探思對(duì)比實(shí)驗(yàn)的有效性

〔摘" " 要〕" 在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們常常將其分為模擬實(shí)驗(yàn)與對(duì)比實(shí)驗(yàn)兩種。對(duì)比實(shí)驗(yàn)是小學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的主要實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)于培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)探究能力起到了舉足輕重的作用。本文以蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)中的《折形狀》一課為例，進(jìn)行深入分析，探尋對(duì)比實(shí)驗(yàn)的有效性策略，將研究的著眼點(diǎn)定位在教師“引領(lǐng)”上，旨在通過師生互動(dòng)的方式來促進(jìn)學(xué)生在對(duì)比實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)過程中感受到科學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；對(duì)比實(shí)驗(yàn)；有效性；探究

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " "〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2024）" 08" " 058-060

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中指出，科學(xué)課程的總體目標(biāo)應(yīng)該聚焦在科學(xué)知識(shí)、科學(xué)思想、科學(xué)方法與科學(xué)精神四個(gè)方面。小學(xué)科學(xué)課程也是通過三條清晰的主線貫穿起來的，即科學(xué)知識(shí)、科學(xué)探索與科學(xué)態(tài)度，讓科學(xué)教學(xué)的目標(biāo)與內(nèi)容有機(jī)融合。在科學(xué)課程的教育路徑中，實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是科學(xué)探究學(xué)習(xí)的中心組成。那么，什么是科學(xué)探究的載體呢？眾所周知，實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究的主要載體依托。事實(shí)上，科學(xué)探究不僅是實(shí)驗(yàn)探究，也包含著對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是由探究分析得到的，然而，教師讓學(xué)生在這一過程中做了什么、如何去做的，這些都是評(píng)價(jià)科學(xué)探究效果的重要標(biāo)準(zhǔn)。因此，教師要能帶領(lǐng)學(xué)生精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，關(guān)注“怎么去實(shí)驗(yàn)”這一核心問題，讓小學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)具有實(shí)效性。

一、科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的對(duì)比實(shí)驗(yàn)特征分析

所謂“對(duì)比實(shí)驗(yàn)”，就是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行的兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)，將其獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，研究自變量的變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的實(shí)驗(yàn)。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，常常是將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的單個(gè)因素進(jìn)行比較。在實(shí)驗(yàn)過程中，科學(xué)教師要讓學(xué)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(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的基本原則。例如，在研究水分對(duì)種子的發(fā)芽影響實(shí)驗(yàn)中，除了要讓種植種子的土壤、溫度、陽光等環(huán)境因素相同，還要讓種植種子的杯子也相同。在實(shí)驗(yàn)過程中，唯有在其他因素都相同的條件下才能進(jìn)行只有一種因素變化的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也才是有效的。因而，我們也常常將其稱為“公平實(shí)驗(yàn)”。

小學(xué)生對(duì)于科學(xué)實(shí)驗(yàn)充滿著強(qiáng)烈的好奇心，他們熱衷于科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，喜歡對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察、記錄、比較與分析。然而，很多小學(xué)生常常會(huì)被實(shí)驗(yàn)中的某一細(xì)小的環(huán)節(jié)所吸引，忘卻了實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)任務(wù)，導(dǎo)致得不到應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。因而，教師要能常常指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，遵循對(duì)比實(shí)驗(yàn)的基本原則，抓住實(shí)驗(yàn)過程中的重點(diǎn)內(nèi)容與關(guān)鍵問題所在，進(jìn)行積極思考，適時(shí)點(diǎn)撥，促進(jìn)學(xué)生獲得深刻的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這樣也能避免學(xué)生忘乎所以。

在小學(xué)階段所開展的科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，教師對(duì)于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求不能過高，要能讓學(xué)生想得到、做得到，符合小學(xué)生的年齡特點(diǎn)與學(xué)習(xí)能力，做到“扶放結(jié)合”“管控適度”。小學(xué)生的思維以具象思維為主，抽象思維還有待進(jìn)一步提升。這就要求小學(xué)科學(xué)教師能夠引領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)與開展科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，感受對(duì)比實(shí)驗(yàn)的公平性，重視對(duì)小學(xué)生的抽象思維與邏輯思維能力的培養(yǎng)。本文就以“折形狀”這一對(duì)比實(shí)驗(yàn)來對(duì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的有效性進(jìn)行分析。

二、對(duì)比實(shí)驗(yàn)的有效設(shè)計(jì)

在對(duì)比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，教師要能啟迪學(xué)生遵守實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，把控好兩個(gè)關(guān)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(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)量變導(dǎo)致質(zhì)變的問題，偏離實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)。在“折形狀”這一對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，教師就要讓學(xué)生首先明白變量與不變量因素，了解到實(shí)驗(yàn)是應(yīng)該改變什么、怎么改變。如：“折形狀”實(shí)驗(yàn)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(zhì)、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(shí)驗(yàn)過程中的不變量因素復(fù)雜而多樣，因而教師要能讓學(xué)生在心中記住清晰的實(shí)驗(yàn)過程與思路。

（一）明確實(shí)驗(yàn)中的探究問題

師：這節(jié)課的對(duì)比實(shí)驗(yàn)要研究怎樣一個(gè)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(xué)習(xí)過哪些基本形狀？

生：長(zhǎng)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(jìn)行板書。

在對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要讓學(xué)生明白所要探究的問題。因此，教師要能讓學(xué)生清楚地看到實(shí)驗(yàn)時(shí)的主要目標(biāo)與核心任務(wù)。對(duì)于五年級(jí)學(xué)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(lǐng)學(xué)生針對(duì)所要探究的問題進(jìn)行任務(wù)分解，形成層次性與坡度性的實(shí)驗(yàn)步驟，為思考實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中的變量與不變量因素奠定基礎(chǔ)。

（二）了解對(duì)比實(shí)驗(yàn)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(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)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(duì)比實(shí)驗(yàn)中我們常常把需要改變的量稱作變量，本次實(shí)驗(yàn)中我們要能將柱體的底面形狀進(jìn)行不斷地改變，探尋它們的承受力。

教師板書。

在帶領(lǐng)學(xué)生共同探討實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，教師要能在探究問題提出之后啟發(fā)學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的基本變量，抓住對(duì)比實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵，即變量只有一個(gè)，所有的不變量都是為變量服務(wù)的?？梢哉f，抓住變量問題就是抓住了本次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，讓學(xué)生在理解中明白要控制好變量。

（三）分析實(shí)驗(yàn)中的不變量

師：根據(jù)本次對(duì)比實(shí)驗(yàn)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(xué)生進(jìn)行交流的時(shí)間，再進(jìn)行回答。

生1：我認(rèn)為需要1張，因?yàn)橹荒芨淖兊酌娴男螤睢?/p>

生2：我認(rèn)為需要4張，因?yàn)槊恳淮螌?shí)驗(yàn)用過的紙已經(jīng)變形了，如果再用的話，可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

生3：如果折出底面形狀是三角形的柱體后，再用實(shí)驗(yàn)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(huì)影響實(shí)驗(yàn)，這樣很不公平。

師：折出紙筒的四張紙的大小與材質(zhì)一定要完全相同，這就是對(duì)比實(shí)驗(yàn)中要控制的不變量，唯有不變量相同了，才能讓對(duì)比實(shí)驗(yàn)更加公平。

師：如果有了同樣的四張紙，我們?cè)趺凑鄢龅酌媸侨切?、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(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)時(shí)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(duì)比實(shí)驗(yàn)中的不變量的要求。那么，在折成紙筒的時(shí)候，對(duì)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(cè)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(cè)量它們的承受力，在紙筒上面加上重物時(shí)還應(yīng)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(shí)，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(qū)別，怎么辦呢？

生：我們可以讓一個(gè)人有序地在紙筒上放課本，確保相同次序時(shí)所加的課本相同，這樣就能保證不變量相同，讓實(shí)驗(yàn)的結(jié)果更為有效。

師：由此可見，我們?cè)谧鰧?duì)比實(shí)驗(yàn)時(shí)始終要保證不變的量有哪些呢？

根據(jù)學(xué)生的回答，有序進(jìn)行板書。

在本次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟與過程的思考時(shí)，教師要能推動(dòng)學(xué)生的科學(xué)思維進(jìn)階，循著實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化操作預(yù)設(shè)，以讓學(xué)生在后續(xù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中能夠理清過程思考，有效進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

（四）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄單

師：我們要把實(shí)驗(yàn)過程中的變量與不變量列舉出來，形成實(shí)驗(yàn)記錄表格，這樣才能讓我們?cè)趯?shí)驗(yàn)活動(dòng)中知道做什么、怎么做與有序做。你們能自行設(shè)計(jì)好本次實(shí)驗(yàn)記錄單嗎？盡可能地讓實(shí)驗(yàn)記錄單的內(nèi)容能夠表達(dá)出我們本次實(shí)驗(yàn)所要研究的問題。

給予學(xué)生小組合作的機(jī)會(huì)，教師巡視指導(dǎo)，最后交流探討，達(dá)成共識(shí)。

簡(jiǎn)而言之，對(duì)比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不是一件輕而易舉的事情，需要教師能夠把控整個(gè)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)與全過程，需要教師充分了解學(xué)生與鉆研教材，也需要教師發(fā)揮好自己的聰明才智引導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，這樣才能更好地提升對(duì)比實(shí)驗(yàn)的有效性。

三、提升科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的有效性

對(duì)比實(shí)驗(yàn)是小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的主要載體，對(duì)于培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)具有十分重要的意義。因而，小學(xué)科學(xué)教師要能重視對(duì)比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)策略，不斷優(yōu)化科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。以下就是針對(duì)《折形狀》一節(jié)課的教學(xué)策略心得。

（一）做好引導(dǎo)，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人

在對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，教師要讓學(xué)生遵循實(shí)驗(yàn)方案開展有序的動(dòng)手操作活動(dòng)，在現(xiàn)象的發(fā)生時(shí)進(jìn)行細(xì)心觀察，鼓勵(lì)學(xué)生用科學(xué)語言進(jìn)行表達(dá)，激發(fā)起學(xué)生的科學(xué)探究學(xué)習(xí)熱情，由此讓他們的科學(xué)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(xué)生在實(shí)踐中進(jìn)行，解放他們的多種感官，進(jìn)行體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。

（二）抓住關(guān)鍵，讓科學(xué)實(shí)驗(yàn)具有實(shí)效

小學(xué)科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的目的就是讓學(xué)生能夠在比較中分析，在現(xiàn)象發(fā)展中看到變化，發(fā)現(xiàn)影響科學(xué)現(xiàn)象的諸多因素，聚焦科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，走進(jìn)科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)深處。因此，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，筆者能夠抓住本次實(shí)驗(yàn)的變量與不變量進(jìn)行分析，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行合理把握，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行有序而有效的動(dòng)手、動(dòng)眼與動(dòng)腦活動(dòng)，讓科學(xué)結(jié)論的得出具有實(shí)效性與準(zhǔn)確性。

（三）加強(qiáng)合作，讓學(xué)習(xí)過程生動(dòng)有趣

小學(xué)生的感性思維比較活躍，他們對(duì)于科學(xué)學(xué)習(xí)的最大興趣就是實(shí)驗(yàn)的新鮮與神秘，都渴望通過自己的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)來獲得未知的發(fā)現(xiàn)，展現(xiàn)自我的學(xué)習(xí)潛能。但是，小學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)的過程往往不是靠學(xué)生個(gè)體就能順利完成的，常常需要學(xué)生在合作中進(jìn)行、在交流中獲得科學(xué)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)。本次實(shí)驗(yàn)中，筆者積極引發(fā)學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)的興趣，助推學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中走向合作，針對(duì)動(dòng)手操作活動(dòng)進(jìn)行相互配合，針對(duì)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)進(jìn)行熱烈交流，針對(duì)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象進(jìn)行辯論，充分展現(xiàn)了小學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主體地位，讓課堂氛圍活躍起來。

總而言之，在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師要能重視對(duì)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，以智慧性思維來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的預(yù)設(shè)與實(shí)施，推動(dòng)學(xué)生在有序的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中提升實(shí)驗(yàn)操作能力，發(fā)展科學(xué)思維，進(jìn)而為小學(xué)生后續(xù)的科學(xué)學(xué)習(xí)奠定好經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。

【本文系江蘇省宿遷市教育科學(xué)規(guī)劃課題“小學(xué)科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)有效性策略的研究”的部分研究成果，編號(hào)：SQ2021GHLX126】

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