学习实验设计 发展探究能力

张震京

对比实验是最能反映科学方法的活动，也是认识上的高层次活动。而对比实验的设计是第一步，也是对比实验最关键的一步，因为设计的对错将直接影响对比实验的科学性。

有效引导，完善对比实验设计

在教学过程中，教师应进行及时有效的引导，帮助学生在自主探索过程中真正提高科学探究能力和科学素养，同时获得科学精神、科学思想的熏陶。

1.启发性引导

对比实验就是通过控制变量，运用比较的方法来揭示事物的性质和变化规律的一种实验方法。要让学生理解这种关系，必须要对学生进行有效的引导。

对学生的引导可以通过以下几个一般性的问题进行：研究某一个因素，用什么方法改变这个因素？推测还有哪些变量也可能会影响某一现象的产生？这些变量要怎么样才会产生影响？不能改变的条件还有哪些（尽可能详细地列举）？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？例如，《流动的水》一课中，要做“怎样使小水轮转动起来，怎样使小水轮转动得更快”的实验。在确定了研究问题并作出假设后，我们可以通过如下问题帮助学生完善设计操作方案：研究水流量大小是否影响小水轮转动的快慢，用什么方法改变水流量大小？哪些条件会影响小水轮转动的快慢？怎么才能保证击打小水轮的位置一样呢？

2.开拓性引导

在设计实验时，学生的思考往往不够全面，所以，教师要进行开拓性引导。例如，在《加快溶解》中，研究“怎样才能让水中的方糖溶解得更快”的问题时，学生很容易会想到搅拌和热水，但其它的就想不到了。这时，教师可以这样引导：还有哪些条件也会影响公平呢，大家讨论一下？学生经过讨论又提出水量等因素。教师进一步引导：方糖的大小会影响其在水中溶解的快慢吗？这样的开拓性引导，可以帮助学生不断完善对比实验的设计。

多措并举，形成“公平实验”意识 

对比实验的过程需要对其它变量保持恒定，才能使结论真实有效。而保持变量恒定的前提是要做到“公平”，即公平地控制变量。只有学生在过程中能意识到并做到“公平”，才能确保结果科学、准确，实现有效教学。因此，对比实验也称“公平实验”。

1.控制材料，让材料保障“公平”

在对比试验中，材料的结构性需要严谨，充分保障实验“公平”。如在《摆》一课中，采用工业用缝纫线做摆线，可以防止绳子的伸缩影响摆长，防止绳子过粗增大摩擦力和阻力，有效控制各種影响因素;在摆锤的挑选上，用“沉浮实验盒”中两个大小一样的小吊桶，在吊桶里装上塑料和金属两种不同重量的块，可以有效解决摆锤本身影响摆长实际的问题。

2.示范操作，让演示引领“公平”

有一些变量，如影响摆的快慢的起始力、角度大小等因素，学生较难公平地操作，教师应正确示范。通过示范操作，学生认识了摆和摆的组成部分后，教师在铁架台上现场演示做一个摆。教师边做摆边演示怎样控制摆长（用夹子夹住线的长短）和摆锤轻重（更换吊桶内的铝块或塑料块）。摆做好后，教师演示时要强调用手轻轻夹住摆锤，摆线和支柱杆要平行，自然松手，不要用力，摆动幅度不要太大……每一个动作都蕴含确保实验公平的种种因素，这样可以有效控制一些变量。

3.体现层次，让指导调控“公平”

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。对比实验的课堂往往是由几个相似活动组成的，因此，教师的指导应体现层次性，推动学生思维向着纵伸发展。比如，在学生初次接触的对比实验《怎样加快溶解》中，做第一个实验时，教师引导学生探讨“怎样比公平”，使学生感受对比实验的特点，并由教师亲自填写设计，巩固学生本次实验的要求。第二个实验，教师和学生一起探讨，但可以让学生自己填写设计;做第三个实验时，可以让学生相互探讨，自己填写设计。

感悟特点，发展主动探究能力

对比实验必须遵循的一个原则是：只允许正在比较的这个变量不同，其它所有变量必须相同。如果学生掌握了对比实验的这个特点，就能发挥学生主动性进行自主探究，大大地提高课堂效率、发展学生的思维能力。

1.教师引领学生，发现特点

教师在与学生探讨的过程中，可以提这样的问题：（1）什么条件相同？为什么要求相同？（2）什么条件不同？为什么不同？有两个条件不同行不行？（3）对比实验有几个条件不同？哪些条件要相同？通过思考这些问题，学生会自然而然体会到对比实验的特点。

2.总结对比实验，体会特点

当学生做完了一个对比实验后，已经对对比实验有了一定的了解，如果这时再总结一下，效果就更好。教师可以提这样的问题：你觉得对比实验有什么特点？

当学生经历了几个对比实验后，教师在恰当的时机提出：所有这些对比实验有什么共同特点？这些对比实验控制的条件为什么不同，为什么要这样做？经过这样一个过程，学生对对比实验就有了一个基础而本质的认识，有利于之后灵活地进行对比实验的设计。

3.借助表格，直观感受特点

表格具有直观的特点，借助表格能够使学生更感性地认识对比实验的特点。表格可以清楚地纵观科学探究的全过程，实验的相同条件、不同条件清晰可见。比如，实验的“不同条件”栏中只有一项，对应实验“不同条件”只有一项，“相同条件”栏有五项，对应实验“相同条件”就有五项。学生经过这样的多次练习，能够直观地建立起对比实验的特点。

在培养学生对比实验设计能力的过程中，要特别注重发挥学生的主动性，注重方法的内化，真正使对比实验成为学生科学探究路上的利器。

编辑 _ 李刚刚