控制變量是科學(xué)探究的重要方法

向直三

【摘 要】化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的作用是不容忽視的。近幾年中考化學(xué)試題中，實(shí)驗(yàn)部分的分值逐年提升，實(shí)驗(yàn)題注重科學(xué)探究，主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，特別是在探究型實(shí)驗(yàn)，重視考查學(xué)生解決問題的思維能力、分析能力、歸納能力、表達(dá)能力。教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)探究的方法，探究實(shí)際問題的能力。控制變量是初中化學(xué)科學(xué)探究的重要方法。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)探究;控制變量;考題分析

控制變量法是化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中最常用的方法。在初中化學(xué)教材中，多處體現(xiàn)這一科學(xué)探究的方法。在近幾年的中考化學(xué)試卷中，經(jīng)常出現(xiàn)控制變量法的分析、運(yùn)用。

初中化學(xué)中用到控制變量方法主要有：探究鐵生銹的條件、物質(zhì)燃燒的條件、比較金屬活動(dòng)性、影響固體物質(zhì)溶解速度的因素、影響化學(xué)反應(yīng)速率快慢等。

初中化學(xué)學(xué)科，大多數(shù)同學(xué)舉不出化學(xué)中用到控制變量的例子，即使能夠舉出，也說(shuō)不清楚，主要存在的問題有：在化學(xué)學(xué)習(xí)中不懂如何應(yīng)用、找不到變量、思路不清、不會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、不會(huì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案不完善。怎樣引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用控制變量法開展科學(xué)探究？如：影響固體物質(zhì)溶解性因素的探究。先根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和已有的化學(xué)知識(shí)，找出可能影響溶解速率的因素。

猜想：固體物質(zhì)的溶解性與溶質(zhì)種類、溶劑種類、溫度有關(guān)。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，開展探究。下面是教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物質(zhì)的溶解性與溶質(zhì)的性質(zhì)、溶劑的性質(zhì)、溫度三個(gè)因素有關(guān)。

控制變量法在新課改中考題中時(shí)有出現(xiàn)，現(xiàn)舉例分析。

1.某同學(xué)在學(xué)習(xí)“金屬與酸的反應(yīng)”時(shí)，設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)報(bào)告，請(qǐng)將該實(shí)驗(yàn)報(bào)告補(bǔ)充完整。

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹縚______。

【實(shí)驗(yàn)用品】試管、鐵粉、鐵片、鎂片、5%鹽酸、10%鹽酸等。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】 取足量等體積的鹽酸分別與a克下列各種金屬反應(yīng)。

【實(shí)驗(yàn)思考】由上述實(shí)驗(yàn)探究得出，影響金屬與酸反應(yīng)劇烈程度的因素有____。

2.在一次實(shí)驗(yàn)課上，各小組同學(xué)用在不同地點(diǎn)找來(lái)的小石塊與稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳。此反應(yīng)的化學(xué)方程式為____。

【提出問題】影響二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生速率的因素是什么？

【作出猜想】①不同地點(diǎn)石塊中碳酸鈣含量不同;②所用鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同;③還可能是____。

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】（1）驗(yàn)證猜想①是否成立，要設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)：分別取大小相同、質(zhì)量相同、____的石塊，加入質(zhì)量相同、____的稀鹽酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（2）驗(yàn)證猜想②是否成立，對(duì)鹽酸的要求是____。

【交流討論】實(shí)驗(yàn)中可以通過觀察氣泡產(chǎn)生的劇烈程度，粗略地比較反應(yīng)速率。若要做到精確比較，應(yīng)該測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是 。

【拓展延伸】上述實(shí)驗(yàn)中，小明采用了控制變量的研究方法。用此方法探究“催化劑對(duì)用過氧化氫溶液制取氧氣的反應(yīng)速率的影響”，需要控制不變的因素有（答出兩點(diǎn)） ?。

解題思路：

小石塊的主要成分是CaC03，所以小石塊與稀鹽酸反應(yīng)的方程式為：CaC03+2HCl=CaCl2+H20+C02↑

【作出猜想】 影響二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生速率的因素是可能有：石塊大小不同（或石塊質(zhì)量不同、鹽酸質(zhì)量不同）等。

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】（1） 因?yàn)棰俚牟孪胧球?yàn)證不同地點(diǎn)石塊中碳酸鈣含量不同;所以要保證其它條件相同，采用不同地點(diǎn)的石頭做實(shí)驗(yàn)。鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)也應(yīng)該相同（2）②要驗(yàn)證“所用鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同”，所以要保證其它條件相同，取用不同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

【交流討論】通過觀察氣泡產(chǎn)生的劇烈程度，粗略地比較反應(yīng)速率。需要測(cè)量相同時(shí)間內(nèi)收集的二氧化碳體積或收集相同體積二氧化碳所需的時(shí)間，兩種方法都可以。

【拓展延伸】影響反應(yīng)的因素主要有：催化劑、溫度、溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壓強(qiáng)等，若探究“催化劑對(duì)用過氧化氫溶液制取氧氣的反應(yīng)速率的影響”，就要保證其它條件相同，就催化劑是一個(gè)變量，就可以得到研究結(jié)果。

【答案】CaC03+2HCl=CaCl2+H20+C02↑

【作出猜想】石塊大小不同（或石塊質(zhì)量不同、鹽酸質(zhì)量不同）

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】（1）不同地點(diǎn) 溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同（2）溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同

【交流討論】相同時(shí)間內(nèi)收集的二氧化碳體積（或收集相同體積二氧化碳所需的時(shí)間）

【拓展延伸】溫度、溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溶液質(zhì)量、壓強(qiáng) 【點(diǎn)評(píng)】該題考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究綜合能力，題目的難度較大，關(guān)鍵要理解控制變量法在化學(xué)研究中的應(yīng)用。

（作者單位：湖北宜昌市長(zhǎng)陽(yáng)縣榔坪中心學(xué)校）