试谈中年级自然教学中的对比实验

试谈中年级自然教学中的对比实验

    一、对比实验是探究自然事物变化规律的一种有效的方法
    对比实验是以正确的实验操作和观察的方法为基础，以实验现象为依据，对实验过程中通过人为控制所产 生的两个类似现象之间的差异进行对比分析的一种实验教学过程。组织对比实验的步骤可以分为前后两部分， 前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的活动。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，属于对比实验的个性。
    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。
    义务教育中年级自然教材中有关对比实验的内容比较丰富，主要有：①砂质土、粘质土、壤土性质的对比 实验；②研究水的压力与深度关系的对比实验；③不同电路的对比实验；④溶解快慢的对比实验；⑤研究摆动 快慢的对比实验；⑥不同的太阳能热水器吸收太阳能多少的对比实验；⑦物体从不同高度的斜面上滑下来后滑 行距离不一样的对比实验；等等。
    二、组织对比实验要与儿童智能的发展相符合
    中年级学生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。教师在设计对比实验时要充分考虑到中年级学生的心理 特征，按照儿童的认知规律合理安排实验教学的流程，优化教学过程。
    １．合理安排对比实验的顺序。儿童的思维活动是有序的。组织对比实验要讲究各个不同变化条件的逐一 变化顺序，这有利于学生进行有序地由易到难、由表及里的思维活动。教材对于对比实验开展的顺序通常都作 了较合理的安排。如《摆的秘密》研究摆的摆动快慢的实验，先是在摆的重量、摆线的长短都不改变的前提下 ，研究每次摆动的时间是否相同，然后进一步研究当摆线长短相同，摆线下拴着的物体轻重不同时，在相同的 时间内摆动的次数是否相同，最后再突出改变摆线长短的条件让学生自行进行在不同长短的摆线条件下研究摆 动快慢是否相同的对比实验。从整个实验过程来看，没有第一个实验所获得的知识作为基础，就无法很好地进 行后两个对比实验，而后两个实验安排的顺序也有难易之分。从这个例子可以看出，合理安排实验中各个环节 对于学生的思维发展有着很大关系。
    ２．化繁为简，帮助学生寻找变化的规律。大多数对比实验中的可变化的条件比较多，如果在教学中对实 验的条件不加限制，那么，在实验过程中往往会出现复杂的多种变化的不同现象，这样，常会影响学生寻找其 中变化的规律。这种情况下教师要适当控制实验条件的变化，简化实验过程，排除次要因素的干扰，尽可能让 学生从简化的实验产生的现象中发现某种变化的规律。以《怎样加快溶解》一课中研究物体溶解快慢与哪些因 素有关的实验为例，实验前先规定在几个“同样”的条件下，如一定量的水，冷热相同，一定量且颗粒大小相 同的溶解物（高锰酸钾或食盐），然后让学生分组进行有搅拌和没有搅拌不同条件的实验，观察比较实验过程 所发生的变化及实验后的不同结果，这样学生就比较容易发现一个小结论：搅拌能加快溶解。接下来仍然先规 定在一定量的水，一定量且颗粒大小相同的溶解物，在水的冷热不同的条件下，让学生继续研究溶解快慢有什 么不同，得出又一个小结论：温度高低会影响溶解的快慢。再接着给学生“一定量冷热相同的水，在都不搅拌 的条件下，给你两小堆同样多的同一种溶解物（如碱块或冰糖），想办法使其中一堆的溶解物比另一堆溶解得 更快”的问题，通过学生想办法自行设计实验，探究新的问题，通过具体的对比实验，得出另一个小结论：研 成粉末可以加快溶解。最后归纳综合上述几个实验的小结论，获得“搅拌、加热、研成粉末可以加快溶解”的 新知识。通过这个例子我们可以看到，化繁为简，控制实验条件的变化，有利于寻找出事物变化的规律。同时 ，学生在实验过程中不但知道怎样做，而且更重要的是知道了为什么要这样做实验的道理，这对于培养学生应 用科学的方法自行探究自然事物变化规律的能力大有好处。
    ３．适当增加实验的趣味性。自然实验的内容和形式具有较浓厚的趣味性。对比实验中由于存在着几个可 变化的不同条件，可能会产生实验现象的某些差异，如果在组织对比实验时把要进行对比这种差异的过程以竞 赛的形式表现出来，就更符合学生好胜的心理需求。如《怎样加快溶解》一课，做完三个小实验后再给学生一 种新的溶解物，对实验的条件不加限制，让学生想办法使物体尽快溶解，比一比谁最先使物体全部溶解。这种 组织竞赛活动的方式，有利于学生综合运用所学的知识，同时对学生也很有吸引力。
    ４．对比分析需要差异明显的实验现象。有差异就有对比。然而中年级学生对于一些对比实验中所产生的 现象差异不一定能很快发现。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，如溶解物体实验中的水温差别要大；《摆的秘密》中的摆线长度相差要大。在这种差异明显的 条件下进行实验才有利于学生发现变化的规律。差异明显的实验现象有助于学生进行对比分析。
    ５．在对比实验中要注重语言能力的发展。语言与思维有着密切的关系，语言是思维活动的工具。在对比 实验中可以要求中年级学生具体地描述出实验现象的变化过程和实验中产生不同实验现象的差异，还可以更进 一步地要求学生能具体叙述出产生实验现象差异的原因和经过思维所形成的结论。在对比实验中对学生语言表 达能力的培养，有利于发展学生的逻辑思维。
    三、注重对比实验的教学设计与教学形式的选择
    对比实验的设计也是以实验教学过程最优化为目的的。因此在对比实验的教学前必须根据教材的内容、学 生认知水平和教学设备的条件进行具体设计。
    对比实验一般是探索过程在前（实验与观察），探索结果在后（对比、分析、归纳）。在不同的教学内容 和教学设备条件下，可以有不同的教学形式。对比实验的教学形式主要有以下几类：
    １．按实验的操作者不同可分为演示对比实验、学生分组对比实验和演示实验与分组实验相结合的教学形 式。最后一种教学形式还可以是师生之间分别在不同实验条件下同时或先后进行各自的实验，然后再对比师生 各自实验产生现象中所存在的差异。
    ２．按实验中对质与量分析的具体要求可分为定性对比实验和定量对比实验。定性对比实验主要是研究实 验中某种条件变化与产生现象的因果关系；而定量对比实验主要是通过实验获得具体的数值，然后从测得的数 值与实验条件的关系中寻找变化过程的某种规律。如《摆的秘密》。
    ３．按组织实验过程步骤的不同方式可分为异步对比实验和同步对比实验。异步对比实验是让所有学生实 验小组先统一进行某种实验条件的实验，再统一进行该实验的某个条件发生了变化的操作，然后组织对比前后 两次实验存在的差异。同步对比实验则是把学生的所有实验小组分成两大组，同时进行不同实验条件的实验， 然后组织两大组互相对比实验中产生种种现象之间的所有差异。
    ４．按实验的研究方法又可分为探究性对比实验、验证性对比实验和设计性对比实验。
    探究性对比实验是在教师的引导下，先通过组织实验观察活动，然后对比分析实验中产生现象的某些差异 ，帮助学生自行探究产生这些差异的因果关系，形成某种结论，发现某种规律。这种实验的研究方法对于培养 学生科学的正确的学习方法和实验能力有很大的帮助。
    验证性对比实验是在教师的启发下，用对比实验的方法来验证有关结论、规律。也可以针对学生所提出的 种种猜想或假设通过对比实验予以验证。事实上在自然教学过程中有很大一部分内容是对前人所探索出的结果 予以验证的，通过摸拟重现前人探索的经历，验证某些已有结论，使学生掌握某些探索自然事物的方法。验证 性对比实验在中年级自然教材中也有较丰富的内容，如水的压力变化与深度关系的实验等。
    设计性对比实验是根据实验内容和目的，让学生自己设计和操作。教师可以提示对某种实验条件变化加以 限制，也可以对任何实验条件及变化都不加以限制，让各个实验小组分别自行设计和操作，自行探究实验所产 生不同结果的各自原因，然后再组织各小组进行互相对比，进一步找出产生各自不同差异的原因，得出结论。 设计性对比实验对于培养和发展学生的创造性思维和独立实验能力有着特殊的作用。教师经常组织这类对比实 验，对儿童智能的发展大有裨益。
    总之，要在对比实验教学过程中取得较好的教学效果，就必须根据教材内容、学生认知水平和实验教学设 备等，不拘一格地灵活选择适当的教学形式，善于运用整体教学设计的原理进行对比实验的教学设计，努力使 教学设计过程与科学探究过程实现互相和谐的统一。

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