在變與不變中探索科學(xué)的奧秘

張小平 陳衛(wèi)華

【摘 要】小學(xué)科學(xué)課中，加強(qiáng)控制變量法在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，既能直觀的對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，又有利于培養(yǎng)孩子在科學(xué)探究中的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】擺的研究；實(shí)驗(yàn)；運(yùn)用

控制變量法是進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)、探究科學(xué)知識(shí)的一種重要方法。小學(xué)科學(xué)課中，加強(qiáng)控制變量法在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，既能直觀的對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，又有利于培養(yǎng)孩子在科學(xué)探究中的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng)。筆者以《擺的研究》為例談控制變量法在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用。

一、在科學(xué)猜想中感知“變量”與“不變量”

在做科學(xué)實(shí)驗(yàn)前，教師在引導(dǎo)環(huán)節(jié)中應(yīng)讓學(xué)生明確影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的條件有哪些。影響一個(gè)實(shí)驗(yàn)的量是很多的，既有客觀的、又有主觀的，既有本次實(shí)驗(yàn)中要研究的，又有在以后進(jìn)行探索的。因此，老師在備課中要針對(duì)學(xué)情預(yù)設(shè)，把學(xué)生列出的那些是或不是的量加以甑別，既要干脆利索、刪繁就簡(jiǎn)，又要全面，不能疏漏。對(duì)三年級(jí)的孩子只要求認(rèn)識(shí)什么是控制變量實(shí)驗(yàn)；四年級(jí)要求能根據(jù)控制變量實(shí)驗(yàn)，分析哪些是變量、哪些是不變量；五年級(jí)要求會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，考慮控制因素是哪些，變量因素是哪些；六年級(jí)能設(shè)計(jì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，并能準(zhǔn)確分析對(duì)比實(shí)驗(yàn)中控制因素和變量因素。

二、在設(shè)計(jì)方案中明確“變量”與“不變量”

在明白了變量與控制量后，往往是分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。從三年級(jí)開始，老師要做到有收有放，由扶到放，逐步培養(yǎng)孩子的探究力。要結(jié)合孩子的年齡特點(diǎn)，隨著他們的探究能力增強(qiáng)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的豐富，探究的深度也更深入。

在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)中，一定要引導(dǎo)學(xué)生充分考慮到控制變量法運(yùn)用的關(guān)鍵：每次只改變一個(gè)量，而控制其余的量不變。如果離開了這一關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)的誤差大，甚至是錯(cuò)誤的。

《擺的研究中》，孩子設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，應(yīng)包括以下三種：

方案一：擺的擺動(dòng)快慢與擺錘的輕重有關(guān)；

方案二：擺的擺動(dòng)快慢與擺繩的長(zhǎng)短有關(guān)；

方案三：擺的擺動(dòng)快慢與擺幅的大小有關(guān)；

無(wú)論是哪種方案，當(dāng)研究其中一個(gè)變量時(shí)，一定要控制其余的量不變。在研究方案一時(shí)，擺錘的重量先是一個(gè)鉤碼，接著分別增加到2個(gè)鉤碼、3個(gè)鉤碼，控制其余量不變的情況下記錄擺的次數(shù)；研究方案二時(shí)，擺繩長(zhǎng)度分別是10厘米、20厘米、30厘米，控制其余量不變的情況下記錄擺的次數(shù)；研究方案三時(shí)，在擺幅控制器中，讓擺幅夾角分別是20度、40度、60度時(shí)，控制其余量不變的情況下記錄擺的次數(shù)。

三、在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中理解“變量”與“不變量”

在方案完善的前提下進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，是科學(xué)研究中最重要的步驟，實(shí)驗(yàn)操作中記錄下的數(shù)據(jù)直接影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。在平時(shí)的科學(xué)教學(xué)中，往往因?yàn)檎n堂中40分鐘的時(shí)間束縛，造成學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間緊張，甚至不能完成實(shí)驗(yàn)。特別是在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，有幾個(gè)因素就要分別控制一個(gè)變量。因此因素越多，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案就越多，需要孩子做的實(shí)驗(yàn)就越多。一堂課40分鐘的時(shí)間不可能完成幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，因此需要在老師的引導(dǎo)下分小組選擇感興趣的方案完成，同時(shí)又要顧全大局進(jìn)行調(diào)整，防止幾個(gè)小組都做同一個(gè)或造成有的方案設(shè)計(jì)了但沒(méi)有小組去做的情況。

在《擺的研究》中，可將全班的孩子分成6個(gè)小組，每?jī)山M完成一個(gè)方案，三個(gè)方案同時(shí)完成。無(wú)論是哪個(gè)小組完成哪個(gè)方案，在實(shí)驗(yàn)前老師要進(jìn)行提醒變量與控制不變量，同時(shí)要避免一些主觀因素影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提示學(xué)生要注意以下幾點(diǎn)：

1.全班統(tǒng)一計(jì)時(shí)，聽口令，時(shí)長(zhǎng)15秒；

2.擺繩一定要拉直，且與支架橫桿垂直；

3.兩個(gè)手指捏到擺錘，聽到口令自然松開；

4.擺來(lái)回一次為一個(gè)周期，記為一次。

在實(shí)驗(yàn)中一邊觀察一邊數(shù)數(shù)，反復(fù)進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)記錄單。

方案一：擺的擺動(dòng)快慢與擺錘的輕重有關(guān)

方案二：擺的擺動(dòng)快慢與擺繩的長(zhǎng)短有關(guān)

方案三：擺的擺動(dòng)快慢與擺幅的大小有關(guān)

四、在數(shù)據(jù)收集中分析“變量”與“不變量”

分組實(shí)驗(yàn)完成后、要引導(dǎo)孩子對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。但是數(shù)據(jù)的收集要注意科學(xué)性，但數(shù)據(jù)出現(xiàn)不統(tǒng)一的時(shí)候，要分析其中出現(xiàn)的原因，最后取小組都認(rèn)同的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)確定后，先在每個(gè)方案中進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)論，然后再進(jìn)行全局對(duì)比，得出本次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。

在《擺的研究》中，在做方案一的實(shí)驗(yàn)時(shí)，有的小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了不同的幾個(gè)數(shù)據(jù)，出現(xiàn)16次的原因，一般是聽到口令后沒(méi)有及時(shí)放手，或者是鉤碼碰到了支架，最后大家的選擇應(yīng)該是17次，因?yàn)?7是出現(xiàn)最多的數(shù)據(jù)，從而得出結(jié)論：無(wú)論是1個(gè)鉤碼，2個(gè)鉤碼，還是3個(gè)鉤碼，擺的次數(shù)均是17次，因此，擺的快慢與擺錘的重量無(wú)關(guān)。方案二的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)擺繩長(zhǎng)10厘米、20厘米、30厘米，擺的次數(shù)依次是23、17、13，從而得出結(jié)論：擺的擺動(dòng)快慢與擺繩的長(zhǎng)短有關(guān)，擺繩越長(zhǎng)，擺得越慢；方案三中的實(shí)驗(yàn)中，擺幅為20度、40度、60度時(shí)，擺的次數(shù)均是17次，從而說(shuō)明擺的快慢與擺幅無(wú)關(guān)。把三個(gè)實(shí)驗(yàn)綜合后，得出本次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：擺的快慢與擺錘的重量、擺幅的大小無(wú)關(guān)，與擺繩的長(zhǎng)短有關(guān)，擺繩越長(zhǎng)，擺得越慢。

總之，控制變量法貫穿于小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們需要掌握控制變量法的實(shí)質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)中大膽猜想，小心驗(yàn)證，縝密思考、認(rèn)真分析，在變與不變中探索科學(xué)奧秘，促進(jìn)孩子科學(xué)探究能力及科學(xué)素養(yǎng)的提升。