科學(xué)實驗中的變量控制

謝小毛　劉杰

1 變量控制在科學(xué)實驗中有著重要地位

新的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，要求學(xué)生積極主動探求自然事物，形成對世界的科學(xué)認(rèn)識，使其具有良好的科學(xué)素養(yǎng)。而實驗操作作為學(xué)生自主探索自然現(xiàn)象的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，就顯得分外重要。隨著年齡的增長，學(xué)生的實驗層次從初步的驗證性實驗逐步過渡到創(chuàng)造性比較強的探究性實驗。實驗中變量很多，如何讓學(xué)生在實驗中根據(jù)要求選擇變量，控制相關(guān)變量，使它們相同，只讓一組變量不同，就顯得尤為重要。即使控制的變量不夠全面，產(chǎn)生的結(jié)論摸棱兩可，甚至是錯誤的，也可以從正反兩個方面幫助學(xué)生獲得較完整的認(rèn)識，對學(xué)生形成科學(xué)的世界觀和價值觀也是有益的。

2 變量控制的困難之處

2.1 缺乏控制實驗變量的意識

教材中的實驗思路，提供的器材以及給出的提示影響著教師的教和學(xué)生的學(xué)。他們并沒有意識到教材中的實驗只是實驗的一種方法，千篇一律地重復(fù)著教材中的實驗方案，努力把教材中的實驗做完善、做規(guī)范，保證不出差錯，嚴(yán)重妨礙了學(xué)生自主設(shè)計實驗意識的培養(yǎng)。教師說怎么控制就怎么控制，書上怎么寫的就怎么做，完全沒有自己的想法。一旦離開了教材，離開了教師，他們就無所適從，甚至連哪些是變量，哪些是影響某種現(xiàn)象的因素都不知道。長期的傳統(tǒng)教學(xué)禁錮了他們的思維，使他們形成了思維定勢，缺乏實驗設(shè)計中的自主創(chuàng)新意識。

2.2 缺乏控制實驗變量的能力

很多教師在指導(dǎo)學(xué)生研究探究性實驗時，先讓學(xué)生討論實驗方案。以《運動與摩擦力》為例，研究的課題是“摩擦力的大小與什么有關(guān)？”引導(dǎo)學(xué)生作出猜測，歸納如下：①與接觸面大小有關(guān)；②與物體的輕重有關(guān)；③與接觸面光滑程度有關(guān)。然后讓學(xué)生選擇研究哪一個因素，并且討論要如何控制好其他幾個因素，使其他因素相同。學(xué)生的實驗方案寫得很具體，可做實驗時，卻亂成一團(tuán)。在研究接觸面的大小時，學(xué)生用了一塊面積比較大的木塊和一塊面積比較小的木塊進(jìn)行實驗，可他們卻忽略了這樣做改變了物體的重量；在研究接觸面光滑程度時，一個接觸面光滑，一個接觸面粗糙，可他們又沒有保證兩個木塊同樣的重量和同樣面積的接觸面。這不能說學(xué)生實驗不認(rèn)真，也不是考慮得不周到（方案已經(jīng)設(shè)計得很詳細(xì)），而是他們?nèi)狈刂谱兞康哪芰?，?xùn)練太少了，僅僅是紙上談兵。

3 引導(dǎo)學(xué)生控制實驗變量

3.1 作好實驗之前的假設(shè)

案例：《我們的小纜車》中對小車滑行距離的遠(yuǎn)近與什么有關(guān)的假設(shè)。

生1：可能與斜面的光滑程度有關(guān)，斜面越光滑小車滑得越遠(yuǎn)，相反越粗糙滑得越近。

生2：可能與小車的重量有關(guān)，小車越重，滑出去的距離越遠(yuǎn)。

生3：可能與風(fēng)向有關(guān)。如果頂著風(fēng)，小車滑出去的距離就近；如果是順風(fēng)，小車滑出去的距離就遠(yuǎn)。

生4：可能與坡度有關(guān)，坡度越大，小車滑得越遠(yuǎn)。

生5：可能與小車的外型有關(guān)，流線型的車子滑出去的距離遠(yuǎn)。

生6：可能與小車在斜面上的擺放位置有關(guān)，放得越高，小車滑得越遠(yuǎn)。

師：大家假設(shè)得都很有道理，那我們該怎樣改變這些條件呢？

此案例中學(xué)生的假設(shè)非常多，也非常具體，不僅假設(shè)出小車滑行距離與什么有關(guān)（對條件的猜測），而且還說出到底有怎樣的關(guān)系（對結(jié)果的猜測）。筆者認(rèn)為這樣的假設(shè)不僅提出了實驗需要改變的6個變量：光滑程度、小車重量、風(fēng)向、坡度、小車外型、擺放位置等，而且指明了改變這些變量可能出現(xiàn)的結(jié)果，為后面如何選擇變量并且有效地控制變量打下了基礎(chǔ)。

3.2 重視實驗設(shè)計方案的完善

案例：電磁鐵的磁力的研究。

當(dāng)教師創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生提出了“電磁鐵的磁力與哪些因素有關(guān)”的問題后，學(xué)生提出了一種假設(shè)：線圈圈數(shù)多，磁力大；線圈圈數(shù)少，磁力小。教師提出：“你們能設(shè)計實驗證明嗎？”

生1：我們準(zhǔn)備3個實驗組，第1組的線圈圈數(shù)為70圈，第2組的線圈圈數(shù)為100圈，第3組的線圈圈數(shù)為140圈，然后比較它們吸大頭針的數(shù)量。

生2：我認(rèn)為線圈纏繞的鐵釘要大小相同、粗細(xì)相同。

生3：幾組實驗電池的電量要一樣多。

生4：不要長時間接通電磁鐵，以免電池耗電太多。

生5：大頭針的大小和重量要一致。

生6：纏繞的電線粗細(xì)要相同。

師：誰來小結(jié)一下，我們該怎樣做這個實驗才比較科學(xué)完善。

生：準(zhǔn)備3個實驗組，準(zhǔn)備相同的電池、電線、鐵釘和大頭針進(jìn)行實驗。第1組的線圈圈數(shù)為70圈，第2組的線圈圈數(shù)為100圈，第3組的線圈圈數(shù)為140圈，然后比較它們吸大頭針的數(shù)量。

師：在這個實驗中，哪些條件是相同的，哪些是不同的？

生：電池是相同的，纏繞的鐵釘是相同的，大頭針是相同的，電線的粗細(xì)是相同的，只有線圈圈數(shù)是不同的。

從上述案例可以看出，學(xué)生最初的方案漏洞比較多，在教師引導(dǎo)下，放手讓學(xué)生自主評價，確定了哪些是該實驗需要控制的變量，明確了哪個是自變量，使實驗方案逐步趨于完善。正是在此過程中，學(xué)生對自己或他人的方案進(jìn)行了比較深入的反思，展開了積極的討論，使他們明白了怎樣有效地控制變量，從而保證了實驗的成功。

3.3 循序漸進(jìn)降低難度

對學(xué)生提出的各種假設(shè)，課堂上不可能一一驗證的，因此許多教師都采取了這樣的方法：每小組選擇自己最感興趣或者最值得研究的假設(shè)進(jìn)行實驗。這樣不僅節(jié)約了時間，而且體現(xiàn)了學(xué)生為主體的理念，發(fā)展了學(xué)生的個性。但對于水平不高，能力不強，處于初級階段的學(xué)生來說，可以降低點難度，多花些時間，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的能力。endprint