基于核心素養(yǎng)及學(xué)習(xí)進(jìn)階培養(yǎng)控制實驗條件能力的教學(xué)研究

賴思恒

在初中化學(xué)教材中，以控制實驗條件的思想設(shè)計的實驗貫穿始終，體現(xiàn)了控制實驗條件是化學(xué)探究實驗中最常用的方法。近十年的化學(xué)中考，經(jīng)?？疾榭刂茖嶒灄l件的分析和運(yùn)用。但是，大多數(shù)學(xué)生在回答此類問題時，往往表現(xiàn)出如不懂如何應(yīng)用、找不到實驗條件、思路不清、不會設(shè)計實驗方案、不會分析實驗結(jié)果，以及設(shè)計實驗方案不完善等諸多問題。其主要原因是，教師在教學(xué)中沒有理清學(xué)生的控制實驗條件能力在不同階段的發(fā)展水平，疏忽了化學(xué)教材對其在不同階段的相關(guān)內(nèi)容的編寫意圖，而只是簡單的照本宣科，或在某課題、某個實驗中集中講授，忽視教材在前面的滲透鋪墊，讓學(xué)生猶如囫圇吞棗，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。此外，還有部分教師為了創(chuàng)新和亮點，亂改、亂增、亂減教學(xué)內(nèi)容，無視控制實驗條件能力培養(yǎng)的系統(tǒng)性。這樣的教學(xué)帶來的就是教學(xué)有效性的不足。筆者認(rèn)為，控制實驗條件能力的培養(yǎng)是一個長期的學(xué)習(xí)進(jìn)階過程，應(yīng)遵循循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律，按照教材的編寫，統(tǒng)籌規(guī)劃教學(xué)的安排，使學(xué)生在潛移默化中逐步形成控制實驗條件的意識及能力。

1.控制實驗條件的實驗內(nèi)容編排及內(nèi)涵

對比思想與控制變量是互為輔助的，控制實驗條件的思想是在對比實驗組中體現(xiàn)出來的。人教版九年級化學(xué)教材中有大量利用控制實驗條件的思想設(shè)計的對比實驗，有些是顯性存在的，有些是隱性存在的，需要教師去挖掘和改編。同時，教材中有關(guān)控制實驗條件的實驗數(shù)量頗多，如果不注意統(tǒng)籌，就容易讓學(xué)生產(chǎn)生雜亂的感覺，不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。所以，要對其進(jìn)行梳理，使其由無序變?yōu)橛行颉?/p>

1.1感知控制實驗條件方法的實驗觀察

剛進(jìn)入初三學(xué)習(xí)化學(xué)的學(xué)生，不可能一下就掌握控制實驗條件的方法。處于這一階段的對比實驗，對培養(yǎng)學(xué)生控制實驗條件能力的要求比較低。因此，像“吸入的空氣與呼出氣體有什么不同的探究實驗”、“木炭、硫和鐵絲在空氣中和氧氣中的燃燒現(xiàn)象的對比探究”及“分解H2O2制O2的反應(yīng)中MnO2的作用的探究”這三個實驗，主要是側(cè)重于通過認(rèn)識和體會對比實驗，初步認(rèn)識對比實驗中的常量與變量，觀察實驗產(chǎn)生現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)結(jié)果的差異并找尋這些差異的原因，從而感知控制實驗條件的作用與目的。

1.2理解控制實驗條件方法的實驗分析

在初步感知控制實驗條件的作用和目的之后，學(xué)生可以以此為基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)從控制實驗條件的角度分析實驗。即通過明確實驗?zāi)康?，認(rèn)真分析實驗中相同的因素和不同的因素，明白“變量”和“要控制的變量”，搞清研究對象與實驗結(jié)果之間的關(guān)系，從而掌握控制實驗條件的精髓——確立探究對象，尋找需要控制的實驗條件。這一階段的對比實驗，如“分子運(yùn)動現(xiàn)象的實驗”“二氧化碳與水反應(yīng)的探究實驗”“燃燒條件的探究實驗”及“滅火的原理探究實驗”，以明確的實驗步驟及圖示，引導(dǎo)學(xué)生分析出明顯影響實驗結(jié)論的實驗條件。其目的就是讓學(xué)生經(jīng)過這些對比實驗的學(xué)習(xí)，能夠總結(jié)出利用控制實驗條件方法設(shè)計對比實驗的方法。

1.3應(yīng)用控制實驗條件方法的實驗設(shè)計

經(jīng)過感知和分析對比實驗中的控制實驗條件的方法后，學(xué)生控制實驗條件能力已具雛形，開始進(jìn)入了真正的實踐階段。這時，需要學(xué)生自己通過利用控制實驗條件的思想設(shè)計對比實驗，來加強(qiáng)對控制實驗條件的理解。因此，在這一階段，教材沒有把實驗步驟明確羅列出來，而是提供“金屬與鹽酸、稀硫酸的反應(yīng)探究實驗”“鐵制品銹蝕的條件的探究”及“碘和高錳酸鉀的溶解性比較實驗”等難度適當(dāng)、易于分析的探究情景，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)提示，運(yùn)用控制實驗條件方法設(shè)計控制實驗條件的對比實驗。同時，在“實驗活動3燃燒的條件”及“實驗活動4金屬的物理性質(zhì)和某些化學(xué)性質(zhì)”中，還提高要求，讓學(xué)生在分析變量的基礎(chǔ)上自主設(shè)計控制實驗條件的對比實驗。這些都是要求學(xué)生學(xué)會應(yīng)用控制實驗條件方法的設(shè)計探究實驗。

2.培養(yǎng)控制實驗條件能力的學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)策略

2.1從明確意義中建立控制實驗條件的認(rèn)識

了解控制實驗條件的意義是培養(yǎng)控制實驗條件能力的基礎(chǔ)。學(xué)生在八年級物理的學(xué)習(xí)中已對與控制實驗條件密切相關(guān)的控制變量思想有了一定的了解。進(jìn)入九年級化學(xué)，就要把控制變量的思想遷移到化學(xué)學(xué)習(xí)中來。在化學(xué)入門之初，就要從簡單入手，及時利用化學(xué)入門課的對比實驗，學(xué)習(xí)運(yùn)用控制變量思想分析、判斷對比實驗中的有關(guān)實驗條件的控制，并聯(lián)系實驗現(xiàn)象及結(jié)果，讓學(xué)生正確、清晰地感受到不變量、變量和因變量，幫助學(xué)生了解控制實驗條件的核心內(nèi)容：通過控制其他實驗條件不變，變量將會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響（以及如何影響），使學(xué)生盡快明確控制實驗條件在化學(xué)研究和學(xué)習(xí)中的意義。

例如，在“吸入的空氣與呼出氣體有什么不同”的對比探究實驗，通過對比實驗的藥品（人體吸入的空氣和呼出的氣體）的不同，采取歸納的方法，感知其對實驗結(jié)果的影響。而在“木炭、鐵絲和硫在空氣中和氧氣中的燃燒現(xiàn)象的對比”探究實驗中，則可以反過來。先引導(dǎo)學(xué)生觀察相同的物質(zhì)（木炭、硫和鐵絲）分別在空氣和氧氣中燃燒的情況，比較燃燒的劇烈程度，然后通過演繹分析相同物質(zhì)的燃燒劇烈程度差異的原因。最后結(jié)合“由于空氣中的氧氣含量相對較少，因此在空氣中燃燒不如在氧氣中燃燒劇烈”的實驗結(jié)論，了解控制實驗條件對實驗結(jié)果的影響。這樣，采取思維方向相反的兩種形式，學(xué)生建立實驗條件與實驗結(jié)論的關(guān)系，就能很好地明確控制實驗條件對獲得科學(xué)合理的實驗結(jié)論的意義，以及控制實驗條件的原因。

2.2從了解方法中提高控制實驗條件的思維

了解控制實驗條件的方法是培養(yǎng)控制實驗條件能力的關(guān)鍵。其核心是學(xué)習(xí)如何根據(jù)對比實驗的目的選擇合適的控制實驗條件的方式。這需要一個循序漸進(jìn)的過程。也就是應(yīng)按照從簡單到復(fù)雜、從控制單一實驗條件到控制多個實驗條件的順序，逐步深化。同時，應(yīng)充分利用教材的實驗，及時讓學(xué)生了解各種控制實驗條件的方式，如控制試劑種類（分解H2O2制O2的反應(yīng)中MnO2的作用的探究、二氧化碳與水反應(yīng)的實驗探究）、控制反應(yīng)條件（燃燒條件的實驗探究驗）及控制試劑用量（金屬與鹽酸、稀硫酸的反應(yīng)探究實驗）等。最終，引導(dǎo)學(xué)生了解用控制實驗條件思想設(shè)計對比實驗的思路——只有對比點不同，其他實驗條件相同。

對于單一實驗條件的控制，可以啟發(fā)學(xué)生結(jié)合對比，思考要控制單一實驗條件的方法。如“分解H2O2制O2的反應(yīng)中MnO2的作用”的探究實驗。若要知道MnO2的作用，應(yīng)對比加入與不加入MnO2進(jìn)行實驗的結(jié)果，從而學(xué)習(xí)有關(guān)的控制實驗條件的方法是：控制一個實驗條件（如試劑）的不同，其他實驗條件相同。當(dāng)學(xué)生掌握了單一實驗條件的控制方法后，再學(xué)習(xí)多個實驗條件的控制，就會順利得多。

對于多個實驗條件的控制，可以啟發(fā)學(xué)生先分析整合了多個實驗條件的綜合實驗中的實驗條件，然后進(jìn)行實驗條件拆分。在此基礎(chǔ)上分析對比實驗組，并從中領(lǐng)會控制多個實驗條件的方法。例如，“二氧化碳與水反應(yīng)”探究實驗。首先啟發(fā)學(xué)生對水、二氧化碳和石蕊之間可能發(fā)生的作用進(jìn)行分析（猜想），包括：1.水能否使紫色石蕊變紅色;2.二氧化碳能否使紫色石蕊變紅色;3.水和二氧化碳是否共同作用使紫色石蕊變紅色。然后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)這些猜想來分析教材的對比實驗。

2.3從設(shè)計實驗中形成控制實驗條件的能力

學(xué)會運(yùn)用控制實驗條件的方法是培養(yǎng)控制實驗條件能力的根本。即能夠根據(jù)實驗的目的，運(yùn)用控制實驗條件的方法判斷探究實驗中需要控制的實驗條件，進(jìn)而設(shè)計相應(yīng)的實驗步驟。因此，應(yīng)著重引導(dǎo)學(xué)生從明確實驗?zāi)康某霭l(fā)，收集信息和尋找影響因素。進(jìn)而確定要研究的實驗條件，并綜合運(yùn)用各種控制實驗條件的方式，控制其他的實驗條件不變，從而形成實驗方案。

2.4從解決探究問題中強(qiáng)化控制實驗條件的意識

學(xué)生形成了控制實驗條件能力以后，還應(yīng)通過及時的強(qiáng)化使之內(nèi)化成自身的科學(xué)素養(yǎng)。習(xí)題的訓(xùn)練是強(qiáng)化學(xué)生控制實驗條件的有效途徑。教師應(yīng)該依據(jù)課本上的實驗資源設(shè)計相應(yīng)的習(xí)題，從實驗條件的選擇、對比實驗的組合、實驗現(xiàn)象的預(yù)測、實驗結(jié)論的歸納等方面（如例題），幫助學(xué)生鞏固控制實驗條件的能力。

控制實驗條件思想不僅是解決化學(xué)科學(xué)探究問題的常用方法，也是學(xué)生解決學(xué)習(xí)和生活問題的一種方法。教學(xué)中，應(yīng)充分理解和利用教材中有關(guān)培養(yǎng)學(xué)生控制實驗條件能力的實驗資源，并根據(jù)學(xué)生的能力水平，設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)和活動，有序安排實驗活動，使學(xué)生逐漸形成控制實驗條件的能力，并內(nèi)化成自身的一種意識，從而促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

責(zé)任編輯 徐國堅