什麼是公平實驗？適用於國小自然科的玩具車斜坡實驗

公平實驗是孩子最先學會的真正科學技能之一，也是最容易出錯的技能之一。原理很簡單：只改變一個條件，其他條件都維持不變，然後測量結果。讓玩具車沿斜坡滑下是講解這個方法的經典方式，因為每個孩子都能預測、觀察並測量結果。

這堂課可以在教室地板上用真正的小車和書本進行；如果沒有空間、沒有時間準備，或希望每個小組都能取得清楚的結果以供討論，也可以使用斜坡賽車實驗室。

什麼是公平實驗？

每個公平的測試都有三種變數。用全班都能使用的詞語把它們寫在黑板上：

• 我們改變的東西。 只改變一項，例如斜坡下墊著的書本數量。
• 我們測量的東西。 小車離開斜坡後在地板上滾了多遠。
• 我們保持不變的東西。 同一輛小車、同一個斜坡、同一種表面，而且放手時不推小車。

一個實用的句型：「我們改變了……，測量了……，並保持……不變。」

測試1：斜坡更陡，小車就會滾得更遠嗎？

先請全班預測。接著在同一種表面上，讓小車A和小車B並排比賽，並在兩個斜坡下墊上不同數量的書。每次比賽的結果都會自動新增到結果表中，因此比賽幾次後，全班就能收集到一組完整的資料。

以下是實驗室測量的木質表面上的結果，書本數量從1本到5本，對應不同高度：

這個規律很明顯，幼兒也能用自己的話描述：書本越多，小車走得越遠。年紀較大的學生可以發現，在木質表面上，每增加一本書，小車行駛的距離大約增加相同的長度，約為1.26 m。

測試2：哪種表面能讓小車滾得最遠？

現在保持高度不變，兩輛小車都用3本書墊高，只改變表面。表面材質鋪在斜坡和地面上。每次比較兩種表面，讓全班逐一試完全部五種表面。

表面越光滑，小車滾得越遠。墊3本書時，在毛巾, 砂紙上的小車完全不動。這並不表示實驗出了問題，而是一個值得討論的結果。

為什麼有些小車不會動？

粗糙的表面會向後拉車輪。如果斜坡不夠陡，這股拉力就會比沿坡向下的推力更強，汽車便會停在原地。請全班找出讓汽車在每種表面上開始移動所需的最少書本數量：

• 木材：1本書
• 紙：2本書
• 地毯：3本書
• 毛巾：4本書
• 砂紙：5本書

這是對摩擦力的初步認識，也與日常生活息息相關：為什麼溜滑梯表面很光滑？為什麼要用砂紙防止物體滑動？

測試3：找出不公平的測試

讓汽車A在地毯上載2本書，讓汽車B在木板上載4本書。汽車B輕鬆獲勝，但可以問問大家：這是因為書本數量不同，還是因為表面不同？由於同時改變了兩個條件，誰也無法判斷。讓全班說說哪裡出了問題，以及該如何改進。能夠發現測試不公平的孩子，才算真正理解了這個概念。

記錄結果

一個簡單的三欄表格就足夠了：我們改變了什麼、距離，以及我們觀察到什麼。在真實教室的斜坡上，每次測試的結果都可能不同，因此每項測試都要做三次，並取中間值。實驗室每次都會得出相同的結果，因為它使用的是固定模型；因此，在測量複雜多變的真實情況之前，這裡很適合用來觀察規律。

關於實驗室：斜坡長1公尺，每加一本書，高度就增加5公分。為了方便觀察，圖中顯示的高度是實際高度的三倍。地面長6公尺。

向全班提出的問題

• 我們改變了什麼、測量了什麼，又讓什麼保持不變？
• 為什麼必須讓兩輛車在沒有推動的情況下自行滑下？
• 遊樂場的溜滑梯應該選擇哪種表面？需要阻止物體滑動的斜坡又應該選擇哪種表面？
• 你們預測在地毯上放5本書會發生什麼事？試試看。