科学实验中的变量控制

湖北省公安县实验小学（434300）谢小毛 刘杰

1变量控制在科学实验中有着重要地位

新的科学课程标准中，要求学生积极主动探求自然事物，形成对世界的科学认识，使其具有良好的科学素养。而实验操作作为学生自主探索自然现象的重要环节，学生开展研究性学习的重要内容，就显得分外重要。随着年龄的增长，学生的实验层次从初步的验证性实验逐步过渡到创造性比较强的探究性实验。实验中变量很多，如何让学生在实验中根据要求选择变量，控制相关变量，使它们相同，只让一组变量不同，就显得尤为重要。即使控制的变量不够全面，产生的结论摸棱两可，甚至是错误的，也可以从正反两个方面帮助学生获得较完整的认识，对学生形成科学的世界观和价值观也是有益的。

2变量控制的困难之处

2.1缺乏控制实验变量的意识

教材中的实验思路，提供的器材以及给出的提示影响着教师的教和学生的学。他们并没有意识到教材中的实验只是实验的一种方法，千篇一律地重复着教材中的实验方案，努力把教材中的实验做完善、做规范，保证不出差错，严重妨碍了学生自主设计实验意识的培养。教师说怎么控制就怎么控制，书上怎么写的就怎么做，完全没有自己的想法。一旦离开了教材，离开了教师，他们就无所适从，甚至连哪些是变量，哪些是影响某种现象的因素都不知道。长期的传统教学禁锢了他们的思维，使他们形成了思维定势，缺乏实验设计中的自主创新意识。

2.2缺乏控制实验变量的能力

很多教师在指导学生研究探究性实验时，先让学生讨论实验方案。以《运动与摩擦力》为例，研究的课题是“摩擦力的大小与什么有关？”引导学生作出猜测，归纳如下：

①与接触面大小有关；②与物体的轻重有关；③与接触面光滑程度有关。然后让学生选择研究哪一个因素，并且讨论要如何控制好其他几个因素，使其他因素相同。学生的实验方案写得很具体，可做实验时，却乱成一团。在研究接触面的大小时，学生用了一块面积比较大的木块和一块面积比较小的木块进行实验，可他们却忽略了这样做改变了物体的重量；在研究接触面光滑程度时，一个接触面光滑，一个接触面粗糙，可他们又没有保证两个木块同样的重量和同样面积的接触面。这不能说学生实验不认真，也不是考虑得不周到（方案已经设计得很详细），而是他们缺乏控制变量的能力，训练太少了，仅仅是纸上谈兵。

3引导学生控制实验变量

3.1作好实验之前的假设

案例：《我们的小缆车》中对小车滑行距离的远近与什么有关的假设。

生1：可能与斜面的光滑程度有关，斜面越光滑小车滑得越远，相反越粗糙滑得越近。

生2：可能与小车的重量有关，小车越重，滑出去的距离越远。

生3：可能与风向有关。如果顶着风，小车滑出去的距离就近；如果是顺风，小车滑出去的距离就远。

生4：可能与坡度有关，坡度越大，小车滑得越远。

生5：可能与小车的外型有关，流线型的车子滑出去的距离远。

生6：可能与小车在斜面上的摆放位置有关，放得越高，小车滑得越远。

师：大家假设得都很有道理，那我们该怎样改变这些条件呢？

此案例中学生的假设非常多，也非常具体，不仅假设出小车滑行距离与什么有关（对条件的猜测），而且还说出到底有怎样的关系（对结果的猜测）。笔者认为这样的假设不仅提出了实验需要改变的6个变量：光滑程度、小车重量、风向、坡度、小车外型、摆放位置等，而且指明了改变这些变量可能出现的结果，为后面如何选择变量并且有效地控制变量打下了基础。

3.2重视实验设计方案的完善

案例：电磁铁的磁力的研究。

当教师创设情境引导学生提出了“电磁铁的磁力与哪些因素有关”的问题后，学生提出了一种假设：线圈圈数多，磁力大；线圈圈数少，磁力小。教师提出：“你们能设计实验证明吗？”

生1：我们准备3个实验组，第1组的线圈圈数为70圈，第2组的线圈圈数为100圈，第3组的线圈圈数为140圈，然后比较它们吸大头针的数量。

生2：我认为线圈缠绕的铁钉要大小相同、粗细相同。

生3：几组实验电池的电量要一样多。

生4：不要长时间接通电磁铁，以免电池耗电太多。

生5：大头针的大小和重量要一致。

生6：缠绕的电线粗细要相同。

师：谁来小结一下，我们该怎样做这个实验才比较科学完善。

生：准备3个实验组，准备相同的电池、电线、铁钉和大头针进行实验。第1组的线圈圈数为70圈，第2组的线圈圈数为100圈，第3组的线圈圈数为140圈，然后比较它们吸大头针的数量。

师：在这个实验中，哪些条件是相同的，哪些是不同的？

生：电池是相同的，缠绕的铁钉是相同的，大头针是相同的，电线的粗细是相同的，只有线圈圈数是不同的。

从上述案例可以看出，学生最初的方案漏洞比较多，在教师引导下，放手让学生自主评价，确定了哪些是该实验需要控制的变量，明确了哪个是自变量，使实验方案逐步趋于完善。正是在此过程中，学生对自己或他人的方案进行了比较深入的反思，展开了积极的讨论，使他们明白了怎样有效地控制变量，从而保证了实验的成功。

3.3循序渐进降低难度

对学生提出的各种假设，课堂上不可能一一验证的，因此许多教师都采取了这样的方法：每小组选择自己最感兴趣或者最值得研究的假设进行实验。这样不仅节约了时间，而且体现了学生为主体的理念，发展了学生的个性。但对于水平不高，能力不强，处于初级阶段的学生来说，可以降低点难度，多花些时间，循序渐进地培养学生的能力。

收稿日期：2014-02-26