在变与不变中探索科学的奥秘

张小平 陈卫华

【摘 要】小学科学课中，加强控制变量法在对比实验中的运用，既能直观的对实验数据进行对比分析，得出实验结论，又有利于培养孩子在科学探究中的实验能力和科学素养。

【关键词】摆的研究；实验；运用

控制变量法是进行科学实验、探究科学知识的一种重要方法。小学科学课中，加强控制变量法在对比实验中的运用，既能直观的对实验数据进行对比分析，得出实验结论，又有利于培养孩子在科学探究中的实验能力和科学素养。笔者以《摆的研究》为例谈控制变量法在对比实验中的运用。

一、在科学猜想中感知“变量”与“不变量”

在做科学实验前，教师在引导环节中应让学生明确影响实验结论的条件有哪些。影响一个实验的量是很多的，既有客观的、又有主观的，既有本次实验中要研究的，又有在以后进行探索的。因此，老师在备课中要针对学情预设，把学生列出的那些是或不是的量加以甑别，既要干脆利索、删繁就简，又要全面，不能疏漏。对三年级的孩子只要求认识什么是控制变量实验；四年级要求能根据控制变量实验，分析哪些是变量、哪些是不变量；五年级要求会设计简单的实验，在设计实验时，考虑控制因素是哪些，变量因素是哪些；六年级能设计复杂的实验，并能准确分析对比实验中控制因素和变量因素。

二、在设计方案中明确“变量”与“不变量”

在明白了变量与控制量后，往往是分小组进行实验方案的设计。从三年级开始，老师要做到有收有放，由扶到放，逐步培养孩子的探究力。要结合孩子的年龄特点，随着他们的探究能力增强和实验经验的丰富，探究的深度也更深入。

在实验方案的设计中，一定要引导学生充分考虑到控制变量法运用的关键：每次只改变一个量，而控制其余的量不变。如果离开了这一关键，实验的误差大，甚至是错误的。

《摆的研究中》，孩子设计的实验方案，应包括以下三种：

方案一：摆的摆动快慢与摆锤的轻重有关；

方案二：摆的摆动快慢与摆绳的长短有关；

方案三：摆的摆动快慢与摆幅的大小有关；

无论是哪种方案，当研究其中一个变量时，一定要控制其余的量不变。在研究方案一时，摆锤的重量先是一个钩码，接着分别增加到2个钩码、3个钩码，控制其余量不变的情况下记录摆的次数；研究方案二时，摆绳长度分别是10厘米、20厘米、30厘米，控制其余量不变的情况下记录摆的次数；研究方案三时，在摆幅控制器中，让摆幅夹角分别是20度、40度、60度时，控制其余量不变的情况下记录摆的次数。

三、在对比实验中理解“变量”与“不变量”

在方案完善的前提下进行对比实验，是科学研究中最重要的步骤，实验操作中记录下的数据直接影响到实验的结论。在平时的科学教学中，往往因为课堂中40分钟的时间束缚，造成学生实验时间紧张，甚至不能完成实验。特别是在对比实验中，有几个因素就要分别控制一个变量。因此因素越多，设计的实验方案就越多，需要孩子做的实验就越多。一堂课40分钟的时间不可能完成几个实验，因此需要在老师的引导下分小组选择感兴趣的方案完成，同时又要顾全大局进行调整，防止几个小组都做同一个或造成有的方案设计了但没有小组去做的情况。

在《擺的研究》中，可将全班的孩子分成6个小组，每两组完成一个方案，三个方案同时完成。无论是哪个小组完成哪个方案，在实验前老师要进行提醒变量与控制不变量，同时要避免一些主观因素影响实验数据，提示学生要注意以下几点：

1.全班统一计时，听口令，时长15秒；

2.摆绳一定要拉直，且与支架横杆垂直；

3.两个手指捏到摆锤，听到口令自然松开；

4.摆来回一次为一个周期，记为一次。

在实验中一边观察一边数数，反复进行三次实验，完成实验记录单。

方案一：摆的摆动快慢与摆锤的轻重有关

方案二：摆的摆动快慢与摆绳的长短有关

方案三：摆的摆动快慢与摆幅的大小有关

四、在数据收集中分析“变量”与“不变量”

分组实验完成后、要引导孩子对收集的数据进行分析。但是数据的收集要注意科学性，但数据出现不统一的时候，要分析其中出现的原因，最后取小组都认同的数据；数据确定后，先在每个方案中进行对比，得出结论，然后再进行全局对比，得出本次对比实验的结论。

在《摆的研究》中，在做方案一的实验时，有的小组实验数据出现了不同的几个数据，出现16次的原因，一般是听到口令后没有及时放手，或者是钩码碰到了支架，最后大家的选择应该是17次，因为17是出现最多的数据，从而得出结论：无论是1个钩码，2个钩码，还是3个钩码，摆的次数均是17次，因此，摆的快慢与摆锤的重量无关。方案二的实验中，当摆绳长10厘米、20厘米、30厘米，摆的次数依次是23、17、13，从而得出结论：摆的摆动快慢与摆绳的长短有关，摆绳越长，摆得越慢；方案三中的实验中，摆幅为20度、40度、60度时，摆的次数均是17次，从而说明摆的快慢与摆幅无关。把三个实验综合后，得出本次对比实验的结论：摆的快慢与摆锤的重量、摆幅的大小无关，与摆绳的长短有关，摆绳越长，摆得越慢。

总之，控制变量法贯穿于小学科学实验中，我们需要掌握控制变量法的实质，在实验中大胆猜想，小心验证，缜密思考、认真分析，在变与不变中探索科学奥秘，促进孩子科学探究能力及科学素养的提升。