论化学探究实验中变量控制的缺失与重构，本文主要内容关键词为：缺失论文,变量论文,重构论文,化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
科学方法是人类在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确思维和行动方式。科学探究作为科学方法的一种，主要指像科学家一样研究和解决问题来学习的方式。化学学科中的科学探究主要是探索化学现象与化学本质之间的因果关系。自然界和真实实验中发生的化学现象往往纷繁复杂，影响研究对象的因素通常也不是单一的。如何把影响化学规律中的可观察和测量的关键要素提取出来，以寻得其内在的因果关系，这就是变量控制。
一、化学探究学习中变量控制缺失的表现
控制实验条件是化学实验的灵魂，只有对实验条件加以严格控制，实验才会有科学价值和意义，才能获得科学事实，取得科学发现。变量控制作为科学探究中的重要一环，如果在问题解释过程中无变量控制意识的话，得出的结论将是不精确，甚至是片面和错误的；如果在问题解决过程中无变量控制意识的话，就无法抓住其中的要点，最终只能凭借经验和主观臆断得出结论。为此，我们试从下面案例来考察中学化学教学中学生对于变量控制的情况。
案例 某学生向装有相同铝片的2支试管里加入等体积
=3.0mol/L的盐酸和硫酸，注意观察化学反应的进程，其实验结果见表1。
表1
反应进程 12 3 45
盐酸
少量 较多 大量 反应 铝片
气泡 气泡 气泡 剧烈 耗尽
硫酸 均无明显现象（无气泡产生）
对于这种实验现象如何来解释呢？下面摘取部分典型的解释，具体如下：
1.与硫酸反应的铝片表面的氧化膜太厚了；
2.硫酸太浓了，在铝片表面形成了致密的氧化膜；
3.铝与硫酸反应生成了硫酸铝，覆盖在铝片的表面，阻止了反应的进行……
评析 从以上对现象的解释来分析，许多学生对问题的解释只是着眼于硫酸与铝反应的异常现象；只从铝与硫酸无法持续接触角度寻找无气泡产生的原因。他们没有从两者的比较中找出其中不同的变量，最终导致他们的解释都是想当然的，自然也无法找出其中的本质。
二、化学教学过程中变量控制的模式构建
科学的本质是探究，学习科学的最好方法就是从事科学探究。变量控制是科学探究能力的重要组成部分。虽然，日常化学课堂教学、实验学习等原因使得对于变量控制重视程度不足，但是，为了提高学生的科学素养，变量控制能力必须有意识地提高。化学教师可以通过提高变量控制的意识，挖掘化学学科内部的素材，构建一定的变量控制模式，来提高学生变量控制的能力。笔者借鉴“穆勒五法”中的部分思想，对变量控制模式进行再构建。
1.求同法控制变量模式
该模式通过研究现象出现的若干场合，分析多种情况中变化和不变因素，确定影响现象的共同因素，然后控制该因素不变，考察在另外情境中是否也同样具有相同的被研究现象。从而，就可以得出该因素与现象具有相关性，见表2。
表2
场合相关情况被研究现象
(1) A、B、C
a
(2) A、D、E
a
(3) A、G、F
a
…… …………
结论：A与a之间有因果联系
课例：哪些物质能与银氨溶液发生银镜反应？
事实：乙醛能与银氨溶液在一定条件下形成光亮的银镜；葡萄糖能与银氨溶液在相同的条件下形成银镜；甲酸也能与银氨溶液也形成一层银镜。
结论：由此推出含有—CHO基团的有机物都能发生银镜反应。
应用：甲酸酯也具有相同基团，所以该有机物也能发生银镜反应
在化学学习中，对于不同的物质都具有相同的化学性质，那么，我们就可寻找其中变化的要素和不变的要素，然后，在新情境中保持不变的要素来考察被研究的现象，如果同样现象再次出现，就可推知其中必有相同的结构本质。
2.差异法控制变量模式
该模式控制两个被研究情境中各变量不变，当作用另一个因素A时，出现现象a；当不作用A时，现象a就不出现。这样，就说明因素A与现象a具有内在关联，见表3。
表3
场合相关情况被研究现象
(1) A、B、C
a
(2) —、B、C
—
结论：A与a之间有因果联系
课例：铁离子的检验
事实：①在
溶液中，滴入KSCN后，溶液呈血红色；
②在
溶液中，滴加KSCN溶液，则无明显的现象；
③在加入KSCN的
溶液中，加入
后，溶液又呈血红色。
结论：
是引起溶液变为血红色的条件。
说明：这就是我们常用的对照实验模式。
3.共变法控制变量模式
该模式主要考察不同场合中，保持其他变量不变，只将其中一个变量进行不同程度的作用。如果被研究的现象也会相应地变化，那么，就能推断该变量与现象之间具有一定的作用，见表4。
表4
场合 相关情况被研究现象
(1) A1、B、C a1
(2) A2、B、C a2
(3) A3、B、C a3
…… …… ……
结论：A与a2之间有因果联系
课例：研究温度对弱电解质电离度影响规律
事实：用0.01mol/L的醋酸溶液25毫升装入烧杯，用测定溶液导电性装置。
①0℃时，通电，灯泡钨丝红、暗淡；
②50℃时，通电，灯泡比较明亮；
③100℃时，通电，灯泡明亮。
结论：温度对弱电解质导电性的影响。
说明：运用该模式时，应注意只是其中一个因素会影响实验结果，当多个因素共同起作用时，结论未必正确了。例如，醋酸的导电性随着加水量的变化就应注意主次矛盾的转化。
4.剩余法控制变量模式
该模式考察一个较复杂的体系中，现象a、b、c、d可能与A具有内在的因果关系。当无法直接证实A是否与d具有因果联系，通过排除a、b、c与现象A无因果联系，由此，推断出A与d之间有因果联系，见表5。
表5
A与被研究的复合现象a、b、c、d之间有因果联系
(1)A与a无因果联系
(2)A与b无因果联系
(3)A与c无因果联系结论：A与d之间有因果联系
课例：新制的氯水中哪些成分具有漂白性？
事实：①氯气溶于水：
，有色布条放入氯水中，一会儿即褪色。
②有色布条放入干燥的氯气中，无明显现象；盐酸和水均无漂白作用。
结论：次氯酸是引起漂白现象的原因。
说明：我们还可以用求同控制变量法进一步证实。如补充验证实验：放置在空气中的次氯酸钙溶液也具有漂白性。当然，这种模式运用时，应注意a、b、c与d之间应不能有明显的相互影响，且复合现象a、b、c、d其中必须含有A的原因。
三、案例问题解决
对于案例中，铝与相同
的盐酸和硫酸反应的异常，我们可以运用变量控制模式补做以下实验。
猜想1：氧化膜是实验现象异常的原因；猜想2：
是引起实验现象不同的原因。
①根据差异法控制变量法设计实验，探究是否氧化膜对实验现象有影响，见表6。
表6
②根据共变法控制变量模式设计实验，探究两种阴离子对现象的影响。
实验3：取8支相同的试管中加入相同的铝片分为两组，并分别加入等体积
=3.0mol/L的盐酸和硫酸。在4支试管加硫酸几乎不产生气泡的试管里，依次加入1颗、2颗和3颗相同大小的氯化钠颗粒，实验发现反应试管速率一个比一个快；在4支试管加盐酸的试管依次加入1颗、2颗和3颗相同大小的硫酸钠颗粒，实验发现气泡一个比一个少。
实验结论2：氯离子对反应具有促进作用，硫酸根则相反。