在小学中年级有效开展对比实验的教学策略——以教科版三年级上册“加快溶解”为例

文∣肖芮 季洋

小学科学以培养学生科学素养为宗旨，在提升学生创新精神、实践能力等方面具有重要作用,是小学阶段基础学科。《义务教育小学科学课程标准(2017年版)》(以下简称《新课标》)指出：“要重视实验教学，努力创设适宜的学习环境，促进学生积极参与、主动探究，引导学生做好每一个实验。”[1]由此可见，实验学习与探究活动是学生学习科学的重要方式，教师需要在教学活动中引导学生通过探究实验，以证据为基础获取科学结论，进而提高科学素养。

对比实验能够通过控制变量的方法，比较两个实验结果之间的差异，帮助学生理解改变自变量所带来的不同影响、厘清实验的因果关系，是小学科学实验中一种重要的实验方法，这对于学生科学严谨地开展实验研究、培养学生的科学素养具有十分重要的意义。

一、对比实验中的困与思

一般来说，对比实验就是只改变一个因素而保持其他因素不变的实验方法，其重点在于让学生理解对比实验可以通过控制使一些实验因素保持相同来保障实验公平，知道哪些因素是要改变的，哪些因素是要保持不变的。在《新课标》中，关于科学探究的中年级学段目标描述为：3～4年级要求“在教师引导下，能基于所学知识，制订简单的探究计划”，即在对比实验教学中，教师要加强学生的实践探究能力，增强学生的问题意识，帮助学生了解不同实验的差别与设计缘由。

学生从三年级开始接触对比实验，但学生在以往的生活和学习经验中，并没有过多接触对比实验，因此会对实验中控制变量思想感到陌生，在理解和运用控制变量的方法上有一定的困难，容易混淆需要改变和不需要改变的因素。然而在教学实践中，学生通常能够意识到需要改变什么，而对于需要保持不变的实验因素往往意识不足，经常忽略实验中需要控制的变量。有鉴于此，本文以教科版小学科学三年级上册第一单元“加快溶解”为例，通过具体的教学案例，结合相应的教学策略来帮助学生理解控制变量的思想，掌握对比实验的方法。

二、对比实验中有效的教学策略

(一)注重教学过程的连贯性

充分的课堂准备可以使教师教学更为有序，学生学习更有效率。[2]在进行对比实验教学时，教师有意识地帮助学生联系已有知识，尤其是以往的实验方法，降低学生的学习难度。注重学生在小学科学课阶段学习的连贯性，在教学过程中，帮助学生联系已知，发现未知是有效的教学策略。

“加快溶解”是小学中年级科学课中一节非常典型的对比实验课，但这不是学生第一次接触对比实验；在前一课“水能溶解多少物质”中已经涉及了对比实验的思想。“水能溶解多少物质”中比较了食盐和小苏打在水中的溶解能力，为了保证实验的公平，要求对实验的变量进行控制：两杯相同体积、相同温度的水，每次加入水中的食盐和小苏打的质量相同。这已经向学生传达了在实验过程中控制变量的意识，但还没有形成具体的概念，教师可以利用前一课的教学，提前做好铺垫工作，引导学生思考“为什么要保持相同的条件”“这样设计有什么好处”，从而让学生理解在进行对比实验时，要控制实验中的变量，保证实验的严谨。

(二)创设情境，激发探究兴趣

由于学生在日常生活中或多或少都观察过“物质的溶解”，对于“如何加快溶解”，学生根据已有的经验能够给出一些答案，这容易导致一些学生对于本节课的实验探究失去兴趣，甚至认为即使没有控制实验变量也能得到正确的实验结果。考虑到小学三年级学生的身心发展特点，要想引导学生更好地关注实验探究过程，理解对比实验在其中的运用，笔者设计了一个有趣的导入故事并配以动画来激发学生的兴趣。

在动物森林里上班的小熊向咖啡店的兔子店员买了一杯咖啡提神，可是咖啡太苦了，小熊难以下咽。兔子店员在咖啡中加入了一大勺糖，可是咖啡还是非常苦，眼见着小熊上班快要迟到了，如何能够帮助小熊加快白糖的溶解速度呢？

通过此导入活动，学生在学习中兴趣浓厚，纷纷表示“愿意帮助小熊”，这不仅激发了学生的学习兴趣，也培养了学生助人为乐的品质。教师在教学活动中也顺利地引出学生以往的知识经验，提出假设“提高温度或搅拌可以加快溶解”，引导学生进入实验环节。

(三)明确探究目标

有价值问题的产生是一堂探究性实验课的良好开端，同时也是评价一堂实验课是否有深度的指标之一。[3]根据《新课标》的要求，中年级学段学生要能从具体现象与事物的观察、比较中，提出可探究的科学问题。具体到实验过程中，教师要帮助学生结合日常生活发现问题，并将其转化成可以研究与分析的一般问题。由于对比实验中需要改变的实验因素与我们探究的目标相关，所以在对比实验的设计中一定要给予学生非常明确的探究目标。例如在“加快溶解”这一课中，教师应当明确提出本节课学生要探究的内容是“温度”和“搅拌”对白糖在水中溶解快慢的影响。既然是比较溶解的快慢，在实验中要改变什么条件来进行比较呢？教师引导学生说出“温度的高和低”“搅拌与不搅拌”是实验中需要改变的因素。

(四)提前纠错，掌握正确的实验设计方法

以“加快溶解”中“温度对白糖溶解快慢影响的实验”为例，多次教学实践表明，虽然学生有明确的探究目标，也能考虑到要选择两杯一冷一热的水，但对于其他实验条件的控制并没有清晰的概念，例如“两杯水是否需要搅拌？”“水的体积和白糖放入水中的先后顺序虽然不一定影响实验结果，那么是否需要保持相同？”这些设计在小学中年级学生的认知中往往是模糊的，所以学生在设计实验的控制变量时，特别容易出现疑惑。在教学时，让学生将自己的想法与教师、同学提前交流，能够帮助学生养成良好的思维习惯。[4]在实践中，教师引导学生交流讨论后并观察错误的教学视频能够让学生对知识点的掌握更加清晰。

因此，本文考虑在教学中借助微课来提前纠正学生的错误概念，笔者先呈现出一个错误的实验视频，视频中选择了一杯冷水、一杯热水，不仅改变了两杯水的温度，还特别明显地呈现出两杯水的体积也不相同，热水的体积是300毫升，冷水的体积是200毫升；放入白糖时，先将白糖倒入热水中，再将白糖倒入冷水中。通过微课视频的呈现，教师让学生直面错误的实验操作步骤，并且让学生指出视频中出现的错误，它们导致了实验的不公平，影响了实验的严谨性。在教学实践中，学生很容易指出两杯水的体积不同、白糖放入水中的先后顺序也不相同，让学生了解他们在实验过程中可能出现的错误，理解对比实验的要点在于控制变量，除了需要探究的实验因素要进行改变外，其余实验因素都要保持相同。

(五)搭建学习的脚手架，帮助学生举一反三

三年级学生的认知还处于具体形象思维向抽象思维过渡的阶段。因此，直接让学生根据实验探究目标设计实验计划还存在一定的难度，教师通过搭建脚手架，简化实验设计的过程，帮助学生更好地理解实验。[5]结合学生在课堂中反映的问题，笔者与学生一起设计了“加快溶解”实验记录单，利用选择填空的形式，让学生依据对比实验中控制变量的思想来选择需要改变的条件和需要保持不变的条件，一方面检测学生是否学会了对比实验的方法；另一方面提醒学生，我们在实验过程中应该考虑保持相同的实验因素有哪些。

通过“纠错视频”的分析，学生对于保证实验的公平严谨有了一定的理解，但在实验设计的应用中还需要教师给予一定的引导。因此，笔者以“半帮半扶”的形式，先带着学生一起来完成《温度对溶解快慢的影响学习单》的设计，再让学生举一反三，独自完成《搅拌对溶解快慢的影响学习单》，以此来让学生掌握对比实验的设计方法。

温度对溶解快慢的影响学习单

(六)注重实验过程，落实实验设计

实验操作过程是学生收集实验证据，得出实验结论的重要环节。学生虽然完成了对比实验的设计，但在实验过程中一些不正确的实验操作可能并不会影响实验的结果，进而让学生产生对比实验中变量的控制不需要太严格的错误观念。在教学过程中注重教学设计的规范与严谨，能够体现小学科学的学科特性，对学生清晰地掌握相关知识、提高其科学素养十分重要。[6]

在教学实践中，教师要将控制变量的思想落实到实验操作中，引导学生严格按照实验设计进行实验，注意实验中需要保持不变的因素，培养学生良好的实验思维和习惯。教师要为学生准备好相应的实验材料和工具，并要求学生根据自己完成的实验设计来开展探究活动。教师可以通过不断的走动，观察各个小组的实验探究环节，来了解学生对于对比实验方法的落实情况，及时纠正学生的错误行为。学生在正确的实验操作中，收集实验证据并基于实验证据来记录实验结果，完成对比实验的过程。

(七)利用课堂小结巩固新知

教师要充分利用课堂最后的总结环节来巩固学生对于对比实验的认识，让学生理解对比实验的核心就是要控制变量，保持实验中其他因素相同，让实验更加严谨、有说服力，同时反思本课的实验过程，巩固科学知识，提高科学探究能力。课堂上的探究时间十分有限，教师可以结合课堂预设情境抛出新的问题，如在“加快溶解”中，教师最后告知学生，通过他们的帮助，小熊喝上了美味的咖啡，小兔子也开了更大的咖啡馆，现在小兔子需要更有效率地溶解咖啡，除了提高温度和搅拌，是否还有其他可以加快溶解的方法呢？还能利用对比实验设计出怎样的实验呢？这些问题可以引导学生将对比实验的概念应用于实际生活中，尝试独自完成对比实验的实验过程。

三、总结与反思

对比实验在整个小学科学的探究实验活动中都占有非常重要的地位，如何有效地进行对比实验教学也是教师不断探索的课题，本文以教科版三年级上册“加快溶解”一课为例提出了一些教学策略，对帮助教师有效开展对比实验教学提供了可靠的参考。

在教学实践前，教师要意识到小学科学教学不能“就课论课”，应当注重教学过程的连贯性，帮助学生建立起完整的知识网络。在教学准备中，教师可以结合教学内容，考虑学生的身心发展水平，创设学生易于理解且感兴趣的情境，激发学生的探究热情。在实验过程中，教师要立足学生的认知能力，搭建脚手架，循序渐进地在教学过程中渗透控制变量的思想，帮助学生掌握对比实验的方法。在实验结束后，教师要引导学生反思实验，并提出新的问题，帮助学生建立起长效的科学学习兴趣。