碳酸氫鈉和碳酸鈉“套管實(shí)驗(yàn)”的控制變量法形式異化

任圣穎 李傳雄 于福民

摘要：對(duì)“碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較”的“套管實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行形式上的分析，指出該實(shí)驗(yàn)因溫度失去同一性而引起了控制變量法形式異化。針對(duì)這種形式異化，提出并強(qiáng)調(diào)形式分析對(duì)解決此類(lèi)型試題的重要性。強(qiáng)調(diào)控制變量法形式異化，實(shí)驗(yàn)者思想向客觀條件妥協(xié)的結(jié)果，形式異化的合理性反映出了人的創(chuàng)造性，教學(xué)要利用這種異化下的合理性發(fā)展學(xué)生的控制變量能力。

關(guān)鍵詞：控制變量法；形式異化；形式分析；碳酸氫鈉；碳酸鈉

文章編號(hào)：10056629（2023）12009205

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 控制變量的含義

控制變量法是科學(xué)探究最常使用的方法，其涉及的變量包括自變量、因變量和無(wú)關(guān)變量。在許多學(xué)科中，控制變量法被表述為“控制多個(gè)變量固定不變，只改變某單一變量”，然后通過(guò)考察改變這單一變量引起的結(jié)果變化，得出該單一變量與結(jié)果之間的關(guān)系與規(guī)律。這種表述指向了控制變量法最理想的形式，即通過(guò)人為“控制”，確保“只有一個(gè)自變量的變化，引起因變量的變化”，其余變量一律保持不變（即控制為無(wú)關(guān)變量）。在普通高中階段，絕大多數(shù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)都符合理想的控制變量法形式，但仍有一些實(shí)驗(yàn)因?yàn)榭陀^原因的限制，不符合這種理想的形式，表現(xiàn)為控制變量法形式異化。

由于“控制論的首要核心概念是控制”“控制的實(shí)質(zhì)在于使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和有目的的行動(dòng)”^［1］，因此控制變量法是實(shí)驗(yàn)者控制思想的具體化體現(xiàn)。為了能夠有效分析控制變量法形式異化，我們先將變量和變化做出必要的說(shuō)明。在數(shù)學(xué)上，變量是指可以變化的量。“可以”表明變量是一種潛在變化量，反映出實(shí)驗(yàn)者的目的是對(duì)方法的“控制”，具有強(qiáng)烈的、外在的人之思想痕跡；一旦將變量付諸于實(shí)驗(yàn)來(lái)考察變量間的關(guān)系，“控制變量”便成為必然，此時(shí)變量便可依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆譃樽宰兞俊⒁蜃兞亢蜔o(wú)關(guān)變量，相應(yīng)的三者的變化分別稱為自變量的變化、因變量的變化和無(wú)關(guān)變量的變化。因此，變量最重要的一個(gè)特征就是與人的思想（即實(shí)驗(yàn)?zāi)康模┯嘘P(guān)，變量的歸屬（自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量）是人的思想在實(shí)驗(yàn)各個(gè)方面最重要的投射。而變化，是獨(dú)立于人之思想存在的，比如壓強(qiáng)和溫度的關(guān)系，即使沒(méi)有人的存在，這一相互關(guān)系依然存在。所以，“變量的變化”和“普遍的變化”有著重要區(qū)分。作為實(shí)驗(yàn)者的人一旦想搞清楚“普遍的變化”之間的關(guān)系，就必然要把“普遍的變化”納入“控制”思想中。由此，“普遍的變化”也就成為了“變量的變化”。實(shí)驗(yàn)中的變化因受到人的“控制”都是變量的變化，簡(jiǎn)單地把變化等同于變量，必然導(dǎo)致控制變量法形式上的混亂。另外，“可以”在某些實(shí)驗(yàn)中還能反映出人對(duì)現(xiàn)實(shí)的客觀條件的妥協(xié)（即形式異化，見(jiàn)下文）。

2 “套管實(shí)驗(yàn)”的控制變量法形式分析

2.1 “套管實(shí)驗(yàn)”的由來(lái)

“碳酸鈉與碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較”是高中化學(xué)重要的對(duì)比演示實(shí)驗(yàn)。在人教版教材中，該實(shí)驗(yàn)采用同一套裝置，分兩次分別加熱碳酸鈉和碳酸氫鈉，如圖1所示（一套裝置，兩次實(shí)驗(yàn)）。該實(shí)驗(yàn)方法的缺點(diǎn)是，需要做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，費(fèi)時(shí)耗力，且不能保證兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的加熱環(huán)境完全相同^［2］。一線教師很早就注意到了這些缺點(diǎn)，1997年李俊生首次介紹了“碳酸鈉與碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較”的“套管實(shí)驗(yàn)”，以嘗試克服上述缺點(diǎn)^［3］（如圖2所示）。“套管實(shí)驗(yàn)”巧妙地利用了碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性不同以及“套管”內(nèi)外溫度的差別，達(dá)到了利用一套實(shí)驗(yàn)裝置、一次實(shí)驗(yàn)即可考察“碳酸鈉與碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較”的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｄ壳埃m然最常見(jiàn)的“套管實(shí)驗(yàn)”裝置與李俊生論文報(bào)道的稍有差別，但原理沒(méi)有任何變化。

2.2 “套管實(shí)驗(yàn)”的形式分析

為了方便分析，我們先將“套管”內(nèi)、外管溫度分別定性為低溫、高溫。依據(jù)“碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較”的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模搶?shí)驗(yàn)的理想控制變量法形式應(yīng)該為：自變量為物質(zhì)種類(lèi)（即碳酸鈉和碳酸氫鈉）、因變量為物質(zhì)是否分解（即碳酸鈉和碳酸氫鈉是否會(huì)分解）、其余變量應(yīng)為無(wú)關(guān)變量（包括溫度）。也即，這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在同一溫度（無(wú)關(guān)變量）下考察碳酸鈉和碳酸氫鈉是否會(huì)分解。人教版教材提供的“一套裝置，兩次實(shí)驗(yàn)”正是基于以上控制變量法形式來(lái)設(shè)計(jì)的。“兩次實(shí)驗(yàn)”為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，控制初始條件只有物質(zhì)種類(lèi)發(fā)生變化，其余變量保持一致，然后通過(guò)觀察澄清石灰水是否變渾濁來(lái)判斷碳酸鈉和碳酸氫鈉是否分解。但在實(shí)際操作時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境不可能完全一致，兩次實(shí)驗(yàn)加熱溫度存在著一定差異，此時(shí)溫度這個(gè)無(wú)關(guān)變量出現(xiàn)了變化，失去了“同一性”。此為“套管實(shí)驗(yàn)”嘗試解決的問(wèn)題之一。

“套管實(shí)驗(yàn)”的實(shí)質(zhì)是將兩次對(duì)比實(shí)驗(yàn)“合并”到一次實(shí)驗(yàn)中去完成。但在“合并”的過(guò)程中，由于“套管”內(nèi)外試管位置的客觀原因，溫度這個(gè)無(wú)關(guān)變量更加顯然地失去了“同一性”，裂變?yōu)榱说蜏睾透邷貎蓚€(gè)值。由此造成了更加明顯的無(wú)關(guān)變量的變化。根據(jù)前述，我們不能將溫度的這種變化稱為自變量的變化或籠統(tǒng)稱為變量。顯然，在“套管實(shí)驗(yàn)”中，控制變量法形式發(fā)生了異化，本來(lái)應(yīng)該具有“同一性”的無(wú)關(guān)變量失去了同一性。但需要注意的是，“套管實(shí)驗(yàn)”在思想上仍屬于控制變量法范疇，只是由于實(shí)驗(yàn)者的“理想的控制變量法”思想被客觀因素所限制，造成了理想的形式表現(xiàn)出了異化。學(xué)生在初遇“套管實(shí)驗(yàn)”類(lèi)型的題目時(shí)，出錯(cuò)率一般會(huì)很高，部分原因就是因?yàn)閷W(xué)生會(huì)將這個(gè)“失去了同一性”的溫度變化誤認(rèn)為也是自變量的變化，從而在形式進(jìn)而在思想上否定了這個(gè)實(shí)驗(yàn)的合理性。在中學(xué)階段，特別是物理學(xué)科，會(huì)反復(fù)強(qiáng)調(diào)控制變量法所謂“單一變量引起單一變化”，造成了學(xué)生嚴(yán)格的“單一自變量”控制變量法判斷標(biāo)準(zhǔn)。在“誤認(rèn)為”溫度的不同也是自變量變化的情況下，出錯(cuò)便不足為奇了。

2.3 “套管實(shí)驗(yàn)”中蘊(yùn)含的創(chuàng)造性思維

時(shí)至今日，“碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較”實(shí)驗(yàn)雖然已經(jīng)有了許多改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案，但“套管實(shí)驗(yàn)”依然在考察中頻繁出現(xiàn)。這意味著這個(gè)形式異化的實(shí)驗(yàn)被廣泛認(rèn)可，其中原因值得思考。

“套管實(shí)驗(yàn)”是為了解決教材中實(shí)驗(yàn)存在“需要做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，費(fèi)時(shí)耗力，且不能保證兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的加熱環(huán)境完全相同”的問(wèn)題。事實(shí)上，“套管實(shí)驗(yàn)”僅僅解決了“需要做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，費(fèi)時(shí)耗力”的缺點(diǎn)，因?yàn)椤疤坠堋眱?nèi)、外管溫度不同的客觀原因，“不能保證兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的加熱環(huán)境完全相同”的缺點(diǎn)并沒(méi)有克服，由此引發(fā)了后續(xù)的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)改進(jìn)^［4］。因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)好像依然存在不可忽略的缺陷。但需要指出的是，“套管實(shí)驗(yàn)”中“不能保證碳酸鈉和碳酸氫鈉加熱環(huán)境完全相同”和沒(méi)改進(jìn)前的“一套裝置，兩次實(shí)驗(yàn)”的“不能保證碳酸鈉和碳酸氫鈉加熱環(huán)境完全相同”有著本質(zhì)上的不同。在“一套裝置，兩次實(shí)驗(yàn)”中，該缺點(diǎn)將會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不嚴(yán)謹(jǐn)，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生消極影響。而“套管實(shí)驗(yàn)”中這個(gè)缺點(diǎn)雖然在形式上否定了理想的控制變量法，但是在實(shí)驗(yàn)?zāi)康纳蠀s肯定了該實(shí)驗(yàn)的合理性。這種看似矛盾的形式上否定、目的上肯定中必然蘊(yùn)含著實(shí)驗(yàn)者的創(chuàng)造性思維。實(shí)驗(yàn)者將“碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性的不同”與“套管內(nèi)外溫度的不同”“碳酸鈉和碳酸氫鈉的位置不同”巧妙地納入控制變量法思想，將不可能變?yōu)榭赡埽藭r(shí)異化的形式體現(xiàn)出了創(chuàng)造性。

相比于理想的控制變量法，“異化”形式下的實(shí)驗(yàn)方案好像應(yīng)該都是不合理的。“套管實(shí)驗(yàn)”之所以被廣泛認(rèn)可，不僅僅是因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)方案能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模且驗(yàn)樵谶_(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪^(guò)程中（或解題的過(guò)程中），教師和學(xué)生都經(jīng)歷了基于客觀條件限制下的創(chuàng)造性思維。在“套管實(shí)驗(yàn)”中，為了克服原教材費(fèi)時(shí)耗力的缺點(diǎn)，溫度這個(gè)無(wú)關(guān)變量的裂變?cè)凇疤坠堋毖b置中成為了客觀必然。而這個(gè)溫度的“裂變”又恰恰解決了“一套裝置，兩次實(shí)驗(yàn)”中“不能保證加熱環(huán)境完全相同”的問(wèn)題，表現(xiàn)出了一種“求同不得而求其異”的思想，也即“套管實(shí)驗(yàn)”用“求異”的措施達(dá)到了“求同”的效果。因此，雖然實(shí)驗(yàn)者的思想對(duì)現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)條件做出了消極妥協(xié)，但“異化”的合理性將這種消極妥協(xié)變成了積極的創(chuàng)造。

3 “套管實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)問(wèn)題及教學(xué)建議

3.1 “套管實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)問(wèn)題

從以上分析我們可以看出，“套管實(shí)驗(yàn)”之所以被廣泛認(rèn)可，是因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含著創(chuàng)造性思維。在教學(xué)中存在的問(wèn)題是，這種創(chuàng)造性思維多數(shù)情況下僅僅被感知，而沒(méi)有被有意識(shí)地加以吸收。教師在進(jìn)行有關(guān)試題講解時(shí)總是傾向于強(qiáng)調(diào)“碳酸鈉的熱穩(wěn)定性強(qiáng)于碳酸氫鈉”之事實(shí)以及“放置的位置”等浮于表面的分析，而沒(méi)有觸及到實(shí)驗(yàn)的控制變量法形式。通過(guò)教師的講解及習(xí)題訓(xùn)練，學(xué)生貌似懂了，但是這種“懂了”常常是對(duì)于“碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性比較”這一結(jié)論的記憶而非理解。只要考察內(nèi)容發(fā)生改變，學(xué)生遇到此類(lèi)型的題依然會(huì)頻繁出錯(cuò)。例如，在Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)雙氧水分解催化效果的比較中，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)方案考察學(xué)生，并且告知結(jié)論“滴加硫酸鐵溶液的試管產(chǎn)生氣泡速率較快”。很顯然，雖然加入硫酸鐵和硫酸銅濃度不同，但這個(gè)“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象+實(shí)驗(yàn)方案”是可以判斷出Fe³⁺對(duì)雙氧水分解的催化效果好于Cu²⁺。依據(jù)理想的控制變量法，在此實(shí)驗(yàn)中，自變量應(yīng)為離子種類(lèi)（即Fe³⁺和Cu²⁺），而離子的濃度應(yīng)為無(wú)關(guān)變量。但本實(shí)驗(yàn)中離子的濃度這一無(wú)關(guān)變量卻發(fā)生了變化。再如，在比較兩種弱酸HA和HB酸性強(qiáng)弱的時(shí)候，我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案為：分別測(cè)量0.1mol·L^-1HA、0.05mol·L^-1HB溶液的pH，若HB的pH小于HA，則說(shuō)明K_a（HA）a（HB）。顯然，在此實(shí)驗(yàn)中，自變量應(yīng)為酸的種類(lèi)（即HA和HB），而酸的濃度應(yīng)為無(wú)關(guān)變量。雖然無(wú)關(guān)變量發(fā)生了變化，但“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象+實(shí)驗(yàn)方案”同樣可判斷出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性。在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有觸及形式分析的教學(xué)下，不少學(xué)生對(duì)以上兩種方案的合理性持有相當(dāng)大的懷疑態(tài)度。我們不能一味地指責(zé)以上例子僅僅是教師“編出”的脫離現(xiàn)實(shí)的應(yīng)試習(xí)題，實(shí)際上以上兩個(gè)例子和“套管實(shí)驗(yàn)”具有相同的異化形式，只不過(guò)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)異化產(chǎn)生的原因來(lái)自于人為設(shè)置而非客觀條件的限制。

在人教版教材的實(shí)驗(yàn)中，上述形式異化也有體現(xiàn)。在選擇性必修《化學(xué)反應(yīng)原理》第三章第四節(jié)的實(shí)驗(yàn)34（見(jiàn)圖4）中，無(wú)關(guān)變量陰離子的濃度是不同的：生成AgCl、滴加的KI溶液后，溶液中c（I^-）-）。該實(shí)驗(yàn)不僅可以證明沉淀可以轉(zhuǎn)化，“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象+實(shí)驗(yàn)方案”還可以證明K_sp（AgI）sp（AgCl）。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，理想化的控制變量法形式很難實(shí)現(xiàn)，在生成AgCl后，我們很難控制再加入I^-使其濃度和剩余的Cl^-濃度完全相同，但是控制c（I^-）-）則容易得多。因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量失去“同一性”顯然是控制變量法思想向客觀條件妥協(xié)的結(jié)果。同樣，這個(gè)“妥協(xié)”并無(wú)消極意義，反而表現(xiàn)出了實(shí)驗(yàn)者思想的創(chuàng)造性，用“求異”的措施達(dá)到了“求同”的效果。由此我們可以認(rèn)為，上述“Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)雙氧水分解催化效果的比較”和“兩種弱酸HA和HB酸性強(qiáng)弱比較”的實(shí)驗(yàn)方案其實(shí)是試題對(duì)真實(shí)問(wèn)題情境的反映和演練^［5］。

以上所有例子中，異化形式中所包含的內(nèi)容（化學(xué)知識(shí)）很容易被學(xué)生掌握，但內(nèi)容加上異化的形式則會(huì)讓學(xué)生在考試時(shí)受挫。由此我們可以得知，學(xué)生出錯(cuò)的根源雖與考察的具體內(nèi)容有關(guān)，但最主要的原因還是與控制變量法異化的形式?jīng)]有被深入理解有關(guān)。由于受到化學(xué)學(xué)科本身特點(diǎn)的影響，化學(xué)教師大多是樸素的科學(xué)實(shí)在論者，習(xí)慣將研究目標(biāo)聚焦在與物質(zhì)有關(guān)的“內(nèi)容”上，少有研究“形式”者。因此對(duì)控制變量法形式異化的分析一直都沒(méi)有引起足夠的重視。而以上學(xué)生在思維上總是受挫的現(xiàn)象，則要求我們?nèi)シ此籍惢男问綆Ыo學(xué)生的影響。

3.2 控制變量法形式異化的回歸

通過(guò)以上幾個(gè)例子我們論述了控制變量法形式分析的重要性，接下來(lái)我們將從解題的角度考察異化形式下的“套管實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)方案“何以可能”的問(wèn)題，進(jìn)而嘗試將異化的形式回歸到理想的形式。

對(duì)于圖5（左）的實(shí)驗(yàn)方案，在解題過(guò)程中，在獲知試管A內(nèi)澄清石灰水變渾濁、試管B內(nèi)澄清石灰水無(wú)明顯變化的現(xiàn)象下，我們的思維經(jīng)歷了以下歷程：“如果有碳酸氫鈉在低溫下分解的現(xiàn)象，則能夠推出碳酸氫鈉在高溫下一定分解，進(jìn)而推出碳酸氫鈉在高溫下分解而碳酸鈉在高溫下不分解結(jié)論”。這種思維過(guò)程表現(xiàn)出了異化形式的回歸：失去“同一性”的溫度通過(guò)思維回歸到具有“同一性”的溫度，使異化的控制變量法形式回歸到了理想的形式。

我們不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)這種異化形式的回歸起著關(guān)鍵作用，是分析實(shí)驗(yàn)方案是否合理的起點(diǎn)。以上所有例子中，如果失去實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，則無(wú)法判斷實(shí)驗(yàn)方案的合理性。比如在“套管”實(shí)驗(yàn)中，如果火焰溫度較低，碳酸鈉和碳酸氫鈉都不分解（無(wú)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），則無(wú)法判斷兩者的熱穩(wěn)定性；在Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)雙氧水分解催化效果的比較中，如果沒(méi)有“滴加硫酸鐵溶液的試管產(chǎn)生氣泡速率較快”的現(xiàn)象，則無(wú)法判斷Fe³⁺和Cu²⁺對(duì)雙氧水分解的催化效果；在實(shí)驗(yàn)34中，如果沒(méi)有出現(xiàn)沉淀的轉(zhuǎn)化，我們將無(wú)法比較K_sp（AgCl）和K_sp（AgI）的大小，因?yàn)镵_sp（AgCl）>K_sp（AgI）和c（I^-）較小都會(huì)導(dǎo)致沉淀轉(zhuǎn)化不會(huì)發(fā)生。因此，這類(lèi)“異化”類(lèi)型的題目一般都會(huì)給出具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也即異化的回歸因現(xiàn)象的發(fā)生而成為可能，我們可以將其總結(jié)為“現(xiàn)象下的回歸”。與之對(duì)比，對(duì)于理想的控制變量法實(shí)驗(yàn)方案，即使沒(méi)有給出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（注意，這里不是說(shuō)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有現(xiàn)象發(fā)生，而是考察時(shí)沒(méi)有給出），多數(shù)情況下我們也可判斷其是否合理。另外，以上思維途徑屬于演繹推理法的假言推理的一部分，在這種邏輯形式中，“如果有……現(xiàn)象，則能夠推出……現(xiàn)象”的前提為真是解題的關(guān)鍵。前提為真命題，即可以通過(guò)思維將異化的控制變量法形式回歸到理想的形式，從而使異化展現(xiàn)出創(chuàng)造性。而前提若為假命題則會(huì)阻止異化的控制變量法形式回歸理想的形式，從而導(dǎo)致消極的結(jié)果。前提是真命題還是假命題，則和實(shí)驗(yàn)方案密切相關(guān)。相比于圖5（左），圖5（右）的實(shí)驗(yàn)方案僅僅將碳酸鈉和碳酸氫鈉的位置進(jìn)行了調(diào)換，“如果有碳酸氫鈉在高溫下分解的現(xiàn)象，則能夠推出碳酸氫鈉在低溫下分解的現(xiàn)象”，顯然是假命題。實(shí)驗(yàn)方案的不合理必然導(dǎo)致假命題的產(chǎn)生。由此我們可以得出，前提為真是形式異化的控制變量法之所以合理的規(guī)范。至于如何做到這一規(guī)范，那么就需要實(shí)驗(yàn)者依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮涂陀^條件創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

3.3 教學(xué)建議

在通往答案的途中，總會(huì)有一些思考的過(guò)程，因此“現(xiàn)象下的回歸”其實(shí)是一種自覺(jué)的思維行為。但是對(duì)于控制變量法形式上的分析，目前學(xué)生尚未形成自覺(jué)的行為，需要教師加強(qiáng)引導(dǎo)。

在教學(xué)中，我們?cè)O(shè)計(jì)如下的表格（以“碳酸鈉與碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較”的“套管實(shí)驗(yàn)”為例，見(jiàn)表1）促進(jìn)學(xué)生形成主動(dòng)進(jìn)行形式分析的習(xí)慣。“實(shí)驗(yàn)方案”是實(shí)驗(yàn)者為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩扇〉囊幌盗写胧┑南敕ǎ菍?shí)驗(yàn)?zāi)康呐c客觀條件的綜合考量，這些想法會(huì)集中體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作中。在進(jìn)行內(nèi)容分析的基礎(chǔ)之上，教師首先就要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)疑似異化的控制變量法（出現(xiàn)多個(gè)所謂的“自變量”）進(jìn)行形式上的分析，依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量以及異化之處（即確定哪個(gè)無(wú)關(guān)變量出現(xiàn)了異化）。然后利用“現(xiàn)象下的回歸”解題方法，從現(xiàn)象出發(fā)，嘗試?yán)谩叭绻小F(xiàn)象，則能夠推出……現(xiàn)象，進(jìn)而推出……結(jié)論”的思維形式將異化回歸。

顯然表1能夠輔助學(xué)生分析各個(gè)變量的歸屬，進(jìn)而判斷實(shí)驗(yàn)方案是屬于創(chuàng)造性的形式異化，還是屬于單純的實(shí)驗(yàn)方案不合理。

4 結(jié)語(yǔ)

理想化的思想或多或少都會(huì)受到客觀現(xiàn)實(shí)的約束。如前所述，一些實(shí)驗(yàn)的控制變量法形式異化，是人的思想向客觀條件妥協(xié)的結(jié)果。但這種妥協(xié)可能并無(wú)消極意義，恰恰相反，某些情況下形式異化的合理性反映出了人的創(chuàng)造性。異化作為否定性使自身與理想的形式相分離，實(shí)驗(yàn)者的思想使其發(fā)展出新的規(guī)定以達(dá)到合理性。形式異化下的合理性只有如此被理解，才能展現(xiàn)為外顯的人的創(chuàng)造性而被學(xué)生所把握。作為一種重要的科學(xué)探究能力，控制變量能力，即“掌握控制實(shí)驗(yàn)條件的方法”，是學(xué)生必不可少的基本科學(xué)素養(yǎng)^［7］。學(xué)生在解題時(shí)，如果不能依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)識(shí)到異化形式的創(chuàng)造性，就會(huì)窄化控制變量思想的適用范圍，也必然不能有效提升自身的科學(xué)探究能力。控制變量法形式分析，既是解決異化類(lèi)型題目的關(guān)鍵，又是培養(yǎng)控制變量能力的最基本要求。

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