(jié)課堂上讓學(xué)生同時(shí)完成兩個(gè)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，由于時(shí)間緊張，根本不能有效完成探究任務(wù)，只能走馬觀花，所以決定一個(gè)實(shí)驗(yàn)由師生共同完成，另一個(gè)實(shí)驗(yàn)由學(xué)生分組完成。這樣既能提高實(shí)驗(yàn)效率，也符合學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律。當(dāng)然也可以讓每個(gè)小組選擇自己感興趣的一個(gè)問題進(jìn)行探究，這樣也可以節(jié)約時(shí)間。但是，對(duì)于小學(xué)生來說控制變量的實(shí)驗(yàn)難度還是挺大的，還是需要教師進(jìn)行有效細(xì)致的指導(dǎo)，只有經(jīng)過了從扶到放有序的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生才會(huì)逐步掌握對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法。

對(duì)比設(shè)計(jì)引導(dǎo)，“扶”有策略 研究影響擺的快慢是一個(gè)控制變量的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生雖然多次接觸到對(duì)比實(shí)驗(yàn)，但是在上課過程中，還是發(fā)現(xiàn)會(huì)同時(shí)改變兩個(gè)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。怎么讓學(xué)生更準(zhǔn)確地控制實(shí)驗(yàn)的變量，讓實(shí)驗(yàn)更精準(zhǔn)呢？本節(jié)課主要探究?jī)蓚€(gè)因素：擺繩的長(zhǎng)短和擺錘的輕重。為了更好地引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案，筆者采取一扶一放的教學(xué)策略。影響擺的快慢因素之一擺繩的長(zhǎng)短的對(duì)比探究，筆者采取了“扶”的策略。

筆者讓擺的最快的組和擺的最慢的組把擺拿上來，學(xué)生很自然地就發(fā)現(xiàn)擺的快的擺其擺繩較短。如果再比賽一次如何使你的擺擺得更快？學(xué)生大膽猜測(cè)擺的快慢跟擺繩的長(zhǎng)短有關(guān)，可以把擺繩縮短，這樣擺就會(huì)擺的快。如何證明呢？把問題拋出去，學(xué)生在問題驅(qū)動(dòng)下提出了自己的看法：只要做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，一個(gè)擺繩長(zhǎng)，一個(gè)擺繩短，通過測(cè)量數(shù)據(jù)就能解決問題。至此學(xué)生已經(jīng)能充分識(shí)別影響實(shí)驗(yàn)的因素，實(shí)驗(yàn)過程中需要改變的條件是擺繩的長(zhǎng)短。筆者又拋出問題：這樣做就行了嗎？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)會(huì)控制無關(guān)變量。在討論交流中引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)，這樣不但交給了方法，學(xué)生的探究興趣也比較濃，為下一步獨(dú)自設(shè)計(jì)擺錘的輕重對(duì)擺快慢影響的實(shí)驗(yàn)方案奠定了基礎(chǔ)。

自主對(duì)比實(shí)驗(yàn)，“ 放”有空間 擺錘的輕重對(duì)擺的快慢影響采取“放”策略。學(xué)生完成第一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)后，讓學(xué)生自己思考，擺錘的輕重對(duì)擺的快慢地影響，教師可以完全放手不必啟發(fā)提出有關(guān)的問題，而是應(yīng)該發(fā)揮學(xué)生自主探究和小組合作的能力，讓學(xué)生自己去分析確定哪些是“改變的條件”，哪些是“不改變的條件”，小組設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案，并在全班交流匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案，并通過實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù)比較分析得出結(jié)論。

分析處理數(shù)據(jù)，培養(yǎng)實(shí)證意識(shí)

在科學(xué)探究過程中，如何培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)呢？科學(xué)的結(jié)論需要證據(jù)來支撐，在研究擺的快慢實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)的收集、記錄、分析是關(guān)鍵的因素。本節(jié)課，筆者讓學(xué)生研究擺在15秒的擺動(dòng)次數(shù)，引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)據(jù)收集時(shí)必須做三次取平均值，通過數(shù)據(jù)對(duì)比得出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。擺的快慢跟擺錘的輕重?zé)o關(guān)，擺繩長(zhǎng)的擺動(dòng)慢，擺繩短的擺動(dòng)快。

在科學(xué)探究過程中，不是每次實(shí)驗(yàn)都能得到正確的數(shù)據(jù)，有時(shí)學(xué)生會(huì)得到意外的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)誤差造成的。在這節(jié)課中，一組學(xué)生在研究擺的輕重跟擺的快慢是否有關(guān)時(shí)，他們的猜測(cè)是擺的輕重跟擺的快慢有關(guān)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是：擺錘重第一次12，第二次13，第三次13；擺錘輕第一次13，第二次14，第三次13；得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論是擺繩長(zhǎng)度不變，擺角大小不變。擺錘越重，次數(shù)越少，擺錘越輕，次數(shù)越多。盡管數(shù)據(jù)誤差不是很大，可是由于邏輯推理不嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)論錯(cuò)了。針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象，教師在教學(xué)過程中一定要注意對(duì)于學(xué)生匯報(bào)與其他組數(shù)據(jù)不一樣的，要細(xì)究實(shí)驗(yàn)過程中是什么因素造成的誤差，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，擺錘重第一次12次、擺錘輕13次；擺錘重第二次13次、擺錘輕14次，這個(gè)可以說明擺錘輕的擺擺得快，可是第三次擺錘重13次、擺錘輕13次，試驗(yàn)現(xiàn)象說明擺的快慢跟擺錘的輕重?zé)o關(guān)。既然實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出兩種結(jié)論，有時(shí)間還可以讓學(xué)生重新再做一次，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

結(jié)束語

對(duì)比實(shí)驗(yàn)在低段主要讓學(xué)生感受對(duì)比實(shí)驗(yàn)的要求，體會(huì)到公平的思想；中段學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)中體會(huì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，有感性的認(rèn)識(shí)，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)比實(shí)驗(yàn)；高段學(xué)生可以初步接觸變量，識(shí)別實(shí)驗(yàn)中的變量，設(shè)計(jì)單變量實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)單變量控制的實(shí)驗(yàn)方法。教師要根據(jù)不同學(xué)段，善于創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生探究的熱情；精心準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料；在問題驅(qū)動(dòng)下引導(dǎo)學(xué)生充分識(shí)別實(shí)驗(yàn)變量；在實(shí)驗(yàn)過程中注意控制無關(guān)的變量確保實(shí)驗(yàn)公平、公正，真正提高對(duì)比實(shí)驗(yàn)效率；在數(shù)據(jù)上引導(dǎo)學(xué)生注重實(shí)證意識(shí)確保數(shù)據(jù)收集準(zhǔn)確，這樣實(shí)驗(yàn)教學(xué)得以創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)效率得以提高。

【備注：本文系閩教繼指[2018] 3號(hào)“福建省中小學(xué)名師名校長(zhǎng)工作室專項(xiàng)課題”《小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說課的實(shí)踐與研究》課題編號(hào)GZS180131的研究成果。】

（作者單位：福建省漳州市長(zhǎng)泰縣巖溪中心小學(xué)）