|第三节|对比实验课

对比实验,指设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究各种因素与实验对象的关系,它是运用比较的方法来揭示事物的性质和变化规律的一种实验方法。对比实验的方法是进行单因素比较。要进行单因素比较,则必须设法控制其他可能有影响的诸多因素,尽量使这些因素完全相同。这是对比实验的基本要求,也是对比实验过程中自始至终要遵循的重要原则。

在对有差异的同实验组两个实验进行对比分析时,要注重引导学生对实验条件的不同进行对比,对实验过程所发生的不同现象进行对比,以及对不同的实验结果进行对比。要让学生知道对比什么,怎样比,对比的结果与实验过程条件的变化存在着哪些因果关系。

组织对比实验的步骤可以分为前后两部分,前一部分主要是组织学生进行实验的操作和对实验现象进行细致观察。这一步骤具有实验教学的共性,侧重于培养学生实验和观察的技能。后一部分是学生运用对比分析的方法逐渐深入地发现实验现象差异以及这种差异中所包含的事物变化的某种规律,从而学到新的知识。后一部分侧重于培养思维能力和学生获取新知识的过程。

案例1——摆的研究
【案例背景】本课通过对摆的研究,了解摆的运动规律,知道摆的快慢与摆绳的长短有关系,而与摆重和摆角无关。在学习本课之前,学生只了解生活中有些物体的运动是摆动,如钟摆、秋千、摇篮、拳击沙袋等。在本课的研究过程中,学生将自己动手制作简单的摆,在玩摆时发现不同摆的区别,讨论交流所发现的问题,进而制订研究方案,逐步展开科学探究活动。

【案例描述】

教学环节一:根据前期数据,激发学生假设

师:请大家拿起手中的摆和钩码,看看在10秒钟内,你们的摆都能摆动多少次?

(教师把各组的结果写在黑板上)

师:看到这些结果,你们有什么想法?

生:我想摆的快慢肯定跟摆下面钩码的重量有关。

师:说说你的根据。

生:我发现我们小组的摆下面的钩码是铁的,旁边小组的钩码是橡胶的,我们的一定比他们的重。所以两个组的摆,摆动的快慢不同。

教学环节二:紧扣关键问题,引导学生设计

师:说一说,你们小组是怎样设计的?

生:我们小组准备研究摆的快慢与摆重的关系,假设摆越重,摆动得越快。在这个实验中,保持不变的是摆长和摆角,需要改变的是摆重。

师:怎样改变摆重?

生:我们分别用1个、2个、3个钩码做摆重。

(教师把钩码串联起来,钩码变长)

生:这样不行。摆重虽然改变了,但是加上钩码,摆长也变长了,而摆长应该是保持不变的。

师:那怎样做既可以增加摆重,又不改变摆长呢?

生:(讨论如何增加摆重)

师:真是人多力量大,这个实验设计还有需要改进的地方吗?一个小小的错误,就可能导致整个实验的失败。所以,在设计时一定要认真。

(学生纷纷检查、讨论,然后师生一起评价。)

教学环节三:交流实验发现,帮助学生总结

师:哪个小组先说说,你们实验的结果如何?

(学生交流摆动角度与摆动速度发生变化时的现象)

师:还有哪个小组做这个实验了?

(学生补充交流)

生:我们小组的假设对了!

师:你们假设的是什么?

(学生交流摆长长,摆动慢;摆长短,摆动慢的现象。)

生:我们的结果和他们的一样,但是,我们的假设错了,我们假设的是摆越长,摆得越快。我们只对了一半。

师:假设错了,不代表你们的实验就错了,能够通过实验验证一个说法是对或错,就是一次成功的科学探究。

师:通过今天的实验,你们发现了摆的什么规律?

生:摆的快慢只与摆长有关,与摆重和摆角都无关。

(来自于教科版《科学》五年级下册教材)

案例2——研究摩擦力
【案例背景】摩擦力的大小与材料的粗糙程度和接触面间的压力有关,学生有一定生活经验,比如结了冰的路面与结冰之前的路面光滑程度不一样。不过,对于大部分学生而言,他们并没有真正地去关注和思考过摩擦现象。因此,“什么因素影响摩擦力的大小”是学生的未知领域。整个教学过程以学生的探究为核心,将科学探究的思想和方法“由扶到放”地落到实处,激发学生爱科学、学科学的兴趣,使他们乐于合作,善于交流,以促进学生科学素养的形成。

【案例描述】

教学环节一:游戏导入,认识摩擦力

师:同学们,今天上课前,老师先给大家表演个小魔术,这个魔术的名字叫“魔戒”。

(教师演示金属环在橡皮筋上从低处向高处上升)

师:大家看,把金属环挂在筷子上,它就下滑了。不过,在橡皮筋上它没有下滑,就是因为有摩擦力。

教学环节二:简单操作,感受摩擦力

师:大家思考一下,我们生活中有哪些摩擦现象呢?

生:(举例)

师:手的感知是很灵敏的,现在大家就用手在桌面上搓一搓、试一试。

生:(尝试并交流,感受摩擦力)

师:大家看,我在木板上拉动这个小木块,小木块受到摩擦力了吗?

师:拉动这个物体,摩擦就发生了。(播放PPT:物体滑动的示意图)请问摩擦力发生在哪个部位?

生:发生在两个物体的接触面上。

师:那摩擦力的方向朝向哪里呢?

(教师举例说明,若与拉力方向相同,木块会越跑越快,而实际操作是稳定的匀速移动。之后教师出示摩擦力的定义,学生阅读)

教学环节三:对比实验,研究摩擦力

师:摩擦力也是一种力,大家知道,力不仅有方向,还有大小。我们今天就来研究一下摩擦力的大小。大家猜想一下,物体受到的摩擦力的大小可能会和什么因素有关呢?

生:(提出各种猜想)

师:刚才大家提出了多种猜想,现在我们就先来研究一下,看是不是与材料有关。老师提供了这些材料(出示图片),你认为哪一种材料对小木块的摩擦力最大?

生:桌面、毛巾。

师:研究摩擦力时,除了这些,我们还要用到实验室里的仪器,怎么使用这些工具与材料呢?

生:(依次上台领取材料和工作单,开始实验)

教师巡视指导,提醒学生要利用控制变量法来完成实验。

师:哪个小组先来汇报一下?

生:我们组的实验结论是毛巾的摩擦力最大,桌面的摩擦力最小。

师:哪些小组与他们的结论相同?

生:我们的结论是泡沫板产生的摩擦力最大,桌面产生的摩擦力最小。

师:同学们,现在出现了两种实验结论,哪种是准确的呢?

生:大多数小组的结论和我们小组的一样,我们的应该是正确的。

师:我们有十个组,每个组的材料都是相同的,而且每种材料做了三次实验,也就是说,我们进行了三十次重复实验。我们先暂时接受大多数小组的结论。这一组同学,请过一会儿再重新做实验来检验一下。

师:桌面、泡沫板与毛巾,大家觉得它们三者有什么区别?

生:毛巾最粗糙,桌面最光滑。

师:看来材料越粗糙,产生的摩擦力越大。除了刚才的实验结论,对于小木块受到的摩擦力大小,还有其他可能的影响因素吗?

生:老师,我们组发现,在桌面上也可以产生很大的摩擦力。

师:你们怎么会有这样的发现?

生:如果改变小木块的重量,就是加上不同的钩码,摩擦力的大小就不一样了,钩码越多,产生的摩擦力越大,有时候比在毛巾上的还大。

师:也就是说,如果选择好一种材料并且保持不变,在上面拉动小木块,改变放在上面的钩码的数量,摩擦力大小就会不同。其他小组有没有这样的发现?

师:面对这个新发现,我们可以用实验来验证一下他们组的说法。不过,你们应该怎么处理小木块呢?

生:每次拉动不同重量的小木块。

师:改变重量可以通过放不同数量的钩码来实现。那么材料怎么选择呢?

生:确定好一种材料后,不再更换,每次我们只改变小木块的重量。

师:对,这就是我们一直强调的实验公平性,要确保只改变一个条件。

案例3——溶解实验
【案例背景】在之前的学习中,学生会注意到溶解的快慢问题,想到是什么因素影响了溶解的快慢。搅拌是学生比较容易想到的方法,因为前面几课的实验中多次使用了这一方法,他们在生活中也有这样的经验,这是本课学习的基础。本课从“搅拌对溶解的影响”这个对比实验入手,到学生自行设计“怎样加快溶解”的实验,指导学生运用对比实验的方法,探究影响物质溶解快慢的主要因素。

【案例描述】

教学环节一:创设情境,引入问题

师:老师倒了一杯冷的纯净水,放入了一颗水果糖,想请同学帮我试试够不够甜。(请一位学生试喝。预设:不甜或没有味道)水中放入了糖,怎么会不甜呢?请大家帮老师想想办法,让我能较快地喝到糖水。

生:(交流各种方法)

教师板书:搅拌、加热(热水)、捣碎……

师:同学们想出了这么多办法,真是令老师佩服。你们的这些办法是不是真的有效呢?这节课我们就来研究这个问题:溶解的快与慢。(板书课题)

教学环节二:由扶到放,实验探究
1.以搅拌实验为例,探讨实验方法

(来自于教科版《科学》四年级上册教材)

师:我们都知道猜想是科学发展的前提,我们已经迈出了非常重要的一步,但是,这些猜想是正确的吗?现在,我们就来当一回小小科学家,亲自验证。我们先来验证第一个猜想:搅拌能加快物质的溶解。老师为大家准备了食盐,你准备用什么样的实验来验证“搅拌能加快溶解”?大家思考一下。(引出对比实验)

(师生共同讨论相同条件和不同条件。相同的条件:水量相同、盐量相同、温度相同、同时放盐、观察时间相同;不同的条件:一杯搅拌、一杯不搅拌)

师:这个实验我们已经设计好了,小科学家们,按照我们刚才的实验方案严格控制条件,开始小组实验,并完成实验记录单。

(学生实验,教师巡视)

得出结论:搅拌能加快食盐的溶解。

2.分别探究“加热能否加快溶解”与“捣碎能否加快溶解”的实验

(分组进行,1~6组探究“热水能否加快物质溶解”,溶解物质是食盐;7~12组探究“捣碎能否加快物质的溶解”,溶解物质是方糖)

师:在实验前,老师还是想请同学们设计一下,你们准备怎么来验证猜想,以及你们要完成的相同条件和不同条件,把它们填写在实验记录单二中。

(学生汇报记录结果,教师进一步完善)

师:大家注意到没有,我们填的两张记录单中,不同条件有几个?

生:一个。

师:因为如果不同的条件多了,我们就不知道这个溶解的快与慢究竟是哪个条件引起的,对不对?所以做实验的过程中要严格控制实验的条件。

(学生实验,教师巡视)

生:(得出结论——加热能加快物质的溶解;捣碎能加快物质的溶解)

师:我们的实验都完成得非常好,我们通过三个实验,证明搅拌、加热、捣碎都能加快物质的溶解。我们做的是什么实验?

生:对比实验。

师:在实验中我们找出了相同条件和不同条件,而且对比实验的不同条件只有一个。

教学环节三:实际应用,回归生活

师:大家做实验这么认真,老师奖励每人吃一颗水果糖。但先思考一下:怎样吃糖,可以让它溶解得更快呢?

生:(讨论游戏方案——同时放入嘴中,每组不同成员用不同的方法吃糖并记录)

师:下面分组进行吃糖游戏,请大家做好记录。

生:(汇报游戏结果,谈谈感受)

案例评析
上述三个案例都属于典型的对比实验,引导学生亲身经历通过控制单个变量进行对比实验的过程。在“摆的研究”过程中,学生要研究的因素至少有三个,但是教师紧扣住“摆锤重量与摆动速度”这一个因素,引导学生思考对比实验中的不同条件和相同条件,以及控制变量的具体方法。在学生思考、讨论、交流的过程中,所有学生对对比实验了然于心。

在“研究摩擦力”的过程中,由于五年级的学生对于对比实验已经相当熟悉,所以教师一开始没有讨论对比实验的变量问题,而是直接让学生从感兴趣的问题入手进行研究。在做“溶解实验”时,考虑到这是学生真正意义上首次运用对比实验来进行研究,教师从“搅拌”这个因素开始引导,对实验中需要控制的变量一一进行讨论,在后面另外两个因素的研究中,教师也要求学生先设计,再交流,最后实验。这样由扶到放的过程,使学生真正学会用对比实验的方法开展科学实践活动。

教师在对比实验课型的教学活动中,要灵活选择适当的教学形式,实现教学设计过程与科学探究过程的和谐统一,同时还要考虑学生的认知规律,循序渐进教学,使学生在学习对比实验的同时各方面的能力都得到发展。教师需要注意以下几点:

1.关注对比实验顺序的安排
儿童的思维活动是有序的,他们在学习新知识时需要经历由浅入深、从易到难、由具体的感知到能运用语言描述在大脑形成的表象,再由具体的表象到抽象和概括的思维活动过程。教师在组织对比实验时要充分考虑学生的这一思维特征,按照学生的认知规律,合理安排对比实验。
2.关注对比实验现象要具有明显差异
有差异才有对比。大多数对比实验中可变化的条件比较多,但是为了帮助学生尽快发现对比实验中的某种差异,教师应创设能产生较明显差异现象的实验条件,在差异明显的条件下进行对比分析,有利于学生发现事物变化的规律。
3.关注对比实验材料的选择
教师在选择实验材料进行对比实验时,要选择具有典型性的、有结构的材料,以避免在实验过程中出现复杂的多种变化现象。简化实验过程,排除次要因素的干扰,尽可能让学生从简化的实验现象中发现某种变化的规律。