初、高中化學知識教學銜接問題之“控制變量問題”對比分析

曹飛+毛思哲

摘要：雖然初中和高中化學課本中都沒有出現控制變量這一名詞，但是都滲透了控制變量的思想，中考和高考也都有控制變量的試題，而且初中和高中對控制變量的教學要求和考試要求有差別，弄清這種差別有利于更好地開展教學工作。

關鍵詞：化學；控制變量；課程標準

文章編號：1008-0546（2014）07-0011-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.004

作為高中化學教師，不只是要認真鉆研高中化學教材，還應該關注初中化學教材。我校化學組2012年申請了課題《旨在完全中學初、高中化學知識銜接的校本課程開發的實踐研究》，系統研究高中化學知識銜接問題。在課題研究工作中，我們整理并對比研究了初、高中化學知識，列舉了一些高中老師在教學中應該注意的問題，在這些問題中，我認為初三化學教學中的控制變量的運用的教學尤其應該引起高中化學教師的重視。

控制變量法最初是在初中物理課本中出現的，初中物理對控制變量法有這樣的描述[1]：“對于多因素（多變量）的問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題。每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。”

控制變量這一名詞雖然在初、高中化學課本上都沒有出現，但是由于其在科學探究中的價值，使得這一方法在歷史上各個版本的中學化學課本中都有體現或運用，而新課程改革后，化學教學從強調知識的掌握轉向也強調方法的運用、能力的培養，所以近年來的新教材中，滲透了這一方法的內容明顯比以往的教材更多。

先看初中課程標準相關的要求[2]：初步形成基本的化學實驗技能，能設計和完成一些簡單的化學實驗……初步認識實驗方案設計、實驗條件控制、數據處理等、認識科學探究的意義和基本過程，能提出問題，進行初步的探究活動。

再看教材上體現控制變量思想的內容。比如人教版初三課本下冊第八單元“金屬的防護”中的活動與探究[3]：

現有潔凈無銹的鐵釘、試管、經煮沸迅速冷卻的蒸餾水、植物油、棉花和干燥劑氯化鈣。試設計實驗以證明鐵制品銹蝕的條件。

再如人教版初三課本下冊第八單元“金屬活動性順序”的活動與探究[4]：

在試管里放入量小塊鎂，加入5mL稀鹽酸，用燃著的小木條放在試管口，觀察現象，并判斷反應生成了什么氣體。

參照上述實驗步驟分別在放有兩小塊鋅、鐵或銅的試管中加入稀鹽酸，觀察現象，比較反應的劇烈程度……

這兩處內容體現初中教材中對控制變量方法的典型運用，除此之外，初中教材在探究物質燃燒的條件、比較金屬活動性、影響固體物質溶解速度的因素等內容時，都滲透有關原理的運用。

在中考試題中，也有控制變量思想的考察，以安徽省中考試題為例，2012年安徽省中考化學試題第15題的加分題就考查了學生對實驗方案的評價能力及控制變量的思想：

實驗室常用加熱氯酸鉀與二氧化錳混合物的方法制取氧氣，寫出反應的化學方程式： 。

小芳發現，氯酸鉀與氧化銅混合加熱，也能較快產生氧氣，于是進行如下探究：

[提出猜想]除MnO2、CuO外，Fe2O3也可以作為KClO3分解的催化劑。

[完成實驗]按下表進行實驗：并測定分解溫度（分解溫度越低，催化效果越好）。

[分析數據、得出結論]（1）由實驗 與實驗④對比，證明猜想合理。

（2）實驗所用的三種金屬氧化物，催化效果最好的是 。

[反思]（1）若要證明Fe2O3是該反應的催化劑，還要驗證它在化學反應前后的質量和 不變。

（2）同種催化劑，顆粒大小可能影響催化效果，請設計實驗方案進行驗證 。

（3）同種催化劑，還有哪些因素可能影響催化效果，請你再探究（探究一種因素即可）。（注意：若答對本小題獎勵4分，化學試卷總分不超過60分。）

。

在《2013年安徽省初中畢業學業考試綱要》中，還以這道題為例對控制變量方法的考察做出具體說明[5]：“根據對照實驗要求只有一個變量，其他條件都相同進行分析回答，以及分解時所需溫度越低的，催化效果越好進行分析……”

從課程標準、更多的課本上的相關內容以及中考試題以及考試大綱上可以看出初中對控制變量思想是有體現和要求的，但是其要求是比較簡單、粗放的，大部分情況下，學生只需要初步認識到控制變量思想在實驗中的運用，部分涉及到實驗方案設計的內容也比較簡單，對于需要控制的變量，課本也給予一定的限定。涉及到控制變量思想的考題也基本上以定性實驗為主，對質量、濃度等實驗條件的控制沒有嚴格數據上的要求，對實驗結果，也多以描述性結論為主。

那么，高中化學教學中，涉及到控制變量思想的教學要求和內容又是怎樣的呢？

首先看高中中課程標準對實驗方面的要求[6]：獲得有關化學實驗的基礎知識和基本技能，學習實驗研究的方法，能設計并完成一些化學實驗。

以魯科版化學教材為例，魯科版高中化學2中的“化學反應的快慢”的活動探究中要求學生設計實驗方案，這里就要利用控制變量的方法[7]：

請你設計并實施實驗，解決下列問題：化學反應速率與哪些因素有關？這些因素對化學反應速率會產生怎樣的影響？

實驗方案……

魯科版高中化學選修課關于化學反應速率的交流研討也體現了控制變量的思想[8]：

在298K時，實驗測得溶液中反應：H2O2+2HI [?]2H2O+I2，在不同濃度時的化學反應速率如表2-3-1所示：

1. 請找出化學反應速率與H2O2濃度及HI濃度之間的關系，并嘗試寫出數學表達式。

2.請針對“化學反應速率與反應物濃度的關系”談談自己的看法。

這兩個例子是高中課本上滲透控制變量思想的典型，第一個例子要求學生能運用控制變量思想設計實驗方案，第二個例子則運用控制變量思想來分析已有的數據找出規律。

其他的如高中化學課本中的元素性質遞變規律的教學內容、氯氣漂白性的教學、化學平衡的教學內容……等等，無一不體現了控制變量的方法。

近年來高考也注重考學生對控制變量的方法的運用，例如2010年的安徽省高考試題理綜28題：

某研究性學習小組在網上收集到如下信息：

Fe（NO3）3溶液可以蝕刻銀，制作美麗的銀飾。他們對蝕刻銀的原因進行了如下探究：

[實驗]制備銀鏡，并與Fe（NO3）3溶液反應，發現銀鏡溶解。

（1）下列有關制備銀鏡過程的說法正確的是 。

a.邊振蕩盛有2%的AgNO3溶液的試管，邊滴入2%的氨水。至最初的沉淀恰好溶解為止

b.將幾滴銀氨溶液滴入2 mL乙醛中

c.制備銀鏡時，用酒精燈的外焰給試管底部加熱

d.銀氨溶液具有較弱的氧化性

e.在銀氨溶液配制過程中，溶液的pH增大

[提出假設]

假設1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假設2：Fe（NO3）3溶液顯酸性，在此酸性條件下NO3-能氧化Ag。

[設計實驗方案，驗證假設]

（2）甲同學從上述實驗的生成物中檢驗出Fe3+，驗證了假設1成立。請寫出Fe3+氧化Ag的離子方程式： 。

（3）乙同學設計實驗驗證假設2，請幫他完成下表中內容（提示：NO3-在不同條件下的還原產物較復雜，有時難以觀察到氣體產生）。

[思考與交流]

（4）甲同學驗證了假設1成立，若乙同學驗證了假設2也成立。則丙同學由此得出結論：Fe（NO3）3溶液中的Fe3+和NO3-都氧化了Ag。

你是否同意丙同學的結論，并簡述理由： 。

《2013年普通高等學校招生全國統一考試安徽卷考試說明》中，更以這道題為例對控制變量得考察要求作了具體說明[9]：“考察考生運用相關的化學反應原理……以及控制變量思想設計實驗的能力。”

分析更多的實例可以看出不論是課本，還是考試說明，都對控制變量思想的運用都有明確體現。而且，我們通過以上的幾個例子還可以看出，高中化學課本對于控制變量的思想的運用比初中更靈活多樣，考試要求比初中高，學生應該既要能夠運用控制變量思想分析問題，也要具備運用控制變量思想設計實驗的能力，能比較全面考慮反應中的各項條件如溫度、濃度等。

因此，初高中對于控制變量的思想都有涉及，但是教學要求有所不同，由于初、高中化學教學研究的脫節，造成一些高中老師對初中化學教學中對控制變量方法的教學要求及教學情況沒有充分了解，因此在處理高中課本相關知識時，可能會出現偏差：要么是對相關知識的講解不到位，一帶而過；要么會浪費寶貴的時間，重復學習初中已經學習過的知識。而如果高中教師了解了初中化學教學中對控制變量方法的教學情況，那么，在教學中對相關知識的處理上會更準確、更靈活，效率更高、效果會更好。

參考文獻

[1] 人民教育出版社課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心編.義務教育教科書物理八年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012： 51

[2] 中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012

[3] 人民教育出版社課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心編.義務教育教科書化學九年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012：17

[4] 人民教育出版社課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心編.義務教育教科書化學九年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012：10

[5] 安徽省教育科學研究所.2013年安徽省初中畢業學業考試綱要[M].合肥：合肥工業大學出版社，2013

[6] 中華人民共和國教育部.高中化學課程標準[S].北京：人民教育出版社，2003

[7] 王磊.普通高中課程標準實驗教科書化學2（必修）[M].濟南：山東科技出版社，2011

[8] 王磊.普通高中課程標準實驗教科書化學反應原理（選修）[M].濟南：山東科技出版社，2011

[9] 安徽省教育招生考試院、安徽省教育科學研究院編.2013年普通高等學校招生全國統一考試安徽卷考試說明（理科·課程標準實驗版）[M].合肥：黃山書社，2013.1

2.請針對“化學反應速率與反應物濃度的關系”談談自己的看法。

這兩個例子是高中課本上滲透控制變量思想的典型，第一個例子要求學生能運用控制變量思想設計實驗方案，第二個例子則運用控制變量思想來分析已有的數據找出規律。

其他的如高中化學課本中的元素性質遞變規律的教學內容、氯氣漂白性的教學、化學平衡的教學內容……等等，無一不體現了控制變量的方法。

近年來高考也注重考學生對控制變量的方法的運用，例如2010年的安徽省高考試題理綜28題：

某研究性學習小組在網上收集到如下信息：

Fe（NO3）3溶液可以蝕刻銀，制作美麗的銀飾。他們對蝕刻銀的原因進行了如下探究：

[實驗]制備銀鏡，并與Fe（NO3）3溶液反應，發現銀鏡溶解。

（1）下列有關制備銀鏡過程的說法正確的是 。

a.邊振蕩盛有2%的AgNO3溶液的試管，邊滴入2%的氨水。至最初的沉淀恰好溶解為止

b.將幾滴銀氨溶液滴入2 mL乙醛中

c.制備銀鏡時，用酒精燈的外焰給試管底部加熱

d.銀氨溶液具有較弱的氧化性

e.在銀氨溶液配制過程中，溶液的pH增大

[提出假設]

假設1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假設2：Fe（NO3）3溶液顯酸性，在此酸性條件下NO3-能氧化Ag。

[設計實驗方案，驗證假設]

（2）甲同學從上述實驗的生成物中檢驗出Fe3+，驗證了假設1成立。請寫出Fe3+氧化Ag的離子方程式： 。

（3）乙同學設計實驗驗證假設2，請幫他完成下表中內容（提示：NO3-在不同條件下的還原產物較復雜，有時難以觀察到氣體產生）。

[思考與交流]

（4）甲同學驗證了假設1成立，若乙同學驗證了假設2也成立。則丙同學由此得出結論：Fe（NO3）3溶液中的Fe3+和NO3-都氧化了Ag。

你是否同意丙同學的結論，并簡述理由： 。

《2013年普通高等學校招生全國統一考試安徽卷考試說明》中，更以這道題為例對控制變量得考察要求作了具體說明[9]：“考察考生運用相關的化學反應原理……以及控制變量思想設計實驗的能力。”

分析更多的實例可以看出不論是課本，還是考試說明，都對控制變量思想的運用都有明確體現。而且，我們通過以上的幾個例子還可以看出，高中化學課本對于控制變量的思想的運用比初中更靈活多樣，考試要求比初中高，學生應該既要能夠運用控制變量思想分析問題，也要具備運用控制變量思想設計實驗的能力，能比較全面考慮反應中的各項條件如溫度、濃度等。

因此，初高中對于控制變量的思想都有涉及，但是教學要求有所不同，由于初、高中化學教學研究的脫節，造成一些高中老師對初中化學教學中對控制變量方法的教學要求及教學情況沒有充分了解，因此在處理高中課本相關知識時，可能會出現偏差：要么是對相關知識的講解不到位，一帶而過；要么會浪費寶貴的時間，重復學習初中已經學習過的知識。而如果高中教師了解了初中化學教學中對控制變量方法的教學情況，那么，在教學中對相關知識的處理上會更準確、更靈活，效率更高、效果會更好。

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[3] 人民教育出版社課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心編.義務教育教科書化學九年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012：17

[4] 人民教育出版社課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心編.義務教育教科書化學九年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012：10

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[8] 王磊.普通高中課程標準實驗教科書化學反應原理（選修）[M].濟南：山東科技出版社，2011

[9] 安徽省教育招生考試院、安徽省教育科學研究院編.2013年普通高等學校招生全國統一考試安徽卷考試說明（理科·課程標準實驗版）[M].合肥：黃山書社，2013.1

2.請針對“化學反應速率與反應物濃度的關系”談談自己的看法。

這兩個例子是高中課本上滲透控制變量思想的典型，第一個例子要求學生能運用控制變量思想設計實驗方案，第二個例子則運用控制變量思想來分析已有的數據找出規律。

其他的如高中化學課本中的元素性質遞變規律的教學內容、氯氣漂白性的教學、化學平衡的教學內容……等等，無一不體現了控制變量的方法。

近年來高考也注重考學生對控制變量的方法的運用，例如2010年的安徽省高考試題理綜28題：

某研究性學習小組在網上收集到如下信息：

Fe（NO3）3溶液可以蝕刻銀，制作美麗的銀飾。他們對蝕刻銀的原因進行了如下探究：

[實驗]制備銀鏡，并與Fe（NO3）3溶液反應，發現銀鏡溶解。

（1）下列有關制備銀鏡過程的說法正確的是 。

a.邊振蕩盛有2%的AgNO3溶液的試管，邊滴入2%的氨水。至最初的沉淀恰好溶解為止

b.將幾滴銀氨溶液滴入2 mL乙醛中

c.制備銀鏡時，用酒精燈的外焰給試管底部加熱

d.銀氨溶液具有較弱的氧化性

e.在銀氨溶液配制過程中，溶液的pH增大

[提出假設]

假設1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假設2：Fe（NO3）3溶液顯酸性，在此酸性條件下NO3-能氧化Ag。

[設計實驗方案，驗證假設]

（2）甲同學從上述實驗的生成物中檢驗出Fe3+，驗證了假設1成立。請寫出Fe3+氧化Ag的離子方程式： 。

（3）乙同學設計實驗驗證假設2，請幫他完成下表中內容（提示：NO3-在不同條件下的還原產物較復雜，有時難以觀察到氣體產生）。

[思考與交流]

（4）甲同學驗證了假設1成立，若乙同學驗證了假設2也成立。則丙同學由此得出結論：Fe（NO3）3溶液中的Fe3+和NO3-都氧化了Ag。

你是否同意丙同學的結論，并簡述理由： 。

《2013年普通高等學校招生全國統一考試安徽卷考試說明》中，更以這道題為例對控制變量得考察要求作了具體說明[9]：“考察考生運用相關的化學反應原理……以及控制變量思想設計實驗的能力。”

分析更多的實例可以看出不論是課本，還是考試說明，都對控制變量思想的運用都有明確體現。而且，我們通過以上的幾個例子還可以看出，高中化學課本對于控制變量的思想的運用比初中更靈活多樣，考試要求比初中高，學生應該既要能夠運用控制變量思想分析問題，也要具備運用控制變量思想設計實驗的能力，能比較全面考慮反應中的各項條件如溫度、濃度等。

因此，初高中對于控制變量的思想都有涉及，但是教學要求有所不同，由于初、高中化學教學研究的脫節，造成一些高中老師對初中化學教學中對控制變量方法的教學要求及教學情況沒有充分了解，因此在處理高中課本相關知識時，可能會出現偏差：要么是對相關知識的講解不到位，一帶而過；要么會浪費寶貴的時間，重復學習初中已經學習過的知識。而如果高中教師了解了初中化學教學中對控制變量方法的教學情況，那么，在教學中對相關知識的處理上會更準確、更靈活，效率更高、效果會更好。

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[4] 人民教育出版社課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心編.義務教育教科書化學九年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012：10

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[7] 王磊.普通高中課程標準實驗教科書化學2（必修）[M].濟南：山東科技出版社，2011

[8] 王磊.普通高中課程標準實驗教科書化學反應原理（選修）[M].濟南：山東科技出版社，2011

[9] 安徽省教育招生考試院、安徽省教育科學研究院編.2013年普通高等學校招生全國統一考試安徽卷考試說明（理科·課程標準實驗版）[M].合肥：黃山書社，2013.1