“控制變量法”在初中化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用

張英

【內(nèi)容摘要】作為一種必要的科學(xué)研究方法，控制變量法在各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都發(fā)揮著不可忽視的作用。其中，對(duì)于初中化學(xué)教學(xué)而言，控制變量法主要應(yīng)用于探究性實(shí)驗(yàn)中，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。為了充分發(fā)揮控制變量法的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，提高學(xué)生對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)能力，本文結(jié)合相關(guān)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)，以控制變量法的思想為核心，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程。

【關(guān)鍵詞】控制變量法初中化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)

化學(xué)作為一門自然學(xué)科，蘊(yùn)含著豐富的與物質(zhì)世界相關(guān)的知識(shí)，涉及物理和化學(xué)兩種變化形式，與人們的日常生活有著密不可分的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，探究實(shí)驗(yàn)作為其中的重要組成部分，彰顯了化學(xué)學(xué)科發(fā)展的魅力。初中生首次接觸化學(xué)，在學(xué)習(xí)上存在一定難度，復(fù)雜抽象的化學(xué)概念、多變的化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等，會(huì)打壓學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。隨著新課程改革的深入實(shí)施，化學(xué)教學(xué)不再只關(guān)注學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和技能的掌握，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)舉一反三以及利用知識(shí)解決問(wèn)題的能力，以實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。由此可見(jiàn)，初中化學(xué)教學(xué)中教師要注重運(yùn)用探究性實(shí)驗(yàn)滲透“控制變量法”，讓學(xué)生掌握更多科學(xué)研究的思想和方法，促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展。

一、實(shí)驗(yàn)方法的綜合概述

實(shí)驗(yàn)方法屬于人為控制的一種有目的性的操作，是暴露實(shí)驗(yàn)特性的一種方法，它是實(shí)驗(yàn)操作的核心。由此可以看出，實(shí)驗(yàn)方法更有利于解揭示自然事物的本質(zhì)，并具有以下三大特點(diǎn)。

其一，主動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)方法的實(shí)踐是實(shí)驗(yàn)者主動(dòng)探索的過(guò)程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究的順利實(shí)施。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是不可預(yù)測(cè)的，借助實(shí)驗(yàn)儀器可以將一些無(wú)法直接觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀化展現(xiàn)，或用模擬手段重現(xiàn)瞬間即逝或緩慢的現(xiàn)象等，這些都體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)者的主動(dòng)性

其二，目的性。該特性是實(shí)驗(yàn)探究的一大特點(diǎn)，學(xué)生在探究時(shí)需要先對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出假設(shè)，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法的核心理念進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，選擇針對(duì)性操作方式，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究的順利實(shí)施，達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)效果。

其三，精確性。該特性主要涉及兩方面，一方面儀器選擇要精準(zhǔn)，另一方面對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理要精準(zhǔn)，提高實(shí)驗(yàn)精確性。

二、控制變量法的相關(guān)概念分析

控制變量法在物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用比較普遍。一般應(yīng)用到控制變量法的實(shí)驗(yàn)包含課中因素，通過(guò)利用該方法將多因素問(wèn)題變?yōu)閱我蛩貑?wèn)題，逐個(gè)研究單一因素對(duì)事物的影響，再綜合得出問(wèn)題解決的辦法?？刂谱兞糠ㄖ猩婕暗蕉鄠€(gè)因子，具體如下：

自變量：該變量是探究影響實(shí)驗(yàn)效果的控制性變量，通過(guò)控制不同的自變量，使因變量發(fā)生改變，一般情況下，自變量改變時(shí)，因變量也會(huì)發(fā)生改變，這是控制變量法中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。

因變量：實(shí)驗(yàn)探究中被動(dòng)變化的量，主要受自變量的影響，通過(guò)探究不同的因變量，更加全面的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象。

無(wú)關(guān)變量：指除了自變量和因變量以外其它影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變量。對(duì)無(wú)關(guān)變量的控制能夠使實(shí)驗(yàn)探究更具科學(xué)性，提高說(shuō)服力。

對(duì)照組：指沒(méi)有經(jīng)過(guò)人為處理的自然狀態(tài)或條件下產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)組：指通過(guò)改變自變量或無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一組實(shí)驗(yàn)。

三、控制變量法的教學(xué)價(jià)值

控制變量法作為一種探究方法，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。雖然實(shí)驗(yàn)屬于一種動(dòng)手類實(shí)踐，深受學(xué)生喜愛(ài)，但實(shí)際探究中，學(xué)生針對(duì)沒(méi)有目的性和精確性的實(shí)驗(yàn)很難持續(xù)探究興趣。控制變量法的應(yīng)用通過(guò)分析與控制實(shí)驗(yàn)條件，能夠加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的層次感，激發(fā)探究欲望。此外，該方法會(huì)在無(wú)形中讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)探究的規(guī)律和本質(zhì)，學(xué)生接觸過(guò)一次變量控制過(guò)程后，對(duì)學(xué)習(xí)方法有所熟悉，會(huì)更加強(qiáng)化自身探究動(dòng)力與信心。最后，有利于促使學(xué)生迸發(fā)創(chuàng)新靈感?？刂谱兞糠ǖ倪\(yùn)用涉及到自變量和無(wú)關(guān)變量，在改變自變量時(shí)，學(xué)生可以創(chuàng)新式地對(duì)無(wú)關(guān)變量進(jìn)行控制，不斷激發(fā)新思想、新觀念的產(chǎn)生，豐富思考問(wèn)題的角度，從而促進(jìn)創(chuàng)新意識(shí)發(fā)展。

四、“控制變量法”在初中探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用過(guò)程

1.綜合分析控制變量法，做好前期準(zhǔn)備

控制變量法在化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，不僅能夠考查學(xué)生對(duì)圖表的觀察、分析與處理，還可以改變學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的認(rèn)知，掌握一定學(xué)習(xí)能力。

在實(shí)施控制變量法時(shí)，要注重對(duì)比，首先尋找自變量與因變量，然后通過(guò)觀察控制不同變量時(shí)物質(zhì)發(fā)生的變化，采取對(duì)比手法，明確實(shí)驗(yàn)探究目的，掌握實(shí)驗(yàn)探究本質(zhì)。此外，還要遵循從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的規(guī)律，挖掘?qū)嶒?yàn)中需要探究的條件，并運(yùn)用對(duì)比的方法，從研究的角度引導(dǎo)學(xué)生掌握控制變量法。通常境況下，研究一個(gè)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響時(shí)，需要兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，例如“探究溫度對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)中，溫度屬于自變量，是探究的條件，其它實(shí)驗(yàn)條件相同。如果比較兩個(gè)條件，通常需要三組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，以“探究鐵生銹的條件”實(shí)驗(yàn)為例，當(dāng)以氧氣為自變量時(shí)，需要設(shè)計(jì)一組實(shí)驗(yàn)將鐵與氧氣接觸，另一組實(shí)驗(yàn)沒(méi)有與氧氣接觸，保持其它變量不變。最后，要明確控制變量法運(yùn)用的目的，防止學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)中機(jī)械化套用。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕嵌确治隼硐肭闆r下的實(shí)驗(yàn)，以及可能出現(xiàn)的影響因素，通過(guò)控制這些因素促進(jìn)實(shí)驗(yàn)理想結(jié)果的實(shí)現(xiàn)。這就要求學(xué)生在制定實(shí)驗(yàn)方案是養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣，并設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題。例如在測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)中，為什么選擇紅磷或者白磷？為什么要保證氣密性良好？為什么要現(xiàn)在瓶中放少量水？等，通過(guò)設(shè)置針對(duì)性問(wèn)題，幫助學(xué)生深入理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

2.豐富探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，滲透控制變量思想

新課標(biāo)改革背景下，學(xué)科教學(xué)需要讓學(xué)生掌握知識(shí)生成本質(zhì)，習(xí)得一定學(xué)習(xí)方法。在化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中，為了讓學(xué)生掌握和熟練應(yīng)用控制變量法，教師需要轉(zhuǎn)變教學(xué)思想，除了考慮實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及活動(dòng)形式外，還要特別關(guān)注學(xué)生思想與技能的發(fā)展，注重課堂教學(xué)氛圍的營(yíng)造，喚醒學(xué)生已學(xué)的化學(xué)知識(shí)，刺激求知欲望，提高探究主動(dòng)性。控制變量法應(yīng)用的最突出特點(diǎn)在于對(duì)比，通過(guò)控制不同實(shí)驗(yàn)條件，滲透控制變量的思想。例如為了讓學(xué)生體會(huì)“物質(zhì)的變化是有條件的”這一真理，教師可以將硫在空氣與氧氣中的燃燒、硬水與軟水檢驗(yàn)、比較氧氣和二氧化碳的水溶性等實(shí)驗(yàn)歸為一類，通過(guò)分析各自實(shí)驗(yàn)中條件的變化以及造成的不同實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，強(qiáng)化學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)實(shí)踐。

3.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程，運(yùn)用控制變量法

控制變量法不光需要學(xué)習(xí)理論，更需要進(jìn)行實(shí)踐操作。有的學(xué)生雖然熟悉了該方法，但在應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)自變量、因變量混亂的現(xiàn)象，影響對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)。探究性實(shí)驗(yàn)在初中教材中出現(xiàn)的數(shù)量和頻率比較高，這些實(shí)驗(yàn)在操作過(guò)程中大部分會(huì)運(yùn)用到控制變量法，像燃燒的條件、鐵生銹的條件、金屬與酸反應(yīng)的條件等。但由于教師受傳統(tǒng)教育理念的影響，將探究性實(shí)驗(yàn)上成了演示性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生并沒(méi)有參與其中，自然無(wú)法體會(huì)控制變量法的運(yùn)用。因此，作為一名初中化學(xué)教師，要優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，感受控制變量法的運(yùn)用。以“探究氧化鐵能否作為過(guò)氧化氫溶液分解的催化劑”實(shí)驗(yàn)為例，安排三組學(xué)生分別進(jìn)行過(guò)氧化氫溶液的分解與氣體收集實(shí)驗(yàn)，保持過(guò)氧化氫溶液的毫升與濃度不變，甲組溶液中不加入任何物質(zhì)，乙組溶液中加入0.5g Fe2O3，丙組溶液中加入0.5g MnO2，實(shí)驗(yàn)時(shí)間不變，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的引導(dǎo)，一方面深化學(xué)生對(duì)催化劑概念的理解，另一方面體驗(yàn)控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的具體應(yīng)用，從而掌握一定的實(shí)驗(yàn)探究方法，提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，控制變量法是主要通過(guò)控制某一變量不變，通過(guò)改變另一種變量探究具體實(shí)驗(yàn)效果的方法，有利于促進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究的科學(xué)性與規(guī)律性。作為一名初中化學(xué)教師，要充分認(rèn)識(shí)控制變量法，通過(guò)豐富探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，滲透控制變量思想，引導(dǎo)學(xué)生掌握該方法在實(shí)驗(yàn)探究中的具體應(yīng)用，加強(qiáng)對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐信心和勇氣，改變對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的認(rèn)知，為今后科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

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（作者單位：陜西省西安市高陵區(qū)教學(xué)研究室）