在小學中年級有效開展對比實驗的教學策略
——以教科版三年級上冊“加快溶解”為例

文∣肖芮 季洋

小學科學以培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)為宗旨，在提升學生創(chuàng)新精神、實踐能力等方面具有重要作用,是小學階段基礎(chǔ)學科?！读x務教育小學科學課程標準(2017年版)》(以下簡稱《新課標》)指出：“要重視實驗教學，努力創(chuàng)設(shè)適宜的學習環(huán)境，促進學生積極參與、主動探究，引導學生做好每一個實驗?！盵1]由此可見，實驗學習與探究活動是學生學習科學的重要方式，教師需要在教學活動中引導學生通過探究實驗，以證據(jù)為基礎(chǔ)獲取科學結(jié)論，進而提高科學素養(yǎng)。

對比實驗能夠通過控制變量的方法，比較兩個實驗結(jié)果之間的差異，幫助學生理解改變自變量所帶來的不同影響、厘清實驗的因果關(guān)系，是小學科學實驗中一種重要的實驗方法，這對于學生科學嚴謹?shù)亻_展實驗研究、培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)具有十分重要的意義。

一、對比實驗中的困與思

一般來說，對比實驗就是只改變一個因素而保持其他因素不變的實驗方法，其重點在于讓學生理解對比實驗可以通過控制使一些實驗因素保持相同來保障實驗公平，知道哪些因素是要改變的，哪些因素是要保持不變的。在《新課標》中，關(guān)于科學探究的中年級學段目標描述為：3～4年級要求“在教師引導下，能基于所學知識，制訂簡單的探究計劃”，即在對比實驗教學中，教師要加強學生的實踐探究能力，增強學生的問題意識，幫助學生了解不同實驗的差別與設(shè)計緣由。

學生從三年級開始接觸對比實驗，但學生在以往的生活和學習經(jīng)驗中，并沒有過多接觸對比實驗，因此會對實驗中控制變量思想感到陌生，在理解和運用控制變量的方法上有一定的困難，容易混淆需要改變和不需要改變的因素。然而在教學實踐中，學生通常能夠意識到需要改變什么，而對于需要保持不變的實驗因素往往意識不足，經(jīng)常忽略實驗中需要控制的變量。有鑒于此，本文以教科版小學科學三年級上冊第一單元“加快溶解”為例，通過具體的教學案例，結(jié)合相應的教學策略來幫助學生理解控制變量的思想，掌握對比實驗的方法。

二、對比實驗中有效的教學策略

(一)注重教學過程的連貫性

充分的課堂準備可以使教師教學更為有序，學生學習更有效率。[2]在進行對比實驗教學時，教師有意識地幫助學生聯(lián)系已有知識，尤其是以往的實驗方法，降低學生的學習難度。注重學生在小學科學課階段學習的連貫性，在教學過程中，幫助學生聯(lián)系已知，發(fā)現(xiàn)未知是有效的教學策略。

“加快溶解”是小學中年級科學課中一節(jié)非常典型的對比實驗課，但這不是學生第一次接觸對比實驗；在前一課“水能溶解多少物質(zhì)”中已經(jīng)涉及了對比實驗的思想。“水能溶解多少物質(zhì)”中比較了食鹽和小蘇打在水中的溶解能力，為了保證實驗的公平，要求對實驗的變量進行控制：兩杯相同體積、相同溫度的水，每次加入水中的食鹽和小蘇打的質(zhì)量相同。這已經(jīng)向?qū)W生傳達了在實驗過程中控制變量的意識，但還沒有形成具體的概念，教師可以利用前一課的教學，提前做好鋪墊工作，引導學生思考“為什么要保持相同的條件”“這樣設(shè)計有什么好處”，從而讓學生理解在進行對比實驗時，要控制實驗中的變量，保證實驗的嚴謹。

(二)創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)探究興趣

由于學生在日常生活中或多或少都觀察過“物質(zhì)的溶解”，對于“如何加快溶解”，學生根據(jù)已有的經(jīng)驗能夠給出一些答案，這容易導致一些學生對于本節(jié)課的實驗探究失去興趣，甚至認為即使沒有控制實驗變量也能得到正確的實驗結(jié)果?？紤]到小學三年級學生的身心發(fā)展特點，要想引導學生更好地關(guān)注實驗探究過程，理解對比實驗在其中的運用，筆者設(shè)計了一個有趣的導入故事并配以動畫來激發(fā)學生的興趣。

在動物森林里上班的小熊向咖啡店的兔子店員買了一杯咖啡提神，可是咖啡太苦了，小熊難以下咽。兔子店員在咖啡中加入了一大勺糖，可是咖啡還是非?？啵垡娭⌒苌习嗫煲t到了，如何能夠幫助小熊加快白糖的溶解速度呢？

通過此導入活動，學生在學習中興趣濃厚，紛紛表示“愿意幫助小熊”，這不僅激發(fā)了學生的學習興趣，也培養(yǎng)了學生助人為樂的品質(zhì)。教師在教學活動中也順利地引出學生以往的知識經(jīng)驗，提出假設(shè)“提高溫度或攪拌可以加快溶解”，引導學生進入實驗環(huán)節(jié)。

(三)明確探究目標

有價值問題的產(chǎn)生是一堂探究性實驗課的良好開端，同時也是評價一堂實驗課是否有深度的指標之一。[3]根據(jù)《新課標》的要求，中年級學段學生要能從具體現(xiàn)象與事物的觀察、比較中，提出可探究的科學問題。具體到實驗過程中，教師要幫助學生結(jié)合日常生活發(fā)現(xiàn)問題，并將其轉(zhuǎn)化成可以研究與分析的一般問題。由于對比實驗中需要改變的實驗因素與我們探究的目標相關(guān)，所以在對比實驗的設(shè)計中一定要給予學生非常明確的探究目標。例如在“加快溶解”這一課中，教師應當明確提出本節(jié)課學生要探究的內(nèi)容是“溫度”和“攪拌”對白糖在水中溶解快慢的影響。既然是比較溶解的快慢，在實驗中要改變什么條件來進行比較呢？教師引導學生說出“溫度的高和低”“攪拌與不攪拌”是實驗中需要改變的因素。

(四)提前糾錯，掌握正確的實驗設(shè)計方法

以“加快溶解”中“溫度對白糖溶解快慢影響的實驗”為例，多次教學實踐表明，雖然學生有明確的探究目標，也能考慮到要選擇兩杯一冷一熱的水，但對于其他實驗條件的控制并沒有清晰的概念，例如“兩杯水是否需要攪拌？”“水的體積和白糖放入水中的先后順序雖然不一定影響實驗結(jié)果，那么是否需要保持相同？”這些設(shè)計在小學中年級學生的認知中往往是模糊的，所以學生在設(shè)計實驗的控制變量時，特別容易出現(xiàn)疑惑。在教學時，讓學生將自己的想法與教師、同學提前交流，能夠幫助學生養(yǎng)成良好的思維習慣。[4]在實踐中，教師引導學生交流討論后并觀察錯誤的教學視頻能夠讓學生對知識點的掌握更加清晰。

因此，本文考慮在教學中借助微課來提前糾正學生的錯誤概念，筆者先呈現(xiàn)出一個錯誤的實驗視頻，視頻中選擇了一杯冷水、一杯熱水，不僅改變了兩杯水的溫度，還特別明顯地呈現(xiàn)出兩杯水的體積也不相同，熱水的體積是300毫升，冷水的體積是200毫升；放入白糖時，先將白糖倒入熱水中，再將白糖倒入冷水中。通過微課視頻的呈現(xiàn)，教師讓學生直面錯誤的實驗操作步驟，并且讓學生指出視頻中出現(xiàn)的錯誤，它們導致了實驗的不公平，影響了實驗的嚴謹性。在教學實踐中，學生很容易指出兩杯水的體積不同、白糖放入水中的先后順序也不相同，讓學生了解他們在實驗過程中可能出現(xiàn)的錯誤，理解對比實驗的要點在于控制變量，除了需要探究的實驗因素要進行改變外，其余實驗因素都要保持相同。

(五)搭建學習的腳手架，幫助學生舉一反三

三年級學生的認知還處于具體形象思維向抽象思維過渡的階段。因此，直接讓學生根據(jù)實驗探究目標設(shè)計實驗計劃還存在一定的難度，教師通過搭建腳手架，簡化實驗設(shè)計的過程，幫助學生更好地理解實驗。[5]結(jié)合學生在課堂中反映的問題，筆者與學生一起設(shè)計了“加快溶解”實驗記錄單，利用選擇填空的形式，讓學生依據(jù)對比實驗中控制變量的思想來選擇需要改變的條件和需要保持不變的條件，一方面檢測學生是否學會了對比實驗的方法；另一方面提醒學生，我們在實驗過程中應該考慮保持相同的實驗因素有哪些。

通過“糾錯視頻”的分析，學生對于保證實驗的公平嚴謹有了一定的理解，但在實驗設(shè)計的應用中還需要教師給予一定的引導。因此，筆者以“半幫半扶”的形式，先帶著學生一起來完成《溫度對溶解快慢的影響學習單》的設(shè)計，再讓學生舉一反三，獨自完成《攪拌對溶解快慢的影響學習單》，以此來讓學生掌握對比實驗的設(shè)計方法。

溫度對溶解快慢的影響學習單

(六)注重實驗過程，落實實驗設(shè)計

實驗操作過程是學生收集實驗證據(jù)，得出實驗結(jié)論的重要環(huán)節(jié)。學生雖然完成了對比實驗的設(shè)計，但在實驗過程中一些不正確的實驗操作可能并不會影響實驗的結(jié)果，進而讓學生產(chǎn)生對比實驗中變量的控制不需要太嚴格的錯誤觀念。在教學過程中注重教學設(shè)計的規(guī)范與嚴謹，能夠體現(xiàn)小學科學的學科特性，對學生清晰地掌握相關(guān)知識、提高其科學素養(yǎng)十分重要。[6]

在教學實踐中，教師要將控制變量的思想落實到實驗操作中，引導學生嚴格按照實驗設(shè)計進行實驗，注意實驗中需要保持不變的因素，培養(yǎng)學生良好的實驗思維和習慣。教師要為學生準備好相應的實驗材料和工具，并要求學生根據(jù)自己完成的實驗設(shè)計來開展探究活動。教師可以通過不斷的走動，觀察各個小組的實驗探究環(huán)節(jié)，來了解學生對于對比實驗方法的落實情況，及時糾正學生的錯誤行為。學生在正確的實驗操作中，收集實驗證據(jù)并基于實驗證據(jù)來記錄實驗結(jié)果，完成對比實驗的過程。

(七)利用課堂小結(jié)鞏固新知

教師要充分利用課堂最后的總結(jié)環(huán)節(jié)來鞏固學生對于對比實驗的認識，讓學生理解對比實驗的核心就是要控制變量，保持實驗中其他因素相同，讓實驗更加嚴謹、有說服力，同時反思本課的實驗過程，鞏固科學知識，提高科學探究能力。課堂上的探究時間十分有限，教師可以結(jié)合課堂預設(shè)情境拋出新的問題，如在“加快溶解”中，教師最后告知學生，通過他們的幫助，小熊喝上了美味的咖啡，小兔子也開了更大的咖啡館，現(xiàn)在小兔子需要更有效率地溶解咖啡，除了提高溫度和攪拌，是否還有其他可以加快溶解的方法呢？還能利用對比實驗設(shè)計出怎樣的實驗呢？這些問題可以引導學生將對比實驗的概念應用于實際生活中，嘗試獨自完成對比實驗的實驗過程。

三、總結(jié)與反思

對比實驗在整個小學科學的探究實驗活動中都占有非常重要的地位，如何有效地進行對比實驗教學也是教師不斷探索的課題，本文以教科版三年級上冊“加快溶解”一課為例提出了一些教學策略，對幫助教師有效開展對比實驗教學提供了可靠的參考。

在教學實踐前，教師要意識到小學科學教學不能“就課論課”，應當注重教學過程的連貫性，幫助學生建立起完整的知識網(wǎng)絡。在教學準備中，教師可以結(jié)合教學內(nèi)容，考慮學生的身心發(fā)展水平，創(chuàng)設(shè)學生易于理解且感興趣的情境，激發(fā)學生的探究熱情。在實驗過程中，教師要立足學生的認知能力，搭建腳手架，循序漸進地在教學過程中滲透控制變量的思想，幫助學生掌握對比實驗的方法。在實驗結(jié)束后，教師要引導學生反思實驗，并提出新的問題，幫助學生建立起長效的科學學習興趣。