科學(xué)實驗教學(xué)中對比實驗的設(shè)計策略探尋

趙政 毛維佳

【摘 要】對比實驗是科學(xué)實驗的主要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力有重要作用。本文以蘇教版科學(xué)五年級下冊“折形狀”一課的教學(xué)嘗試為切入點，分析引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計對比實驗的教學(xué)策略，將著眼點放在教師的“導(dǎo)”上，旨在讓教師在做足“導(dǎo)”的功課的基礎(chǔ)上帶領(lǐng)學(xué)生體會設(shè)計對比實驗的科學(xué)探究之美。

【關(guān)鍵詞】實驗教學(xué) 對比實驗 實驗設(shè)計 科學(xué)探究

課標(biāo)指出，科學(xué)知識、科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神是科學(xué)的四個層面，而課程通過三條主線，即科學(xué)知識、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度，將教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容融會貫通。在這三條主線中，科學(xué)探究是科學(xué)學(xué)習(xí)的中心環(huán)節(jié)。科學(xué)探究不僅可以使學(xué)生體驗到探究的樂趣，獲得自信，形成正確的思維方式，而且可以使他們識別什么是科學(xué)、什么不是科學(xué)。課標(biāo)從課程設(shè)計的指導(dǎo)層面為一線教師的科學(xué)教學(xué)指明了方向，即通過以探究為中心的學(xué)習(xí)來達(dá)成教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的融會貫通。

科學(xué)探究的載體是什么？在小學(xué)階段，實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的良好載體。事實上，科學(xué)探究不僅有對實驗結(jié)果的探究，還有對實驗過程的設(shè)計和探究。實驗的結(jié)果最終會探究出來，但是，學(xué)生在探究這一結(jié)果的過程中做了什么、怎么做的，這更應(yīng)該是評價科學(xué)探究水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。教師帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計實驗就是關(guān)注“怎么做”的問題，這也是目前科學(xué)教學(xué)中較為薄弱的環(huán)節(jié)。設(shè)計實驗作為學(xué)生自主探索自然現(xiàn)象的必要環(huán)節(jié)、開展研究性學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，對培養(yǎng)學(xué)生的探究能力大有裨益。科學(xué)實驗中很大一部分都是對比實驗，所以，提高學(xué)生設(shè)計對比實驗的能力也是提升學(xué)生探究能力的一個落腳點。

一、科學(xué)對比實驗特征分析

所謂“對比實驗”，是指設(shè)置兩個或兩個以上的實驗組，通過對對比結(jié)果的比較分析，研究自變量對實驗結(jié)果所造成的影響。由此可知，科學(xué)對比實驗的方法是進(jìn)行單因素比較。要進(jìn)行單因素（變量）比較，教師必須設(shè)法控制其他可能對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響的因素，盡量使這些因素（不變量）保持相同。這是對比實驗的基本要求，也是在對比實驗過程中必須遵循的重要原則。例如，在對比黏土、砂土、壤土滲水性的實驗中，除土壤種類不同外，水要同樣多，土要同樣多，杯子型號要相同。在實驗中，教師只有確保這些因素相同，才能確定三種不同土壤的滲水性。這些因素中只要有一個因素沒有控制好，就會對實驗結(jié)果的公平性產(chǎn)生影響，因此，對比實驗也稱為“公平實驗”。

兒童對實驗非常感興趣，但他們?nèi)菀妆灰恍┯腥さ募?xì)節(jié)吸引，忽略應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)，甚至忘記對比實驗的原則。因此，如何在教學(xué)中使學(xué)生明確對比實驗的原則并在實驗操作中自覺地運(yùn)用這個原則，就成了教學(xué)對比實驗的重點和難點所在。如果教師在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗，讓學(xué)生在實驗前“知其所以然”，并通過設(shè)計實驗加深對實驗過程的理解，那么，這個重點和難點的解決就有了突破口。

在小學(xué)階段，教師對設(shè)計對比實驗的要求不能過高，必須符合學(xué)生的年齡特點，由“扶”到“放”，逐步培養(yǎng)。小學(xué)高年級學(xué)生的思維仍以具體形象思維為主，但其抽象思維已有一定的發(fā)展。學(xué)生可以在教師的引導(dǎo)下設(shè)計對比實驗，并在設(shè)計過程中感受對比實驗的公平性。需要注意的是，設(shè)計對比實驗這種比較抽象的技能對于學(xué)生來說有些難度，因此，教師的引導(dǎo)尤為必要。筆者嘗試以“折形狀”一課為例來“窺一斑而知全豹”。

二、科學(xué)對比實驗設(shè)計片段

如前所述，教師在引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計對比實驗時，需要讓學(xué)生把握兩個問題：一是每次只能改變一個量;二是為了確保實驗的公平，即除了改變的那個量外，其他量都要始終保持一致。這一思想可以理解為把握變量、控制不變量。

具體來說，這節(jié)課的變量是紙筒的底面形狀，不變量涉及紙張的大小、厚度，紙筒的高度，每次加的重物及加重物的人，等等。本實驗的不變量較多且復(fù)雜，任何一個不變量的改變都會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。所以，教師在引導(dǎo)時應(yīng)思路清晰、有層次。

（一）明確探究的問題

師：我們要探究的是什么問題？

生：柱體底面各種形狀的承受力是不是一樣？

師：我們今天要探究哪幾種形狀？

生：三角形、四邊形、八邊形、圓形。

師：具體來說，我們要比較什么？

生：底面分別為三角形、四邊形、八邊形、圓形的柱體的承受力。

師板書如下：

底面形狀? ? 承受力

三角形? ? ? ? ?？

四邊形? ? ? ? ?？

八邊形? ? ? ? ?？

圓形? ? ? ? ? ?？

設(shè)計對比實驗的前提是明確實驗問題，因此，教師必須引導(dǎo)學(xué)生清楚地知道要探究什么問題。五年級學(xué)生的理解能力和概括能力都達(dá)到一定水平，因此，教師可以對探究的問題進(jìn)行分解，通過有層次地引導(dǎo)使學(xué)生明晰要探究的問題，以便為下面明確實驗變量和不變量奠定基礎(chǔ)。

（二）確定實驗的變量

師：要探究柱體的底面形狀與承受力的關(guān)系，我們在實驗過程中需要改變什么？

生：紙筒底面的形狀。

師：我們需要不斷改變紙筒底面的形狀來比較紙筒的承受力大小，這個不斷變化的量，我們把它稱為什么？

生：變量。

師板書如下：

變量? ? ? ? 底面形狀

教師在引出探究問題的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實驗的變量，把握了對比實驗需要注意的第一點，即變量只有一個，不變量都是圍繞變量產(chǎn)生的。因此，找到了變量，就可以抓住研究的問題來發(fā)現(xiàn)要控制的不變量。

（三）排查實驗的不變量

師：我們要折幾種底面形狀的柱體？

生：四種。

師：我們需要一張紙還是四張紙？

生1：一張。

生2：四張。

師：為什么不能用一張紙折完一種形狀后，再折另一種形狀？

生：這樣測出的結(jié)果不準(zhǔn)確。

師：說得好，先前折的痕跡會對后來折的形狀有影響，這樣就會導(dǎo)致實驗結(jié)果不公平。你需要四張什么樣的紙？或者說你對紙有什么要求？

生：我要用四張一樣大的A4紙。

師：也就是說，我們四個紙筒的紙要完全一樣，這樣實驗才公平。紙張的大小和厚度在實驗中要始終一致，它們是我們實驗中的不變量。

師：有了同樣的四張紙，我們要折紙筒了，我們可以怎樣折？

生：我們可以橫著折，也可以豎著折。

師：在折紙筒的時候，我們要注意什么問題？

生：要橫著折，都橫著折。

師：也就是說，紙筒的高度要一致，這也是我們實驗中的一個不變量。折紙筒的時候還有一個問題，紙的兩邊要不要重疊粘在一起？

生：不要。

師：為什么？

生：因為我們要測的是一張紙，粘在一起就是兩張紙了。

師：很好。請大家再思考，紙筒折好了，要檢測它的承受力，在往上加重物時需要注意什么？

生：輕拿輕放。

師：輕拿什么重物？

生：科學(xué)書。

師：也就是說，我們每次往紙筒上放的重物也要一樣。不同的人操作起來還可能對實驗結(jié)果有影響，所以，大家在放的時候需要注意什么？

生：同一個人輕拿輕放。

師：所以說，我們在實驗過程中要始終保持不變的量有哪些？

（生回答）

師板書如下：

不變量? ? ?紙筒的高度

紙張的大小、厚度

每次加的重物

放重物的人

由于涉及的不變量較多，學(xué)生可能列舉不全，教師需要一步步進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生的思維順著實驗過程往下走，這既有利于規(guī)范學(xué)生的操作，也有利于引導(dǎo)學(xué)生厘清思路，深刻理解探究問題。

（四）實驗記錄單巧設(shè)計

師：我們把變量和不變量列出來，你現(xiàn)在能不能自己設(shè)計一下我們的實驗記錄單，這個實驗記錄單要全面表達(dá)我們要研究的問題。

（小組設(shè)計，教師巡回觀察指導(dǎo)）

設(shè)計實驗記錄單是對之前分析變量和不變量的深化拓展，目的還是引導(dǎo)學(xué)生理解對比實驗要研究的問題。同時，學(xué)生設(shè)計的記錄單也可以反映出他們在理解對比實驗方面存在的一些問題。在這一部分中，教師說得少，學(xué)生做得多。

對比實驗的教學(xué)不是一件輕松的事，不是把實驗任務(wù)、器材交給學(xué)生，讓他們自己去做。教師必須引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗，讓學(xué)生在設(shè)計實驗的過程中增進(jìn)對實驗的理解，提升探究的興趣，提高探究的水平。

三、科學(xué)對比實驗設(shè)計策略

對比實驗是科學(xué)實驗的重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生的探究能力有舉足輕重的作用。教師需要在教學(xué)過程中總結(jié)、積累相關(guān)策略，提升關(guān)于對比實驗的教學(xué)能力。結(jié)合“折形狀”一課及日常教學(xué)心得，筆者嘗試從以下幾個方面略陳管窺之見。

（一）導(dǎo)而弗牽，學(xué)生是設(shè)計實驗的主體

實驗課一般比較耗時，一節(jié)課經(jīng)常在學(xué)生的忙亂中結(jié)束，看似熱熱鬧鬧，實則未必收獲豐厚。究其原因，小學(xué)生樂于動手，實驗課正好滿足了他們的這一需求。但是，教師如果不能對學(xué)生的這一特征進(jìn)行引導(dǎo)，就只能讓課堂停留在淺層次的“知其然”上。

對比實驗開展得好，離不開學(xué)生對實驗原則的把握。如果實驗是學(xué)生動腦設(shè)計出來的，學(xué)生是設(shè)計實驗的主體，那么，即使教師不反復(fù)強(qiáng)調(diào)實驗過程中的注意事項，學(xué)生也能留意到，實驗效果會更好。如果教師只是告訴學(xué)生怎么做、注意什么，學(xué)生實驗心切，未必注意到教師的強(qiáng)調(diào)，最終可能導(dǎo)致教師忙于指導(dǎo)學(xué)生注意什么或者怎么做，而學(xué)生則忙著動手但未必得要領(lǐng)。具體到“折形狀”這一課，學(xué)生對各種底面形狀的承受力大小有著各種猜想，一看到探究問題就想馬上展開實驗。如果學(xué)生沒有在教師的引導(dǎo)下設(shè)計過實驗，那么，他們的探究將會帶有很多盲目性。

教師在這一過程中需要做的是引導(dǎo)，切忌代替學(xué)生設(shè)計實驗。時間緊、任務(wù)重，一些教師會因?qū)W生的思路一下子未能跟上自己，急匆匆地把實驗步驟和注意事項說了，讓學(xué)生趕緊展開實驗，迅速得出結(jié)論，完成實驗課的教學(xué)目的。殊不知，得出結(jié)論固然重要，但探究、設(shè)計的過程更為關(guān)鍵，而且，學(xué)生因為設(shè)計實驗時 “磨了刀”，到“真刀真槍”地動手實驗時才不會誤“砍柴工”，也很少出現(xiàn)教師在實驗前反復(fù)強(qiáng)調(diào)，學(xué)生在實驗時仍舊不明就里的情況。如果設(shè)計對比實驗占了一節(jié)課的大部分時間，教師可以調(diào)整教學(xué)，讓學(xué)生下節(jié)課動手，無須機(jī)械地為得出結(jié)論而實驗。

（二）切中肯綮，把握變量和不變量

教師在引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計對比實驗時，必須引導(dǎo)學(xué)生找準(zhǔn)變量和不變量。這是對比實驗的共同點，只有抓住了這個共同點，對比實驗的設(shè)計才有章可循。在“折形狀”這一課中，由于涉及的不變量較多，筆者花了很多時間去引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實驗的變量和不變量，增進(jìn)了學(xué)生對實驗的理解。在實驗過程中，各小組非常流暢地開展了實驗，并對實驗中有偏差的數(shù)據(jù)進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)姆治觥＿@說明教師前期的引導(dǎo)是奏效的。當(dāng)然，一開始，教師可能要花很多時間引導(dǎo)學(xué)生一步步細(xì)究變量和不變量。經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)后，學(xué)生具備了相關(guān)的科學(xué)能力，就會很快跟上教師的節(jié)奏，一說到設(shè)計對比實驗，就很自然地去找變量和不變量。

當(dāng)然，這一方法對于不同的年級，有不同的實用性。對于三年級的學(xué)生來說，教師可能需要從引導(dǎo)學(xué)生體會對比實驗的精神開始，可通過生活中一些淺顯易懂的例子進(jìn)行類比，讓學(xué)生學(xué)著去發(fā)現(xiàn)變量和不變量。經(jīng)過一年的練習(xí)，四年級的學(xué)生則基本可以明白生活中的簡單實例的變量和不變量，并能夠類比找到實驗中的變量和不變量。五年級的學(xué)生則可直接找到實驗中的變量和不變量，只是有時找得不夠全面，需要教師的引導(dǎo)，此時教師可以鼓勵學(xué)生嘗試設(shè)計實驗記錄單，以進(jìn)一步梳理對實驗的理解。針對六年級的學(xué)生，教師可繼續(xù)訓(xùn)練他們設(shè)計對比實驗的能力，培養(yǎng)他們識別和控制不變量的能力，引導(dǎo)他們開展全程探究，并在對比實驗中獲得數(shù)據(jù)和整理數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，設(shè)計對比實驗?zāi)芰Φ陌l(fā)展過程不是機(jī)械的，而是在這一大課題下，每一小課題的層層展開，使學(xué)生經(jīng)歷“體驗—操作—半獨(dú)立探究—獨(dú)立探究”的過程。教學(xué)的最終目的是以這個過程為階梯，提高學(xué)生的探究能力，使其能自覺運(yùn)用對比實驗的原則和方法去解決實際問題。

（三）開而弗達(dá)，引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計實驗體驗科學(xué)探究之美

學(xué)生設(shè)計對比實驗時不僅要明確變量和不變量，還要明確實驗思路，即實驗中所采用的方法、實驗原理、完成實驗的步驟、需要觀察的對象、需要記錄的現(xiàn)象及數(shù)據(jù)等。只有這樣，學(xué)生才能成為真正的課堂參與者，才能領(lǐng)會對比實驗的精髓。在這一過程中，教師不僅要讓學(xué)生學(xué)會設(shè)計實驗，還要引導(dǎo)學(xué)生體會科學(xué)探究之美，這也是更高級的情感態(tài)度價值目標(biāo)。

只有學(xué)生在對比實驗中領(lǐng)略到科學(xué)探究之美，體會到成就感，他的科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)才不是一句空話，他的科學(xué)興趣才不會不濃厚，他的收獲則不僅僅是會做某個實驗。在“折形狀”這一課中，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了設(shè)計對比實驗，而且認(rèn)識到要想讓對比實驗結(jié)果科學(xué)準(zhǔn)確，就必須保證實驗過程的公平，并在課下的生活交往中注意強(qiáng)調(diào)公平性。

教師在整個對比實驗過程中起的就是“拐杖”的作用。《學(xué)記》早在兩千多年前就告訴了我們教學(xué)的方法：“故君子之教，喻也。道而弗牽，強(qiáng)而弗抑，開而弗達(dá)。道而弗牽則和，強(qiáng)而弗抑則易，開而弗達(dá)則思。和易以思，可謂善喻矣。”只有教師做足了“導(dǎo)”的功課，讓學(xué)生游弋于探究對比實驗公平之美的興趣汪洋中，對比實驗的教學(xué)才能真正成為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的平臺。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳金鐸.小學(xué)科學(xué)實驗的設(shè)計與創(chuàng)新[J].實驗教學(xué)與儀器，2011（2）.

[2]葉禹卿.為小學(xué)《科學(xué)》課程設(shè)計效果良好的實驗[J].北京教育學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2009（6）.

[3]譚明揚(yáng).小學(xué)科學(xué)實驗的設(shè)計與改進(jìn)[J].中小學(xué)實驗與裝備，2012（4）.

[4]陳紹茂.淺談如何實施小學(xué)科學(xué)的對比實驗[J].新課程學(xué)習(xí)（基礎(chǔ)教育），2012（10）.

[5]任存寶.小學(xué)科學(xué)對比實驗中的變量設(shè)計與調(diào)控[J].湖北教育：科學(xué)課，2012（10）.

[6]童海云.培養(yǎng)小學(xué)生識別與控制變量能力[J].科學(xué)課，2007（2）.

[7]劉學(xué)昌.談小學(xué)科學(xué)課中的對比實驗[J].學(xué)校管理，2012（2）.