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引领学生在设计中学习变量控制技能-科学论文 引领学生在设计中学习变量控制技能 司徒敏 变量控制技能是科学探究的一项重要技能，很多实验都需要控制变量，如《种子发芽实验》《改变生态瓶》《运动与摩擦力》等课中的实验。学生在进行变量控制实验时，经常不清楚什么时候要控制变量、控制什么变量、怎样控制。我们让学生在实验前制定计划、讨论完善实验计划的做法并不能很好地触动学生的思维。学生进行变量控制实验时，仍有同时改变几个变量、没有进行对比、没有控制目标变量等情况出现。 纯粹的变量控制实验难以激发学生探究的兴趣，但在真实任务中，当学生需要用变量控制技能解决问题时，就会引起他们对变量控制的关注，激发他们的兴趣，因为不想办法弄清楚怎样进行变量控制实验，就难以找到解决问题的办法。让学生设计制作某一物品就是一个真实任务，怎样在设计中培养学生的变量控制技能？下面以《用橡皮筋作动力》一课为例谈谈我的做法。 一、初步设计识变量 《运动和力》单元的设计思路是研究了各种力后再让学生设计与制作小车。我在教案时对这个思路进行了重新设计：让学生做一辆车，可以用各种动力驱动。再引导学生深入研究重力、拉力、弹力、反冲力、风力，最后改进自己的小车进行比赛。这样的调整遵循了学生的认知发展规律，学生在制作小车时就会想到用各种力驱动小车，有了这个需求，对各种力的学习就可以自然展开了。最后对车的改进是学以致用。 《用橡皮筋作动力》一课就是用这样的思路进行教案的。课前我让学生想办法用橡皮筋驱动自己的小车。在课堂上学生各显神通，不仅展示了如何用橡皮筋驱动小车，还解释了橡皮筋的弹力是怎样产生的。学生最关注的是橡皮筋小车行驶的距离，他们由此展开了讨论： 生：第二组的小车走得好远啊！ 生：这是因为他们的车是用纸盒做的，比较轻，才走得远。 生：与橡皮筋也有关系，我觉得他们用的橡皮筋比较粗。 生：第五组直接用橡皮筋把小车弹出去，我觉得用橡皮筋来弹也能使小车行驶得比较远，只要把橡皮筋拉得更长就可以。 不同的橡皮筋小车，行驶的距离不同，从而引发了问题：第二组的橡皮筋小车为什么能行驶这么远？学生自发进行了讨论——橡皮筋小车能行驶这么远与什么有关？在这个过程中，他们自然而然地就会关注不同橡皮筋小车的设计，是与车身重量有关？还是与橡皮筋的粗细、长度有关？在讨论中，学生识别出了变量，为后面的探究作了很好的铺垫。 如果我们提供给学生统一的小车并用相同的方法驱动，学生就很难关注到多个影响因素，他们的猜测与探究内容也会局限在“橡皮筋绕的圈数与小车行驶距离的关系”上。开放性的设计，给了学生很多思考的空间，因此产生了不同的作品，这些都是很好的学习素材，也是教案的生长点。 二、仔细探究控变量 在学生识别出变量后，我引导他们想办法来验证自己的猜想。先选择比较简单的“橡皮筋拉的长度能否影响小车行驶距离”这个问题作为切入口。根据刚才学生的讨论，我们选择了用橡皮筋弹小车的做法。 师：怎样证明橡皮筋拉得越长，小车行驶越远呢？ 生：把橡皮筋拉不同的长度来弹小车，测量小车的距离。 师：实验做多少次？每次改变什么？不改变什么？ 生：实验做三次，每次改变橡皮筋长度。 生：每次实验用同一辆车和同一条橡皮筋。 师：为什么不能改变这些条件？ 生：这些条件都有可能影响小车行驶的距离。 变量控制实验的难点就在于让学生认识到什么条件不变，什么条件要改变。在课堂上，有些老师往往要像“挤牙膏”那样才能让学生说出改变与不变的条件，但就算讲清楚了，在实验操作时，许多学生仍会同时改变几个条件。究其原因是学生没有很好地识别出变量，他们认为这些条件不会影响实验，并且在实验过程中缺乏思考，只是机械地跟着老师的步骤操作。 由于学生已经识别出了影响小车行驶距离的变量，所以在这个实验中，他们很清楚要保持哪些条件不变，要改变哪个条件，变量控制实验就能很好地展开。 这个实验我让学生用自己的小车进行实验，全班统一使用橡皮筋，每次实验橡皮筋拉的长度也是全班统一的。学生通过比较三次数据，就可以知道橡皮筋拉的长度对小车行驶距离的影响，而通过比较不同组小车行驶的距离，就可以知道小车的轻重对行驶距离有没有影响。这样，就为学生调整自己的小车进行比赛提供了数据支持。 三、不断改进强技能 最后我布置了一个挑战性任务：改进自己的橡皮筋小车，下节课进行小车比赛。很多学生都会尽可能优化所有变量来改进小车，我提醒学生要找出影响小车行驶距离的关键因素，才能使小车行驶的距离有大幅度提高。 师：怎样才能找出影响小车行驶距离的关键因素？ 生：要对每种因素都进行对比实验。 生：把