借控制變量思想方法 引初中化學(xué)實驗教學(xué)源頭活水

陸君君

化學(xué)是一門以實驗為載體的學(xué)科，實驗在化學(xué)教學(xué)中的作用不可小覷，以科學(xué)探究為突破口的新課改要求我們在化學(xué)教學(xué)中注重三維目標的整合和落實；實踐表明：以控制變量思想設(shè)計的化學(xué)實驗一直貫穿初中化學(xué)教學(xué)的全過程；筆者從事初中化學(xué)教育教學(xué)多年來，一直比較關(guān)注化學(xué)實驗教學(xué)的直觀性、形象性和實效性，筆者在本文中采取理論與教學(xué)實踐案例相結(jié)合的方式，重點闡述“控制變量思想方法”在初中化學(xué)實驗教學(xué)中的有效運用，讓這種思想方法真正成為引領(lǐng)實驗教學(xué)的源頭活水.

一、借助“對比實驗”，初步了解控制變量思想方法

控制變量思想方法是科學(xué)探究的重要方法之一，在實驗教學(xué)中，控制變量主要是指控制部分實驗條件不變的情況下，通過逐一對比探究可能影響實驗結(jié)果的多個因素，將得出的數(shù)據(jù)進行對比、總結(jié)、歸納，最終得出結(jié)論的方法；在平時化學(xué)教學(xué)中，采用對比實驗進行教學(xué)的方式十分常見，運用簡單的對比實驗融于教學(xué)之中，幫助學(xué)生理清變量、不變量、因變量之間的關(guān)系，有利于學(xué)生了解控制變量思想方法的核心內(nèi)容：控制部分實驗條件不變，分析變量對實驗結(jié)果產(chǎn)生何種影響.

案例1 硫在空氣中燃燒和在氧氣中燃燒情況的比較

分析 各取質(zhì)量相等的硫粉置于燃燒匙內(nèi)，點燃后分別置于兩個集氣瓶中（兩個集氣瓶分別裝有等體積的空氣和氧氣），讓硫粉繼續(xù)燃燒，觀察燃燒的現(xiàn)象并記錄.（如圖1）在演示實驗之前，化學(xué)教師應(yīng)該讓學(xué)生明白：該實驗中必修對實驗條件進行控制，才能得出科學(xué)的結(jié)論，實踐表明，學(xué)生對“條件控制”還是比較容易理解；筆者曾經(jīng)對學(xué)生提問：“實驗中哪些是變量？哪些是不變量？何種設(shè)計目的？”.

盡管筆者認為設(shè)計的問題并不難，而且初三的學(xué)生在初二的物理學(xué)科中，已經(jīng)涉及到了控制變量法的初步應(yīng)用.但這些問題，卻并非所有的學(xué)生都能答對答完整.經(jīng)過分析，造成這樣的尷尬局面其實是學(xué)生還沒有養(yǎng)成利用控制變量思想方法去分析問題和解決問題的習慣，缺乏意識，這也提醒和要求化學(xué)教師在平時的教育教學(xué)中時刻注重思想方法和學(xué)習方法的滲透.

二、倡導(dǎo)“科學(xué)探究”，積極培養(yǎng)控制變量思想方法

中學(xué)化學(xué)新課程標準非常重視培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，而科學(xué)探究的過程，正是培養(yǎng)這種能力最直接有效的途徑.在科學(xué)探究的過程中離不開科學(xué)思想方法的運用，在初中化學(xué)教學(xué)實踐中，多數(shù)學(xué)生對控制變量思想方法的核心思想有一定的了解，但是在實際處理問題中對變量和不變量還是難以厘清，對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析處理束手無策，實驗方案設(shè)計的能力比較薄弱，對實驗結(jié)果的表達也是含糊其詞.實際上，在初中化學(xué)教材中能夠滲透控制變量思想方法探究的內(nèi)容還是比較多的，在數(shù)據(jù)實驗中存在一定的優(yōu)越性，借助數(shù)據(jù)的對比直觀的獲取結(jié)論，這類催化劑的探究實驗是培養(yǎng)學(xué)生控制變量思想方法的典型素材.

案例2 催化劑二氧化錳用量對反應(yīng)速率的影響探究

在對實驗催化劑的概念介紹之后，為了加深學(xué)生對催化劑的理解，筆者精心設(shè)計數(shù)據(jù)類實驗題，提供給學(xué)生自主思考和探究：在利用10%的H2O2溶液制取氧氣的實驗中，每次均選取3 mL H2O2溶液至于反應(yīng)容器中，利用不同量的二氧化錳作為催化劑分別進行實驗測出收集 氧氣的用時，記錄數(shù)據(jù)如表1（其他實驗條件均相同），請根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)進行分析，催化劑二氧化錳的用量與反應(yīng)速率之間的關(guān)系？

分析 本實驗主要是利用控制變量的思想方法，探究催化劑的用量對化學(xué)反應(yīng)速率的影響；教師引導(dǎo)學(xué)生在弄清實驗中控制變量目的的基礎(chǔ)上，構(gòu)建題設(shè)信息與探索問題之間的聯(lián)系，借助實驗數(shù)據(jù)進行總結(jié)、概括，從而得出結(jié)論；在此過程中，當學(xué)生在探索過程中遇到困難的時候，教師及時點評與提示，讓學(xué)生形成準確的解題思路，感受成功帶來的愉悅.在這樣引導(dǎo)的過程中，加深了學(xué)生對催化劑概念的理解，同時也培養(yǎng)了學(xué)生利用控制變量思想方法解決問題的意識.

三、巧構(gòu)“實驗設(shè)計”，運用控制變量思想方法

由于初中學(xué)生剛剛接觸化學(xué)學(xué)科，利用化學(xué)知識和規(guī)律處理問題的能力有限，實驗設(shè)計的探究對學(xué)生而言是比較困難的；在教學(xué)實踐中，引導(dǎo)學(xué)生運用控制變量思想方法進行實驗設(shè)計，然后讓學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計的方案，親自動手做實驗，學(xué)生的積極性被調(diào)動起來，同時引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作，交流討論，完成整套實驗設(shè)計.

案例3 根據(jù)提供的物品自主設(shè)計實驗比較“銅、鐵、銀”三種金屬活動性的強弱.

提供物品：固體鐵和銅（粒狀、粉狀和條狀）；5%、10%的稀鹽酸，5%、10%的稀硫酸；FeCl2溶液、FeCl3溶液、CuSO4溶液、AgNO3溶液.

分析 引導(dǎo)學(xué)生對題設(shè)信息進行分析，根據(jù)所學(xué)知識收集有效信息：（1）利用金屬與酸溶液反應(yīng)的速率來判斷金屬活動性強弱；（2）利用金屬與鹽溶液能否反應(yīng)來判斷金屬的活動性強弱.將學(xué)生進行分組討論實驗設(shè)計中需要考慮哪些因素會影響反應(yīng)速率（控制變量思想方法的運用）；最后指導(dǎo)學(xué)生借助于表格的形式（如表2）呈現(xiàn)自己的實驗設(shè)計（點撥：學(xué)生在運用控制變量思想方法時，將需要對比的因素視為可變量，其余的因素視為不變量）.

評析 本題是關(guān)于金屬活動性的實驗設(shè)計題，基于學(xué)生已經(jīng)初步了解金屬活動性的基礎(chǔ)之上，引導(dǎo)學(xué)生運用控制變量思想方法設(shè)計實驗，有效拓展的學(xué)生的思維空間，提升學(xué)生實驗設(shè)計的能力，促進學(xué)生思維和表達能力的進一步提升.

總而言之，初中學(xué)生在學(xué)習化學(xué)的過程中，對控制變量思想方法的理解和運用尚存在一定的困難，這也提醒我們一線的化學(xué)教師在平時的課堂教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)合適的訓(xùn)練平臺，鼓勵學(xué)生大膽嘗試利用控制變量思想方法處理和解決實際問題，讓控制變量思想方法真正成為學(xué)生“得心應(yīng)手”的一種學(xué)習方法，進而促進初中化學(xué)課堂教學(xué)效益的最大化.