司徒敏

摘要：在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中有很多涉及變量控制實驗的內(nèi)容，掌握變量控制實驗技能對學(xué)生科學(xué)概念的建構(gòu)至關(guān)重要。如何幫助小學(xué)高年段學(xué)生掌握這一技能，可以借助實驗設(shè)計任務(wù)單。高年級的變量控制實驗設(shè)計任務(wù)單應(yīng)包括變量確定、影響推測、材料選擇、初步設(shè)計、他組評價、設(shè)計修改這幾部分。

關(guān)鍵詞：小學(xué)科學(xué)；高年段；變量控制；實驗設(shè)計任務(wù)單

中圖分類號：G623.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-01 0X（2017）25-0052-04

變量控制實驗是指在研究和解決問題的過程中，使影響事物變化規(guī)律的一個因素發(fā)生變化，這個因素稱為“變量”，而將其他條件加以控制、保持不變，以利于在研究過程中，迅速尋找到影響事物變化發(fā)展規(guī)律的原因，最終解決所研究的問題。要做好變量控制實驗的前提是設(shè)計實驗?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在制定計劃要素中提出5-6年級的目標(biāo)是“基于所學(xué)的知識，制訂比較完整的探究計劃，初步具備實驗設(shè)計的能力和控制變量的意識，并能設(shè)計單一變量的實驗方案”。在小學(xué)科學(xué)教材中有很多涉及變量控制實驗的內(nèi)容，如：運動與摩擦力、電磁鐵磁力大小、鐵生銹的條件、種子發(fā)芽的條件等，可見掌握變量控制實驗對學(xué)生相關(guān)科學(xué)概念的建構(gòu)至關(guān)重要。

如何能幫助高年段學(xué)生更好地設(shè)計變量控制實驗，可以借助實驗設(shè)計任務(wù)單。任務(wù)單有機地銜接起了各個設(shè)計內(nèi)容，安排好設(shè)計內(nèi)容之間的聯(lián)系與過渡。它使得設(shè)計內(nèi)容成為有著內(nèi)在聯(lián)系與邏輯關(guān)系的統(tǒng)一體，而不是一個個支離破碎的片斷。教師如果能巧妙設(shè)計任務(wù)單并適時運用，就能發(fā)揮良好的支架作用，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，讓學(xué)生更輕松地理解變量控制實驗的內(nèi)涵，掌握變量控制實驗的設(shè)計方法。通過大量實踐表明，高年段的變量控制實驗設(shè)計任務(wù)單應(yīng)包括變量確定、影響推測、材料選擇、初步設(shè)計、他組評價、設(shè)計修改這幾部分。

變量控制實驗的設(shè)計思路是先確定自變量與因變量，再設(shè)置對照組。通過改變變量，控制其他條件不變，觀測因變量。由此可見，怎樣引導(dǎo)學(xué)生確定自變量與因變量是首要任務(wù)，可以在任務(wù)單上設(shè)計“確定變量”與“影響推測”這兩個欄目，讓學(xué)生填寫他們想研究的變量是什么，這個變量的改變對結(jié)果可能有什么影響，而這個結(jié)果其實就是因變量。上面的兩個問題其實就是實驗的目的，明確了實驗?zāi)康?，才能進行實驗方案的設(shè)計。

設(shè)計實驗方案是學(xué)生把心中的想法具體表達的過程。學(xué)生根據(jù)自己的認知水平，設(shè)計出各種方案。通過設(shè)計實驗方案可以真實地反映出學(xué)生對變量控制技能的掌握程度。由于缺乏實踐經(jīng)驗，學(xué)生的實驗設(shè)計往往會與真實情境脫節(jié)，缺乏實操性。教師可以在任務(wù)單上利用“材料選擇”這個欄目來引導(dǎo)學(xué)生思考實驗需要什么材料以及需要材料的數(shù)量，這樣他們的實驗設(shè)計可操作性就會提高。而在進行實驗方案設(shè)計時，很多教師采用的指導(dǎo)方法是只讓學(xué)生填寫實驗要改變的條件和不變的條件，而沒有讓學(xué)生思考如何改變變量與如何控制其他條件，學(xué)生在實驗時就得重新思考在真實情境中實驗如何操作，這樣任務(wù)單就沒有發(fā)揮出應(yīng)有的支架作用。因此可以在任務(wù)單中讓學(xué)生用畫圖配以文字的方式設(shè)計實驗，畫圖可以反映出一些用語言難以表達清楚的內(nèi)容，且直觀、生動，也比純文字記錄要節(jié)省時間，這樣的記錄方式符合學(xué)生的年齡特點，具有趣味性，能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生在畫圖設(shè)計實驗時就會考慮到一些實際問題，這樣設(shè)計的可操作性就進一步提高了。

從學(xué)生初始設(shè)計的實驗中可以發(fā)現(xiàn)，往往在改變變量時，另一個條件也發(fā)生了變化。這是因為小學(xué)生認知特點是非線性的、片面的，他們很難控制好所有的實驗條件。如果教師把所有需要控制的條件和方法在與學(xué)生簡單交流后直接告訴他們，表面上看，學(xué)生較快知道了正確的實驗設(shè)計方法，但這種走捷徑的代價是學(xué)生學(xué)習(xí)自主性受到抑制，最終的實驗方案不是在學(xué)生已有基礎(chǔ)設(shè)計得出的，所以學(xué)生很難真正掌握變量控制實驗設(shè)計。通過實踐，可以采用小組互評的方式能很好幫助學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)實驗設(shè)計中的問題，再修正設(shè)計，從而掌握正確的變量控制實驗設(shè)計方法。這種方式的具體做法是采用“世界咖啡”論壇的形式，每組派一個代表留在組內(nèi)向其他小組的同學(xué)介紹自己組的實驗設(shè)計，讓同學(xué)更好明白本組設(shè)計方案。小組內(nèi)其他成員則去了解其他小組的設(shè)計并用圓點貼紙對實驗設(shè)計的可行性和科學(xué)性進行評價。這樣不僅全員都能參與對實驗設(shè)計的交流研討，而且每個小組的設(shè)計都得到了充分的討論，使問題都得到暴露，而且在看了其他小組的設(shè)計后，學(xué)生會主動比較自己與他組設(shè)計的不同，拓寬他們的思路，讓他們認識到自己設(shè)計的不足，這比單純的師生交流更能激發(fā)學(xué)生的思考。并且同學(xué)間的意見更容易讓學(xué)生理解并接受，而同學(xué)們充當(dāng)教師的角色去對其他小組進行評價則充分發(fā)揮了他們的主動性，他們就更能投入到交流中。針對這樣的教學(xué)策略，可以在任務(wù)單“他組評價”這個欄目設(shè)計了“點贊”與“找茬”內(nèi)容，這樣的方式比較貼近學(xué)生的心理特點，受到他們的歡迎。評價時，藍色貼紙表示“點贊”，紅色貼紙表示“找茬”。并在“找茬”內(nèi)容下設(shè)有“原因”內(nèi)容，要求“找茬”的小組要寫出被“找茬”組設(shè)計存在的問題。這樣，通過任務(wù)單促進了評價者與被評價者的交流，雙方在交流中互相學(xué)習(xí)，對他組進行評價時可以學(xué)習(xí)他人的優(yōu)秀做法，指出他組問題也是檢查評價者對變量控制實驗的理解是否正確。而被評價者聽取不同小組對自己組的意見則是發(fā)現(xiàn)自己問題的過程，同時任務(wù)單上羅列的“原因”可以幫助學(xué)生更全面考慮，有助于設(shè)計的修改。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)了設(shè)計上的問題后，就需要對問題進行修正，這樣才能掌握變量控制實驗設(shè)計方法。任務(wù)單上“設(shè)計修改”欄目就是引導(dǎo)學(xué)生綜合考慮他組評價意見，思考哪些意見是正確的，吸收后在原來實驗設(shè)計的基礎(chǔ)上進行修改或補充。對不認同的意見可以進行全班的交流，把問題研討清楚。在這個過程中學(xué)生對自己或他人的設(shè)計方案進行了比較深入的思考，真正介入了思維活動，對變量控制實驗也有了更深的理解，從而真正發(fā)揮任務(wù)單在學(xué)生實驗設(shè)計中的支架作用，有效地幫助學(xué)生掌握變量控制實驗設(shè)計。endprint

下面結(jié)合實際的例子來談?wù)勅蝿?wù)單這幾部分欄目的設(shè)計：

第一個欄目“變量確定”，這有點類似一般實驗任務(wù)單的“研究問題”，但兩者又有所不同，“研究問題”可以是比較空泛的問題，如擺的快慢與什么因素有關(guān)，而“變量確定”是有具體指向，如擺繩長度會否影響擺的快慢。只有變量確定具體化，學(xué)生才能明確要研究哪個變量，在實驗時才知道改變什么實驗條件。教師可以用填空的方式引導(dǎo)學(xué)生填寫要確定的變量。

第二個欄目“影響推測”是填寫對變量改變后可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果。還是以“擺繩長度會否影響擺的快慢”為例，影響推測應(yīng)該是“擺繩越短，擺得越快”，或者相反的推測，這樣學(xué)生在實驗中就會更清楚要改變的是擺繩長度，測量的是擺的快慢。

第三個欄目“材料選擇”是填寫實驗所需的材料和數(shù)量。此欄目獨立于實驗方案設(shè)計，能更好地引導(dǎo)學(xué)生對實驗分組、改變變量等方面更有效的思考，也能更好地暴露出他們思考的缺陷。如“種子發(fā)芽是否需要水”的實驗，材料就至少需要多顆綠豆、兩份紙巾、一杯水。圖一的實驗設(shè)計，從實驗材料中就可以看出學(xué)生對綠豆本身的質(zhì)量缺乏考慮，這將會影響實驗結(jié)果。而圖二的實驗設(shè)計，從實驗材料中就可以看出學(xué)生只設(shè)計了一組實驗，并沒有兩組進行對比。

第四個欄目“初步設(shè)計”是用畫圖配以文字簡單說明的方式呈現(xiàn)設(shè)計方案，促使學(xué)生思考設(shè)計的可操作性，并把他們的思考過程顯性化。如“種子發(fā)芽是否需要水”實驗設(shè)計，學(xué)生把光、水、溫度、空氣用形象的符號表示出來，改變了哪個變量，怎樣改變，哪些條件不變一目了然。圖一的實驗設(shè)計，能直觀看到學(xué)生設(shè)計了兩組實驗，不同的條件是水，而光、溫度、空氣的條件都相同。圖二的實驗設(shè)計就清晰展示了學(xué)生只設(shè)計了一組實驗，給予種子水、光、溫度、空氣這些條件。

第五個欄目“他組評價”設(shè)有“點贊”“找茬”“原因”三個內(nèi)容，若對被評價組的設(shè)計認可就在“點贊”那行貼上藍色貼紙，若不認可則在“找茬”那行貼上紅色貼紙，同時在“原因”那行寫出找茬的理由。通過小組間的互評可以檢查其他小組的設(shè)計是否存在問題，促使其他小組反思及修改。從《鐵生銹了》這課的任務(wù)單就可以看到組間互評時學(xué)生指出了實驗設(shè)計中的不少問題，如研究“鐵生銹是否與溫度有關(guān)”的實驗設(shè)計（圖3），“點贊”的小組認可他們進行幾組對比的設(shè)計思路，而“找茬”的小組就有學(xué)生提出幾組實驗溫度的設(shè)置梯度太小，實驗現(xiàn)象可能會不明顯，也有學(xué)生提出空氣會影響溫度的變化。而研究“鐵生銹是否與水有關(guān)”的實驗設(shè)計（圖4）就被質(zhì)疑一個鐵片放在空氣中，一個放在水里，除了改變了“水”這個變量外，兩組實驗的“空氣”條件也不相同。學(xué)生“找茬”的原因有理有據(jù)，從而反映出他們已經(jīng)理解了變量控制實驗的要點。

第六個欄目“設(shè)計修改”與第四個欄目“初步設(shè)計”的填寫方式是一樣的，用畫圖配以文字呈現(xiàn)修改后的方案，通過“初步設(shè)計”與“設(shè)計修改”內(nèi)容的對比，可以讓學(xué)生反思自己的思考過程，更好地掌握變量控制實驗設(shè)計。從《鐵生銹了》實驗設(shè)計修改（圖3和圖4）就可以看出學(xué)生接納了同學(xué)的意見，對設(shè)計存在的問題進行了修改，設(shè)計了正確的變量控制實驗。

實驗設(shè)計任務(wù)單使用的主體是學(xué)生，任務(wù)單的制定以學(xué)生特點為基礎(chǔ)，以學(xué)生的學(xué)為中心，關(guān)注的是學(xué)生學(xué)什么、怎么學(xué)，重點要發(fā)揮學(xué)生的主體作用，強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，教師將“教”的要求轉(zhuǎn)化為學(xué)生“學(xué)”的任務(wù)，將教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)化成學(xué)習(xí)目標(biāo)，并分解成學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生積極主動地參與到科學(xué)知識、技能的學(xué)習(xí)過程中，最終達成學(xué)習(xí)目標(biāo)。變量控制實驗設(shè)計任務(wù)單中“變量確定”與“影響推測”這兩個欄目都是讓學(xué)生清楚實驗設(shè)計的目的是什么，明確學(xué)什么；“材料選擇”與“初步設(shè)計”欄目則是引導(dǎo)學(xué)生思考變量控制實驗的要點，把學(xué)生的思維可視化，便于老師和同學(xué)了解他們對變量控制實驗的認知起點，也是讓學(xué)生明確怎么學(xué)；“他組評價”和“設(shè)計修改”欄目則是把教師的“教”轉(zhuǎn)化為學(xué)生的“學(xué)”，通過評價促進反思，通過反思促進理解，幫助學(xué)生掌握變量控制實驗設(shè)計。

變量控制實驗設(shè)計任務(wù)單的內(nèi)容可以根據(jù)不同的實驗內(nèi)容進行調(diào)整，可增加欄目，如數(shù)據(jù)記錄，也可以合并一些欄目，不必拘泥于固定的內(nèi)容與記錄方式。只要任務(wù)單設(shè)計得當(dāng)，運用恰當(dāng)，就能在學(xué)生學(xué)習(xí)變量控制實驗過程中發(fā)揮積極作用。

【責(zé)任編輯 張薔】endprint