變量控制實驗的任務單設計

《義務教育小學科學課程標準》對5—6年級“制訂計劃”要素提出的目標是：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。控制變量是指在實驗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。掌握變量控制實驗技能對學生科學概念的建構至關重要，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。

做好變量控制實驗的前提是設計實驗，包括任務單的設計。任務單有利于學生在研究過程中迅速尋找到影響事物發展變化規律的原因，最終解決所研究的問題。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，讓他們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。

設計思路

經過筆者實踐，高年段的變量控制實驗任務單設計主要包括確定變量、作出假設、材料選擇、初步設計、他組評價、設計修改等內容。

變量控制實驗的設計思路是教師引導學生先確定自變量與因變量，再設置對照組。學生通過改變變量，控制其他條件不變，觀測因變量。顯然，引導學生確定自變量與因變量是首要任務。為此，筆者在任務單上設計了“確定變量”與“作出假設”兩個欄目，讓學生填寫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也是引導學生明確實驗目的，為后面的實驗方案設計作鋪墊。

實驗方案的設計就是學生把心中的想法具體表達出來，設計出的實驗方案可以真實地反映出他們對變量控制技能的掌握程度。由于缺乏實踐經驗，學生的實驗方案設計往往會與真實情境脫節，缺乏實操性。所以，我就在任務單上利用“材料選擇”這個欄目引導學生思考實驗需要什么材料和需要的數量，這樣他們設計的實驗方案可操作性就會提高。

在設計實驗方案時，很多教師采用的指導方法是僅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，所以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。我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，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可以發現他們往往在改變變量時，另一個（甚至幾個）條件也發生了變化，他們很難控制好所有的實驗條件。如果教師通過與學生交流，把所有需要控制的實驗條件和方法直接告訴他們，雖然可以很快“聚焦”正確的實驗設計方法，但這種“捷徑”會抑制學生學習的自主性，最終的實驗方案并不是他們思維的“真實表達”，因此他們很難真正掌握變量控制的實驗設計。

通過實踐，我采用了“小組互評”的方式幫助學生自己發現實驗設計中的問題，然后再修正自己的設計，從而掌握正確的變量控制實驗的設計方法。這種方式的具體做法是，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，讓其他組的同學更好地了解本組的實驗設計方案。小組內其他成員則去了解其他小組的實驗設計，并用圓點貼紙對其他組實驗設計的可行性和科學性進行評價。這樣，不僅全員參與了對實驗設計的交流研討，而且每個小組的實驗設計都得到了充分的討論，使學生能發現實驗設計中的“問題”。而且，由于了解了其他小組的實驗設計，學生會主動比較自己組與其他組實驗設計的不同，打開思路，這比單純的師生交流更能激發學生的思考。

在這樣充分的“小組互評”活動中，學生更容易理解并接受其他組同學的一些意見和建議，也能更主動地投入到和其他小組的交流中去。我在任務單“他組評價”這個欄目中設計了“點贊”與“找茬”兩個內容，讓學生用藍色貼紙表示“點贊”，用紅色貼紙表示“找茬”，并在“找茬”內容下設有“原因”框，要求“找茬”的小組寫出該組設計存在的問題。同時，在任務單上增添了“設計修改”欄目，這樣，任務單就促進了評價者與被評價者的交流與學習，并有助于后續的實驗設計修改。

學生在對自己和他人的設計方案進行比較深入的思考的過程中，真正推動了科學思維活動，對變量控制實驗也有了更深的理解，從而真正發揮了任務單在學生實驗設計中的支架作用，可有效地幫助學生掌握變量控制實驗設計。

教學實例

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”可以是比較寬泛的問題，如擺的快慢與什么因素有關；“變量確定”是有具體指向的，如擺繩長度是否會影響擺的快慢。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“作出假設”。該欄目是填寫變量改變后可能出現的實驗結果。還是以“擺繩長度是否會影響擺的快慢”為例，作出的假設應該是“擺繩越短，擺得越快”，或者相反的假設，這樣學生在實驗中就會更清楚要改變的是擺繩長度，要測量的是擺的快慢。

第三個欄目“材料選擇”。該欄目是填寫實驗所需的材料和所需的數量。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、改變變量等方面更明確地思考，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，材料至少需要多顆綠豆、兩張紙巾、一杯水。從圖1的實驗材料設計中可以看出，學生對綠豆本身的質量缺乏考慮，這將會影響實驗結果。

第四個欄目“初步設計”。該欄目是用畫圖配文字簡單說明的方式呈現學生的設計方案，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”的實驗設計中，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。從圖1的實驗設計中能清晰地看到，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。

第五個欄目“他組評價”。該欄目設有“點贊”“找茬”“原因”三個方面，如果對被評價小組的設計認可，就在“點贊”那行貼上藍色貼紙，不認可則在“找茬”那行貼上紅色貼紙，同時要求學生在“原因”那行寫出找茬的理由。例如，從“鐵生銹了”內容的任務單可以看出，小組間互評時學生指出了實驗設計中的不少問題，在“鐵生銹是否與溫度有關”的實驗設計（如圖2）中，“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。學生“找茬”的原因有理有據，反映出他們已經理解了變量控制實驗的要點。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，促使他們積極反思及修改設計。

第六個欄目“設計修改”。該欄目與“初步設計”欄目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，讓學生可以反思自己的思考過程，更好地掌握變量控制實驗設計的要領。從圖2可以看出，學生接納了其他同學的意見，對設計存在的問題進行了進一步修改，完善了變量控制實驗的設計。

結論

任務單使用的主體是學生，任務單的設計要以學生特點為基礎，以學生的學為中心，強調培養學生的學習興趣，發揮學生的主體作用，關注學生學什么、怎么學。教師通過精心設計任務單，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”，分解成學生的具體化的“學習任務”，讓他們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“作出假設”這兩個欄目都是為了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”欄目則是為了引導學生思考變量控制實驗的要點，把學生的思維可視化，便于教師和同學了解他們對變量控制實驗的認知起點，是讓學生明確怎么學；“他組評價”和“設計修改”欄目則是為了把教師的“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。

變量控制實驗任務單可以有機地銜接起各個設計內容，架構設計內容之間的聯系與過渡，使得實驗探究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。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。只有根據學生與實驗內容的實際，設計并運用恰當的任務單，才能幫助學生學習變量控制實驗，提升學生的科學素養。

（本文系廣東省教育科研規劃課題“小學科學變量控制技能的教學研究”階段性成果，課題批準號：2015YQJK017。）

廣東省廣州市天河區體育東路小學（510000）