姜玲 期初论文小学科学对比实验教学问题的解决策略

 

小学科学对比实验教学问题的解决策略

南京师范大学附属小学   姜 玲

摘要：

本文针对小学科学对比实验教学中存在的一些具体问题，如识别变量不充分、变量和不变量控制不到位、实验设计方案与操作不一致、证据收集和处理方式不严谨、结论缺乏说服力等，进行了剖析与解决方案论证。以《简易温度计》一课为研究案例，立足课堂教学，遵循新三学“理解学生、支持学习、提升学力”，进行了三轮螺旋式递进的对比实验教学设计的教学研究。

 

关键词：小学科学，对比实验，教学问题 ，解决策略

 

本文针对小学科学对比实验教学中存在的问题，以《简易温度计》一课为研究案例，立足课堂教学，遵循新三学“理解学生、支持学习、提升学力”，进行了三轮螺旋式递进的对比实验教学设计的教学研究。

《简易温度计》来自于2010年9月自主开发的做中学模块《温度与温度计》单元的第二个主题。2010年自主开发这个单元，为此详细查阅了温度计的发明史；了解各种不同类型温度计的特点及其基本原理；学习影响温度计的各种因素；整理每个主题的主要活动内容；收集用于支持研究的有效材料等等。希望学生能像科学家一样，经历体验温度计发明史的探究过程。2013年10月，又进一步将《温度与温度计》单元中的《简易温度计》重新设计，开展对比实验教学设计实践的教学研究。

一、小学科学对比实验教学需要直面的问题

（一）缺少充分识别变量的过程

从访谈统计结合平时教学可以看出，在小学科学对比实验教学中，缺少充分识别变量的过程。很多的变量识别都是教师在预设的5分钟情景下，很有针对性地给予引导而完成的。学生缺少亲身体验、细致观察的过程，仅凭借一些简单的经验进行预测。在日常教学中也会出现有小部分同学有比较丰富的相关经验，导致以部分代表整体的现象发生。

（二）忽视变量与不变量控制的严谨性

从访谈统计结合平时教学可以看出，学习之初，大多数学生对对比实验的设计是比较粗糙的，他们更多关注的是改变的条件，而其他需要控制的可能影响因素关注度还不够，尤其是一些细小的因素往往被忽略掉。在持续的学习过程中，学生同样也会反复忽视一些细微的变量和不变量的控制，而这些细微的问题同样很容易导致实验数据的不准确，实验的失败。

（三）看轻实验方案与操作的一致性

从访谈统计结合平时教学可以看出，学生的设计方案，也仅仅是设计方案而已。为了保证实验的成功率，很多教师都是在学生设计并汇报完方案后，直接给出一份“规范”的实验步骤，学生操作的实验步骤基本就是老师给定的实验步骤，使学生的设计方案草草了之，虽然做了，但并没有发挥方案的价值。

（四）实验分析不全，实验结论不真，缺乏说服力

从访谈统计结合平时教学可以看出，在科学探究活动中，我们会发现实验现象的交流和实验结论的汇报存在一些问题。如：实验现象和实验记录不准确；师生不尊重事实，造出结论；让产生的问题不了了之；学生思维参与不足，只看到表面现象等。而这些现象，使实验缺乏了说服力，不能很好地培养学生的科学意识和处理分析现象的能力。

二、小学科学对比实验教学问题的分析

（一）体验认识过少，识别不充分

识别变量是对比实验教学中的一个前期环节，在教学实践中，长期以来都把对比实验的教学重点放在了对比实验方案的设计和实验操作上。从时间划分来看，识别变量用时在5分钟左右。从形式来看，一是靠学生已有的经验，但有比较丰富经验的一般只集中在几个孩子的身上，很容易出现以部分代表整体的现象；二是借助教师很有指向的几分钟演示实验，如教师出示一个摆，学生认识摆的基本结构后仅凭借一个摆让学生预测摆的快慢的影响因素，在这样的过程中学生的认识很不充分，缺少深入的思考和识别。受时间限制和教师认识的影响，学生对研究的变量体验过少，没有充分的学习认识和制作过程，这是导致变量识别不充分的最主要和最根本的原因。

（二）变量关注不全，控制不严谨

对比实验之所以难，是因为它需要考虑的因素很多，除了变量之外，还有很多可能产生影响的不变量。关于变量和不变量，虽然我们知道需要遵循分析全面、变量单一、简便实验、对比有效等重要的原则。但在实际操作中，更多教师和学生关注的是变量的单一控制，也就是需要研究的和需要改变的因素，对于不变量的控制细节时常被教师和学生忽略，认为单一变量的控制才是最重要的。

如：小车拉力的大小与什么因素有关？当有些小组研究斜坡的高度这个因素时，需要控制小车的载重量一样，虽然老师和学生都知道载重量保持不变，可在实际操作中却存在中很多细节问题，学生不会考虑到放置的物体应该在小车的同一位置上，而这个因素在小车的模拟实验中是有一定影响的。同样：在比较油和水的散热吸热性能时，关于降温时的原始问题、温度计的放置时间、放置位置、移动过程中拿温度计方式等细节，学生很难想到，很多教师也会忽视，而这些细节变量的关注不全，设计的不严谨很容易导致实验的失败。

（三）指导过程不细，实施有困难

方案设计是对比实验教学中的一个重要也是关键环节，方案的可行性直接影响实验活动的效果和结果。学生的对比实验设计方案一般包括：选择小组研究变量、根据研究变量填写变量和不变量、设计实验步骤三部分。前两部分的设计和填写，从科学角度看基本不会有问题。但从第二部分的科学语言表达到第三部分的实际操作步骤的语言表达，在这个指导过程教师有很多做得不到位、不细致的地方，导致学生方案的可行性大打折扣，从而导致学生根据教师给予的方案进行实验。通过分析主要有以下三种原因：一是，学生没有经历一个教师由扶到放的过程，缺乏对比实验设计的训练，不熟悉对比实验设计的设计原则、要求和流程，学生对比实验的设计能力需要一个长期系统的学习和训练。二是，教师虽有训练，但在引导学生关于控制变量的分析表达不够细致，只表达改变和不变的因素，但至于怎么不变表达不细致。如研究摆的快慢和摆线的长短是否有关，在控制变量中学生会写到改变的条件是摆线的长短，取不同长度的摆线。而不变条件摆锤的轻重，摆角的大小等在实验步骤中设计或汇报交流中，没有细致的可操作性的描述和表达，从而导致可操作性差，实施有困难。三是，由于缺少前期的训练，学生的方案设计会不到位，但为了保证课的进度，教师未能及时引导学生提炼出方案中的问题和实验步骤，而是直接替代学生的设计。

（四）结论指向太强，分析有忽视

对比实验的结论是基于前面的每个环节逐步得出的，但这个过程中的任何一个环节出现不到位，学生的实验数据或证据就会出问题。在教学中，很多老师的处理方法是找出证据“正确”的小组，给出“正确”的结论，而对于有问题的实验证据往往是回避处理，不去追究证据无效的背后原因，使学生体会不到成功的乐趣，缺乏说服力。

如：在比较《黑色和白色吸热和散热性能》的对比实验中，由于四年级学生刚刚接触对比实验，这个实验中需要考虑到的因素比较多，因而很多小组的实验证据会出现问题。如：开始的初始温度记录错误，是在放入后才记录的；降温的原始温度记录错误，拿出后又放入再记录；在室内室外转换场地时，用手接触了温度计的液泡，引起数据错误等一系列问题。

三、小学科学对比实验教学问题的解决策略

（一）聚焦研究主题，充分体验认识

借助课前小研究，聚焦需要研究的主题，根据学生的特点，逐步优化小研究，使学生对研究主题有充分地认识和动手操作的过程。在制作中，了解研究主题的特点，知道制作的难点、解决方案。通过对比使用发现问题，借助问题引发学生思考可能的各种因素，也就是充分地进行变量识别的过程。只有让学生“知其然”，才会引发他们想知其“所以然”的欲望，将可能的相关变量从多个角度分析透彻。

（二）合理选择变量，保证控制严谨

在进行对比实验教学中，其影响因素往往不止一个，有的适合学生研究，控制难度不大，但有些并不适宜学生在课堂上进行研究。选择适合研究的主题，是学生科学探究能力之一[1]。教师在教学设计时，要根据课的特点、学生的特点，合理地安排教学环节。在教学中要引导学生选择适合的研究因素，培养他们选择问题的能力。所选择的研究问题还需要根据课时安排，选择适当的量，是几个因素同时进行，还是全班集中研究一个因素，需要根据学生的水平而定。

控制变量和不变量，教师还需要做好大量的课前工作，每一个实验都要进行反复测试，将一些不适宜学生特点，学生很难控制的不变量因素，尽可能通过课前的准备帮助学生排除，这样才能使研究的问题集中，学生实验结果的对比性才会很明显，不至于受到不必要因素的影响。

（三）优化细节引导，形成可行方案

对比实验的设计是以实验教学过程最优化为目的的[2]。要想让学生把对比实验的设计方案设计到位，必须经历一个长期反复的学习过程。学生需要进行初步设计，汇报交流，再做修改完善。

教师在对比实验教学前需要依据实验的内容、学生的探究能力和实验教学条件，引导学生进行实验设计，一般步骤是：

第一步：根据研究的影响因素进行分组；（细节引导要点：需要根据学生情况和实验难度，选择一个或几个因素同时进行，选择的因素要适合学生进行课堂研究）

第二步：学会分析控制变量，一个变量不同；（细节引导要点：要细化到怎么改变，改变几次，每次的具体操作是怎样的？）

第三步：让无关变量保持一致，以免产生额外变量影响实验；（细节引导要点：教师课前做好适当的控制，排除学生很难控制的影响因素；让学生通过讨论知道哪些变量需要保持不变？怎样才能保持不变？具体到什么样的操作就可以保持不变。）

第四步：观察并记录实验现象和实验结果。（细节引导要点：耐心细心观察，如实进行记录）

这是对比实验的一般实验步骤，但由于它具有很强的开放性，会存在多种可能性，步骤或方法也会有所不同，需要根据情况而定。可是不管如何设计，一定要遵循实验设计的基本原则，要分析每一个环节的关联性，或几个相关实验的延续性，选择最佳的程序安排实验，防止实验步骤不严密、不科学。

（四）客观真实分析，挖掘背后原因

在对比实验教学中，我们要尽可能通过前面一系列的细化引导，让学生避免获得错误的证据，学会整个探究过程，并严格遵守对比科学探究的基本步骤和操作方法，保证对比实验探究的科学性和严谨性。

但如果出现因前期引导的缺失或学生操作上的失误，而出现对比不明显的现象或者实验数据有问题，从而无法得出合适结论的情况时，教师也无需回避。面对证据的采集和分析，针对课堂教学中产生的“另类证据”，教师在引导分析时，也无需纠结证据本身，要客观看待这些证据，更多地关注师生的收集过程和学生的原始证据。从过程中分析“另类证据”的产生根源，对症下药，尽量避免其产生，转变对待证据的态度，提高探究活动的有效性。

四、三轮《简易温度计》的教学设计实施情况反馈

（一）第一轮实施情况反馈

第一轮教学设计，于2013年10月在四年级的两个班进行教学实践，计划的教学时间为40分钟，但两个班分别用了55分钟、53分钟才结束课堂教学，课前小研究的内容和课堂上的内容有重复部分，导致环节不够清晰。实验器材上使用纯酒精会出现酒精溢出现象，吸管的粗细也需要作调整。根据第一轮的实施情况，在小研究、小组记录单、实验器材、教学环节的安排和具体指导方面做出调整，形成第二轮教学设计。

（二）第二轮实施情况反馈

第二轮教学设计，于2013年11月在四年级的两个班进行教学实践，计划的教学时间为40分钟，两个班分别用了45分钟、43分钟课堂教学，教学环节比较清晰，实验方案的讨论用时较多，讨论比较到位。小组实验设计单限制较多，虽然学生能够顺利完成，但不能充分反应学生自主设计实验的水平。同时实验器材中大小瓶子的实验前后反应会有差别，根据第二轮的实施情况，在对小研究、小组记录单、研究因素的选择、教学环节的安排和具体指导方面做出调整，形成第三轮教学设计。

（三）第三轮实施情况反馈

第三轮教学设计，于2013年11月在四年级的两个班进行教学实践，计划的教学时间为40分钟，两个班分别用了42分钟、40分钟课堂教学，教学环节比较清晰，环节任务明确，学生的参与率很高，但在汇报设计方案活动中教师干预稍多一些，针对三轮的教学设计实施进一步进行分析。

五、研究成效

本文针对小学科学对比实验研究和教学中存在识别变量不充分、变量和不变量控制不到位、实验设计方案与操作不一致、证据收集和处理方式不严谨、结论缺乏说服力等具体问题，基于《简易温度计》一课，立足课堂教学，通过三轮的对比实验教学设计实践展开研究。对比实验教学设计实践中取得了一定的效果，具体表现在：

（一）提高学生对比实验学习探究能力

对比实验学习的探究能力是贯穿在学生整个学习过程中的，在本文三轮的教学设计研究中，通过对学生的课前小研究、小组记录单和课堂实录进行多角度对比分析可以看出学生学习的情况。

1．个人课前小研究——提升课前自主探究识别变量的能力

从课前小研究看，第三轮的课前小研究从课前用时、制作情况、完成情况、变量收集和课堂汇报等方面都优于前两轮。它将制作要求单独列出直接用实物介绍，更符合学生的年龄特点，使学生更能说得清楚。针对本课的教学重点——识别影响温度计性能的变量可以看出，第三轮的小研究问题更加集中，大多数学生能够从几个方面进行预测，效果更好。在课堂汇报中学生的表达明显更加深入，也更有利于在课堂上展开对比实验研究。

2．小组实验记录单——体现学生自主设计方案实验的能力

本文参与的学生具有一定的对比实验学习基础。从三轮的记录单来看，在第一轮和第三轮中，学生拥有自主设计实验方案的机会，但第三轮中学生的设计时间有了保证，实验变量的分析也比较到位，故而设计的实验方案的可行性更强，学生能够根据实验方案进行实验操作。充分提升和体现了学生自主设计方案和自主实验的探究的能力。

3．课堂教学实录——展现学生驾驭课堂自主探究的综合能力

从课堂实录可以看出，三轮教学中，学生都有充分的时间和空间进行变量识别。但第三轮的教学更让我们看到，学生成为了对比实验探究活动的主人。通过在制作中发现问题，识别变量，根据选择的变量设计可行的对比实验方案，并能依据方案进行实验、观察、记录、分析、总结汇报实验结论，在亲身体验中促进了自身综合探究能力形成，提升了科学素养。

在汇报中，学生能够多次使用“我来补充、我认为、我觉得、是因为、我不赞成、我反对、如果没有就会、我知道为什么、还有一种可能……”等语言进行重要信息的判断、推断、沟通、独立学习，并能采用多种评价方式进行交流。尤其是在变量识别中，学生不仅充分进行了交流沟通，还对所讨论的问题进行解释、说明、分析、评估、判断和推论。可见，对比实验探究中学生的思维不仅参与了，而且还是有一定深度地参与。

（二）提升教师对比实验教学指导水平

本文针对教学实践中的真实问题，通过三轮的教学设计、器材选择、教学实录以及学生学习的过程性资料，呈现了小学科学对比实验三轮教学设计的实施、修改和完善过程，优化了对比实验教学设计，有效的提高了教学效果，提升了教师的教学指导水平。

1．教学设计——亲历反复修改过程，积累丰富的教学设计经验

从三轮的教学设计来看，教师根据前一轮中出现的问题进行有针对性的修改、再实践，逐步提升教学设计的可行性和有效性。从课前小研究、小组记录单、教学环节的设计，教学器材的选择等面进行了全面的优化完善。从实施效果的分析可以看出，第三轮教学设计中各个环节的安排更加合理，操作性更强，实践效果也更好。

在反复修改落实的过程中，提升教师的对比实验教学指导水平，积累丰富的教学设计的经验，使小学科学对比实验的教与学更具针对性、操作性和实效性。

2．选择器材——经过多次选择完善，提升教师准备有结构材料的能力

为了更好地支持对比实验教学，本研究中对器材进行了多次的修改和完善。从吸管、液体的选择保证了制作的可行性和对比的有效性。实验中，既要保证简易温度计在受热的情况下不溢出，又要保证在受冷时吸管中能够保留一段液柱，反应速度还要快，让学生能够很清楚地看出实验现象。这个选择完善的过程，其实也是教师自身不断学习提升的过程。

3．课堂实录——体现引导者角色，充分让位展现教师高效的指导能力

从课堂的实录分析可以看出，第三轮教学设计具有很强的可行性，课堂上无论从用时分配还是语言引导都充分让位于学生，让学生成为学习的主人，教师成为学习的引导者。充分地体现了教师高效的引导方式，符合课改的精神，通过改变教师的指导方式，从而改变学生的学习方式。

（三）提供同行对比实验实践理论启示

本文进行小学科学对比实验的研究和教学实践可以不断地提升课堂教学效果，完善教学理论，为提高小学科学教师的对比实验教学实践水平提供最直接的参考。

1．综述已有研究，发现研究问题

本文对目前对比实验教学的研究进行综述，从对比实验实践操作、对比实验在教学中的作用、对比实验在小学科学教学中的相关研究等多个角度，整理分析了有关对比实验教学的理论研究现状，阐述了目前的已有研究，发现研究中还存在的问题。

2．进行实践教学，提供实践参考

通过在教学设计实施过程中的经验总结与反思，为一线教师提供了第一手的研究实践启示，从教学设计到课堂落实再到优化完善，从发现问题到问题分析再到解决策略，为教师的教学提供最直接、可操作性的参考，最终促进教师的教学方式和学生学习方式的转变。