杜志剛

對(duì)比實(shí)驗(yàn)也叫對(duì)照實(shí)驗(yàn)，是小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的類型。對(duì)比實(shí)驗(yàn)要求把實(shí)驗(yàn)設(shè)置成兩個(gè)或兩個(gè)以上的組，通過有意控制或改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件，讓其他的條件保持不變，來探究條件與結(jié)果之間的關(guān)系。由此可知，對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法是進(jìn)行單因素比較。套用學(xué)生的話來表述，那就是只能改變一個(gè)條件，其他條件都不能變，否則就不公平了。那如何在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的“公平”意識(shí)呢？

一、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料，保證操作前的“公平”

材料引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)歷，是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和前提。實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)化就是選擇有結(jié)構(gòu)的材料。對(duì)比實(shí)驗(yàn)的材料至少有兩組，有結(jié)構(gòu)的材料之間應(yīng)該有一定的層次結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)聯(lián)，目的是讓學(xué)生能有效發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的某種規(guī)律。另外，有結(jié)構(gòu)的材料還要有利于激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)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(gè)活動(dòng)，第二個(gè)活動(dòng)是主要的教學(xué)活動(dòng)，通過觀察更多物體在水中的沉浮來分析物體的沉浮規(guī)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(xué)生通過大小和輕重的排列，發(fā)現(xiàn)物體的沉浮規(guī)律與自己前概念產(chǎn)生認(rèn)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(jìn)而構(gòu)建新的科學(xué)概念。七種材料中帶蓋的空瓶是空心的，其他的都是實(shí)心的，在材料中加入空心的材料會(huì)讓探究的指向性不夠明確?；趯?duì)教材的理解和材料的分析，我們對(duì)材料進(jìn)行了優(yōu)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(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)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(xué)生對(duì)沉浮規(guī)律的分析看得更清楚，成功地完成了探究活動(dòng)，達(dá)到了引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突的效果，同時(shí)也節(jié)省了給材料進(jìn)行排序的時(shí)間。優(yōu)化后的材料，有效保障了對(duì)比實(shí)驗(yàn)的“公平”。

二、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，引領(lǐng)探究中的“公平”

有些科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要教師的示范操作。如果讓學(xué)生自己摸索操作，在關(guān)鍵點(diǎn)上教師不重點(diǎn)示范強(qiáng)調(diào)，可能會(huì)影響到對(duì)比實(shí)驗(yàn)的效果，影響到實(shí)驗(yàn)的“公平”。因此，在一些操作環(huán)節(jié)上，教師可以進(jìn)行示范操作，規(guī)范實(shí)驗(yàn)過程，給學(xué)生做出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌駱樱瑵撘颇赜绊憣W(xué)生的科學(xué)品質(zhì)。

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(zhǎng)有關(guān)。但在實(shí)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(huì)影響到擺的次數(shù)和實(shí)驗(yàn)的有效性。在實(shí)驗(yàn)前，教師精細(xì)和規(guī)范的指導(dǎo)可以很好地避免這些干擾因素。在學(xué)生認(rèn)識(shí)了擺長(zhǎng)、擺錘等名稱后，教師現(xiàn)場(chǎng)演示做一個(gè)擺，擺做好后，在讓擺動(dòng)前，提醒學(xué)生注意用手輕輕捏住擺錘，細(xì)長(zhǎng)的擺線要與鐵架臺(tái)的立桿平行，同時(shí)擺的幅度要控制在一個(gè)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(dòng)作有效控制了無關(guān)的變量，確保對(duì)比實(shí)驗(yàn)更加“公平”。反之，如果這些細(xì)節(jié)指導(dǎo)不到位，有可能讓對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)失真和無效。

三、實(shí)施自主探究，經(jīng)歷過程中的“公平”

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，凸現(xiàn)“公平”

科學(xué)實(shí)驗(yàn)前的動(dòng)腦能讓學(xué)生的思維從模糊走向清晰。引導(dǎo)學(xué)生在動(dòng)手前獨(dú)立思考：先做什么？再做什么？需要哪些材料？實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意什么？等。這樣，就能讓學(xué)生把動(dòng)手和動(dòng)腦緊密結(jié)合起來，變被動(dòng)的實(shí)驗(yàn)技能模仿為主動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從關(guān)注技能的形成到關(guān)注思維品質(zhì)的提升。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，先讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)歷一次思維的公平過程，是非常有必要的。

如，四年級(jí)《溶解得快與慢》一課，比較攪拌、冷熱、顆粒大小對(duì)溶解快慢的影響。這幾組對(duì)比實(shí)驗(yàn)重在如何控制變量，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案是關(guān)鍵。對(duì)于四年級(jí)的學(xué)生，多數(shù)方案設(shè)計(jì)可以在對(duì)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(jìn)行猜測(cè)后，開展討論如何來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明攪拌比不攪拌溶解得快。在討論方案的時(shí)候，要盡可能多地暴露學(xué)生的思維過程，將實(shí)驗(yàn)中的可能變量，如水溫、水量、加鹽的標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間、食鹽粗細(xì)、攪拌等展示出來。在具體的實(shí)驗(yàn)步驟和注意要點(diǎn)中，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到為了比較的“公平”，除了一個(gè)杯子攪拌，另一個(gè)不攪拌之外，其他的所有因素（水溫、食鹽粗細(xì)、水量以及加鹽的標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間等）都應(yīng)該保持相同。通過全班對(duì)詳細(xì)方案的研討，學(xué)生明晰了實(shí)驗(yàn)步驟，同時(shí)也建立了“公平”的意識(shí)。

（二）探究活動(dòng)，落實(shí)“公平”

實(shí)驗(yàn)方案只是預(yù)設(shè)，必須通過實(shí)際操作加以落實(shí)。實(shí)際操作并不是簡(jiǎn)單的動(dòng)手操作，需要觀察、分析、比較實(shí)驗(yàn)過程所發(fā)生的不同現(xiàn)象、不同結(jié)果，尋求結(jié)果與自變量間存在著的關(guān)系。這一切，都要基于收集信息的可靠。學(xué)生在實(shí)踐操作過程中，可能因?yàn)椴僮鞣椒ú划?dāng)，可能因材料本身等原因，導(dǎo)致觀察的現(xiàn)象或收集到的數(shù)據(jù)偏離預(yù)設(shè)的方向。因此，實(shí)驗(yàn)操作是驗(yàn)證自己設(shè)想的重要過程，也是落實(shí)“公平”的重要階段。

如，學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究：在兩個(gè)一樣的杯子中倒進(jìn)同樣多的熱水，規(guī)定為150毫升，同時(shí)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(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計(jì)，一個(gè)個(gè)認(rèn)真實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真觀察現(xiàn)象，把“公平”落到實(shí)處。

（三）交流研討，反思“公平”

在實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后都應(yīng)該有交流研討活動(dòng)。交流研討是科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)，也是讓探究活動(dòng)向深度思維發(fā)展的手段。對(duì)比實(shí)驗(yàn)前方案的設(shè)計(jì)滲透公平意識(shí)、實(shí)驗(yàn)中落實(shí)公平操作、實(shí)驗(yàn)后反思實(shí)驗(yàn)過程的“公平”，是對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)象和結(jié)果的研討，在比較中發(fā)現(xiàn)差異，發(fā)現(xiàn)成敗，建立“公平”性原則，內(nèi)化對(duì)控制變量的理解，最終建立對(duì)比的模型。

在《溶解得快與慢》一課教學(xué)中，可以進(jìn)行兩次交流：第一是實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)和操作過程的交流，讓學(xué)生掌握對(duì)比實(shí)驗(yàn)的研究方法，規(guī)范實(shí)驗(yàn)過程，這是一個(gè)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(yùn)用階段的交流，在方案的指引下，嚴(yán)格控制設(shè)置好的變量，讓對(duì)比盡量“公平”，培養(yǎng)學(xué)生“公平”的操作能力和意識(shí)。這是一個(gè)從理論到實(shí)踐的過程。

四、注重實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，領(lǐng)悟操作過程中的“公平”

在課堂教學(xué)實(shí)踐中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)有了具體的實(shí)驗(yàn)方案和步驟，但在操作實(shí)驗(yàn)時(shí)，沒有執(zhí)行事先制訂好的方案和步驟，表現(xiàn)為方案與實(shí)踐脫節(jié)，“說一套做一套”。另外，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和步驟已經(jīng)明確，也按計(jì)劃執(zhí)行，但忽視了細(xì)節(jié)，“想當(dāng)然”地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

（一）鼓勵(lì)重復(fù)實(shí)驗(yàn)

科學(xué)的結(jié)論必須建立在大量的事實(shí)基礎(chǔ)上，要經(jīng)得起反復(fù)檢驗(yàn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

任何一種牽強(qiáng)的、沒有得到事實(shí)證明的結(jié)論都是不科學(xué)的。如何才能做到減少最大的誤差以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效公平呢？首要策略就是重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

如，《溶解得快與慢》中有三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓每一組學(xué)生都驗(yàn)證自己的推理過程，最后全班匯總得出數(shù)據(jù)來論證自己原有的觀點(diǎn)，這樣的實(shí)踐過程才是科學(xué)的論證過程。再如，《誰流得更快一些》，每組學(xué)生通過自己組內(nèi)的三次實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證食用油、水、洗潔精的快慢，然后組合全班研究結(jié)果，集體論證了自己的猜測(cè)，得出結(jié)論。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，凸顯“公平”意識(shí)。

（二）提倡細(xì)致觀察

如前，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和步驟已經(jīng)明確，也按計(jì)劃執(zhí)行，但忽視了細(xì)節(jié)變化，“想當(dāng)然”地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。因此，指導(dǎo)學(xué)生細(xì)致觀察顯得非常必要，通過細(xì)致的觀察來強(qiáng)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(guān)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(shí)驗(yàn)中需要學(xué)生每2分鐘觀察和記錄一次溫度。如果是使用液體溫度計(jì)測(cè)溫，在實(shí)驗(yàn)過程中需要提醒學(xué)生：讀數(shù)時(shí)不能從紙袋取出溫度計(jì);讀數(shù)時(shí)眼睛與液柱相平等。如果忽視這些細(xì)節(jié)，觀察的結(jié)果可能就不夠精確。

（三）梯度生成“公平”

對(duì)比實(shí)驗(yàn)操作過程中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論可能會(huì)出現(xiàn)偏差。如，在《擺的研究》中，探究擺錘重量對(duì)擺快慢的影響實(shí)驗(yàn)。由于對(duì)擺長(zhǎng)沒有合理控制，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，造成擺錘的輕重會(huì)影響擺的快慢。怎么辦呢？可以生成有梯度的體驗(yàn)活動(dòng)，先讓學(xué)生說說擺錘重量會(huì)不會(huì)影響擺的快慢，學(xué)生根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了不一致的意見，有些小組的結(jié)果說明擺錘重量與擺的快慢是有關(guān)系的。錯(cuò)誤被突顯出來后，引導(dǎo)全體學(xué)生進(jìn)行思考：兩種不同結(jié)論，問題可能出在什么地方？分組對(duì)自己小組的整個(gè)探究過程重新分析，尋找可能的原因。然后，請(qǐng)一組數(shù)據(jù)差異最明顯的小組進(jìn)行演示，全班學(xué)生分析、思考、尋找操作過程中可能出現(xiàn)問題的地方。

當(dāng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)“意外”后，要設(shè)計(jì)有梯度的問題或活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)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(dāng)作資源。這深刻體現(xiàn)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和“公平”的思想，這些經(jīng)歷一定會(huì)對(duì)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。