彭能波

摘要：控制變量法是科學(xué)探究中的重要思想方法，在小學(xué)科學(xué)課中，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生利用控制變量法設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)?！缎W(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》要求小學(xué)科學(xué)從五年級(jí)開始，學(xué)生應(yīng)初步具備控制變量的意識(shí)，并能設(shè)計(jì)單一變量的實(shí)驗(yàn)方案。

關(guān)鍵詞：控制變量法;小學(xué)科學(xué);擺的研究

控制變量法的應(yīng)用范圍很廣，無論是小學(xué)科學(xué)還是中學(xué)生物、物理、化學(xué)等學(xué)科都會(huì)在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中運(yùn)用這種方式來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。在小學(xué)科學(xué)教材中沒有出現(xiàn)“變量”這個(gè)詞。出現(xiàn)的只是“相同（不變）的條件”和“不同（改變）的條件”。無關(guān)變量就是要控制統(tǒng)一的變量，即為實(shí)驗(yàn)中“相同的條件”，確定變量就是分清對(duì)比實(shí)驗(yàn)中“相同的條件”和“不同的條件”。

明確相關(guān)變量

控制變量首先要明確哪些是變量，也就是盡可能地找到影響事物的所有因素，進(jìn)而找到控制了誰，讓誰變化。

“擺的研究”一課的實(shí)驗(yàn)中，在前一課的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)于影響擺的快慢的因素一般會(huì)做出如下猜測(cè)：擺幅大小、擺繩長(zhǎng)短、擺錘重量等，面對(duì)諸多因素，學(xué)生無從下手，這時(shí)，需要教師引導(dǎo)進(jìn)行全班討論，先確定一個(gè)要研究的因素，作為“不同的條件”，則其它因素都作為“相同的條件”。如確定“擺幅大小”作為研究的因素，那么不同的、改變的條件（實(shí)驗(yàn)變量）就是擺幅大小。其他因素如擺繩長(zhǎng)短、擺錘重量、實(shí)驗(yàn)裝置、人員操作的方法等諸多因素就作為實(shí)驗(yàn)中要保持不變的“相同條件”，即無關(guān)變量。不同的條件需要改變，相同的條件需要不變，這兩種變量都需要控制。分清了實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)變量和無關(guān)變量，才能有效學(xué)習(xí)科學(xué)課。

精選實(shí)驗(yàn)材料

蘭本達(dá)教授曾提出：“材料引起經(jīng)歷，材料促成思維。”讓材料更具結(jié)構(gòu)性，是探究活動(dòng)得以開展的重要保證，也是學(xué)生積極參與探究活動(dòng)的前提，對(duì)實(shí)現(xiàn)有效探究與概念的雙螺旋發(fā)展具有重要作用。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，精選最好、最合適的材料，可以保障實(shí)驗(yàn)的“公平”。

《擺的研究》是教科版五年級(jí)（下冊(cè)）“時(shí)間”單元中的教學(xué)內(nèi)容，原教材的材料很簡(jiǎn)單，教學(xué)中出現(xiàn)了不少問題：①用鐵夾夾住細(xì)繩或?qū)⒓?xì)繩打結(jié)，懸點(diǎn)都不會(huì)完全固定，擺動(dòng)時(shí)不夠平穩(wěn)，幾次擺動(dòng)之后，擺動(dòng)方向明顯改變;②用螺母或鉤碼做擺錘，用增加螺母或鉤碼的個(gè)數(shù)來改變擺錘重量，重心容易改變，導(dǎo)致誤差變大;③實(shí)驗(yàn)室的鐵架臺(tái)都不是很高，導(dǎo)致擺繩太短，很容易就出現(xiàn)圓錐擺;④擺幅與擺繩長(zhǎng)度不好確定，使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生偏差。以上四點(diǎn)，都將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中變量不能有效控制，影響實(shí)驗(yàn)效果。因此，筆者在實(shí)際教學(xué)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)材料做了如下改進(jìn)：將細(xì)繩穿過裝置頂端橫桿的細(xì)孔，末端用夾子夾住，這樣懸點(diǎn)就比較固定了，松開夾子，調(diào)整繩長(zhǎng)比較方便;將擺錘改成一個(gè)容易分合的空心球，球中裝入不同質(zhì)量的珠子來改變輕重（空心為4克、塑料球?yàn)?克、玻璃球?yàn)?6克），擺錘外徑不變，重心穩(wěn)定;增加支架高度到80cm，隨著長(zhǎng)度的增加，單擺更加穩(wěn)定，誤差更小;設(shè)計(jì)3個(gè)寬度為5cm的弧形標(biāo)尺，正面標(biāo)上角度，方便確定擺幅;并將它們分別固定在離懸點(diǎn)25cm、50cm、75cm的位置上，繩長(zhǎng)也就容易確定，變量得到有效控制。通過以上幾個(gè)方面的改進(jìn)，本實(shí)驗(yàn)中的變量得到有效控制，實(shí)驗(yàn)效果顯著提升。

實(shí)驗(yàn)方法得當(dāng)

一套好的材料能成就一節(jié)好課，但是，再好的材料也需要實(shí)驗(yàn)者掌握正確的操作技巧，使用正確的操作方法，這樣才能控制有關(guān)的變量，才能保證學(xué)生公平地操作。

以往，在進(jìn)行“影響擺的快慢因素”實(shí)驗(yàn)中，計(jì)數(shù)時(shí)通常采用“最高點(diǎn)計(jì)數(shù)法”，即學(xué)生放手開始計(jì)時(shí)，來回計(jì)數(shù)1次。在實(shí)際操作中，這種計(jì)數(shù)法往往讓學(xué)生手忙腳亂，極易出錯(cuò)。筆者改用“平衡點(diǎn)計(jì)數(shù)法”，在支架正下方擺錘經(jīng)過的最低點(diǎn)固定一個(gè)紅色標(biāo)志，規(guī)定過標(biāo)志就計(jì)數(shù)，具體分工如下：A同學(xué)計(jì)數(shù)，數(shù)3、2、1、0、1、2……;B同學(xué)計(jì)時(shí)，A數(shù)到0時(shí)開始計(jì)時(shí)，10秒停止計(jì)數(shù);C同學(xué)記錄;D同學(xué)監(jiān)督。這樣做，可以避免多記或少記，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

教材中對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求只是一個(gè)籠統(tǒng)的界定，沒有一個(gè)具體確切的數(shù)字。這讓學(xué)生對(duì)變量的控制造成不必要的影響。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)變量是以不同量變的形式改變的，控制實(shí)驗(yàn)變量時(shí)應(yīng)讓量變程度盡量大些，最好是成倍增加，即當(dāng)次實(shí)驗(yàn)變量的變化是上一次實(shí)驗(yàn)變化的2倍。在實(shí)際教學(xué)中，筆者將實(shí)驗(yàn)中涉及到的因素都給出了明確的數(shù)量：擺錘的輕重固定為4克、8克、16克;擺繩的長(zhǎng)短固定為20cm、40cm、60cm;擺幅大小固定為2°、5°、10°（單擺在擺角小于5°<現(xiàn)在一般認(rèn)為是小于10°>的條件下振動(dòng)時(shí)，可近似認(rèn)為是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)）。有了明確的數(shù)量，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就會(huì)更直觀、更明顯，而且精確的數(shù)據(jù)可以幫助學(xué)生建立起正確的科學(xué)概念。

新課標(biāo)指出：以學(xué)生發(fā)展為本?？刂谱兞糠ㄔ诮虒W(xué)中的滲透，既可以鍛煉學(xué)生收集信息的能力，也可以培養(yǎng)學(xué)生的解決問題能力和創(chuàng)新能力。所以，在教學(xué)中，應(yīng)該充分發(fā)揮控制變量法的優(yōu)點(diǎn)與功能，為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)形成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為教學(xué)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]喻伯軍.小學(xué)科學(xué)教師專業(yè)能力必修[M].重慶：西南師范大學(xué).2013.

[2]陸永勝.學(xué)會(huì)在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中控制變量[J]. 科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2012（09）.

（作者單位：福建省古田縣第一小學(xué)）