不同教材实验条件控制思想的构建与比较_控制变量论文

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      化学探究从某种意义上来说就是实验条件的有效控制，化学探究水平的高低与实验条件的分析和控制密切相关。

      “所谓实验条件是指同特定实验对象相联系并对其状态、性质和变化发生影响的诸因素的总和”。“所谓实验条件的控制就是通过改变实验条件，运用各种不同的实验比较法来探寻最佳实验条件”。笔者以人教版、鲁科版、苏教版高中化学3种版本教材中的两个必修模块（化学1、化学2）、3个选修模块（化学反应原理、有机化学基础、实验化学）为研究对象，对其中涉及实验条件控制的化学内容进行比较研究，剖析实验条件控制在3种版本教材中的渗透与落实。

      一、3种版本教材实验条件控制内容体系的构建

      1.内容体系关注知识线索、方法线索和“STS”线索的横向展开

      内容体系的构建取决于课程标准，服务于学生科学素养的培养和公民素质的提升，其中学科、学生和社会是影响内容选择的最基本的3个因素。3种版本教材实验条件控制围绕课程目标，确立了3条基本的内容线索：一是化学学科的基本知识线索（简称“知识”线索）；二是科学探究和化学学科的思想观念、研究方法和学习策略（简称“方法”线索）；三是反映化学与社会、环境、个人生活实际以及其他科学和技术的内容主题、学习素材（简称“STS”线索）。

      3种版本的2个必修模块（化学1、化学2）、3个选修模块（化学反应原理、有机化学基础、实验化学）涉及实验条件控制的内容有94例，具体内容分布见图1。

      实验条件控制的“知识”线索、“方法”线索和“STS”线索分别对应学科化、探究化和生活化内容取向。3种版本教材内容分布见图2。

      人教版5个模块涉及条件控制的内容共32例，学科化、探究化、生活化内容所占比例分别为：25.0%，56.3%，16.8%。相对于旧人教版教材，探究性实验增加了。从总体上看，人教版教材主要以学科内在逻辑为主进行编排，知识的连贯性和整体性较强。

      

      鲁科版5个模块涉及条件控制的内容共26例，学科化、探究化、生活化内容所占比例分别为：46.1%，46.1%，7.7%。实验更加注重学科探究性；实验条件控制要求更加明确、地位更加突现；方法的引领性和迁移性功能明显。

      苏教版5个模块涉及条件控制的内容共36例，学科化、探究化、生活化内容所占比例分别为：30.6%，58.3%，11.1%。条件控制更加注重探究性和问题化，实验以主题和专题形式展开，但知识的系统性相对较弱。

      2.内容构建关注信息加工、实验探究和问题解决的纵向发展

      （1）关注学生认知发展的阶段性，条件控制幅度逐渐加大。3种版本教材的内容编排总体分为“体验—渗透”、“尝试—理解”、“运用—开放”3个层次。各模块功能定位明确，衔接流畅，各有侧重。下面以化学反应速率和化学平衡在鲁科版3个模块中的纵向发展过程为例（下页表1），了解内容构建的纵向发展过程。

      

      （2）关注学生思维培养的全面性，条件控制数量逐渐开放。根据所需控制实验条件的多少来划分，控制方式可分为：单因素控制和多因素控制。高中化学涉及的实验条件有：一是试剂本身的特征：种类、纯度、状态、形状、质量等；二是外界实验条件：溶液的酸碱性、浓度、压强、温度、催化剂、介质；三是实验仪器和装置；四是化学实验操作，如点燃、加热、冷却、振荡、溶解、洗涤等。

      3种版本教材中实验条件的控制多为单因素控制，共65处，比重为69.1%，多因素控制共29处，比率为30.9%。教材由单因素控制逐渐向多因素过渡；因素水平由两水平到多水平。图3是3个版本单因素和多因素分布图。

      

      在人教版教材中多因素条件控制所占比重为34.4%，以分散和集中相结合的方式编排，在化学2、化学反应原理、有机化学中有所体现，而实验化学则全部是多因素实验条件探究；鲁科版教材单因素条件控制存在着有与无两种状态的对比探究，更多的是多水平的研究，编排方式与人教版教材相似；在苏教版教材中多因素条件控制分散在各模块中。实验化学以专题4化学反应条件的控制作为主题，分3个主课题、5个拓展课题进行全面的研究，思维要求较高、生活气氛浓厚。

      （3）关注学科价值实现的潜在性，条件控制方向逐渐拓展。3个版本教材都注意发挥条件控制的认识功能，为学生学习化学知识提供实验事实，促进概念和理论的学习，建构化学逻辑系统。3种版本教材建构理念不同，呈现不同特色，体现不同价值追求。

      人教版关注条件控制的认识功能，侧重学科探究化和探究学科化的融合。从内容发展来看，必修模块是人教版条件控制思想的渗透和体验阶段，化学反应原理模块是控制条件的实施探究阶段。

      鲁科版关注条件控制的方法功能，在演示实验和探究实验中关注科学方法在探究中的统摄作用。必修模块注意渗透实验条件控制思想和方法。化学反应原理模块是科学方法的设计与运用阶段。有机化学和实验化学出现得相对较少，让学生有充分发挥的空间。

      苏教版关注条件控制的教学功能，在新情境、新问题中关注学生信息加工能力、问题解决能力的培养。苏教版必修和选修模块注重条件控制在核心概念和基本原理学习中的作用，更关注条件控制思想在实践探究中的运用。在实验化学模块中大胆创新，实验总数达到14例，达到研究高潮。

      二、3种版本教材实验条件控制表观功能的分析

      1.3种版本教材条件控制栏目类型的呈现分析

      从实验探究过程来看，实验条件控制常表现为：演示实验、探究实验和设计实验3种形式。

      （1）在演示实验中，学生活动主要是现象观察、数据收集、交流研讨及得出结论。条件控制的作用比较隐性，服务于学习和探究。

      （2）探究实验是基于问题的聚焦，强调体验性知识的获得；实验内容具有真实性和实践性。实验条件控制作为化学探究的重要组成部分，其关键地位更加突出。

      （3）设计实验基于情境、条件因素和变量关系的分析，达到对实验条件的操纵和控制，条件控制服务于生活和解决社会问题，其工具功能得到了良好彰显。

      从化学实验研究方向来看，实验条件控制主要运用于单项实验、主题实验和拓展实验。3种版本教材单项实验占绝大部分，而主题实验和拓展实验比例较少，而苏教版相对较多，拓展实验、家庭实验、课外实践相对较多，体现了其“源于生活，服务社会”的特点（图4）。

      

      2.3种版本教材条件变量关系的逻辑分析

      实验条件变量因性质的不同可分为实验变量、无关变量和反应变量。实验变量是指实验中由实验者所操纵的因素或条件；无关变量是指实验中除了实验变量以外影响实验现象和结果的因素或条件；反应变量指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。条件控制在化学探究中的实施过程见图5。

      

      由于化学实验目的和研究方向不同，实验条件控制因素、变量逻辑关系也不相同。3种版本教材变量逻辑关系研究有6种取向，即关注物质本身性质、外界条件控制、实验变量关系以及最佳条件的研究等。如表2所示。

      

      实验变量对反应变量的定性分析，在3种版本条件控制中所占比重最大，体现了条件控制在化学知识学习中的重要作用。对于实验最佳条件研究涉及全面比较法、优选法、简单比较和正交试验法等，难度较大，过程复杂，3种版本教材都涉及不多。

      3.3种版本教材条件控制运用主题的取向分析

      3种版本教材条件控制在主题运用中的方向有：科学方法教育、基本概念和基础理论学习、性质研究、物质制备、物质分离提纯，为基本概念和基础理论学习提供事实和方法所占比例最大，达43.6%，是控制实验条件最重要的方向，体现了基础性和发展性。同时鲁科版教材与人教版教材在方法教育上做了大胆的尝试，如鲁科版教材以钠燃料实验为例，将元素化合物知识和学科方法很好地融合，体现条件控制的重大意义。以氯气的性质为探究对象，将学习过程与控制方法进行整合，对比氯水与氯气在漂白性方面的差异，体现条件控制的功能。人教版教材专门对化学反应条件的控制进行感性方面的思考与交流，从化学反应速率与反应限度角度出发，以建筑物的定向爆破为案例，达到化学条件控制的显性构建。

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