在对比实验教学中培养学生的“公平”意识

杜志刚

对比实验也叫对照实验，是小学科学实验中常见的类型。对比实验要求把实验设置成两个或两个以上的组，通过有意控制或改变一个实验条件，让其他的条件保持不变，来探究条件与结果之间的关系。由此可知，对比实验的方法是进行单因素比较。套用学生的话来表述，那就是只能改变一个条件，其他条件都不能变，否则就不公平了。那如何在对比实验中培养学生的“公平”意识呢？

一、优化实验材料，保证操作前的“公平”

材料引发学生学习经历，是实验的基础和前提。实验材料的优化就是选择有结构的材料。对比实验的材料至少有两组，有结构的材料之间应该有一定的层次结构和逻辑关联，目的是让学生能有效发现实验条件与实验结果之间的某种规律。另外，有结构的材料还要有利于激励学生主动探索、锲而不舍的求知欲望。

如，“沉和浮”单元第一课《物体在水中是沉还是浮》，教材中安排了三个活动，第二个活动是主要的教学活动，通过观察更多物体在水中的沉浮来分析物体的沉浮规律。教材中列举了七种材料（石块、泡沫块、回形针、蜡烛、带盖的空瓶、萝卜、橡皮），目的是观察这些物体的沉浮，让学生通过大小和轻重的排列，发现物体的沉浮规律与自己前概念产生认知冲突，原来重的物体不一定都沉，小的物体也不一定都浮，进而构建新的科学概念。七种材料中带盖的空瓶是空心的，其他的都是实心的，在材料中加入空心的材料会让探究的指向性不够明确。基于对教材的理解和材料的分析，我们对材料进行了优化，只取了其中的四种材料，分别是小石块、蜡烛、泡沫块和回形针，但这四种材料的选择，我们注意了它们的结构和逻辑关系：回形针最轻、体积最小;泡沫块较轻、体积最大;蜡烛较重、体积第三;石块最重、体积第二。由于材料变少了，通过观察比较分析，学生对沉浮规律的分析看得更清楚，成功地完成了探究活动，达到了引发学生认知冲突的效果，同时也节省了给材料进行排序的时间。优化后的材料，有效保障了对比实验的“公平”。

二、规范实验操作，引领探究中的“公平”

有些科学实验需要教师的示范操作。如果让学生自己摸索操作，在关键点上教师不重点示范强调，可能会影响到对比实验的效果，影响到实验的“公平”。因此，在一些操作环节上，教师可以进行示范操作，规范实验过程，给学生做出严谨的榜样，潜移默化地影响学生的科学品质。

如，在《摆的研究》一课中，我们知道影响摆快慢的因素主要与摆长有关。但在实际的操作过程中，如果摆的角度控制不好、摆的初始用力把握不好、摆初始的方向掌握不好，都会影响到摆的次数和实验的有效性。在实验前，教师精细和规范的指导可以很好地避免这些干扰因素。在学生认识了摆长、摆锤等名称后，教师现场演示做一个摆，摆做好后，在让摆动前，提醒学生注意用手轻轻捏住摆锤，细长的摆线要与铁架台的立杆平行，同时摆的幅度要控制在一个合适的范围，然后自然松开手。教师边演示边操作，这一系列的动作有效控制了无关的变量，确保对比实验更加“公平”。反之，如果这些细节指导不到位，有可能让对比实验数据失真和无效。

三、实施自主探究，经历过程中的“公平”

（一）实验设计，凸现“公平”

科学实验前的动脑能让学生的思维从模糊走向清晰。引导学生在动手前独立思考：先做什么？再做什么？需要哪些材料？实验时要注意什么？等。这样，就能让学生把动手和动脑紧密结合起来，变被动的实验技能模仿为主动设计实验，从关注技能的形成到关注思维品质的提升。在对比实验教学中，先让学生设计实验方案，经历一次思维的公平过程，是非常有必要的。

如，四年级《溶解得快与慢》一课，比较搅拌、冷热、颗粒大小对溶解快慢的影响。这几组对比实验重在如何控制变量，引导学生设计实验方案是关键。对于四年级的学生，多数方案设计可以在对话交流中完成。在提出“搅拌能加快食盐的溶解吗？”这一问题并进行猜测后，开展讨论如何来设计实验证明搅拌比不搅拌溶解得快。在讨论方案的时候，要尽可能多地暴露学生的思维过程，将实验中的可能变量，如水温、水量、加盐的标准和时间、食盐粗细、搅拌等展示出来。在具体的实验步骤和注意要点中，引导学生认识到为了比较的“公平”，除了一个杯子搅拌，另一个不搅拌之外，其他的所有因素（水温、食盐粗细、水量以及加盐的标准和时间等）都应该保持相同。通过全班对详细方案的研讨，学生明晰了实验步骤，同时也建立了“公平”的意识。

（二）探究活动，落实“公平”

实验方案只是预设，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，需要观察、分析、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，都要基于收集信息的可靠。学生在实践操作过程中，可能因为操作方法不当，可能因材料本身等原因，导致观察的现象或收集到的数据偏离预设的方向。因此，实验操作是验证自己设想的重要过程，也是落实“公平”的重要阶段。

如，学生根据设计进行实验探究：在两个一样的杯子中倒进同样多的热水，规定为150毫升，同时放入大小、形状相同的方糖，其中一杯用筷子搅拌，另一杯不攪拌，过几分钟后，搅拌那杯的方糖溶解了，而没搅拌的那杯还有一大块。学生根据自己的设计，一个个认真实验，认真观察现象，把“公平”落到实处。

（三）交流研讨，反思“公平”

在实验前和实验后都应该有交流研讨活动。交流研讨是科学探究的重要环节，也是让探究活动向深度思维发展的手段。对比实验前方案的设计渗透公平意识、实验中落实公平操作、实验后反思实验过程的“公平”，是对比实验教学的重点。通过对实验过程、实验数据、现象和结果的研讨，在比较中发现差异，发现成败，建立“公平”性原则，内化对控制变量的理解，最终建立对比的模型。

在《溶解得快与慢》一课教学中，可以进行两次交流：第一是实验的方案设计和操作过程的交流，让学生掌握对比实验的研究方法，规范实验过程，这是一个从抽象到具象的过程，也是从模糊到清晰的过程;第二是“公平”运用阶段的交流，在方案的指引下，严格控制设置好的变量，让对比尽量“公平”，培养学生“公平”的操作能力和意识。这是一个从理论到实践的过程。

四、注重实验细节，领悟操作过程中的“公平”

在课堂教学实践中，我们经常发现，实验前已经有了具体的实验方案和步骤，但在操作实验时，没有执行事先制订好的方案和步骤，表现为方案与实践脱节，“说一套做一套”。另外，学生对实验方案和步骤已经明确，也按计划执行，但忽视了细节，“想当然”地得出实验结论。

（一）鼓励重复实验

科学的结论必须建立在大量的事实基础上，要经得起反复检验，重复实验。

任何一種牵强的、没有得到事实证明的结论都是不科学的。如何才能做到减少最大的误差以保证实验结果的有效公平呢？首要策略就是重复实验。

如，《溶解得快与慢》中有三组对比实验，让每一组学生都验证自己的推理过程，最后全班汇总得出数据来论证自己原有的观点，这样的实践过程才是科学的论证过程。再如，《谁流得更快一些》，每组学生通过自己组内的三次实验，验证食用油、水、洗洁精的快慢，然后组合全班研究结果，集体论证了自己的猜测，得出结论。重复实验，凸显“公平”意识。

（二）提倡细致观察

如前，学生对实验方案和步骤已经明确，也按计划执行，但忽视了细节变化，“想当然”地得出实验结论。因此，指导学生细致观察显得非常必要，通过细致的观察来强化“公平”。

如，《怎样得到更多的光和热》一课探究阳光直射、斜射与吸热的关系。在阳光下，分别以水平、与阳光垂直、与地面垂直三种方式放置黑色纸袋，来比较哪种方式升温快。实验中需要学生每2分钟观察和记录一次温度。如果是使用液体温度计测温，在实验过程中需要提醒学生：读数时不能从纸袋取出温度计;读数时眼睛与液柱相平等。如果忽视这些细节，观察的结果可能就不够精确。

（三）梯度生成“公平”

对比实验操作过程中，实验数据和结论可能会出现偏差。如，在《摆的研究》中，探究摆锤重量对摆快慢的影响实验。由于对摆长没有合理控制，实验数据出现偏差，造成摆锤的轻重会影响摆的快慢。怎么办呢？可以生成有梯度的体验活动，先让学生说说摆锤重量会不会影响摆的快慢，学生根据自己实验数据，得出了不一致的意见，有些小组的结果说明摆锤重量与摆的快慢是有关系的。错误被突显出来后，引导全体学生进行思考：两种不同结论，问题可能出在什么地方？分组对自己小组的整个探究过程重新分析，寻找可能的原因。然后，请一组数据差异最明显的小组进行演示，全班学生分析、思考、寻找操作过程中可能出现问题的地方。

当对比实验中出现“意外”后，要设计有梯度的问题或活动，引导学生对研究的过程重新梳理和回顾，找出“失误”的问题所在，把“失误”当作资源。这深刻体现了严谨的科学态度和“公平”的思想，这些经历一定会对学生的终身学习产生深远的影响。