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0w.net 整体把握·循序渐进·准确定位 ——小学科学开展对照实验教学的实践与研究 杭州市西湖区教师进修学校 吴利坚 摘要：“探究是科学学习的目标”指明要培养学生的科学探究技能，而对照实验是重要途径之一，但课堂教学现状却不容乐观。本文从存在的问题、对照实验的地位两方面分析了研究的重要性，并从“整体把握”“循序渐进”“准确定位”三方面对如何开展对照实验教学活动加以阐述。关键词：小学科学 对照实验 对照实验教学 一、对照实验及其重要性（一）何谓对照实验人们为了探索研究对象某种性质是否存在或预测某一事物的发展变化，设制实验者（组）和一个或多个对照者（组）， 并做到两者除要研究内容外的其他条件一致或相仿，最后通过对产生的不同结果的分析得出相关结论，这样的实验称为对照实验，又称为对比实验、公平实验、变量控制法等。（二）对照实验在小学科学学科教学中的重要价值 ¶ 对照实验在小学科学实验中举足轻重实验是人类探索未知世界的有效手段之一，也是小学生进行科学探究、了解“未知世界”的主要方法。按实验在科学认识中的作用，科学实验可以分为析因实验、对照实验、模拟试验。在小学三至六年级的科学教材中，对照实验教学内容具有举足轻重的地位。¶ 对照实验是培养科学探究技能的重要途径之一“科学学习要以探究为中心”， 科学探究具有两个层面含义：科学探究活动和科学探究技能。“探究是科学学习的目标”，侧重指科学探究技能。科学探究技能既包括观察、分类、测量、估算、推断、预测、交流等基础技能，又包括确认并控制变量、操作性定义、猜想与假设、实验、制表并作图、解释数据和建立模型、调研等综合技能。对照实验需要观察、预测、确认并控制变量、操作性定义、猜想与假设、实验、解释数据等科学探究技能。因而，对照实验教学的有效开展，是培养学生科学探究技能的重要途径之一。 二、来自课堂教学一线的困惑与问题不止一次听到一线小学科学老师的困惑：“三四年级是对照实验，五年级还是强调对照实验。不同年级的教学到底应该怎样进行？”“以前不是都强调过的吗，怎么还是不会？”的确，在许多课堂的对照实验教学中，学生存在一系列问题：不明晰对照实验的实质，表现在一组实验中（一个对照组和一个实验组）出现多个自变量；不能较全面考虑控制变量，主要表现在设计方案时，没有考虑到控制一些在假设活动中已提及的、可能会影响因变量的因素； 实践操作与方案设计存在差距，主要表现在不能采用合适、正确的实验材料，不能在动手过程中严格按照正确的方案进行。学生层面的问题折射出了教师教学中存在的问题：A“急功近利”，对学生提出过高的要求，导致学生跳了又跳还是摘不到桃子。B“停滞不前”，各年级对照实验教学的目标停滞不前，包括老师预设、学生实际达成。C“自生自灭”，缺乏对学生的相应指导，仅凭借小组讨论及个别组的汇报交流，陷学生于低效、无序状态中。 三、对照实验教学开展的有效举措对照实验教学中师生层面出现的问题，究其原因，教师对对照实验的重要性认识不足是次要因素，关键在于教师未能对三至六年级的对照实验整体把握、形成教学目标的梯度，并缺乏对学生的指导，从而导致不能有效推进。在教学中采用以下举措，能收到好效果。（一）整体把握对照实验编排脉胳，明晰教学发展方向1、统计、分析，把握教排中对照实验编排规律科学课非常重视活动间的结构，隶属于科学课活动的对照实验活动也是如此。这就需要我们对教材进行整体把握，明晰教学发展的方向。列出三至六年级所有对照实验活动后（详见附件1：《教科版小学科学教材对照实验活动整理表》），可以分析得出这样的规律：对照实验活动的安排从整体上有着从易到难、从简单到复杂的发展趋势。体现在如下多个维度： 需控制的变量从少到多 研究方式从定性研究到定量研究定性研究是研究实验中某种条件变化与产生现象的因果关系；定量研究主要是通过实验获得具体的数值，然后分析数值与实验条件的关系，寻找变化过程的某种规律。后者要求更精确。 活动要求从理解实质、设计方案到活动操作 理解对照实验的实质，是指通过实例的分析，确认：要研究的条件不一样，其他的条件要全部一样。而方案设计要具体分析、尽可能全面地罗列自变量和控制变量。活动操作除需考虑如何采用什么方法、器材等进行实验外，还需在实践操作中严格执行以保证变量正确控制。 对照方法从自身对照、条件对照到相互对照 自身对照，指实验和对照在同一对象上进行，如三上《我的手》一课，在同一手指上粘和不粘胶带，研究手的灵巧是否与皮肤上的皱褶有关。条件对照，指给实验组与对照组不同的处理（对对照组不做或做另一条件的实验处理）。如三上《淀粉的踪迹》中的“淀粉消失了”， 不加唾液的淀粉糊就是空白对照。四下《萌发的种子》中研究子叶在蚕豆萌发过程中的作用，对4粒种子（含对照组）的子叶都进行处理。相互对照，指利用几个实验组相互对照。如六上《让水凉得慢一些》中“研究怎样使杯中的热水凉得慢一些”，加保温材料的实验组与未加材料的对照组、用不同方法保温的实验组与实验组间的温度变化进行对照。2、以新出现的内容为重点，整体把握从易到难如前述，对照实验的难易通过多维度因素产生影响，并非线性发展，而是一个螺旋式上升的过程。例下表中的几个活动，对照方法、自变量、研究方式等方面，ABC三个活动从难到易，但控制变量、活动要求等方面并非线性发展。 研究问题 A手的灵巧与皮肤上的皱褶有关吗（三上） B颗粒大小能加快溶解吗（四上） C怎样使杯中的热水凉得慢一些（六上） 对照方法 自身对照 条件对照 相互对照 自变量 1个 1个 几组对照、每组1个 控制变量 1个 5个 2个 活动要求 实践操作 操作方案设计 实践操作 整体方案设计 实践操作 研究方式 定性研究 定性研究 定量研究 对照方法 研究方式 自身对照 定性研究 定量研究 条件对照 定性研究 定量研究 相互对照 定性研究 定量研究 因而，教学中，我们要从整体角度把握难易程度。以新出现的内容为对照实验教学重点，通过多维度因素之间相互组合，达到循序渐进的目的。以对照方法、研究方式的相互联系以例（如右表），同为定性研究，条件对照和相互对照相对自身对照，是一个前进的过程；同为条件对照，定量研究较之定性研究并非“原地踏步”，研究方式应占据更重要的教学地位。 （二）遵循循序渐进原则，根据学生实际开展教学要遵循循序渐进的原则，一者是因为对照实验活动具有从易到难、从简单到复杂的前进轨迹；二者是因为学生的认识规律使然，学生在学习过程中一般是沿着从已知到未知、从简单到复杂、从生疏到熟练的顺序发展的。在对照实验教学的过程，教师必须充分考虑到学生的实际情况，包括年龄特征、认知规律、学习基础、学习困难，合理安排，达到教学最优化。（1） 依托具体问题的解决，夯实对对照实验的理解处于具体运算阶段的三至六年级学生能进行逻辑推理，但必须凭借具体形象的支持。因此，对照实验教学的自始至终，都要以具体实例为载体。通过一系列具体问题的解决，在对独立的对照实验进行分析后，引导学生进行横向的比较，在比较归纳中夯实对对照实验实质的理解：只有要研究的一个条件（自变量）不同，其他条件（控制变量）全部相同或相似。如果实验结果不同，那么这个不同的条件就是引起不同结果的原因。 （2）以学生现有水平为基础，确定、调整活动目标 在整体把握对照实验教学发展方向的基础上，把总目标分解到每一课、每一个活动中。要充分了解学生的现有发展水平，并以此为依据确定活动目标。除了在教学前设计时预设弹性目标外，在课堂教学中还要根据学生的实时发展情况加以调整。如《怎样加快溶解》活动二“温度会影响溶解快慢吗”的研究。如果学生已明确对照实验的实质，我们可目标定位为“尝试设计对照实验，师生分析、完善方案”；如果学生已尝试设计、师生共同完善，那么目标就可定位为“分小组尝试设计较完善的方案并实践操作”。同样，观察课堂的生成情况，如果发现学生尝试设计对照实验方案困难重重，那么目标就要即时调整为“师生再次设计较完善验方案并实践操作”。（3）利用不同的指导方式、实验器材调整实验难易程度教师对学生的指导可分扶（教师指导为主）、半扶半放、放（学生自主探究为主）三种层次。教师引导学生对需控制的变量和实践操作中如何控制进行分析后再进入下一步研究，与小组合作或个人独立完成研究，前者的难度最小。教学中，我们可以根据这三种方式的灵活运用，调节对照实验的难易程度。学生需要选择实验器材进行实验活动，教师可通过提供不同的实验器材来控制实验的难易程度。如“搅拌会影响溶解快慢吗”，给孩子不同形状的杯子、不同水温的水进行选择，与给孩子同一形状的杯子、同种水温的水相比，孩子需要考虑的控制变量更多，无疑前者的设计和操作活动难度会更大。（4）增设有趣的对照实验，促进综合运用和有效迁移 对照实验因为存在着一些可变化的不同条件，可能会产生现象的差异。若组织能学以致用的趣味性活动，会增加学生的学习动机，而且起到了迁移和巩固的作用。如《怎样溶解得快》，孩子们确认“温度高、搅拌、颗粒小，溶解得快”后，开展泡制洗衣水的竞赛游戏，给孩子们相同量的洗衣粉，不限制其他条件，以洗衣粉溶解速度确定优胜组。这样的活动，让孩子们在欢笑中综合运用了所学知识。 当然，趣味性活动的设置，既要高于原有的学习内容，又要考虑到与原有研究情景的相似性。可先设置与原先学习情景相似的问题情景，研究内容之间保持一定的同一性，随着学生对设计实验的熟悉和巩固，可以逐渐演变成与原先的情景完全不同的新情景，最终达到学生能自行进行对照实验研究的目的。（三）准确定位对照实验各环节的教学重点，有效推进 学生的科学学习是在经历科学探究活动中完成的。作为科学探究活动组成部分的对照实验，与其它的教学活动有共性又有其个性。在此，仅针对对照实验活动中的个性部分及教学中的难点、易忽视点谈论各环节如何准确定位、有效推进。1、对现象的假说要表明变量间的关系 科学假说是对观察现象的一个假定性的解释或是对所提出的科学问题的一个推测性回答，假说之后必定有验证活动紧随其后。在对照实验活动中，假说除了可检验性的特点外，因其揭示的是自变量和应变量之间的普遍关系，要对实验中自变量和因变量将呈现什么样的关系进行初步判断。它的表述一般包含自变量、应变量、控制变量及三者之间的关系（相关关系、因果关系或预测关系）。如，“水温高低会影响肥皂溶解的速度”和“水的温度越高，肥皂溶解得越快”两个假设相比，因后者的描述方式能揭示了自变量与应变量之间的关系，我们可以通过取样研究进而接受或拒绝这个假设，因而更为恰当。教学中，我们可以通过如下的提示问题帮助学生进行假设的描述：l 我们要研究的问题是什么？l 做这个研究，要改变什么？l 改变这个条件，可能会发生什么变化？2、操作方案设计的指导要关注正确、具体设计方案是对照实验实际操作得以顺利开展的保证，尤其是在采用条件对照或相互对照方法的活动中。因而，设计对照实验操作方案是学生开展对照实验活动的重点。因其对学生的要求较高，又成为了教学难点。操作方案设计的指导可重点从以下两方面展开：正确：准确确定自变量，尽可能全面、详尽地分析需控制的变量，保证实验组和对照组的不同变化现象是且只是由于自变量的不同而产生。具体：设计的方案需具可操作性，不仅明确列出自变量和控制变量，还要分析用什么材料、到什么方法改变自变量及控制变量，进而保证对照实验的可行性。值得注意的是，在对照实验教学的初期阶段，操作方案的设计切忌纸上谈兵，更应让学生在活动中体验、发现、充实。在确定了研究问题和作出假设后，我们可以通过如下问题帮助学生设计操作方案，为了描述便利，以《怎样加快溶解》中的例子加以辅助说明：l 现在我们研究某一个因素，用什么方法改变这个因素?（例：现在我们要研究温度高是否溶解得快，用什么方法改变温度高低？）l 我们推测还有哪些变量也可能会影响某一现象的产生？（例：我们认为哪些条件会影响肥皂溶解的快慢？）l 这些变量要怎么样？不能改变的条件还有哪些（尽可能详细地列举）？l 用什么方法使每个控制变量在对照组和实验组中保持一致？（例：怎么才能使两块肥皂受到的搅拌情况一样？）3、实际操作环节关注学生是否遵照操作方案先看一位教师执教的四上《控制物体发出的声音》教学实例： 研究记录表（从学生记录表中摘录） 实际操作活动情况 （教师现场观测到的小组活动） 问题 发声罐发出声音的大小与发声物材料有关吗？ 假设 发声物越硬，发出的声音越大。 我们的做法 研究因素 一样 不一样 操作情况及正确性分析 罐体材料 √ 一个铁罐（使用两次，装木块和塑料泡沫） 一个纸罐（使用一次，装铁） × 罐体大小 √ 一样大 √ 发声物材料 √ 铁块、木块、塑料泡沫块 √ 发声物数量 √ 均为1个 √ 发声物大小 √ 一样大 √ 摇晃方向 √ 三个孩子分做三次实验，摇晃方向明一显不一致 × 摇晃力度 √ 三个孩子分做三次实验 × 现象 铁块最响，木块第二响，塑料泡沫最轻 操作不正确，结果亦不科学。 结论 发声物越硬，发声罐发出的声音越大。 孩子们的实际操作错误，因为与结果的“吻合”，未能引起教师的关注、学生的质疑。操作方案的设计只是孩子们对对照实验活动的一种预设，必须通过实际操作加以落实。实际操作并不是简单的动手操作，而是要认真观察、仔细比较，比较实验过程所发生的不同现象、不同结果，寻求结果与自变量间存在着的关系。这一切，都要基于收集的信息可靠。实际操作中，孩子们材料选择错误、操作方法错误，导致收集的信息不正确或不可靠，基于对现象变化信息推理得出的结论也就不科学了。因此，在此过程中，教师和学生绝非旁观者，都应关注材料员和实验员实际操作是否正确，是否根据设计好的正确方案进行：（1）不同阶段的关注内容和方式：操作前比对选择的材料是否正确，操作中设监督员观察是否正确改变自变量和控制了控制变量，操作后进行评价、对方案进行补充。（2）关注方法：按照方案逐项分析是否吻合，确保没有偏离研究方案。（3）主体：教师与学生相结合，以合作小组成员为主。4、落实交流过程和交流结果并重 交流的过程就是把自己的操作和思考公之于众，接受大家检验的过程。我们要培养学生表达、交流对照实验过程、实验现象、科学解释的习惯和能力。之所以强调交流过程和现象，是因为怀疑结论时，我们可反思哪个环节出了问题：推理错误、实验设计、操作还是观察出错？在初步结论交流过程中，学生倾听、思考，可以获得更多信息，培养分对同一问题作不同研究、同一现象作不同解释的能力，还可从中获取新的研究内容。在此环节中，还要让学生明确：根据结果得出结论时，不能光看表面的现象，要通过对结果进行分析找到规律。如上述的《控制物体发出的声音》，因为老师只重视了结果的交流，就无法发现隐藏于“正确结论”后面的错误过程、错误资料、错误推导了。再如，曾听过一位老师执教的《怎样溶解得快》，有小组研究后汇报：“大块方糖溶解得快，小颗粒方糖溶解得慢。”课后了解到，原来是学生对如何判断溶解快慢的认识有错误。如果交流中重视了观察现象的交流，问一问“你们观察到的什么现象可以作为证据”，就不会出现这样的现象了。 综前所述，对照实验在小学科学教学中的重要位置与课堂教学中师生教、学现状的反差，让我们更加坚信作此研究的必要性。整体把握对照实验编排脉胳、明晰教学发展方向，遵循循序渐进原则、根据实际发展开展教学，准确定位对照实验各环节的教学重点、有效推进等措施的有效运用，给我们的对照实验教学以成就感。措施和策略还有很多，需要我们在重视预设、抓住生成的教学活动中不断摸索。在反思研究过程中，也引发了新的思考并将进一步寻求对策：“对照实验教学已关注不同班级学生的原有基础及其学习的潜在距离，如何通过合作学习把小组差异、个体差异转换为教学资源，实现全体共同发展？” 参考文献：［1］中华人民共和国教育部.全日制义务教育 科学（3～6年级）课程标准（实验稿）［S］. 北京：北京师范大学出版社，2002.［2］郝京华主编，陈华彬，梁玲编著.小学科学教育概念［M］.北京：高等教育出版社，2003.10［3］郑金洲主编，丁念金编著.研究方法的新进展［M］.北京：教育科学出版社，2004.2附件1：《教科版小学科学教材对照实验活动整理表》 对照实验活动名称 三年级上册 《我的手》：研究手的灵巧与什么有关 《纸的观察》：比较纸的厚薄 《不同用途的纸》：比较纸的吸水的性能、承受拉抻的性能、承受弯曲的性能 《淀粉的踪迹》：研究唾液对淀粉的影响 …… 三年级下册 《了解空气》：称称空气（空气有重量吗？） 《改变物体在水中的沉浮》：改变玻璃瓶沉浮、改变浮标沉浮 《马铃薯在水中是沉还是浮》：盐水重还是清水重？ 《热胀冷缩》：液体、气体、固体的热胀冷缩 《测量物体的温度》：不同地点空气温度的测量 …… 四年级上册 《怎样加快溶解》：搅拌情况、颗粒大小、水温高低对溶解速度的影响 《磁铁的磁性》：磁铁各部分的磁性强弱一样吗？ 《控制物体发出的声音》：发声罐发出的声音大小与什么有关 …… 四年级下册 《萌发的种子》：子叶在蚕豆发芽过程中的作用 《面包发霉了》：研究水分、温度、空气对霉菌生长快慢的影响 …… 五年级上册 《设计种子发芽实验》 《种子发芽实验》 一个系列的研究 《从实验中获得信息》 《观察到了哪些特征》：自选问题研究栖息地的某一个条件改变后动物的反应 《阳光下的影子》：相同时间、不同时间、相同长度、不同长度物体的影子变化 《阳光下的物体》：测量并比较白色和黑色纸筒在阳光下的温度变化（共测20分钟，每间隔2分钟观测记录一次） 《光强与光弱》：向阳的地面与背阴的地面温度有什么不同？ 物体在吸收阳光的同时也吸收热吗？ 《研究我们获得的信息》：与前二课为一系列研究 《制作和评价太阳能热水器》：太阳能热水器效能检测 不同太阳能热水器效能对比分析 《雨天中的布料》：毛毛雨下，不同时间、不同布料的变化 中雨下，不同布料的不同之处 《各种材料的“锅”》：不同材料的锅的传热性能 《被“种”下的布料》：不同条件下不同布料会发生什么变化 《材料的选择》：什么样的材料适合制作“草稿本” 《运动与健康》：休息与运动状态下的呼吸、心跳次数 …… 五年级下册 《我们的小车》：拉力大小与小车运动快慢的关系 《给小车装上动力》：安装橡筋的方法（圈数、方向）与小车运动的研究 《给小车安个螺旋桨》：橡筋绞紧的圈数与小车运动的研究 螺旋桨产生的风的风向与小车运动方向的研究 《小车载重》：研究小车的载重与运动 《运动与摩擦力（一）》：摩擦力大小与表面、摩擦方式、重量关系的研究 《控制小车的快慢》：控制小车快慢的比赛 《用摆计时的钟》：研究摆每分钟的摆动次数是否与摆线长短、摆锤重量、摆幅大小有关。 《改变生态瓶》：添加动物、添加植物对生态瓶中情况的影响 …… 六年级上册 《我们常用的工具》：选择感兴趣的问题，研究工具的秘密（如螺丝刀刀柄粗细的秘密） 《找开盖子的工具》：研究杠杆支点位置与用力大小的关系 《杠杆的研究》：改变杠杆尺左边和右边钩码的位置和数量，杠杆尺的状态会有什么改变？ 《螺丝刀里的科学》：大小不同的轮、轴的作用研究 《动滑轮和定滑轮》：定滑轮、动滑轮的作用研究 《起重机》：轮滑组的作用研究 《在斜坡上》：斜面的作用研究 《形状和结构》：纸的厚度与抗弯曲能力大小的研究 《增加抗弯曲能力》：形状与抗弯曲能力大小的研究 《塔的研究》：寻找物体不容易倾倒的秘密 《哪杯水温度高》：不同温度、不同量的水混合后的温度变化 《热是怎样传递的》：研究热在固体中是怎样传递的 《让水凉得慢一些》：怎么使杯中的热水凉得慢一些？ 《着火了》：研究燃烧物、空气与燃烧的关系 《电磁铁的磁力》：哪些因素会影响电磁铁的磁力大小 …… 六年级下册 《放大镜的放大倍数》：放大镜的放大倍数和什么有关？ 《微小世界和我们》：面粉发酵后的变化 …… （注：每个大活动中包含1个以上小的对照实验活动） 来
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