基于學習進階培養控制實驗條件能力的教學研究

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展水平，只是簡單地照本宣科;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。筆者認為，控制實驗條件能力的培養是一個長期的學習進階過程，應遵循循序漸進的認知規律，按照教材的編寫，統籌規劃教學的安排，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。

一、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，使其由無序變為有序。通過分析相關實驗在教材中呈現的順序、方式、開放的程度及其聯系，可以看出，它們是按照“感知”“理解”和“應用”的三個學習進階逐步培養學生控制實驗條件能力的。

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”等實驗，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。

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”“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設計對比實驗的方法。

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”“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。

二、培養控制實驗條件能力的學習進階教學策略

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。

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。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，可以啟發學生結合對比，思考要控制單一實驗條件的方法。對于多個實驗條件的控制，可以啟發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。

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，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。

值得指出的是，設計實驗方案，不能忽略所設計的實驗方案的實施。只有把方案付諸實施，才能檢驗方案的可行性，才能促使學生通過改進方案來完善控制實驗條件的能力。因此，應充分調動學生的積極性，鼓勵小組合作，共同討論，多讓學生用自己設計的方案動手做實驗。

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。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，幫助學生鞏固控制實驗條件的能力。

在教學中，應充分理解和利用教材中有關培養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的發展。

責任編輯 黃佳銳