小學(xué)科學(xué)探究中控制變量法的實(shí)踐探索*

鄭春霞

(福建省漳州市薌城實(shí)驗(yàn)小學(xué) 福建 漳州 363000)

控制變量的科學(xué)思維是進(jìn)行科學(xué)探究的重要基礎(chǔ)，在教學(xué)過(guò)程中，教師一方面要多為學(xué)生創(chuàng)造更多的探究實(shí)踐機(jī)會(huì)，另一方面要引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)控制變量法的認(rèn)識(shí)，領(lǐng)會(huì)控制變量的內(nèi)涵和重要意義，幫助學(xué)生形成控制變思維，為科學(xué)探究活動(dòng)的高效開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到控制變量法的重要作用，并在教學(xué)過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)該方法的應(yīng)用，充分發(fā)揮控制變量法的優(yōu)勢(shì)和作用，使其更好的為教學(xué)以及學(xué)生的發(fā)展服務(wù)。

1.小學(xué)科學(xué)探究的含義

科學(xué)探究活動(dòng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，無(wú)法實(shí)現(xiàn)一步到位，只能遵循從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的規(guī)律逐漸發(fā)展。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極探究，既可以開(kāi)展全過(guò)程探究活動(dòng)，也可以進(jìn)行部分探究，探究的過(guò)程應(yīng)包括問(wèn)題的提出、猜想和假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、分析得出結(jié)論。在整個(gè)探究實(shí)踐過(guò)程中，能夠鍛煉學(xué)生的綜合能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

2.控制變量法的含義

控制變量法在不同的學(xué)科領(lǐng)域有著不同的定義，但總體來(lái)講，控制變量法應(yīng)是借助已知量來(lái)提升估計(jì)未知量的準(zhǔn)確性的方法。在小學(xué)科學(xué)探究過(guò)程中，會(huì)涉及到多變量問(wèn)題，這便需要借助控制變量法來(lái)解決問(wèn)題，通過(guò)控制變量法將多變量轉(zhuǎn)化為單變量，并通過(guò)探究最終解決問(wèn)題，這便是控制變量法。新課標(biāo)提出小學(xué)科學(xué)教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)其探究能力，而樹(shù)立控制變量意識(shí)，合理應(yīng)用控制變量法則是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的重要基礎(chǔ)。

3.小學(xué)科學(xué)探究中控制變量法的應(yīng)用意義

隨著我國(guó)新時(shí)期教育改革的推進(jìn)，各階段的教育工作都實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新變革，在這樣的教育背景下，小學(xué)教育工作也要充分掌握課程改革中的動(dòng)態(tài)，并適應(yīng)社會(huì)發(fā)展要求，從而更好的應(yīng)對(duì)新課程改革給當(dāng)前教育工作帶來(lái)的考驗(yàn)，滿(mǎn)足學(xué)生教育發(fā)展需求，從而培養(yǎng)出新時(shí)期發(fā)展的人才。然而從小學(xué)科學(xué)教育科目來(lái)看，是小學(xué)階段教學(xué)的重要學(xué)科，在新時(shí)期教育部組織研究中，要求我國(guó)當(dāng)代學(xué)生教育的核心素養(yǎng)是培養(yǎng)全面發(fā)展的人才，其中就包括科學(xué)探究與科學(xué)推理，而科學(xué)探究也是學(xué)生從小培養(yǎng)思維意識(shí)和探究能力的關(guān)鍵途徑。但變量控制方法的運(yùn)用，不但可以作為科學(xué)探究能力的重要維度，同時(shí)也能夠?yàn)閷W(xué)生的科學(xué)探究奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。所以，積極推進(jìn)小學(xué)生變量控制的熟練掌握，對(duì)小學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的提升具有重要意義。但是為了強(qiáng)化小學(xué)科學(xué)探究中控制變量方法的有效運(yùn)用，我國(guó)教育部門(mén)也全面推行了教育質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)改革相關(guān)文件，重視小學(xué)教育工作評(píng)價(jià)創(chuàng)新，推動(dòng)小學(xué)全面貫徹黨的重要教育指示，全面落實(shí)素質(zhì)教育和力的教育重要使命。2020年我國(guó)教育部門(mén)又一次推行了新時(shí)期人才教育的改革方案，全面落實(shí)立德樹(shù)人的教育機(jī)制，并且打破傳統(tǒng)不科學(xué)的教育評(píng)價(jià)體系，將重點(diǎn)放在了教育評(píng)價(jià)的方向上，摒棄傳統(tǒng)以分?jǐn)?shù)輪評(píng)價(jià)的教育理念，全面推進(jìn)現(xiàn)代化教育水平，重視當(dāng)代學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展。大部分教育學(xué)者也對(duì)控制變量法的運(yùn)用進(jìn)行了深入研究，但是在科學(xué)探究中的控制變量研究相對(duì)較少，所以，小學(xué)科學(xué)探究教育中控制變量法的運(yùn)用研究具有重要的實(shí)踐意義。

4.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與評(píng)述

20世紀(jì)30年代以前，教育的測(cè)評(píng)只講考試與測(cè)驗(yàn)，直到泰勒建立了現(xiàn)代教育評(píng)價(jià)理論之后，教育評(píng)價(jià)的概念才開(kāi)始建立，但并沒(méi)有得到重視。到了克隆巴赫和布魯姆時(shí)代，評(píng)價(jià)對(duì)教學(xué)的診斷功能和回流作用得到重視，評(píng)價(jià)不僅能衡量銷(xiāo)售的學(xué)習(xí)成果，還能指導(dǎo)教學(xué)。再到20世紀(jì)80年代，形成性評(píng)價(jià)的概念演化成形成性考評(píng)。目前，國(guó)際上影響較大的兩個(gè)學(xué)業(yè)成就評(píng)價(jià)項(xiàng)目是經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織主持的國(guó)際學(xué)生評(píng)價(jià)項(xiàng)目和國(guó)際教育成就評(píng)價(jià)協(xié)會(huì)主持的國(guó)際數(shù)學(xué)和科學(xué)教育的再研究，參與的國(guó)家和地區(qū)超過(guò)了40多個(gè)，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)注和參與研究。

與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段對(duì)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)還很薄弱，系統(tǒng)研究資料很少，相關(guān)成果多源自國(guó)外；缺乏由專(zhuān)家引領(lǐng)，深入小學(xué)科學(xué)課堂，指導(dǎo)一線小學(xué)科學(xué)教師，共同開(kāi)展科學(xué)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的研究。大部分教師對(duì)于課程的評(píng)價(jià)沒(méi)有一個(gè)完整的體系、沒(méi)有一個(gè)合理地標(biāo)準(zhǔn)；此外，受先前評(píng)價(jià)體系的影響，過(guò)于重視科學(xué)知識(shí)的傳授，忽視了科學(xué)能力的培養(yǎng)，嚴(yán)重束縛了評(píng)價(jià)體系的操作彈性。21世紀(jì)，學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)研究隨著新課改的全面實(shí)施進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。2014年《教育部關(guān)于推進(jìn)中小學(xué)教育質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)改革的意見(jiàn)》推進(jìn)小學(xué)教育質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)改革，2020年10月中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》又強(qiáng)調(diào)要抓好新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案的落實(shí)落地，構(gòu)建符合中國(guó)實(shí)際、具有世界水平的評(píng)價(jià)體系。

5.小學(xué)科學(xué)探究中控制變量法的實(shí)踐探索

控制變量的能力是科學(xué)思維能力的具體體現(xiàn)之一，是科學(xué)探究活動(dòng)的重要組成部分。小學(xué)階段的學(xué)生好奇心與求知欲旺盛，正處于易于接受新知識(shí)、新方法的階段，掌握好這一特點(diǎn)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力具有重要作用。通過(guò)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)掌握學(xué)生能力程度，可以引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)方向、及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度、改進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立控制變量意識(shí)，合理應(yīng)用控制變量法進(jìn)行科學(xué)探究。保證小學(xué)科學(xué)探究活動(dòng)的高效開(kāi)展。

5.1 明確相關(guān)變量。明確相關(guān)變量是控制變量的前提，只有在明確相關(guān)變量的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)對(duì)變量的控制。明確相關(guān)變量也可以看作是找出影響事物的相關(guān)因素，并在此基礎(chǔ)上明確需要讓那些因素變，需要控制那些因素。以“擺的研究實(shí)驗(yàn)”為例，通過(guò)之前的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)能夠?qū)τ绊憯[的因素有初步的認(rèn)識(shí)，如認(rèn)識(shí)到擺錘的重量、擺幅的大小以及擺繩的長(zhǎng)短等。由于這些因素都會(huì)影響到擺的速度，因此會(huì)給學(xué)生帶來(lái)一定的困擾，使其無(wú)從下手，甚至影響實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展。針對(duì)這種情況下，教師便可以組織學(xué)生先進(jìn)行討論，通過(guò)討論來(lái)確定需要研究的因素，并將該因素作為“不同的條件”，與此同時(shí)，再將其他因素作為“相同的條件”，這樣一來(lái)便可以為學(xué)生的思考指明方向，使其能夠有針對(duì)的進(jìn)行探究。比如將擺錘的重量作為研究因素，那么其他條件則需要作為相同條件，即在擺繩長(zhǎng)度相同，并且擺幅大小一致的情況下進(jìn)行研究。通過(guò)改變擺錘的重量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終明確擺錘的重量對(duì)于擺的速度的影響。由此可見(jiàn)，科學(xué)探究過(guò)程中，首先需要明確相關(guān)變量，然后再確定實(shí)驗(yàn)變量以及無(wú)關(guān)變量，這樣才能保證探究活動(dòng)的有效開(kāi)展，才能有效學(xué)習(xí)和探究科學(xué)。

5.2 合理選擇實(shí)驗(yàn)材料。實(shí)驗(yàn)材料也是影響控制變量的主要因素，因此在控制變量的實(shí)踐探索過(guò)程中，應(yīng)合理選擇實(shí)驗(yàn)材料，使材料更具結(jié)構(gòu)性，為科學(xué)探究奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也能起到激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究積極性的重要作用。以“擺的研究實(shí)驗(yàn)”為例，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)材料會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生重要影響。例如，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通常都會(huì)將鉤碼或者螺母作為擺錘，而要想增加擺錘的重量，則需要增加鉤碼或者螺母的數(shù)量，而由多個(gè)鉤碼或者螺母組成的擺錘容易發(fā)生重心偏移的情況，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。再比如，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不僅擺繩的長(zhǎng)度難以準(zhǔn)確測(cè)量，而且也難以確定擺幅，再加之受鐵架不高的影響，導(dǎo)致擺繩的長(zhǎng)度不足，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)圓錐擺的情況。這些都會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)的效果，而導(dǎo)致產(chǎn)生這些影響因素的原因則在于實(shí)驗(yàn)材料不合理。針對(duì)這種情況，需要教師結(jié)合實(shí)際的而教學(xué)需求，合理改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)材料，保障實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的順利開(kāi)展，同時(shí)也為控制變量法的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。比如可以將一個(gè)容易分開(kāi)的空心球作為擺錘，然后通過(guò)在空心球中裝入不同數(shù)量的玻璃球或者塑料球等來(lái)調(diào)整擺錘的重量。這樣一來(lái)，可以在調(diào)整擺錘重量的同時(shí)，確保擺錘外徑不變，因此擺錘的中心更加穩(wěn)定，擺動(dòng)構(gòu)成中不易產(chǎn)生重心偏移的問(wèn)題。只有合理選擇實(shí)驗(yàn)材料，才能更好的控制變量，進(jìn)而保障實(shí)驗(yàn)探究的效果。

5.3 合理應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方法。合理的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量的重要基礎(chǔ)，因此在科學(xué)探究過(guò)程中，應(yīng)在保證合理選擇實(shí)驗(yàn)材料的基礎(chǔ)上，使用正確的操作方法，進(jìn)而更好的控制有關(guān)變量。以“影響擺的快慢因素”實(shí)驗(yàn)為例，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通常會(huì)借助最高點(diǎn)計(jì)數(shù)法來(lái)統(tǒng)計(jì)擺的速度，這種方法應(yīng)用過(guò)程中需要學(xué)生放開(kāi)擺錘的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，因此容易導(dǎo)致學(xué)生手忙腳亂，難以準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，并且無(wú)法準(zhǔn)確控制變量。針對(duì)這種情況，便需要合理應(yīng)用式樣方法，可以考慮應(yīng)用平衡點(diǎn)計(jì)數(shù)法來(lái)替代最高點(diǎn)計(jì)數(shù)法，即在擺錘最低點(diǎn)做好標(biāo)記，然后擺錘經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)便開(kāi)始計(jì)數(shù)，這樣一來(lái)，可以降低計(jì)數(shù)的難度，更好的保證計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。除此之外，在進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)適當(dāng)增大量變程度，最好是成倍增長(zhǎng)，這樣既便于對(duì)比，也能使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀，便于學(xué)生進(jìn)行分析。例如，可以將擺錘的重量確定為4克、8克以及16克等，這樣可以使對(duì)比數(shù)據(jù)更加直觀，使學(xué)生產(chǎn)生更加深刻的印象。

5.4 創(chuàng)新教學(xué)方法。控制變量思維的培養(yǎng)，創(chuàng)新教學(xué)方法至關(guān)重要，只有不斷創(chuàng)新教學(xué)方法才能帶給學(xué)生新鮮的體驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)科學(xué)探究興趣更足，并且更加積極主動(dòng)的應(yīng)用控制變量法進(jìn)行探究。往往相同的科學(xué)探究活動(dòng)，教師采用不同的教學(xué)方法，所取得的效果也會(huì)產(chǎn)生較大的差異。以“流速實(shí)驗(yàn)”為例，教師準(zhǔn)備洗潔精、水以及油作為實(shí)驗(yàn)材料，如果直接開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，雖然也能保證實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展，同時(shí)也能取得一定的成效，但是如果教師創(chuàng)新教學(xué)方法，則可以起到意想不到的效果。例如，教師可以創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的情境：“我們組織一場(chǎng)短跑比賽，比賽選手是洗潔精、水和油，比一比誰(shuí)跑得最快。為了保證比賽的公平性，需要同學(xué)們制定比賽規(guī)則，那么大家想想看，都需要制定哪些規(guī)則呢？”然后教師可以先進(jìn)行演示，起到對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)和提示的作用。如在玻璃上平行滴下一滴洗潔精、水和油。此時(shí)學(xué)生便會(huì)想到應(yīng)確保三名“選手”的起跑位置處在同一條直線上。再比如，有些學(xué)生會(huì)想到需要保證三種液體的量一樣多，需要保證“跑道”的坡度一致等。在學(xué)生思考規(guī)則的同時(shí)，也是明確不變量與變量的過(guò)程，因此能夠幫助學(xué)生樹(shù)立控制變量思維，在潛移默化中對(duì)學(xué)生產(chǎn)生積極影響，使其加深對(duì)控制變量的認(rèn)識(shí)和理解。

5.5 針對(duì)性的開(kāi)展科學(xué)探究。在小學(xué)科學(xué)探究中，應(yīng)結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)。可以將學(xué)生分為三個(gè)階段，1-2年級(jí)為第一階段，3-4年級(jí)為第二階段，5-6年級(jí)為第三階段，針對(duì)不同階段的學(xué)生，開(kāi)展與之相適應(yīng)的科學(xué)探究活動(dòng)。針對(duì)第一階段學(xué)生，應(yīng)借助科學(xué)探究培養(yǎng)學(xué)生的觀察和操作能力，同時(shí)激活學(xué)生控制變量的思維。針對(duì)第二階段學(xué)生，需要通過(guò)科學(xué)探究活動(dòng)幫助其加深對(duì)控制變量的理解，并認(rèn)識(shí)到控制變量對(duì)于科學(xué)探究的重要意義，進(jìn)一步積累控制變量思維活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于第三階段學(xué)生而言，應(yīng)通過(guò)科學(xué)探究形成控制變量思維基本模式，促進(jìn)學(xué)生控制變量思維的進(jìn)一步發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)以上教學(xué)目標(biāo)，需要在教學(xué)過(guò)程中秉持因材施教理念，采取針對(duì)性教學(xué)措施。以第二階段學(xué)生的教學(xué)為例，針對(duì)“水到哪里去了”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師應(yīng)注重提醒學(xué)生來(lái)控制不變的條件，即杯子的形狀以及容量一致，杯子中裝入的水量相同，杯子所在位置的通風(fēng)以及光照條件一樣。與此同時(shí)，還要注重提醒學(xué)生關(guān)注改變的條件，即一個(gè)杯子無(wú)蓋，一個(gè)杯子蓋上了密封蓋。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)教師的提醒和引導(dǎo)，能夠使學(xué)生更加關(guān)注不變條件以及改變的條件，進(jìn)而促使學(xué)生形成變量思維。再以第三階段的教學(xué)為例，針對(duì)“物體的顏色與吸熱”這一實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生探究過(guò)程中，教師應(yīng)給學(xué)生更多的自主權(quán)，先分析各種實(shí)驗(yàn)條件，包括紙的光滑程度、紙的擺放時(shí)間、紙的擺放方式、紙的顏色以及紙的擺放地點(diǎn)等。在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康模灾鞔_定不變的條件以及改變的條件，然后進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這種方式，既能彰顯學(xué)生的主體性，也能促使學(xué)生更多的獨(dú)立思考，并且可以通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)積累更多的控制變量經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步強(qiáng)化其控制變量思維。

結(jié)束語(yǔ)

控制變量是重要的科學(xué)探究方法，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過(guò)程中，教師一方面要多為學(xué)生創(chuàng)造探究的機(jī)會(huì)和條件，另一方面則要注重引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立控制變量意識(shí)，形成控制變量思維，為學(xué)生的順利探究奠定基礎(chǔ)。