初、高中化學(xué)知識教學(xué)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(xué)課本中都沒有出現(xiàn)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(xué)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(xué)工作。

關(guān)鍵詞：化學(xué)；控制變量；課程標(biāo)準(zhǔn)

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

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.004

作為高中化學(xué)教師，不只是要認(rèn)真鉆研高中化學(xué)教材，還應(yīng)該關(guān)注初中化學(xué)教材。我?；瘜W(xué)組2012年申請了課題《旨在完全中學(xué)初、高中化學(xué)知識銜接的校本課程開發(fā)的實踐研究》，系統(tǒng)研究高中化學(xué)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(xué)知識，列舉了一些高中老師在教學(xué)中應(yīng)該注意的問題，在這些問題中，我認(rèn)為初三化學(xué)教學(xué)中的控制變量的運用的教學(xué)尤其應(yīng)該引起高中化學(xué)教師的重視。

控制變量法最初是在初中物理課本中出現(xiàn)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?！?/p>

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

先看初中課程標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的要求[2]：初步形成基本的化學(xué)實驗技能，能設(shè)計和完成一些簡單的化學(xué)實驗……初步認(rèn)識實驗方案設(shè)計、實驗條件控制、數(shù)據(jù)處理等、認(rèn)識科學(xué)探究的意義和基本過程，能提出問題，進(jìn)行初步的探究活動。

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

現(xiàn)有潔凈無銹的鐵釘、試管、經(jīng)煮沸迅速冷卻的蒸餾水、植物油、棉花和干燥劑氯化鈣。試設(shè)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(xiàn)象，并判斷反應(yīng)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(xiàn)象，比較反應(yīng)的劇烈程度……

這兩處內(nèi)容體現(xiàn)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(zhì)燃燒的條件、比較金屬活動性、影響固體物質(zhì)溶解速度的因素等內(nèi)容時，都滲透有關(guān)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(xué)試題第15題的加分題就考查了學(xué)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(yīng)的化學(xué)方程式： 。

小芳發(fā)現(xiàn)，氯酸鉀與氧化銅混合加熱，也能較快產(chǎn)生氧氣，于是進(jìn)行如下探究：

[提出猜想]除MnO2、CuO外，F(xiàn)e2O3也可以作為KClO3分解的催化劑。

[完成實驗]按下表進(jìn)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(shù)據(jù)、得出結(jié)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(yīng)的催化劑，還要驗證它在化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量和 不變。

（2）同種催化劑，顆粒大小可能影響催化效果，請設(shè)計實驗方案進(jìn)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(xué)試卷總分不超過60分。）

。

在《2013年安徽省初中畢業(yè)學(xué)業(yè)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(jù)對照實驗要求只有一個變量，其他條件都相同進(jìn)行分析回答，以及分解時所需溫度越低的，催化效果越好進(jìn)行分析……”

從課程標(biāo)準(zhǔn)、更多的課本上的相關(guān)內(nèi)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(xiàn)和要求的，但是其要求是比較簡單、粗放的，大部分情況下，學(xué)生只需要初步認(rèn)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(shè)計的內(nèi)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(zhì)量、濃度等實驗條件的控制沒有嚴(yán)格數(shù)據(jù)上的要求，對實驗結(jié)果，也多以描述性結(jié)論為主。

那么，高中化學(xué)教學(xué)中，涉及到控制變量思想的教學(xué)要求和內(nèi)容又是怎樣的呢？

首先看高中中課程標(biāo)準(zhǔn)對實驗方面的要求[6]：獲得有關(guān)化學(xué)實驗的基礎(chǔ)知識和基本技能，學(xué)習(xí)實驗研究的方法，能設(shè)計并完成一些化學(xué)實驗。

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

請你設(shè)計并實施實驗，解決下列問題：化學(xué)反應(yīng)速率與哪些因素有關(guān)？這些因素對化學(xué)反應(yīng)速率會產(chǎn)生怎樣的影響？

實驗方案……

魯科版高中化學(xué)選修課關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率的交流研討也體現(xiàn)了控制變量的思想[8]：

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

1. 請找出化學(xué)反應(yīng)速率與H2O2濃度及HI濃度之間的關(guān)系，并嘗試寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式。

2.請針對“化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系”談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

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(xué)生能運用控制變量思想設(shè)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(shù)據(jù)找出規(guī)律。

其他的如高中化學(xué)課本中的元素性質(zhì)遞變規(guī)律的教學(xué)內(nèi)容、氯氣漂白性的教學(xué)、化學(xué)平衡的教學(xué)內(nèi)容……等等，無一不體現(xiàn)了控制變量的方法。

近年來高考也注重考學(xué)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(xué)習(xí)小組在網(wǎng)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(jìn)行了如下探究：

[實驗]制備銀鏡，并與Fe（NO3）3溶液反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)銀鏡溶解。

（1）下列有關(guān)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(shè)]

假設(shè)1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假設(shè)2：Fe（NO3）3溶液顯酸性，在此酸性條件下NO3-能氧化Ag。

[設(shè)計實驗方案，驗證假設(shè)]

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

（3）乙同學(xué)設(shè)計實驗驗證假設(shè)2，請幫他完成下表中內(nèi)容（提示：NO3-在不同條件下的還原產(chǎn)物較復(fù)雜，有時難以觀察到氣體產(chǎn)生）。

[思考與交流]

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

你是否同意丙同學(xué)的結(jié)論，并簡述理由： 。

《2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)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(guān)的化學(xué)反應(yīng)原理……以及控制變量思想設(shè)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(xiàn)。而且，我們通過以上的幾個例子還可以看出，高中化學(xué)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(xué)生應(yīng)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(shè)計實驗的能力，能比較全面考慮反應(yīng)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(xué)要求有所不同，由于初、高中化學(xué)教學(xué)研究的脫節(jié)，造成一些高中老師對初中化學(xué)教學(xué)中對控制變量方法的教學(xué)要求及教學(xué)情況沒有充分了解，因此在處理高中課本相關(guān)知識時，可能會出現(xiàn)偏差：要么是對相關(guān)知識的講解不到位，一帶而過；要么會浪費寶貴的時間，重復(fù)學(xué)習(xí)初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識。而如果高中教師了解了初中化學(xué)教學(xué)中對控制變量方法的教學(xué)情況，那么，在教學(xué)中對相關(guān)知識的處理上會更準(zhǔn)確、更靈活，效率更高、效果會更好。

參考文獻(xiàn)

[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(fā)中心編.義務(wù)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(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012

[3] 人民教育出版社課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心編.義務(wù)教育教科書化學(xué)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(xué)課程教材研究開發(fā)中心編.義務(wù)教育教科書化學(xué)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(xué)研究所.2013年安徽省初中畢業(yè)學(xué)業(yè)考試綱要[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2013

[6] 中華人民共和國教育部.高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2003

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

[8] 王磊.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書化學(xué)反應(yīng)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(xué)研究院編.2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試安徽卷考試說明（理科·課程標(biāo)準(zhǔn)實驗版）[M].合肥：黃山書社，2013.1

2.請針對“化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系”談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

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(xué)生能運用控制變量思想設(shè)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(shù)據(jù)找出規(guī)律。

其他的如高中化學(xué)課本中的元素性質(zhì)遞變規(guī)律的教學(xué)內(nèi)容、氯氣漂白性的教學(xué)、化學(xué)平衡的教學(xué)內(nèi)容……等等，無一不體現(xiàn)了控制變量的方法。

近年來高考也注重考學(xué)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(xué)習(xí)小組在網(wǎng)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(jìn)行了如下探究：

[實驗]制備銀鏡，并與Fe（NO3）3溶液反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)銀鏡溶解。

（1）下列有關(guān)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(shè)]

假設(shè)1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假設(shè)2：Fe（NO3）3溶液顯酸性，在此酸性條件下NO3-能氧化Ag。

[設(shè)計實驗方案，驗證假設(shè)]

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

（3）乙同學(xué)設(shè)計實驗驗證假設(shè)2，請幫他完成下表中內(nèi)容（提示：NO3-在不同條件下的還原產(chǎn)物較復(fù)雜，有時難以觀察到氣體產(chǎn)生）。

[思考與交流]

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

你是否同意丙同學(xué)的結(jié)論，并簡述理由： 。

《2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)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(guān)的化學(xué)反應(yīng)原理……以及控制變量思想設(shè)計實驗的能力?！?/p>

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(xiàn)。而且，我們通過以上的幾個例子還可以看出，高中化學(xué)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(xué)生應(yīng)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(shè)計實驗的能力，能比較全面考慮反應(yīng)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(xué)要求有所不同，由于初、高中化學(xué)教學(xué)研究的脫節(jié)，造成一些高中老師對初中化學(xué)教學(xué)中對控制變量方法的教學(xué)要求及教學(xué)情況沒有充分了解，因此在處理高中課本相關(guān)知識時，可能會出現(xiàn)偏差：要么是對相關(guān)知識的講解不到位，一帶而過；要么會浪費寶貴的時間，重復(fù)學(xué)習(xí)初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識。而如果高中教師了解了初中化學(xué)教學(xué)中對控制變量方法的教學(xué)情況，那么，在教學(xué)中對相關(guān)知識的處理上會更準(zhǔn)確、更靈活，效率更高、效果會更好。

參考文獻(xiàn)

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[2] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012

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[4] 人民教育出版社課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心編.義務(wù)教育教科書化學(xué)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(xué)研究所.2013年安徽省初中畢業(yè)學(xué)業(yè)考試綱要[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2013

[6] 中華人民共和國教育部.高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2003

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

[8] 王磊.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書化學(xué)反應(yīng)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(xué)研究院編.2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試安徽卷考試說明（理科·課程標(biāo)準(zhǔn)實驗版）[M].合肥：黃山書社，2013.1

2.請針對“化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系”談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

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(xué)生能運用控制變量思想設(shè)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(shù)據(jù)找出規(guī)律。

其他的如高中化學(xué)課本中的元素性質(zhì)遞變規(guī)律的教學(xué)內(nèi)容、氯氣漂白性的教學(xué)、化學(xué)平衡的教學(xué)內(nèi)容……等等，無一不體現(xiàn)了控制變量的方法。

近年來高考也注重考學(xué)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(xué)習(xí)小組在網(wǎng)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(jìn)行了如下探究：

[實驗]制備銀鏡，并與Fe（NO3）3溶液反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)銀鏡溶解。

（1）下列有關(guān)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(shè)]

假設(shè)1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假設(shè)2：Fe（NO3）3溶液顯酸性，在此酸性條件下NO3-能氧化Ag。

[設(shè)計實驗方案，驗證假設(shè)]

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

（3）乙同學(xué)設(shè)計實驗驗證假設(shè)2，請幫他完成下表中內(nèi)容（提示：NO3-在不同條件下的還原產(chǎn)物較復(fù)雜，有時難以觀察到氣體產(chǎn)生）。

[思考與交流]

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

你是否同意丙同學(xué)的結(jié)論，并簡述理由： 。

《2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)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(guān)的化學(xué)反應(yīng)原理……以及控制變量思想設(shè)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(xiàn)。而且，我們通過以上的幾個例子還可以看出，高中化學(xué)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(xué)生應(yīng)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(shè)計實驗的能力，能比較全面考慮反應(yīng)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(xué)要求有所不同，由于初、高中化學(xué)教學(xué)研究的脫節(jié)，造成一些高中老師對初中化學(xué)教學(xué)中對控制變量方法的教學(xué)要求及教學(xué)情況沒有充分了解，因此在處理高中課本相關(guān)知識時，可能會出現(xiàn)偏差：要么是對相關(guān)知識的講解不到位，一帶而過；要么會浪費寶貴的時間，重復(fù)學(xué)習(xí)初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識。而如果高中教師了解了初中化學(xué)教學(xué)中對控制變量方法的教學(xué)情況，那么，在教學(xué)中對相關(guān)知識的處理上會更準(zhǔn)確、更靈活，效率更高、效果會更好。

參考文獻(xiàn)

[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(fā)中心編.義務(wù)教育教科書物理八年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012： 51

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[4] 人民教育出版社課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心編.義務(wù)教育教科書化學(xué)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(xué)研究所.2013年安徽省初中畢業(yè)學(xué)業(yè)考試綱要[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2013

[6] 中華人民共和國教育部.高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2003

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

[8] 王磊.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書化學(xué)反應(yīng)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(xué)研究院編.2013年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試安徽卷考試說明（理科·課程標(biāo)準(zhǔn)實驗版）[M].合肥：黃山書社，2013.1