什么是公平实验？面向小学科学的玩具汽车斜坡实验

公平实验是孩子最先学会的真正科学技能之一，也是最容易做错的技能之一。原理很简单：只改变一个条件，其他条件都保持不变，然后测量结果。让玩具车沿斜坡滑下是讲解这一方法的经典方式，因为每个孩子都能预测、观察并测量结果。

这节课既可以在教室地板上用真正的小车和书本进行，也可以在没有空间、没有时间准备，或希望每个小组都能获得清晰结果以供讨论时，使用斜坡赛车实验室。

什么是公平实验？

每个公平的测试都有三种变量。用全班都能使用的词语把它们写在黑板上：

• 我们改变的东西。 只改变一项，例如斜坡下垫着的书的数量。
• 我们测量的东西。 小车离开斜坡后在地板上滚了多远。
• 我们保持不变的东西。 同一辆小车、同一个斜坡、同一种表面，并且放手时不推小车。

一个实用的句式：“我们改变了……，测量了……，并保持……不变。”

测试1：斜坡更陡，小车就会滚得更远吗？

先请全班预测。然后在同一种表面上，让小车A和小车B并排比赛，并在两个斜坡下垫上不同数量的书。每次比赛的结果都会自动添加到结果表中，因此比赛几次后，全班就能收集到一组完整的数据。

这是实验室测量的木质表面上的结果，书本数量从1本到5本，对应不同高度：

这个规律足够明显，幼儿也能用自己的话描述：书本越多，小车走得越远。年龄较大的学生可以发现，在木质表面上，每增加一本书，小车行驶的距离大约增加相同的长度，约为1.26 m。

测试2：哪种表面能让小车滚得最远？

现在保持高度不变，两辆小车都用3本书垫高，只改变表面。表面材料铺在斜坡和地面上。每次比较两种表面，让全班逐一试完全部五种表面。

表面越光滑，小车滚得越远。垫3本书时，在毛巾, 砂纸上的小车完全不动。这并不意味着实验出了问题，而是一个值得讨论的结果。

为什么有些小车不动？

粗糙的表面会向后拉车轮。如果斜坡不够陡，这股拉力就会比沿坡向下的推力更强，汽车便会停在原地。请全班找出让汽车在每种表面上开始移动所需的最少书本数量：

• 木材：1本书
• 纸：2本书
• 地毯：3本书
• 毛巾：4本书
• 砂纸：5本书

这是对摩擦力的初步认识，也与日常生活息息相关：为什么滑梯表面很光滑？为什么要用砂纸防止物体滑动？

测试3：找出不公平的测试

让汽车A在地毯上载2本书，让汽车B在木板上载4本书。汽车B轻松获胜，但可以问问大家：这是因为书本数量不同，还是因为表面不同？由于同时改变了两个条件，谁也无法判断。让全班说说哪里出了问题，以及该如何改进。能够发现测试不公平的孩子，才算真正理解了这个概念。

记录结果

一个简单的三列表格就够了：我们改变了什么、距离，以及我们观察到了什么。在真实的教室斜坡上，每次测试的结果都可能不同，因此每项测试都要做三次，并取中间值。实验室每次都会得出相同的结果，因为它使用的是固定模型；因此，在测量复杂多变的真实情况之前，这里很适合用来观察规律。

关于实验室：斜坡长1米，每加一本书，高度就增加5厘米。为了便于观察，图中显示的高度是实际高度的三倍。地面长6米。

向全班提出的问题

• 我们改变了什么、测量了什么，又让什么保持不变？
• 为什么必须让两辆小车在没有推动的情况下自行滑下？
• 游乐场的滑梯应该选择哪种表面？需要阻止物体滑动的斜坡又应该选择哪种表面？
• 你们预测在地毯上放5本书会发生什么？试试看。