在對比實驗教學中培養學生的“公平”意識

杜志剛

對比實驗也叫對照實驗，是小學科學實驗中常見的類型。對比實驗要求把實驗設置成兩個或兩個以上的組，通過有意控制或改變一個實驗條件，讓其他的條件保持不變，來探究條件與結果之間的關系。由此可知，對比實驗的方法是進行單因素比較。套用學生的話來表述，那就是只能改變一個條件，其他條件都不能變，否則就不公平了。那如何在對比實驗中培養學生的“公平”意識呢？

一、優化實驗材料，保證操作前的“公平”

材料引發學生學習經歷，是實驗的基礎和前提。實驗材料的優化就是選擇有結構的材料。對比實驗的材料至少有兩組，有結構的材料之間應該有一定的層次結構和邏輯關聯，目的是讓學生能有效發現實驗條件與實驗結果之間的某種規律。另外，有結構的材料還要有利于激勵學生主動探索、鍥而不舍的求知欲望。

如，“沉和浮”單元第一課《物體在水中是沉還是浮》，教材中安排了三個活動，第二個活動是主要的教學活動，通過觀察更多物體在水中的沉浮來分析物體的沉浮規律。教材中列舉了七種材料（石塊、泡沫塊、回形針、蠟燭、帶蓋的空瓶、蘿卜、橡皮），目的是觀察這些物體的沉浮，讓學生通過大小和輕重的排列，發現物體的沉浮規律與自己前概念產生認知沖突，原來重的物體不一定都沉，小的物體也不一定都浮，進而構建新的科學概念。七種材料中帶蓋的空瓶是空心的，其他的都是實心的，在材料中加入空心的材料會讓探究的指向性不夠明確。基于對教材的理解和材料的分析，我們對材料進行了優化，只取了其中的四種材料，分別是小石塊、蠟燭、泡沫塊和回形針，但這四種材料的選擇，我們注意了它們的結構和邏輯關系：回形針最輕、體積最小;泡沫塊較輕、體積最大;蠟燭較重、體積第三;石塊最重、體積第二。由于材料變少了，通過觀察比較分析，學生對沉浮規律的分析看得更清楚，成功地完成了探究活動，達到了引發學生認知沖突的效果，同時也節省了給材料進行排序的時間。優化后的材料，有效保障了對比實驗的“公平”。

二、規范實驗操作，引領探究中的“公平”

有些科學實驗需要教師的示范操作。如果讓學生自己摸索操作，在關鍵點上教師不重點示范強調，可能會影響到對比實驗的效果，影響到實驗的“公平”。因此，在一些操作環節上，教師可以進行示范操作，規范實驗過程，給學生做出嚴謹的榜樣，潛移默化地影響學生的科學品質。

如，在《擺的研究》一課中，我們知道影響擺快慢的因素主要與擺長有關。但在實際的操作過程中，如果擺的角度控制不好、擺的初始用力把握不好、擺初始的方向掌握不好，都會影響到擺的次數和實驗的有效性。在實驗前，教師精細和規范的指導可以很好地避免這些干擾因素。在學生認識了擺長、擺錘等名稱后，教師現場演示做一個擺，擺做好后，在讓擺動前，提醒學生注意用手輕輕捏住擺錘，細長的擺線要與鐵架臺的立桿平行，同時擺的幅度要控制在一個合適的范圍，然后自然松開手。教師邊演示邊操作，這一系列的動作有效控制了無關的變量，確保對比實驗更加“公平”。反之，如果這些細節指導不到位，有可能讓對比實驗數據失真和無效。

三、實施自主探究，經歷過程中的“公平”

（一）實驗設計，凸現“公平”

科學實驗前的動腦能讓學生的思維從模糊走向清晰。引導學生在動手前獨立思考：先做什么？再做什么？需要哪些材料？實驗時要注意什么？等。這樣，就能讓學生把動手和動腦緊密結合起來，變被動的實驗技能模仿為主動設計實驗，從關注技能的形成到關注思維品質的提升。在對比實驗教學中，先讓學生設計實驗方案，經歷一次思維的公平過程，是非常有必要的。

如，四年級《溶解得快與慢》一課，比較攪拌、冷熱、顆粒大小對溶解快慢的影響。這幾組對比實驗重在如何控制變量，引導學生設計實驗方案是關鍵。對于四年級的學生，多數方案設計可以在對話交流中完成。在提出“攪拌能加快食鹽的溶解嗎？”這一問題并進行猜測后，開展討論如何來設計實驗證明攪拌比不攪拌溶解得快。在討論方案的時候，要盡可能多地暴露學生的思維過程，將實驗中的可能變量，如水溫、水量、加鹽的標準和時間、食鹽粗細、攪拌等展示出來。在具體的實驗步驟和注意要點中，引導學生認識到為了比較的“公平”，除了一個杯子攪拌，另一個不攪拌之外，其他的所有因素（水溫、食鹽粗細、水量以及加鹽的標準和時間等）都應該保持相同。通過全班對詳細方案的研討，學生明晰了實驗步驟，同時也建立了“公平”的意識。

（二）探究活動，落實“公平”

實驗方案只是預設，必須通過實際操作加以落實。實際操作并不是簡單的動手操作，需要觀察、分析、比較實驗過程所發生的不同現象、不同結果，尋求結果與自變量間存在著的關系。這一切，都要基于收集信息的可靠。學生在實踐操作過程中，可能因為操作方法不當，可能因材料本身等原因，導致觀察的現象或收集到的數據偏離預設的方向。因此，實驗操作是驗證自己設想的重要過程，也是落實“公平”的重要階段。

如，學生根據設計進行實驗探究：在兩個一樣的杯子中倒進同樣多的熱水，規定為150毫升，同時放入大小、形狀相同的方糖，其中一杯用筷子攪拌，另一杯不攪拌，過幾分鐘后，攪拌那杯的方糖溶解了，而沒攪拌的那杯還有一大塊。學生根據自己的設計，一個個認真實驗，認真觀察現象，把“公平”落到實處。

（三）交流研討，反思“公平”

在實驗前和實驗后都應該有交流研討活動。交流研討是科學探究的重要環節，也是讓探究活動向深度思維發展的手段。對比實驗前方案的設計滲透公平意識、實驗中落實公平操作、實驗后反思實驗過程的“公平”，是對比實驗教學的重點。通過對實驗過程、實驗數據、現象和結果的研討，在比較中發現差異，發現成敗，建立“公平”性原則，內化對控制變量的理解，最終建立對比的模型。

在《溶解得快與慢》一課教學中，可以進行兩次交流：第一是實驗的方案設計和操作過程的交流，讓學生掌握對比實驗的研究方法，規范實驗過程，這是一個從抽象到具象的過程，也是從模糊到清晰的過程;第二是“公平”運用階段的交流，在方案的指引下，嚴格控制設置好的變量，讓對比盡量“公平”，培養學生“公平”的操作能力和意識。這是一個從理論到實踐的過程。

四、注重實驗細節，領悟操作過程中的“公平”

在課堂教學實踐中，我們經常發現，實驗前已經有了具體的實驗方案和步驟，但在操作實驗時，沒有執行事先制訂好的方案和步驟，表現為方案與實踐脫節，“說一套做一套”。另外，學生對實驗方案和步驟已經明確，也按計劃執行，但忽視了細節，“想當然”地得出實驗結論。

（一）鼓勵重復實驗

科學的結論必須建立在大量的事實基礎上，要經得起反復檢驗，重復實驗。

任何一種牽強的、沒有得到事實證明的結論都是不科學的。如何才能做到減少最大的誤差以保證實驗結果的有效公平呢？首要策略就是重復實驗。

如，《溶解得快與慢》中有三組對比實驗，讓每一組學生都驗證自己的推理過程，最后全班匯總得出數據來論證自己原有的觀點，這樣的實踐過程才是科學的論證過程。再如，《誰流得更快一些》，每組學生通過自己組內的三次實驗，驗證食用油、水、洗潔精的快慢，然后組合全班研究結果，集體論證了自己的猜測，得出結論。重復實驗，凸顯“公平”意識。

（二）提倡細致觀察

如前，學生對實驗方案和步驟已經明確，也按計劃執行，但忽視了細節變化，“想當然”地得出實驗結論。因此，指導學生細致觀察顯得非常必要，通過細致的觀察來強化“公平”。

如，《怎樣得到更多的光和熱》一課探究陽光直射、斜射與吸熱的關系。在陽光下，分別以水平、與陽光垂直、與地面垂直三種方式放置黑色紙袋，來比較哪種方式升溫快。實驗中需要學生每2分鐘觀察和記錄一次溫度。如果是使用液體溫度計測溫，在實驗過程中需要提醒學生：讀數時不能從紙袋取出溫度計;讀數時眼睛與液柱相平等。如果忽視這些細節，觀察的結果可能就不夠精確。

（三）梯度生成“公平”

對比實驗操作過程中，實驗數據和結論可能會出現偏差。如，在《擺的研究》中，探究擺錘重量對擺快慢的影響實驗。由于對擺長沒有合理控制，實驗數據出現偏差，造成擺錘的輕重會影響擺的快慢。怎么辦呢？可以生成有梯度的體驗活動，先讓學生說說擺錘重量會不會影響擺的快慢，學生根據自己實驗數據，得出了不一致的意見，有些小組的結果說明擺錘重量與擺的快慢是有關系的。錯誤被突顯出來后，引導全體學生進行思考：兩種不同結論，問題可能出在什么地方？分組對自己小組的整個探究過程重新分析，尋找可能的原因。然后，請一組數據差異最明顯的小組進行演示，全班學生分析、思考、尋找操作過程中可能出現問題的地方。

當對比實驗中出現“意外”后，要設計有梯度的問題或活動，引導學生對研究的過程重新梳理和回顧，找出“失誤”的問題所在，把“失誤”當作資源。這深刻體現了嚴謹的科學態度和“公平”的思想，這些經歷一定會對學生的終身學習產生深遠的影響。