巧设任务单助力小学高年段变量控制实验设计

司徒敏

摘要：在小学科学教学中有很多涉及变量控制实验的内容，掌握变量控制实验技能对学生科学概念的建构至关重要。如何帮助小学高年段学生掌握这一技能，可以借助实验设计任务单。高年级的变量控制实验设计任务单应包括变量确定、影响推测、材料选择、初步设计、他组评价、设计修改这几部分。

关键词：小学科学；高年段；变量控制；实验设计任务单

中图分类号：G623.6 文献标识码：A 文章编号：1009-01 0X（2017）25-0052-04

变量控制实验是指在研究和解决问题的过程中，使影响事物变化规律的一个因素发生变化，这个因素称为“变量”，而将其他条件加以控制、保持不变，以利于在研究过程中，迅速寻找到影响事物变化发展规律的原因，最终解决所研究的问题。要做好变量控制实验的前提是设计实验。《义务教育科学课程标准》在制定计划要素中提出5-6年级的目标是“基于所学的知识，制订比较完整的探究计划，初步具备实验设计的能力和控制变量的意识，并能设计单一变量的实验方案”。在小学科学教材中有很多涉及变量控制实验的内容，如：运动与摩擦力、电磁铁磁力大小、铁生锈的条件、种子发芽的条件等，可见掌握变量控制实验对学生相关科学概念的建构至关重要。

如何能帮助高年段学生更好地设计变量控制实验，可以借助实验设计任务单。任务单有机地衔接起了各个设计内容，安排好设计内容之间的联系与过渡。它使得设计内容成为有着内在联系与逻辑关系的统一体，而不是一个个支离破碎的片断。教师如果能巧妙设计任务单并适时运用，就能发挥良好的支架作用，发挥学生学习的自主性，让学生更轻松地理解变量控制实验的内涵，掌握变量控制实验的设计方法。通过大量实践表明，高年段的变量控制实验设计任务单应包括变量确定、影响推测、材料选择、初步设计、他组评价、设计修改这几部分。

变量控制实验的设计思路是先确定自变量与因变量，再设置对照组。通过改变变量，控制其他条件不变，观测因变量。由此可见，怎样引导学生确定自变量与因变量是首要任务，可以在任务单上设计“确定变量”与“影响推测”这两个栏目，让学生填写他们想研究的变量是什么，这个变量的改变对结果可能有什么影响，而这个结果其实就是因变量。上面的两个问题其实就是实验的目的，明确了实验目的，才能进行实验方案的设计。

设计实验方案是学生把心中的想法具体表达的过程。学生根据自己的认知水平，设计出各种方案。通过设计实验方案可以真实地反映出学生对变量控制技能的掌握程度。由于缺乏实践经验，学生的实验设计往往会与真实情境脱节，缺乏实操性。教师可以在任务单上利用“材料选择”这个栏目来引导学生思考实验需要什么材料以及需要材料的数量，这样他们的实验设计可操作性就会提高。而在进行实验方案设计时，很多教师采用的指导方法是只让学生填写实验要改变的条件和不变的条件，而没有让学生思考如何改变变量与如何控制其他条件，学生在实验时就得重新思考在真实情境中实验如何操作，这样任务单就没有发挥出应有的支架作用。因此可以在任务单中让学生用画图配以文字的方式设计实验，画图可以反映出一些用语言难以表达清楚的内容，且直观、生动，也比纯文字记录要节省时间，这样的记录方式符合学生的年龄特点，具有趣味性，能充分调动学生的学习积极性。学生在画图设计实验时就会考虑到一些实际问题，这样设计的可操作性就进一步提高了。

从学生初始设计的实验中可以发现，往往在改变变量时，另一个条件也发生了变化。这是因为小学生认知特点是非线性的、片面的，他们很难控制好所有的实验条件。如果教师把所有需要控制的条件和方法在与学生简单交流后直接告诉他们，表面上看，学生较快知道了正确的实验设计方法，但这种走捷径的代价是学生学习自主性受到抑制，最终的实验方案不是在学生已有基础设计得出的，所以学生很难真正掌握变量控制实验设计。通过实践，可以采用小组互评的方式能很好帮助学生自己发现实验设计中的问题，再修正设计，从而掌握正确的变量控制实验设计方法。这種方式的具体做法是采用“世界咖啡”论坛的形式，每组派一个代表留在组内向其他小组的同学介绍自己组的实验设计，让同学更好明白本组设计方案。小组内其他成员则去了解其他小组的设计并用圆点贴纸对实验设计的可行性和科学性进行评价。这样不仅全员都能参与对实验设计的交流研讨，而且每个小组的设计都得到了充分的讨论，使问题都得到暴露，而且在看了其他小组的设计后，学生会主动比较自己与他组设计的不同，拓宽他们的思路，让他们认识到自己设计的不足，这比单纯的师生交流更能激发学生的思考。并且同学间的意见更容易让学生理解并接受，而同学们充当教师的角色去对其他小组进行评价则充分发挥了他们的主动性，他们就更能投入到交流中。针对这样的教学策略，可以在任务单“他组评价”这个栏目设计了“点赞”与“找茬”内容，这样的方式比较贴近学生的心理特点，受到他们的欢迎。评价时，蓝色贴纸表示“点赞”，红色贴纸表示“找茬”。并在“找茬”内容下设有“原因”内容，要求“找茬”的小组要写出被“找茬”组设计存在的问题。这样，通过任务单促进了评价者与被评价者的交流，双方在交流中互相学习，对他组进行评价时可以学习他人的优秀做法，指出他组问题也是检查评价者对变量控制实验的理解是否正确。而被评价者听取不同小组对自己组的意见则是发现自己问题的过程，同时任务单上罗列的“原因”可以帮助学生更全面考虑，有助于设计的修改。

当发现了设计上的问题后，就需要对问题进行修正，这样才能掌握变量控制实验设计方法。任务单上“设计修改”栏目就是引导学生综合考虑他组评价意见，思考哪些意见是正确的，吸收后在原来实验设计的基础上进行修改或补充。对不认同的意见可以进行全班的交流，把问题研讨清楚。在这个过程中学生对自己或他人的设计方案进行了比较深入的思考，真正介入了思维活动，对变量控制实验也有了更深的理解，从而真正发挥任务单在学生实验设计中的支架作用，有效地帮助学生掌握变量控制实验设计。endprint

下面结合实际的例子来谈谈任务单这几部分栏目的设计：

第一个栏目“变量确定”，这有点类似一般实验任务单的“研究问题”，但两者又有所不同，“研究问题”可以是比较空泛的问题，如摆的快慢与什么因素有关，而“变量确定”是有具体指向，如摆绳长度会否影响摆的快慢。只有变量确定具体化，学生才能明确要研究哪个变量，在实验时才知道改变什么实验条件。教师可以用填空的方式引导学生填写要确定的变量。

第二个栏目“影响推测”是填写对变量改变后可能出现的实验结果。还是以“摆绳长度会否影响摆的快慢”为例，影响推测应该是“摆绳越短，摆得越快”，或者相反的推测，这样学生在实验中就会更清楚要改变的是摆绳长度，测量的是摆的快慢。

第三个栏目“材料选择”是填写实验所需的材料和数量。此栏目独立于实验方案设计，能更好地引导学生对实验分组、改变变量等方面更有效的思考，也能更好地暴露出他们思考的缺陷。如“种子发芽是否需要水”的实验，材料就至少需要多颗绿豆、两份纸巾、一杯水。图一的实验设计，从实验材料中就可以看出学生对绿豆本身的质量缺乏考虑，这将会影响实验结果。而图二的实验设计，从实验材料中就可以看出学生只设计了一组实验，并没有两组进行对比。

第四个栏目“初步设计”是用画图配以文字简单说明的方式呈现设计方案，促使学生思考设计的可操作性，并把他们的思考过程显性化。如“种子发芽是否需要水”实验设计，学生把光、水、温度、空气用形象的符号表示出来，改变了哪个变量，怎样改变，哪些条件不变一目了然。图一的实验设计，能直观看到学生设计了两组实验，不同的条件是水，而光、温度、空气的条件都相同。图二的实验设计就清晰展示了学生只设计了一组实验，给予种子水、光、温度、空气这些条件。

第五个栏目“他组评价”设有“点赞”“找茬”“原因”三个内容，若对被评价组的设计认可就在“点赞”那行贴上蓝色贴纸，若不认可则在“找茬”那行贴上红色贴纸，同时在“原因”那行写出找茬的理由。通过小组间的互评可以检查其他小组的设计是否存在问题，促使其他小组反思及修改。从《铁生锈了》这课的任务单就可以看到组间互评时学生指出了实验设计中的不少问题，如研究“铁生锈是否与温度有关”的实验设计（图3），“点赞”的小组认可他们进行几组对比的设计思路，而“找茬”的小组就有学生提出几组实验温度的设置梯度太小，实验现象可能会不明显，也有学生提出空气会影响温度的变化。而研究“铁生锈是否与水有关”的实验设计（图4）就被质疑一个铁片放在空气中，一个放在水里，除了改变了“水”这个变量外，两组实验的“空气”条件也不相同。学生“找茬”的原因有理有据，从而反映出他们已经理解了变量控制实验的要点。

第六个栏目“设计修改”与第四个栏目“初步设计”的填写方式是一样的，用画图配以文字呈现修改后的方案，通过“初步设计”与“设计修改”内容的对比，可以讓学生反思自己的思考过程，更好地掌握变量控制实验设计。从《铁生锈了》实验设计修改（图3和图4）就可以看出学生接纳了同学的意见，对设计存在的问题进行了修改，设计了正确的变量控制实验。

实验设计任务单使用的主体是学生，任务单的制定以学生特点为基础，以学生的学为中心，关注的是学生学什么、怎么学，重点要发挥学生的主体作用，强调学生学习的兴趣，教师将“教”的要求转化为学生“学”的任务，将教学目标转化成学习目标，并分解成学生的学习任务，让学生积极主动地参与到科学知识、技能的学习过程中，最终达成学习目标。变量控制实验设计任务单中“变量确定”与“影响推测”这两个栏目都是让学生清楚实验设计的目的是什么，明确学什么；“材料选择”与“初步设计”栏目则是引导学生思考变量控制实验的要点，把学生的思维可视化，便于老师和同学了解他们对变量控制实验的认知起点，也是让学生明确怎么学；“他组评价”和“设计修改”栏目则是把教师的“教”转化为学生的“学”，通过评价促进反思，通过反思促进理解，帮助学生掌握变量控制实验设计。

变量控制实验设计任务单的内容可以根据不同的实验内容进行调整，可增加栏目，如数据记录，也可以合并一些栏目，不必拘泥于固定的内容与记录方式。只要任务单设计得当，运用恰当，就能在学生学习变量控制实验过程中发挥积极作用。

【责任编辑 张蔷】endprint