控制变量法在小学科学课堂中的应用

彭能波

摘要：控制变量法是科学探究中的重要思想方法，在小学科学课中，启发引导学生利用控制变量法设计探究实验，有利于学生科学素养的培养。《小学科学课程标准》要求小学科学从五年级开始，学生应初步具备控制变量的意识，并能设计单一变量的实验方案。

关键词：控制变量法;小学科学;摆的研究

控制变量法的应用范围很广，无论是小学科学还是中学生物、物理、化学等学科都会在实验当中运用这种方式来培养学生的科学素养。在小学科学教材中没有出现“变量”这个词。出现的只是“相同（不变）的条件”和“不同（改变）的条件”。无关变量就是要控制统一的变量，即为实验中“相同的条件”，确定变量就是分清对比实验中“相同的条件”和“不同的条件”。

明确相关变量

控制变量首先要明确哪些是变量，也就是尽可能地找到影响事物的所有因素，进而找到控制了谁，让谁变化。

“摆的研究”一课的实验中，在前一课的实验基础上，学生对于影响摆的快慢的因素一般会做出如下猜测：摆幅大小、摆绳长短、摆锤重量等，面对诸多因素，学生无从下手，这时，需要教师引导进行全班讨论，先确定一个要研究的因素，作为“不同的条件”，则其它因素都作为“相同的条件”。如确定“摆幅大小”作为研究的因素，那么不同的、改变的条件（实验变量）就是摆幅大小。其他因素如摆绳长短、摆锤重量、实验装置、人员操作的方法等诸多因素就作为实验中要保持不变的“相同条件”，即无关变量。不同的条件需要改变，相同的条件需要不变，这两种变量都需要控制。分清了实验中实验变量和无关变量，才能有效学习科学课。

精选实验材料

兰本达教授曾提出：“材料引起经历，材料促成思维。”让材料更具结构性，是探究活动得以开展的重要保证，也是学生积极参与探究活动的前提，对实现有效探究与概念的双螺旋发展具有重要作用。在对比实验中，精选最好、最合适的材料，可以保障实验的“公平”。

《摆的研究》是教科版五年级（下册）“时间”单元中的教学内容，原教材的材料很简单，教学中出现了不少问题：①用铁夹夹住细绳或将细绳打结，悬点都不会完全固定，摆动时不够平稳，几次摆动之后，摆动方向明显改变;②用螺母或钩码做摆锤，用增加螺母或钩码的个数来改变摆锤重量，重心容易改变，导致误差变大;③实验室的铁架台都不是很高，导致摆绳太短，很容易就出现圆锥摆;④摆幅与摆绳长度不好确定，使实验产生偏差。以上四点，都将导致实验中变量不能有效控制，影响实验效果。因此，笔者在实际教学中，对实验材料做了如下改进：将细绳穿过装置顶端横杆的细孔，末端用夹子夹住，这样悬点就比较固定了，松开夹子，调整绳长比较方便;将摆锤改成一个容易分合的空心球，球中装入不同质量的珠子来改变轻重（空心为4克、塑料球为8克、玻璃球为16克），摆锤外径不变，重心稳定;增加支架高度到80cm，随着长度的增加，单摆更加稳定，误差更小;设计3个宽度为5cm的弧形标尺，正面标上角度，方便确定摆幅;并将它们分别固定在离悬点25cm、50cm、75cm的位置上，绳长也就容易确定，变量得到有效控制。通过以上几个方面的改进，本实验中的变量得到有效控制，实验效果显著提升。

实验方法得当

一套好的材料能成就一节好课，但是，再好的材料也需要实验者掌握正确的操作技巧，使用正确的操作方法，这样才能控制有关的变量，才能保证学生公平地操作。

以往，在进行“影响摆的快慢因素”实验中，计数时通常采用“最高点计数法”，即学生放手开始计时，来回计数1次。在实际操作中，这种计数法往往让学生手忙脚乱，极易出错。笔者改用“平衡点计数法”，在支架正下方摆锤经过的最低点固定一个红色标志，规定过标志就计数，具体分工如下：A同学计数，数3、2、1、0、1、2……;B同学计时，A数到0时开始计时，10秒停止计数;C同学记录;D同学监督。这样做，可以避免多记或少记，数据更准确。

教材中对实验条件的要求只是一个笼统的界定，没有一个具体确切的数字。这让学生对变量的控制造成不必要的影响。在对比实验中，实验变量是以不同量变的形式改变的，控制实验变量时应让量变程度尽量大些，最好是成倍增加，即当次实验变量的变化是上一次实验变化的2倍。在实际教学中，笔者将实验中涉及到的因素都给出了明确的数量：摆锤的轻重固定为4克、8克、16克;摆绳的长短固定为20cm、40cm、60cm;摆幅大小固定为2°、5°、10°（单摆在摆角小于5°<现在一般认为是小于10°>的条件下振动时，可近似认为是简谐运动）。有了明确的数量，实验现象就会更直观、更明显，而且精确的数据可以帮助学生建立起正确的科学概念。

新课标指出：以学生发展为本。控制变量法在教学中的渗透，既可以锻炼学生收集信息的能力，也可以培养学生的解决问题能力和创新能力。所以，在教学中，应该充分发挥控制变量法的优点与功能，为学生科学素养形成打下坚实的基础，为教学服务。

参考文献

[1]喻伯军.小学科学教师专业能力必修[M].重庆：西南师范大学.2013.

[2]陆永胜.學会在对比实验中控制变量[J]. 科学大众（科学教育），2012（09）.

（作者单位：福建省古田县第一小学）