科学实验教学中对比实验的设计策略探寻

赵政 毛维佳

【摘 要】对比实验是科学实验的主要组成部分，对培养学生的科学探究能力有重要作用。本文以苏教版科学五年级下册“折形状”一课的教学尝试为切入点，分析引导学生设计对比实验的教学策略，将着眼点放在教师的“导”上，旨在让教师在做足“导”的功课的基础上带领学生体会设计对比实验的科学探究之美。

【关键词】实验教学 对比实验 实验设计 科学探究

课标指出，科学知识、科学思想、科学方法和科学精神是科学的四个层面，而课程通过三条主线，即科学知识、科学探究、科学态度，将教学目标和教学内容融会贯通。在这三条主线中，科学探究是科学学习的中心环节。科学探究不仅可以使学生体验到探究的乐趣，获得自信，形成正确的思维方式，而且可以使他们识别什么是科学、什么不是科学。课标从课程设计的指导层面为一线教师的科学教学指明了方向，即通过以探究为中心的学习来达成教学目标和教学内容的融会贯通。

科学探究的载体是什么？在小学阶段，实验是培养学生科学探究能力的良好载体。事实上，科学探究不仅有对实验结果的探究，还有对实验过程的设计和探究。实验的结果最终会探究出来，但是，学生在探究这一结果的过程中做了什么、怎么做的，这更应该是评价科学探究水平的标准之一。教师带领学生设计实验就是关注“怎么做”的问题，这也是目前科学教学中较为薄弱的环节。设计实验作为学生自主探索自然现象的必要环节、开展研究性学习的重要内容，对培养学生的探究能力大有裨益。科学实验中很大一部分都是对比实验，所以，提高学生设计对比实验的能力也是提升学生探究能力的一个落脚点。

一、科学对比实验特征分析

所谓“对比实验”，是指设置两个或两个以上的实验组，通过对对比结果的比较分析，研究自变量对实验结果所造成的影响。由此可知，科学对比实验的方法是进行单因素比较。要进行单因素（变量）比较，教师必须设法控制其他可能对实验结果产生影响的因素，尽量使这些因素（不变量）保持相同。这是对比实验的基本要求，也是在对比实验过程中必须遵循的重要原则。例如，在对比黏土、砂土、壤土渗水性的实验中，除土壤种类不同外，水要同样多，土要同样多，杯子型号要相同。在实验中，教师只有确保这些因素相同，才能确定三种不同土壤的渗水性。这些因素中只要有一个因素没有控制好，就会对实验结果的公平性产生影响，因此，对比实验也称为“公平实验”。

儿童对实验非常感兴趣，但他们容易被一些有趣的细节吸引，忽略应该注意的细节，甚至忘记对比实验的原则。因此，如何在教学中使学生明确对比实验的原则并在实验操作中自觉地运用这个原则，就成了教学对比实验的重点和难点所在。如果教师在教学过程中引导学生设计实验，让学生在实验前“知其所以然”，并通过设计实验加深对实验过程的理解，那么，这个重点和难点的解决就有了突破口。

在小学阶段，教师对设计对比实验的要求不能过高，必须符合学生的年龄特点，由“扶”到“放”，逐步培养。小学高年级学生的思维仍以具体形象思维为主，但其抽象思维已有一定的发展。学生可以在教师的引导下设计对比实验，并在设计过程中感受对比实验的公平性。需要注意的是，设计对比实验这种比较抽象的技能对于学生来说有些难度，因此，教师的引导尤为必要。笔者尝试以“折形状”一课为例來“窥一斑而知全豹”。

二、科学对比实验设计片段

如前所述，教师在引导学生设计对比实验时，需要让学生把握两个问题：一是每次只能改变一个量;二是为了确保实验的公平，即除了改变的那个量外，其他量都要始终保持一致。这一思想可以理解为把握变量、控制不变量。

具体来说，这节课的变量是纸筒的底面形状，不变量涉及纸张的大小、厚度，纸筒的高度，每次加的重物及加重物的人，等等。本实验的不变量较多且复杂，任何一个不变量的改变都会对实验结果产生影响。所以，教师在引导时应思路清晰、有层次。

（一）明确探究的问题

师：我们要探究的是什么问题？

生：柱体底面各种形状的承受力是不是一样？

师：我们今天要探究哪几种形状？

生：三角形、四边形、八边形、圆形。

师：具体来说，我们要比较什么？

生：底面分别为三角形、四边形、八边形、圆形的柱体的承受力。

师板书如下：

底面形状    承受力

三角形         ？

四边形         ？

八边形         ？

圆形           ？

设计对比实验的前提是明确实验问题，因此，教师必须引导学生清楚地知道要探究什么问题。五年级学生的理解能力和概括能力都达到一定水平，因此，教师可以对探究的问题进行分解，通过有层次地引导使学生明晰要探究的问题，以便为下面明确实验变量和不变量奠定基础。

（二）确定实验的变量

师：要探究柱体的底面形状与承受力的关系，我们在实验过程中需要改变什么？

生：纸筒底面的形状。

师：我们需要不断改变纸筒底面的形状来比较纸筒的承受力大小，这个不断变化的量，我们把它称为什么？

生：变量。

师板书如下：

变量        底面形状

教师在引出探究问题的基础上引导学生发现实验的变量，把握了对比实验需要注意的第一点，即变量只有一个，不变量都是围绕变量产生的。因此，找到了变量，就可以抓住研究的问题来发现要控制的不变量。

（三）排查实验的不变量

师：我们要折几种底面形状的柱体？

生：四种。

师：我们需要一张纸还是四张纸？

生1：一张。

生2：四张。

师：为什么不能用一张纸折完一种形状后，再折另一种形状？

生：这样测出的结果不准确。

师：说得好，先前折的痕迹会对后来折的形状有影响，这样就会导致实验结果不公平。你需要四张什么样的纸？或者说你对纸有什么要求？

生：我要用四张一样大的A4纸。

师：也就是说，我们四个纸筒的纸要完全一样，这样实验才公平。纸张的大小和厚度在实验中要始终一致，它们是我们实验中的不变量。

师：有了同样的四张纸，我们要折纸筒了，我们可以怎样折？

生：我们可以横着折，也可以竖着折。

师：在折纸筒的时候，我们要注意什么问题？

生：要横着折，都横着折。

师：也就是说，纸筒的高度要一致，这也是我们实验中的一个不变量。折纸筒的时候还有一个问题，纸的两边要不要重叠粘在一起？

生：不要。

师：为什么？

生：因为我们要测的是一张纸，粘在一起就是两张纸了。

师：很好。请大家再思考，纸筒折好了，要检测它的承受力，在往上加重物时需要注意什么？

生：轻拿轻放。

师：轻拿什么重物？

生：科学书。

师：也就是说，我们每次往纸筒上放的重物也要一样。不同的人操作起来还可能对实验结果有影响，所以，大家在放的时候需要注意什么？

生：同一个人轻拿轻放。

师：所以说，我们在实验过程中要始终保持不变的量有哪些？

（生回答）

师板书如下：

不变量     纸筒的高度

纸张的大小、厚度

每次加的重物

放重物的人

由于涉及的不变量较多，学生可能列举不全，教师需要一步步进行引导，让学生的思维顺着实验过程往下走，这既有利于规范学生的操作，也有利于引导学生厘清思路，深刻理解探究问题。

（四）实验记录单巧设计

师：我们把变量和不变量列出来，你现在能不能自己设计一下我们的实验记录单，这个实验记录单要全面表达我们要研究的问题。

（小组设计，教师巡回观察指导）

设计实验记录单是对之前分析变量和不变量的深化拓展，目的还是引导学生理解对比实验要研究的问题。同时，学生设计的记录单也可以反映出他们在理解对比实验方面存在的一些问题。在这一部分中，教师说得少，学生做得多。

对比实验的教学不是一件轻松的事，不是把实验任务、器材交给学生，让他们自己去做。教师必须引导学生设计实验，让学生在设计实验的过程中增进对实验的理解，提升探究的兴趣，提高探究的水平。

三、科学对比实验设计策略

对比实验是科学实验的重要组成部分，对培养学生的探究能力有举足轻重的作用。教师需要在教学过程中总结、积累相关策略，提升关于对比实验的教学能力。结合“折形状”一课及日常教学心得，笔者尝试从以下几个方面略陈管窥之见。

（一）导而弗牵，学生是设计实验的主体

实验课一般比较耗时，一节课经常在学生的忙乱中结束，看似热热闹闹，实则未必收获丰厚。究其原因，小学生乐于动手，实验课正好满足了他们的这一需求。但是，教师如果不能对学生的这一特征进行引导，就只能让课堂停留在浅层次的“知其然”上。

对比实验开展得好，离不开学生对实验原则的把握。如果实验是学生动脑设计出来的，学生是设计实验的主体，那么，即使教师不反复强调实验过程中的注意事项，学生也能留意到，实验效果会更好。如果教师只是告诉学生怎么做、注意什么，学生实验心切，未必注意到教师的强调，最终可能导致教师忙于指导学生注意什么或者怎么做，而学生则忙着动手但未必得要领。具体到“折形状”这一课，学生对各种底面形状的承受力大小有着各种猜想，一看到探究问题就想马上展开实验。如果学生没有在教师的引导下设计过实验，那么，他们的探究将会带有很多盲目性。

教师在这一过程中需要做的是引导，切忌代替学生设计实验。时间紧、任务重，一些教师会因学生的思路一下子未能跟上自己，急匆匆地把实验步骤和注意事项说了，让学生赶紧展开实验，迅速得出结论，完成实验课的教学目的。殊不知，得出结论固然重要，但探究、设计的过程更为关键，而且，学生因为设计实验时 “磨了刀”，到“真刀真枪”地动手实验时才不会误“砍柴工”，也很少出现教师在实验前反复强调，学生在实验时仍旧不明就里的情况。如果设计对比实验占了一节课的大部分时间，教师可以调整教学，让学生下节课动手，无须机械地为得出结论而实验。

（二）切中肯綮，把握变量和不变量

教师在引导学生设计对比实验时，必须引导学生找准变量和不变量。这是对比实验的共同点，只有抓住了这个共同点，对比实验的设计才有章可循。在“折形状”这一课中，由于涉及的不变量较多，笔者花了很多时间去引导学生发现实验的变量和不变量，增进了学生对实验的理解。在实验过程中，各小组非常流畅地开展了实验，并对实验中有偏差的数据进行了恰当的分析。这说明教师前期的引导是奏效的。当然，一开始，教师可能要花很多时间引导学生一步步细究变量和不变量。经过一段时间的学习后，学生具备了相关的科学能力，就会很快跟上教师的节奏，一说到设计对比实验，就很自然地去找变量和不变量。

当然，这一方法对于不同的年级，有不同的实用性。对于三年级的学生来说，教师可能需要从引导学生体会对比实验的精神开始，可通过生活中一些浅显易懂的例子进行类比，让学生学着去发现变量和不变量。经过一年的练习，四年级的学生则基本可以明白生活中的简单实例的变量和不变量，并能够类比找到实验中的变量和不变量。五年级的学生则可直接找到实验中的变量和不变量，只是有时找得不够全面，需要教师的引导，此时教师可以鼓励学生尝试设计实验记录单，以进一步梳理对实验的理解。针对六年级的学生，教师可继续训练他们设计对比实验的能力，培养他们识别和控制不变量的能力，引导他们开展全程探究，并在对比实验中获得数据和整理數据。

当然，设计对比实验能力的发展过程不是机械的，而是在这一大课题下，每一小课题的层层展开，使学生经历“体验—操作—半独立探究—独立探究”的过程。教学的最终目的是以这个过程为阶梯，提高学生的探究能力，使其能自觉运用对比实验的原则和方法去解决实际问题。

（三）开而弗达，引导学生通过设计实验体验科学探究之美

学生设计对比实验时不仅要明确变量和不变量，还要明确实验思路，即实验中所采用的方法、实验原理、完成实验的步骤、需要观察的对象、需要记录的现象及数据等。只有这样，学生才能成为真正的课堂参与者，才能领会对比实验的精髓。在这一过程中，教师不仅要让学生学会设计实验，还要引导学生体会科学探究之美，这也是更高级的情感态度价值目标。

只有学生在对比实验中领略到科学探究之美，体会到成就感，他的科学素养的培养才不是一句空话，他的科学兴趣才不会不浓厚，他的收获则不仅仅是会做某个实验。在“折形状”这一课中，学生不仅学习了设计对比实验，而且认识到要想让对比实验结果科学准确，就必须保证实验过程的公平，并在课下的生活交往中注意强调公平性。

教师在整个对比实验过程中起的就是“拐杖”的作用。《学记》早在两千多年前就告诉了我们教学的方法：“故君子之教，喻也。道而弗牵，强而弗抑，开而弗达。道而弗牵则和，强而弗抑则易，开而弗达则思。和易以思，可谓善喻矣。”只有教师做足了“导”的功课，让学生游弋于探究对比实验公平之美的兴趣汪洋中，对比实验的教学才能真正成为培养学生科学探究能力的平台。

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