基于核心素養(yǎng)及學習進階培養(yǎng)控制實驗條件能力的教學研究

文/東莞市茶山中學 賴思恒

在初中化學教材中，以控制實驗條件的思想設計的實驗貫穿始終，體現了控制實驗條件是化學探究實驗中最常用的方法。近十年的化學中考，經常考查控制實驗條件的分析和運用。但是，大多數學生在回答此類問題時，往往表現出如不懂如何應用、找不到實驗條件、思路不清、不會設計實驗方案、不會分析實驗結果，以及設計實驗方案不完善等諸多問題。其主要原因是，教師在教學中沒有理清學生的控制實驗條件能力在不同階段的發(fā)展水平，疏忽了化學教材對其在不同階段的相關內容的編寫意圖，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，讓學生猶如囫圇吞棗，增加了學生學習的難度。此外，還有部分教師為了創(chuàng)新和亮點，亂改、亂增、亂減教學內容，無視控制實驗條件能力培養(yǎng)的系統(tǒng)性。這樣的教學帶來的就是教學有效性的不足。筆者認為，控制實驗條件能力的培養(yǎng)是一個長期的學習進階過程，應遵循循序漸進的認知規(guī)律，按照教材的編寫，統(tǒng)籌規(guī)劃教學的安排，使學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容編排及內涵

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出來的。人教版九年級化學教材中有大量利用控制實驗條件的思想設計的對比實驗，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，教材中有關控制實驗條件的實驗數量頗多，如果不注意統(tǒng)籌，就容易讓學生產生雜亂的感覺，不利于學生的學習。所以，要對其進行梳理，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

剛進入初三學習化學的學生，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象的對比探究”及“分解H2O2制O2的反應中MnO2的作用的探究”這三個實驗，主要是側重于通過認識和體會對比實驗，初步認識對比實驗中的常量與變量，觀察實驗產生現象，發(fā)現結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，學生可以以此為基礎，學習從控制實驗條件的角度分析實驗。即通過明確實驗目的，認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果之間的關系，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“分子運動現象的實驗 ”“二氧化碳與水反應的探究實驗 ”“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，引導學生分析出明顯影響實驗結論的實驗條件。其目的就是讓學生經過這些對比實驗的學習，能夠總結出利用控制實驗條件方法設計對比實驗的方法。

1.3應用控制實驗條件方法的實驗設計

經過感知和分析對比實驗中的控制實驗條件的方法后，學生控制實驗條件能力已具雛形，開始進入了真正的實踐階段。這時，需要學生自己通過利用控制實驗條件的思想設計對比實驗，來加強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、易于分析的探究情景，引導學生根據提示，運用控制實驗條件方法設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金屬的物理性質和某些化學性質”中，還提高要求，讓學生在分析變量的基礎上自主設計控制實驗條件的對比實驗。這些都是要求學生學會應用控制實驗條件方法的設計探究實驗。

2.培養(yǎng)控制實驗條件能力的學習進階教學策略

2.1從明確意義中建立控制實驗條件的認識

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。學生在八年級物理的學習中已對與控制實驗條件密切相關的控制變量思想有了一定的了解。進入九年級化學，就要把控制變量的思想遷移到化學學習中來。在化學入門之初，就要從簡單入手，及時利用化學入門課的對比實驗，學習運用控制變量思想分析、判斷對比實驗中的有關實驗條件的控制，并聯系實驗現象及結果，讓學生正確、清晰地感受到不變量、變量和因變量，幫助學生了解控制實驗條件的核心內容：通過控制其他實驗條件不變，變量將會對實驗結果產生影響(以及如何影響)，使學生盡快明確控制實驗條件在化學研究和學習中的意義。

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，感知其對實驗結果的影響。而在“木炭、鐵絲和硫在空氣中和氧氣中的燃燒現象的對比”探究實驗中，則可以反過來。先引導學生觀察相同的物質(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的燃燒劇烈程度差異的原因。最后結合“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”的實驗結論，了解控制實驗條件對實驗結果的影響。這樣，采取思維方向相反的兩種形式，學生建立實驗條件與實驗結論的關系，就能很好地明確控制實驗條件對獲得科學合理的實驗結論的意義，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鍵。其核心是學習如何根據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的過程。也就是應按照從簡單到復雜、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，應充分利用教材的實驗，及時讓學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的反應中MnO2的作用的探究、二氧化碳與水反應的實驗探究)、控制反應條件(燃燒條件的實驗探究驗)及控制試劑用量(金屬與鹽酸、稀硫酸的反應探究實驗)等。最終，引導學生了解用控制實驗條件思想設計對比實驗的思路——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)學生結合對比，思考要控制單一實驗條件的方法。如“分解H2O2制O2的反應中MnO2的作用”的探究實驗。若要知道MnO2的作用，應對比加入與不加入MnO2進行實驗的結果，從而學習有關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。當學生掌握了單一實驗條件的控制方法后，再學習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，然后進行實驗條件拆分。在此基礎上分析對比實驗組，并從中領會控制多個實驗條件的方法。例如，“二氧化碳與水反應”探究實驗。首先啟發(fā)學生對水、二氧化碳和石蕊之間可能發(fā)生的作用進行分析(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。然后引導學生根據這些猜想來分析教材的對比實驗。

2.3從設計實驗中形成控制實驗條件的能力

學會運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。即能夠根據實驗的目的，運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，進而設計相應的實驗步驟。因此，應著重引導學生從明確實驗目的出發(fā)，收集信息和尋找影響因素。進而確定要研究的實驗條件，并綜合運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化控制實驗條件的意識

學生形成了控制實驗條件能力以后，還應通過及時的強化使之內化成自身的科學素養(yǎng)。習題的訓練是強化學生控制實驗條件的有效途徑。教師應該依據課本上的實驗資源設計相應的習題，從實驗條件的選擇、對比實驗的組合、實驗現象的預測、實驗結論的歸納等方面(如例題)，幫助學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科學探究問題的常用方法，也是學生解決學習和生活問題的一種方法。教學中，應充分理解和利用教材中有關培養(yǎng)學生控制實驗條件能力的實驗資源，并根據學生的能力水平，設計相應的教學目標和活動，有序安排實驗活動，使學生逐漸形成控制實驗條件的能力，并內化成自身的一種意識，從而促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。