探究技能:控制变量
【教材分析】
通过前一课《神奇的电磁铁》的初步研究和观察，学生们已经知道通电导线产生磁场，会制作简易的电磁铁。多个因素影响电磁铁磁力，我们如何设计实验研究多因素与电磁铁磁力的关系呢?物理学中对于多因素（多变量）的问题，常采用控制因素(交量)的方法，把多因素的问题变成多个单因素来研究。每一次只改变其中的一个因素（自变量），而控制其余因素（无关变量）相同，从而研究被改变的这个因素（自变量）对事物（因变量）的影响，分别对各个因素加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。学生通过运用控制变量法来设计研究影响电磁铁磁力的实验，教材有两个活动：
1.方法学习：以研究电池数量与电磁铁磁力大小的关系为例，经历完整“确定变量-控制条件--获取数据--得出结论”的实验过程。
2.技能训练：运用控制变量法探究缠绕在铁芯上的导线圈数、铁芯粗细、铁芯长短等与电磁铁磁力的关系。
【学生分析】
知识层面：本节课的教学对象是六年级学生。学生通过前一课对电磁铁有了初步的认识，已经会制作电磁铁，但他们很少在生活中直接观察到电磁铁的内部结构，哪些因素会影响电磁铁磁力还不是很清晰。这一课的重点是设计并运用控制变量法研究影响电磁铁磁力的因素，用实验数据验证自己的假设——电池数量越多，电磁铁磁力越大；电池数量越少，电磁铁磁力越小。控制变量法强调的是对变量的控制，在四、五年级时学生就已经接触过对比实验，对控制变量法有基本的认识。因此，本课指导设计对比实验的重点不是一步一步具体指导，而是在学生自己设计的基础上，引导学生考虑得更周密、更科学、更细致，从而使取得的数据更科学。
能力层面:六年级的学生具有较强的动手能力、设计变量控制实验的能力以及一定的数据分析能力。进入更高阶段的科学学习将在已有的基础上进行更深层次的培训，引导学生经历更为完整的探究过程，比如强调实验前的推测、如何设计实验、实验后的验证，进一步掌握控制变量实验的技能，并学习设计控制变量实验等。
【教学目标】
科学探究目标：
1.经历完整“确定变量——控制条件——获取数据——得出结论”的实验过程。
2.在学生自主设计的基础上，引导学生考虑得更严谨更科学，从而使取得的数据更有说服力。
情感态度与价值观目标：
1.能与小组同学分工合作，并分享交流自己的研究结果。
2.能够以严谨的科学态度作检验假设的实验。
科学知识目标:
1.电磁铁的磁力大小电池数量有关:电池数量越多，电磁铁磁力越大;电池数量越少，电磁铁磁力越小。
2.电磁铁的磁力大小还与线圈粗细、铁芯粗细、铁芯长短等因素有关系。
科学、技术、社会、环境（STSE）目标:
1.能思考生活中更多的电磁现象。
【教学重难点】
教学重点：引导学生注重观察实验中的测量，特别是控制变量、采集数据，验证自己的假设。
教学难点：设计并完善电磁铁磁力大小与电池数量、线圈圈数、铁芯粗细长短的关系的实验。
【教学准备】
学生小组：一本ipad、3节1号电池和电池盒、1根长度2米的绝缘导线、足量大头针、铁芯（9种长短粗细各不同，每种3根）、实验记录表。
【教学亮点】
1.教师提供有结构性的材料让学生自主选择，学生设计研究影响电磁铁磁力大小的因素，自主设计实验方法并实施探究。
2.综合运用现代信息技术（FORCLASS智慧课堂教育服务平台、希沃手机同屏技术、希沃展台）完成本课的实验计划，提高课堂效率。
【教学过程】
一、视频导入
观看电磁铁起重机搬运铁块的视频，让学生说说里面电磁铁的原理。
二、探究影响电磁铁磁力大小的因素
（一）讨论研究方法
对比上节课制作的电磁铁和电磁铁起重机，引导同学们猜测影响电磁铁磁力大小的因素。
学生猜测：电池数量、导线圈数、铁芯粗细、铁芯长短等因素与电磁铁磁力大小有关。
师：这些因素怎样研究？
学生讨论方法：要研究那个因素，就只改变那个因素，其余因素保持不变，观察电磁铁磁力大小的变化。
（二）制定实验计划
小组商量制定研究电池数量、导线圈数、铁芯粗细、铁芯长短其中因素与电磁铁磁力大小的关系，作计划于FORCLASS智慧课堂教育服务平台。
教师通过FORCLASS收集学生小组实验计划。实验前讨论实验中的注意事项：
1.吸大头针针时一次吸完，不来回多次吸取。
2.安全，每次实验后要马上断开电源；数大头针个数时，应断开电源再数。
3.只用铁芯的一端去吸取大头针；
4.每次实验的操作方法也要保持一致；
5.相同实验至少做3次，取平均值。如果遇到差异比较明显的数据，需要重新实验。
（三）小组实验，获取数据
各小组按照制定好的实验方法进行实验。教师巡视，及时询问和指导。
（四）分析数据，得出结论
学生通过分析大家实验获取的数据，得出：
①电池数量越多，电磁铁磁力越大；电池数量越少，电磁铁磁力越小；
②导线圈数越多，电磁铁磁力越大；导线圈数越少，电磁铁磁力越小；
③铁芯越粗，电磁铁磁力越大；铁芯越细，电磁铁磁力越小；
④在导线排列紧密的情况下，铁芯越长，电磁铁磁力越大；铁芯越短，电磁铁磁力越小；
⑤在导线排列疏松的情况下，铁芯越长，电磁铁磁力越大；铁芯越短，电磁铁磁力越小；
⑥电池数量和导线圈数对电磁铁磁力的影响更明显。
课堂生成：导线排列的紧密程度与电磁铁磁力大小有关，引导学生继续设计实验。
学生思考得出：只改变导线排列的紧密程度有关，其余条件不变，观察电磁铁磁力大小的变化。
（五）总结实验方法，引出“控制变量”的概念
请学生思考总结本节课研究所用的实验方法有什么共性。
学生总结：研究什么因素就只改变那个因素，其余条件不变，再看电磁铁磁力大小的变化。
教师结合本课内容介绍：
①变量：没有确定数值的量；如：电池数量、导线圈数、铁芯粗细、铁芯长短、电磁铁磁力大小。
②自变量：实验者主动操纵改变的量。
③因变量：随自变量改变而改变的量；如：电磁铁磁力大小。
④无关变量：影响因变量，但不是实验要研究的量。
引导学生再次总结实验方法：
1.确定一个自变量改变；
2.保持其余无关变量不变；
3.观察因变量的改变。
师再总结：我们把这样的实验方法称为控制变量法，今天探究中所使用的技能叫做：控制变量。（点明主题）
三、课后探究
出示学生实验过程中的现象：电磁铁在断电后还有三四根大头针没有马上掉落，让学生课后继续探究。
四、教师寄语
师：同学们，你们知道在这里最珍贵的变量是什么？学生思考并说出自己的想法。
教师寄语：爱因斯坦说过“知识是有限的”，但老师想告诉同学们：可是我们的思维是无限的。头脑与思维才是我们最珍贵的变量。善于思考才能将思维这个变量无限放大。
【板书设计】
探究技能：控制变量
影响电磁铁磁力大小的因素（变量）：
【实验记录表】
第（ ）小组
电磁铁磁力大小与______________关系的实验记录单
【教学反思】
本节课选自粤教粵科版六年级下册第三单元《能量及其转换》，与我们现任教的教科版科学教材中的《电磁铁的磁力》一课的实验内容相同，但本课重点更着重的是探究技能的学习及训练，故课题区别于其他课题，直指重点，对内容只字不提。
细读教材，教材以比较电磁铁磁力大小作为背景，学生探究影响电磁铁磁力大小的因素。并介绍了研究多因素问题的方法，教材如是写：如果想知道电磁铁磁力大小与什么因素有关，我们就必须一次只检验其中的一个因素，而保持其他条件不变，观察电磁铁磁力的大小是否发生了变化。这个被检验的因素称为“变量”。在确定实验步骤前，我们必须清楚要控制哪些条件，要观察哪个变量，以及变量对实验结果可能造成的影响。然后教材以探究电池个数对电磁铁磁力大小的影响作为方法学习的实验，引导学生经历探究的过程“确定变量——控制条件——获取数据——得出结论”，在此基础上再进行技能训练，运用控制变量法探究导线圈数、铁芯粗细等对电磁铁磁力大小的影响。
设计此课之前，我原本对教材做了不少的处理，比如：让学生重历探究实验的过程：发现问题——提出问题——作出假设——讨论如何设计实验——讨论实验过程注意——小组内细分工——获取数据——分析数据——发现实验过程中的不足——改进再实验——得出结论。一方面整希望整个实验每一步每一个操作都让学生讨论完善，一方面又想保持课堂实验研究的多样化，但实际课堂中，我们发现要完成一个完整的实验至少要10分钟，而这样一个实验还不足以落实本课的知识目标及技能目标，这样每组至少要完成两组完整的实验，这样实验时间至少在15分钟以上，加上实验前的讨论和实验后的分析、再疑问再思考再总结升华，可用时间屈指可算，最终很多的环节最终只能化繁成简。最后简化成如下的处理：
六年级的学生在此课前已经使用过控制变量来研究，通过学生的讨论很轻易就能确定实验方法，并且学生通过前一节课的学习已经会制作简易电磁铁，难点在于学生如何控制整个实验过程中无关变量及操作方法保持一致，所以我让学生确定了实验计划，讨论注意事项就直接开始实验。
教材以电池个数作为方法学习的例子，略微禁锢了学生的想法。学生对于影响电磁铁磁力大小有多种猜想，这些猜想都值得被研究，故教师不统一各组研究的实验，开放结构性材料让学生自主选择来进行研究。最后汇总各组获得的数据，引导学生观察分析。在学生实验过程中，不同组间出现的不同结论及时引导学生讨论，观察操作方法的不同，进一步引发学生对无关变量的思考。
教材提到了变量、控制变量等名词，为了完整学生对控制变量法的认识，教师简单介绍了控制变量法中的有关名词，如：自变量、无关变量和因变量。
在学生实验操作后，教师再让学生去寻找不同实验所使用的实验方法的共性，从而总结出控制变量这种实验方法。
本课在录制前，已经经历过几次推倒性的修改，本人试图活化相对固化的课程，囿于课堂时间有限及个人教学水平，在录像课前还是没能及时把自己的设想以更精彩的形式表现出来，留有的不足与遗憾很多：
1.教师想放手让学生自主研究，不固定任何实验方法甚至是操作方法。教师可以把这些现象罗列出来让学生讨论，甚至是再实验。囿于每次实验时间过长，教师还是有限定地把学生的实验方法圈定了。
2.操作方法中也有很多值得拿出来探讨的细节，如：如何连接两节电池盒、如何填实验表格、可以怎么分工、哪种方法控制电源断开最便捷、导线应该接在哪里，这些细节的思考都旨在锻炼学生观察与解决问题的能力，也是真正能体现科学核心素养的地方，不仅在于知识的传递，更是一种思维的开拓及技能的提升。
3.设计前还想引入“范围”的观念，电磁铁磁力大小确实主要受有无铁芯、电流大小、线圈匝数的影响，但这些影响不是所有情况下都成立。这些因素的影响是有一定的范围，超过了范围就会出现磁饱和的现象。在小学阶段虽然不要求学生能那么早地知道过多，但是我还是很希望小学生能树立“任何事情不一定是绝对的”科学观点，质疑与思辨才能推动科学的发展，希望小学生能通过现阶段可接触的实验去触摸这些科学观。最后因课堂时间有限，就放弃了这个想法。
最后，感谢纸前看到这里的您。希望您能给我一些建议，让我可以继续丰富自己的教学观，修正自己的教学方法，谢谢！
课件9张PPT。探究技能：控制变量粤教粤科版小学科学六年级下册起重机是如何实现搬运？接通电源，产生磁性；
断开电源，磁性消失。电磁铁猜测：影响电磁铁的磁力大小有哪些因素？发现问题研究：电磁铁磁力大小与 的关系
猜测：__________越____，电磁铁磁力越大；
__________越____，电磁铁磁力越小。
实验方法：
①确定________________________________改变，
②控制________________________________不变，
③观察________________________________改变。
电池数量
导线圈数
铁芯长短
铁芯粗细
......与电磁铁磁力大小有关的因素：确定变量控制变量获取数据（变量）自变量无关变量因变量自变量自变量自变量自变量无关变量因变量一个其余断电后，还有几根“调皮”的大头针慢慢才掉落，为什么？课后探究知识有界限 思维无极限 第（ ）小组
电磁铁磁力大小与______________关系的实验记录单
改变的条件
吸大头针的数量（个）
磁力大小
第1次
第2次
第3次
平均数
我们的发现：____________________________________________________
____________________________________________________
第（ ）小组
电磁铁磁力大小与______________关系的实验记录单
改变的条件
吸大头针的数量（个）
磁力大小
第1次
第2次
第3次
平均数
我们的发现：____________________________________________________
____________________________________________________
第（ ）小组
电磁铁磁力大小与______________关系的实验记录单
改变的条件
吸大头针的数量（个）
磁力大小
第1次
第2次
第3次
平均数
我们的发现：____________________________________________________
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