探思對比實驗的有效性

〔摘" " 要〕" 在科學實驗教學中，我們常常將其分為模擬實驗與對比實驗兩種。對比實驗是小學生進行科學探究的主要實驗方法，對于培養小學生的科學探究能力起到了舉足輕重的作用。本文以蘇教版小學科學五年級下冊中的《折形狀》一課為例，進行深入分析，探尋對比實驗的有效性策略，將研究的著眼點定位在教師“引領”上，旨在通過師生互動的方式來促進學生在對比實驗的活動過程中感受到科學學習的樂趣。

〔關鍵詞〕" 小學科學；對比實驗；有效性；探究

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2024）" 08" " 058-060

《義務教育科學課程標準（2022年版）》中指出，科學課程的總體目標應該聚焦在科學知識、科學思想、科學方法與科學精神四個方面。小學科學課程也是通過三條清晰的主線貫穿起來的，即科學知識、科學探索與科學態度，讓科學教學的目標與內容有機融合。在科學課程的教育路徑中，實驗活動是科學探究學習的中心組成。那么，什么是科學探究的載體呢？眾所周知，實驗是科學探究的主要載體依托。事實上，科學探究不僅是實驗探究，也包含著對實驗的設計與評價。實驗的結論是由探究分析得到的，然而，教師讓學生在這一過程中做了什么、如何去做的，這些都是評價科學探究效果的重要標準。因此，教師要能帶領學生精心設計實驗，關注“怎么去實驗”這一核心問題，讓小學生的科學實驗活動具有實效性。

一、科學實驗中的對比實驗特征分析

所謂“對比實驗”，就是在科學實驗過程中進行的兩個或兩個以上的實驗，將其獲得的實驗數據進行比較分析，研究自變量的變化對實驗結果影響的實驗。在對比實驗中，常常是將影響實驗結論的單個因素進行比較。在實驗過程中，科學教師要讓學生控制好不變量因素，盡可能地讓不變量保持完全相同，這是科學對比實驗的基本原則。例如，在研究水分對種子的發芽影響實驗中，除了要讓種植種子的土壤、溫度、陽光等環境因素相同，還要讓種植種子的杯子也相同。在實驗過程中，唯有在其他因素都相同的條件下才能進行只有一種因素變化的對比實驗，實驗的結果也才是有效的。因而，我們也常常將其稱為“公平實驗”。

小學生對于科學實驗充滿著強烈的好奇心，他們熱衷于科學對比實驗，喜歡對實驗進行觀察、記錄、比較與分析。然而，很多小學生常常會被實驗中的某一細小的環節所吸引，忘卻了實驗的目標任務，導致得不到應有的實驗結論。因而，教師要能常常指導學生進行對比實驗，遵循對比實驗的基本原則，抓住實驗過程中的重點內容與關鍵問題所在，進行積極思考，適時點撥，促進學生獲得深刻的實驗結果，這樣也能避免學生忘乎所以。

在小學階段所開展的科學對比實驗，教師對于實驗的設計要求不能過高，要能讓學生想得到、做得到，符合小學生的年齡特點與學習能力，做到“扶放結合”“管控適度”。小學生的思維以具象思維為主，抽象思維還有待進一步提升。這就要求小學科學教師能夠引領學生設計與開展科學對比實驗，感受對比實驗的公平性，重視對小學生的抽象思維與邏輯思維能力的培養。本文就以“折形狀”這一對比實驗來對對比實驗的有效性進行分析。

二、對比實驗的有效設計

在對比實驗的設計中，教師要能啟迪學生遵守實驗設計原則，把控好兩個關鍵性問題：一是控制好不變量，二是控制好變量的適度問題。也就是在不變量保持不變的情況下改變變量，要能做到讓變量適度，絕不能讓實驗時出現量變導致質變的問題，偏離實驗的目標。在“折形狀”這一對比實驗中，教師就要讓學生首先明白變量與不變量因素，了解到實驗是應該改變什么、怎么改變。如：“折形狀”實驗的變量是紙筒的底面積變化（即：形狀變化）；不變量是紙張的材質、厚度與大小以及紙筒的高度，還有每次所加物體的重量等等。這一實驗過程中的不變量因素復雜而多樣，因而教師要能讓學生在心中記住清晰的實驗過程與思路。

（一）明確實驗中的探究問題

師：這節課的對比實驗要研究怎樣一個問題？

生：探索不同底面形狀的柱體所能承受的壓力。

師：大家學習過哪些基本形狀？

生：長方形、平行四邊形、三角形、橢圓形、圓形……

師：今天我們就來共同探討底面是三角形、四邊形、八邊形與圓形的柱體的承受力。

教師在黑板上進行板書。

在對比實驗設計時，首先要讓學生明白所要探究的問題。因此，教師要能讓學生清楚地看到實驗時的主要目標與核心任務。對于五年級學生來說，他們都已具備了一定的理解能力與猜想能力。基于此，教師就要帶領學生針對所要探究的問題進行任務分解，形成層次性與坡度性的實驗步驟，為思考實驗活動中的變量與不變量因素奠定基礎。

（二）了解對比實驗中的變量

師：如果探索不同形狀底面的柱體與所能承受重力大小的關系，實驗時我們需要改變哪些因素呢？

生：只需要改變柱體底面的形狀。

師：在對比實驗中我們常常把需要改變的量稱作變量，本次實驗中我們要能將柱體的底面形狀進行不斷地改變，探尋它們的承受力。

教師板書。

在帶領學生共同探討實驗的設計中，教師要能在探究問題提出之后啟發學生了解實驗的基本變量，抓住對比實驗中的關鍵，即變量只有一個，所有的不變量都是為變量服務的。可以說，抓住變量問題就是抓住了本次對比實驗的關鍵，讓學生在理解中明白要控制好變量。

（三）分析實驗中的不變量

師：根據本次對比實驗的初步分析，我們需要折出幾種形狀底面的柱體呢？

生：4種。

師：我們需要用到幾張紙呢？

給予學生進行交流的時間，再進行回答。

生1：我認為需要1張，因為只能改變底面的形狀。

生2：我認為需要4張，因為每一次實驗用過的紙已經變形了，如果再用的話，可能會導致實驗的數據不準確。

生3：如果折出底面形狀是三角形的柱體后，再用實驗用過的這張紙折底面形狀是四邊形的柱體，留下的折痕肯定會影響實驗，這樣很不公平。

師：折出紙筒的四張紙的大小與材質一定要完全相同，這就是對比實驗中要控制的不變量，唯有不變量相同了，才能讓對比實驗更加公平。

師：如果有了同樣的四張紙，我們怎么折出底面是三角形、四邊形、八邊形與圓形的筒身來？

生1：我們可以橫著折柱體的筒身，也可以豎著折柱體的筒身。

師：在設計對比實驗時要注意什么？

生2：我們要么都橫著折，要么都豎著折，保持高度一致。

師：這也是控制好對比實驗中的不變量的要求。那么，在折成紙筒的時候，對接口要不要重疊黏合在一起？

生3：不可以吧？好像探究的問題是檢測一張紙的承受力。

生4：如果重疊黏合在一起，就變成了兩張紙。

師：不同形狀的紙筒制作好了，如果要測量它們的承受力，在紙筒上面加上重物時還應該注意些什么？

生1：紙筒上的重量要慢慢增加。

生2：在紙筒上放置重物時，要做到輕拿輕放，不能讓紙筒一下子就倒掉了。

師：我們可以選擇什么物體來放到紙筒上呢？

生：可以用筆、本子、書……

師：我們盡可能地用自己手中的課本作為重物，慢慢地加在紙筒上。但是課本的大小、輕重有區別，怎么辦呢？

生：我們可以讓一個人有序地在紙筒上放課本，確保相同次序時所加的課本相同，這樣就能保證不變量相同，讓實驗的結果更為有效。

師：由此可見，我們在做對比實驗時始終要保證不變的量有哪些呢？

根據學生的回答，有序進行板書。

在本次對比實驗的設計中，由于需要控制的不變量較多，文章中就不再一一列舉。但是，在引導學生進行實驗步驟與過程的思考時，教師要能推動學生的科學思維進階，循著實驗的目標進行規范化操作預設，以讓學生在后續的對比實驗中能夠理清過程思考，有效進行對比實驗。

（四）設計實驗記錄單

師：我們要把實驗過程中的變量與不變量列舉出來，形成實驗記錄表格，這樣才能讓我們在實驗活動中知道做什么、怎么做與有序做。你們能自行設計好本次實驗記錄單嗎？盡可能地讓實驗記錄單的內容能夠表達出我們本次實驗所要研究的問題。

給予學生小組合作的機會，教師巡視指導，最后交流探討，達成共識。

簡而言之，對比實驗的設計不是一件輕而易舉的事情，需要教師能夠把控整個實驗的目標與全過程，需要教師充分了解學生與鉆研教材，也需要教師發揮好自己的聰明才智引導學生去創造性設計，這樣才能更好地提升對比實驗的有效性。

三、提升科學對比實驗的有效性

對比實驗是小學科學探究實驗的主要載體，對于培養小學生的科學核心素養具有十分重要的意義。因而，小學科學教師要能重視對比實驗的設計策略，不斷優化科學對比實驗的設計與實施。以下就是針對《折形狀》一節課的教學策略心得。

（一）做好引導，讓學生成為學習的主人

在對比實驗教學活動中，教師要讓學生遵循實驗方案開展有序的動手操作活動，在現象的發生時進行細心觀察，鼓勵學生用科學語言進行表達，激發起學生的科學探究學習熱情，由此讓他們的科學思維得到精彩綻放。正如偉大的教育家陶行知先生所言：教育要讓學生在實踐中進行，解放他們的多種感官，進行體驗式學習。

（二）抓住關鍵，讓科學實驗具有實效

小學科學對比實驗的目的就是讓學生能夠在比較中分析，在現象發展中看到變化，發現影響科學現象的諸多因素，聚焦科學實驗結論，走進科學知識的本質深處。因此，在實驗時，筆者能夠抓住本次實驗的變量與不變量進行分析，在實驗中進行合理把握，引領學生進行有序而有效的動手、動眼與動腦活動，讓科學結論的得出具有實效性與準確性。

（三）加強合作，讓學習過程生動有趣

小學生的感性思維比較活躍，他們對于科學學習的最大興趣就是實驗的新鮮與神秘，都渴望通過自己的動手實驗來獲得未知的發現，展現自我的學習潛能。但是，小學科學探究學習的過程往往不是靠學生個體就能順利完成的，常常需要學生在合作中進行、在交流中獲得科學知識的發現。本次實驗中，筆者積極引發學生進行小組合作學習的興趣，助推學生在自主學習中走向合作，針對動手操作活動進行相互配合，針對實驗注意事項進行熱烈交流，針對實驗的現象進行辯論，充分展現了小學生在科學實驗教學中的主體地位，讓課堂氛圍活躍起來。

總而言之，在小學科學實驗教學過程中，教師要能重視對學生加強對比實驗的設計與實施，以智慧性思維來引導學生進行實驗的預設與實施，推動學生在有序的實驗活動中提升實驗操作能力，發展科學思維，進而為小學生后續的科學學習奠定好經驗基礎。

【本文系江蘇省宿遷市教育科學規劃課題“小學科學對比實驗有效性策略的研究”的部分研究成果，編號：SQ2021GHLX126】

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]王佩剛.小學科學實驗教學中培養學生科學素養的實踐研究[J].小學生（下旬），2021（12）：10.