小学科学探究中控制变量法的实践探索*

时间：2024-05-09

郑春霞

(福建省漳州市芗城实验小学福建漳州 363000)

控制变量的科学思维是进行科学探究的重要基础，在教学过程中，教师一方面要多为学生创造更多的探究实践机会，另一方面要引导学生加强对控制变量法的认识，领会控制变量的内涵和重要意义，帮助学生形成控制变思维，为科学探究活动的高效开展奠定基础。应充分认识到控制变量法的重要作用，并在教学过程中加强对该方法的应用，充分发挥控制变量法的优势和作用，使其更好的为教学以及学生的发展服务。

1.小学科学探究的含义

科学探究活动是一个循序渐进的过程，无法实现一步到位，只能遵循从简单到复杂的规律逐渐发展。在小学科学教学过程中，应引导学生积极探究，既可以开展全过程探究活动，也可以进行部分探究，探究的过程应包括问题的提出、猜想和假设、实验验证、分析得出结论。在整个探究实践过程中，能够锻炼学生的综合能力，促进学生的全面发展。

2.控制变量法的含义

控制变量法在不同的学科领域有着不同的定义，但总体来讲，控制变量法应是借助已知量来提升估计未知量的准确性的方法。在小学科学探究过程中，会涉及到多变量问题，这便需要借助控制变量法来解决问题，通过控制变量法将多变量转化为单变量，并通过探究最终解决问题，这便是控制变量法。新课标提出小学科学教学应注重培养其探究能力，而树立控制变量意识，合理应用控制变量法则是学生进行科学探究的重要基础。

3.小学科学探究中控制变量法的应用意义

随着我国新时期教育改革的推进，各阶段的教育工作都实现了创新变革，在这样的教育背景下，小学教育工作也要充分掌握课程改革中的动态，并适应社会发展要求，从而更好的应对新课程改革给当前教育工作带来的考验，满足学生教育发展需求，从而培养出新时期发展的人才。然而从小学科学教育科目来看，是小学阶段教学的重要学科，在新时期教育部组织研究中，要求我国当代学生教育的核心素养是培养全面发展的人才，其中就包括科学探究与科学推理，而科学探究也是学生从小培养思维意识和探究能力的关键途径。但变量控制方法的运用，不但可以作为科学探究能力的重要维度，同时也能够为学生的科学探究奠定坚实基础。所以，积极推进小学生变量控制的熟练掌握，对小学生科学探究素养的提升具有重要意义。但是为了强化小学科学探究中控制变量方法的有效运用，我国教育部门也全面推行了教育质量综合评价改革相关文件，重视小学教育工作评价创新，推动小学全面贯彻党的重要教育指示，全面落实素质教育和力的教育重要使命。2020年我国教育部门又一次推行了新时期人才教育的改革方案，全面落实立德树人的教育机制，并且打破传统不科学的教育评价体系，将重点放在了教育评价的方向上，摒弃传统以分数轮评价的教育理念，全面推进现代化教育水平，重视当代学生德智体美劳全面发展。大部分教育学者也对控制变量法的运用进行了深入研究，但是在科学探究中的控制变量研究相对较少，所以，小学科学探究教育中控制变量法的运用研究具有重要的实践意义。

4.国内外研究现状与评述

20世纪30年代以前，教育的测评只讲考试与测验，直到泰勒建立了现代教育评价理论之后，教育评价的概念才开始建立，但并没有得到重视。到了克隆巴赫和布鲁姆时代，评价对教学的诊断功能和回流作用得到重视，评价不仅能衡量销售的学习成果，还能指导教学。再到20世纪80年代，形成性评价的概念演化成形成性考评。目前，国际上影响较大的两个学业成就评价项目是经济合作与发展组织主持的国际学生评价项目和国际教育成就评价协会主持的国际数学和科学教育的再研究，参与的国家和地区超过了40多个，越来越多的国内学者关注和参与研究。

与国外相比，国内现阶段对学生科学学习的评价还很薄弱，系统研究资料很少，相关成果多源自国外；缺乏由专家引领，深入小学科学课堂，指导一线小学科学教师，共同开展科学学习评价的研究。大部分教师对于课程的评价没有一个完整的体系、没有一个合理地标准；此外，受先前评价体系的影响，过于重视科学知识的传授，忽视了科学能力的培养，严重束缚了评价体系的操作弹性。21世纪，学习评价研究随着新课改的全面实施进入了一个全新的阶段。2014年《教育部关于推进中小学教育质量综合评价改革的意见》推进小学教育质量综合评价改革，2020年10月中共中央、国务院印发了《深化新时代教育评价改革总体方案》又强调要抓好新时代教育评价改革总体方案的落实落地，构建符合中国实际、具有世界水平的评价体系。

5.小学科学探究中控制变量法的实践探索

控制变量的能力是科学思维能力的具体体现之一，是科学探究活动的重要组成部分。小学阶段的学生好奇心与求知欲旺盛，正处于易于接受新知识、新方法的阶段，掌握好这一特点，对培养学生科学探究能力具有重要作用。通过学习评价掌握学生能力程度，可以引导学生的学习方向、及时调整学习进度、改进学生的学习方式，引导学生树立控制变量意识，合理应用控制变量法进行科学探究。保证小学科学探究活动的高效开展。

5.1 明确相关变量。明确相关变量是控制变量的前提，只有在明确相关变量的基础上才能实现对变量的控制。明确相关变量也可以看作是找出影响事物的相关因素，并在此基础上明确需要让那些因素变，需要控制那些因素。以“摆的研究实验”为例，通过之前的学习，学生已经能够对影响摆的因素有初步的认识，如认识到摆锤的重量、摆幅的大小以及摆绳的长短等。由于这些因素都会影响到摆的速度，因此会给学生带来一定的困扰，使其无从下手，甚至影响实验的顺利开展。针对这种情况下，教师便可以组织学生先进行讨论，通过讨论来确定需要研究的因素，并将该因素作为“不同的条件”，与此同时，再将其他因素作为“相同的条件”，这样一来便可以为学生的思考指明方向，使其能够有针对的进行探究。比如将摆锤的重量作为研究因素，那么其他条件则需要作为相同条件，即在摆绳长度相同，并且摆幅大小一致的情况下进行研究。通过改变摆锤的重量进行实验，最终明确摆锤的重量对于摆的速度的影响。由此可见，科学探究过程中，首先需要明确相关变量，然后再确定实验变量以及无关变量，这样才能保证探究活动的有效开展，才能有效学习和探究科学。

5.2 合理选择实验材料。实验材料也是影响控制变量的主要因素，因此在控制变量的实践探索过程中，应合理选择实验材料，使材料更具结构性，为科学探究奠定基础，同时也能起到激发学生科学探究积极性的重要作用。以“摆的研究实验”为例，在实验过程中，实验材料会对实验结果产生重要影响。例如，在实验过程中通常都会将钩码或者螺母作为摆锤，而要想增加摆锤的重量，则需要增加钩码或者螺母的数量，而由多个钩码或者螺母组成的摆锤容易发生重心偏移的情况，进而影响实验结果的准确性。再比如，实验过程中不仅摆绳的长度难以准确测量，而且也难以确定摆幅，再加之受铁架不高的影响，导致摆绳的长度不足，在实验过程中容易出现圆锥摆的情况。这些都会严重影响实验的效果，而导致产生这些影响因素的原因则在于实验材料不合理。针对这种情况，需要教师结合实际的而教学需求，合理改进和完善实验材料，保障实验探究活动的顺利开展，同时也为控制变量法的应用奠定基础。比如可以将一个容易分开的空心球作为摆锤，然后通过在空心球中装入不同数量的玻璃球或者塑料球等来调整摆锤的重量。这样一来，可以在调整摆锤重量的同时，确保摆锤外径不变，因此摆锤的中心更加稳定，摆动构成中不易产生重心偏移的问题。只有合理选择实验材料，才能更好的控制变量，进而保障实验探究的效果。

5.3 合理应用实验方法。合理的实验方法是控制变量的重要基础，因此在科学探究过程中，应在保证合理选择实验材料的基础上，使用正确的操作方法，进而更好的控制有关变量。以“影响摆的快慢因素”实验为例，在实验过程中，通常会借助最高点计数法来统计摆的速度，这种方法应用过程中需要学生放开摆锤的同时开始计时，因此容易导致学生手忙脚乱，难以准确计时，并且无法准确控制变量。针对这种情况，便需要合理应用式样方法，可以考虑应用平衡点计数法来替代最高点计数法，即在摆锤最低点做好标记，然后摆锤经过最低点便开始计数，这样一来，可以降低计数的难度，更好的保证计数的准确性。除此之外，在进行对比试验过程中，应适当增大量变程度，最好是成倍增长，这样既便于对比，也能使实验现象更加直观，便于学生进行分析。例如，可以将摆锤的重量确定为4克、8克以及16克等，这样可以使对比数据更加直观，使学生产生更加深刻的印象。

5.4 创新教学方法。控制变量思维的培养，创新教学方法至关重要，只有不断创新教学方法才能带给学生新鲜的体验，使学生对科学探究兴趣更足，并且更加积极主动的应用控制变量法进行探究。往往相同的科学探究活动，教师采用不同的教学方法，所取得的效果也会产生较大的差异。以“流速实验”为例，教师准备洗洁精、水以及油作为实验材料，如果直接开展实验，虽然也能保证实验的顺利开展，同时也能取得一定的成效，但是如果教师创新教学方法，则可以起到意想不到的效果。例如，教师可以创设相应的情境：“我们组织一场短跑比赛，比赛选手是洗洁精、水和油，比一比谁跑得最快。为了保证比赛的公平性，需要同学们制定比赛规则，那么大家想想看，都需要制定哪些规则呢？”然后教师可以先进行演示，起到对学生的引导和提示的作用。如在玻璃上平行滴下一滴洗洁精、水和油。此时学生便会想到应确保三名“选手”的起跑位置处在同一条直线上。再比如，有些学生会想到需要保证三种液体的量一样多，需要保证“跑道”的坡度一致等。在学生思考规则的同时，也是明确不变量与变量的过程，因此能够帮助学生树立控制变量思维，在潜移默化中对学生产生积极影响，使其加深对控制变量的认识和理解。

5.5 针对性的开展科学探究。在小学科学探究中，应结合学生的实际情况，进行针对性的教学。可以将学生分为三个阶段，1-2年级为第一阶段，3-4年级为第二阶段，5-6年级为第三阶段，针对不同阶段的学生，开展与之相适应的科学探究活动。针对第一阶段学生，应借助科学探究培养学生的观察和操作能力，同时激活学生控制变量的思维。针对第二阶段学生，需要通过科学探究活动帮助其加深对控制变量的理解，并认识到控制变量对于科学探究的重要意义，进一步积累控制变量思维活动经验。对于第三阶段学生而言，应通过科学探究形成控制变量思维基本模式，促进学生控制变量思维的进一步发展。为了实现以上教学目标，需要在教学过程中秉持因材施教理念，采取针对性教学措施。以第二阶段学生的教学为例，针对“水到哪里去了”实验教学，教师应注重提醒学生来控制不变的条件，即杯子的形状以及容量一致，杯子中装入的水量相同，杯子所在位置的通风以及光照条件一样。与此同时，还要注重提醒学生关注改变的条件，即一个杯子无盖，一个杯子盖上了密封盖。在实验过程中，通过教师的提醒和引导，能够使学生更加关注不变条件以及改变的条件，进而促使学生形成变量思维。再以第三阶段的教学为例，针对“物体的颜色与吸热”这一实验，在学生探究过程中，教师应给学生更多的自主权，先分析各种实验条件，包括纸的光滑程度、纸的摆放时间、纸的摆放方式、纸的颜色以及纸的摆放地点等。在此基础上让学生结合实验目的，自主确定不变的条件以及改变的条件，然后进行自主实验。通过这种方式，既能彰显学生的主体性，也能促使学生更多的独立思考，并且可以通过自主实验积累更多的控制变量经验，进一步强化其控制变量思维。