控制變量法在小學(xué)科學(xué)課堂中的應(yīng)用

彭能波

摘要：控制變量法是科學(xué)探究中的重要思想方法，在小學(xué)科學(xué)課中，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生利用控制變量法設(shè)計探究實驗，有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)?！缎W(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》要求小學(xué)科學(xué)從五年級開始，學(xué)生應(yīng)初步具備控制變量的意識，并能設(shè)計單一變量的實驗方案。

關(guān)鍵詞：控制變量法;小學(xué)科學(xué);擺的研究

控制變量法的應(yīng)用范圍很廣，無論是小學(xué)科學(xué)還是中學(xué)生物、物理、化學(xué)等學(xué)科都會在實驗當(dāng)中運用這種方式來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。在小學(xué)科學(xué)教材中沒有出現(xiàn)“變量”這個詞。出現(xiàn)的只是“相同（不變）的條件”和“不同（改變）的條件”。無關(guān)變量就是要控制統(tǒng)一的變量，即為實驗中“相同的條件”，確定變量就是分清對比實驗中“相同的條件”和“不同的條件”。

明確相關(guān)變量

控制變量首先要明確哪些是變量，也就是盡可能地找到影響事物的所有因素，進(jìn)而找到控制了誰，讓誰變化。

“擺的研究”一課的實驗中，在前一課的實驗基礎(chǔ)上，學(xué)生對于影響擺的快慢的因素一般會做出如下猜測：擺幅大小、擺繩長短、擺錘重量等，面對諸多因素，學(xué)生無從下手，這時，需要教師引導(dǎo)進(jìn)行全班討論，先確定一個要研究的因素，作為“不同的條件”，則其它因素都作為“相同的條件”。如確定“擺幅大小”作為研究的因素，那么不同的、改變的條件（實驗變量）就是擺幅大小。其他因素如擺繩長短、擺錘重量、實驗裝置、人員操作的方法等諸多因素就作為實驗中要保持不變的“相同條件”，即無關(guān)變量。不同的條件需要改變，相同的條件需要不變，這兩種變量都需要控制。分清了實驗中實驗變量和無關(guān)變量，才能有效學(xué)習(xí)科學(xué)課。

精選實驗材料

蘭本達(dá)教授曾提出：“材料引起經(jīng)歷，材料促成思維?！弊尣牧细呓Y(jié)構(gòu)性，是探究活動得以開展的重要保證，也是學(xué)生積極參與探究活動的前提，對實現(xiàn)有效探究與概念的雙螺旋發(fā)展具有重要作用。在對比實驗中，精選最好、最合適的材料，可以保障實驗的“公平”。

《擺的研究》是教科版五年級（下冊）“時間”單元中的教學(xué)內(nèi)容，原教材的材料很簡單，教學(xué)中出現(xiàn)了不少問題：①用鐵夾夾住細(xì)繩或?qū)⒓?xì)繩打結(jié)，懸點都不會完全固定，擺動時不夠平穩(wěn)，幾次擺動之后，擺動方向明顯改變;②用螺母或鉤碼做擺錘，用增加螺母或鉤碼的個數(shù)來改變擺錘重量，重心容易改變，導(dǎo)致誤差變大;③實驗室的鐵架臺都不是很高，導(dǎo)致擺繩太短，很容易就出現(xiàn)圓錐擺;④擺幅與擺繩長度不好確定，使實驗產(chǎn)生偏差。以上四點，都將導(dǎo)致實驗中變量不能有效控制，影響實驗效果。因此，筆者在實際教學(xué)中，對實驗材料做了如下改進(jìn)：將細(xì)繩穿過裝置頂端橫桿的細(xì)孔，末端用夾子夾住，這樣懸點就比較固定了，松開夾子，調(diào)整繩長比較方便;將擺錘改成一個容易分合的空心球，球中裝入不同質(zhì)量的珠子來改變輕重（空心為4克、塑料球為8克、玻璃球為16克），擺錘外徑不變，重心穩(wěn)定;增加支架高度到80cm，隨著長度的增加，單擺更加穩(wěn)定，誤差更小;設(shè)計3個寬度為5cm的弧形標(biāo)尺，正面標(biāo)上角度，方便確定擺幅;并將它們分別固定在離懸點25cm、50cm、75cm的位置上，繩長也就容易確定，變量得到有效控制。通過以上幾個方面的改進(jìn)，本實驗中的變量得到有效控制，實驗效果顯著提升。

實驗方法得當(dāng)

一套好的材料能成就一節(jié)好課，但是，再好的材料也需要實驗者掌握正確的操作技巧，使用正確的操作方法，這樣才能控制有關(guān)的變量，才能保證學(xué)生公平地操作。

以往，在進(jìn)行“影響擺的快慢因素”實驗中，計數(shù)時通常采用“最高點計數(shù)法”，即學(xué)生放手開始計時，來回計數(shù)1次。在實際操作中，這種計數(shù)法往往讓學(xué)生手忙腳亂，極易出錯。筆者改用“平衡點計數(shù)法”，在支架正下方擺錘經(jīng)過的最低點固定一個紅色標(biāo)志，規(guī)定過標(biāo)志就計數(shù)，具體分工如下：A同學(xué)計數(shù)，數(shù)3、2、1、0、1、2……;B同學(xué)計時，A數(shù)到0時開始計時，10秒停止計數(shù);C同學(xué)記錄;D同學(xué)監(jiān)督。這樣做，可以避免多記或少記，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

教材中對實驗條件的要求只是一個籠統(tǒng)的界定，沒有一個具體確切的數(shù)字。這讓學(xué)生對變量的控制造成不必要的影響。在對比實驗中，實驗變量是以不同量變的形式改變的，控制實驗變量時應(yīng)讓量變程度盡量大些，最好是成倍增加，即當(dāng)次實驗變量的變化是上一次實驗變化的2倍。在實際教學(xué)中，筆者將實驗中涉及到的因素都給出了明確的數(shù)量：擺錘的輕重固定為4克、8克、16克;擺繩的長短固定為20cm、40cm、60cm;擺幅大小固定為2°、5°、10°（單擺在擺角小于5°<現(xiàn)在一般認(rèn)為是小于10°>的條件下振動時，可近似認(rèn)為是簡諧運動）。有了明確的數(shù)量，實驗現(xiàn)象就會更直觀、更明顯，而且精確的數(shù)據(jù)可以幫助學(xué)生建立起正確的科學(xué)概念。

新課標(biāo)指出：以學(xué)生發(fā)展為本?？刂谱兞糠ㄔ诮虒W(xué)中的滲透，既可以鍛煉學(xué)生收集信息的能力，也可以培養(yǎng)學(xué)生的解決問題能力和創(chuàng)新能力。所以，在教學(xué)中，應(yīng)該充分發(fā)揮控制變量法的優(yōu)點與功能，為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)形成打下堅實的基礎(chǔ)，為教學(xué)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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[2]陸永勝.學(xué)會在對比實驗中控制變量[J]. 科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2012（09）.

（作者單位：福建省古田縣第一小學(xué)）