“控制變量法”在初中化學(xué)探究實驗中的運用

張英

【內(nèi)容摘要】作為一種必要的科學(xué)研究方法，控制變量法在各個學(xué)科領(lǐng)域都發(fā)揮著不可忽視的作用。其中，對于初中化學(xué)教學(xué)而言，控制變量法主要應(yīng)用于探究性實驗中，優(yōu)化實驗設(shè)計。為了充分發(fā)揮控制變量法的教學(xué)優(yōu)勢，提高學(xué)生對探究性實驗的學(xué)習(xí)能力，本文結(jié)合相關(guān)初中化學(xué)實驗，以控制變量法的思想為核心，優(yōu)化實驗探究過程。

【關(guān)鍵詞】控制變量法初中化學(xué)探究實驗

化學(xué)作為一門自然學(xué)科，蘊含著豐富的與物質(zhì)世界相關(guān)的知識，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。實驗是化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，探究實驗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)實驗現(xiàn)象等，會打壓學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。隨著新課程改革的深入實施，化學(xué)教學(xué)不再只關(guān)注學(xué)生對基礎(chǔ)知識和技能的掌握，更強調(diào)學(xué)生對知識舉一反三以及利用知識解決問題的能力，以實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。由此可見，初中化學(xué)教學(xué)中教師要注重運用探究性實驗滲透“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、實驗方法的綜合概述

實驗方法屬于人為控制的一種有目的性的操作，是暴露實驗特性的一種方法，它是實驗操作的核心。由此可以看出，實驗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。

其一，主動性。實驗方法的實踐是實驗者主動探索的過程，通過實驗設(shè)計，促進(jìn)實驗探究的順利實施。實驗現(xiàn)象是不可預(yù)測的，借助實驗儀器可以將一些無法直接觀察到的實驗現(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)了實驗者的主動性

其二，目的性。該特性是實驗探究的一大特點，學(xué)生在探究時需要先對實驗結(jié)果做出假設(shè)，然后根據(jù)實驗方法的核心理念進(jìn)行方案設(shè)計，選擇針對性操作方式，促進(jìn)實驗探究的順利實施，達(dá)到預(yù)期實驗效果。

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)，另一方面對實驗數(shù)據(jù)處理要精準(zhǔn)，提高實驗精確性。

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驗包含課中因素，通過利用該方法將多因素問題變?yōu)閱我蛩貑栴}，逐個研究單一因素對事物的影響，再綜合得出問題解決的辦法?？刂谱兞糠ㄖ猩婕暗蕉鄠€因子，具體如下：

自變量：該變量是探究影響實驗效果的控制性變量，通過控制不同的自變量，使因變量發(fā)生改變，一般情況下，自變量改變時，因變量也會發(fā)生改變，這是控制變量法中的兩個關(guān)鍵因素。

因變量：實驗探究中被動變化的量，主要受自變量的影響，通過探究不同的因變量，更加全面的認(rèn)識實驗過程和現(xiàn)象。

無關(guān)變量：指除了自變量和因變量以外其它影響實驗結(jié)果的變量。對無關(guān)變量的控制能夠使實驗探究更具科學(xué)性，提高說服力。

對照組：指沒有經(jīng)過人為處理的自然狀態(tài)或條件下產(chǎn)生實驗結(jié)果的實驗。

實驗組：指通過改變自變量或無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，達(dá)到預(yù)期實驗結(jié)果的一組實驗。

三、控制變量法的教學(xué)價值

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。雖然實驗屬于一種動手類實踐，深受學(xué)生喜愛，但實際探究中，學(xué)生針對沒有目的性和精確性的實驗很難持續(xù)探究興趣?？刂谱兞糠ǖ膽?yīng)用通過分析與控制實驗條件，能夠加強學(xué)生實驗探究的層次感，激發(fā)探究欲望。此外，該方法會在無形中讓學(xué)生掌握實驗探究的規(guī)律和本質(zhì)，學(xué)生接觸過一次變量控制過程后，對學(xué)習(xí)方法有所熟悉，會更加強化自身探究動力與信心。最后，有利于促使學(xué)生迸發(fā)創(chuàng)新靈感?？刂谱兞糠ǖ倪\用涉及到自變量和無關(guān)變量，在改變自變量時，學(xué)生可以創(chuàng)新式地對無關(guān)變量進(jìn)行控制，不斷激發(fā)新思想、新觀念的產(chǎn)生，豐富思考問題的角度，從而促進(jìn)創(chuàng)新意識發(fā)展。

四、“控制變量法”在初中探究實驗教學(xué)中的應(yīng)用過程

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)探究實驗中的應(yīng)用，不僅能夠考查學(xué)生對圖表的觀察、分析與處理，還可以改變學(xué)生對化學(xué)知識的認(rèn)知，掌握一定學(xué)習(xí)能力。

在實施控制變量法時，要注重對比，首先尋找自變量與因變量，然后通過觀察控制不同變量時物質(zhì)發(fā)生的變化，采取對比手法，明確實驗探究目的，掌握實驗探究本質(zhì)。此外，還要遵循從簡單到復(fù)雜的規(guī)律，挖掘?qū)嶒炛行枰骄康臈l件，并運用對比的方法，從研究的角度引導(dǎo)學(xué)生掌握控制變量法。通常境況下，研究一個變量對實驗結(jié)果的影響時，需要兩組實驗進(jìn)行對比，例如“探究溫度對分子運動的影響”實驗中，溫度屬于自變量，是探究的條件，其它實驗條件相同。如果比較兩個條件，通常需要三組實驗進(jìn)行對比，以“探究鐵生銹的條件”實驗為例，當(dāng)以氧氣為自變量時，需要設(shè)計一組實驗將鐵與氧氣接觸，另一組實驗沒有與氧氣接觸，保持其它變量不變。最后，要明確控制變量法運用的目的，防止學(xué)生探究實驗中機(jī)械化套用。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會從實驗?zāi)康牡慕嵌确治隼硐肭闆r下的實驗，以及可能出現(xiàn)的影響因素，通過控制這些因素促進(jìn)實驗理想結(jié)果的實現(xiàn)。這就要求學(xué)生在制定實驗方案是養(yǎng)成獨立思考的習(xí)慣，并設(shè)計相關(guān)問題。例如在測定空氣中氧氣含量的實驗中，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，通過設(shè)置針對性問題，幫助學(xué)生深入理解實驗過程。

2.豐富探究性實驗教學(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)生掌握知識生成本質(zhì)，習(xí)得一定學(xué)習(xí)方法。在化學(xué)探究實驗中，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，除了考慮實驗?zāi)繕?biāo)、實驗內(nèi)容以及活動形式外，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)氛圍的營造，喚醒學(xué)生已學(xué)的化學(xué)知識，刺激求知欲望，提高探究主動性?？刂谱兞糠☉?yīng)用的最突出特點在于對比，通過控制不同實驗條件，滲透控制變量的思想。例如為了讓學(xué)生體會“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、比較氧氣和二氧化碳的水溶性等實驗歸為一類，通過分析各自實驗中條件的變化以及造成的不同實驗現(xiàn)象，強化學(xué)生探究性實驗實踐。

3.優(yōu)化實驗設(shè)計過程，運用控制變量法

控制變量法不光需要學(xué)習(xí)理論，更需要進(jìn)行實踐操作。有的學(xué)生雖然熟悉了該方法，但在應(yīng)用過程中，會出現(xiàn)自變量、因變量混亂的現(xiàn)象，影響對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析，造成實驗結(jié)果不準(zhǔn)確，實驗方案設(shè)計不嚴(yán)謹(jǐn)。探究性實驗在初中教材中出現(xiàn)的數(shù)量和頻率比較高，這些實驗在操作過程中大部分會運用到控制變量法，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，將探究性實驗上成了演示性實驗，學(xué)生并沒有參與其中，自然無法體會控制變量法的運用。因此，作為一名初中化學(xué)教師，要優(yōu)化實驗設(shè)計過程，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，感受控制變量法的運用。以“探究氧化鐵能否作為過氧化氫溶液分解的催化劑”實驗為例，安排三組學(xué)生分別進(jìn)行過氧化氫溶液的分解與氣體收集實驗，保持過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，實驗時間不變，通過實驗現(xiàn)象得出實驗結(jié)論。通過該實驗的引導(dǎo)，一方面深化學(xué)生對催化劑概念的理解，另一方面體驗控制變量法在實驗中的具體應(yīng)用，從而掌握一定的實驗探究方法，提高化學(xué)實驗學(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

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

【參考文獻(xiàn)】

[1]崔艷菊.初中化學(xué)探究性實驗的設(shè)計與教學(xué)方法研究[J].中國校外教育，2019（35）：67-68.

[2]尋湘沅.“控制變量法”在初中化學(xué)探究實驗中的運用[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2019（22）：43-46.

[3]洪茲田，陳女婷.“控制變量法”在初中化學(xué)探究性實驗中的應(yīng)用及其考查[J].中小學(xué)實驗與裝備，2018，28（4）：50-52.

[4]劉升斌.例談控制變量思想在中考復(fù)習(xí)中的滲透——從2017年福建省中考化學(xué)實驗探究題談起[J].化學(xué)教學(xué)，2017（12）：77-80.

（作者單位：陜西省西安市高陵區(qū)教學(xué)研究室）