基于核心素养及学习进阶培养控制实验条件能力的教学研究

文/东莞市茶山中学 赖思恒

在初中化学教材中，以控制实验条件的思想设计的实验贯穿始终，体现了控制实验条件是化学探究实验中最常用的方法。近十年的化学中考，经常考查控制实验条件的分析和运用。但是，大多数学生在回答此类问题时，往往表现出如不懂如何应用、找不到实验条件、思路不清、不会设计实验方案、不会分析实验结果，以及设计实验方案不完善等诸多问题。其主要原因是，教师在教学中没有理清学生的控制实验条件能力在不同阶段的发展水平，疏忽了化学教材对其在不同阶段的相关内容的编写意图，而只是简单的照本宣科，或在某课题、某个实验中集中讲授，忽视教材在前面的渗透铺垫，让学生犹如囫囵吞枣，增加了学生学习的难度。此外，还有部分教师为了创新和亮点，乱改、乱增、乱减教学内容，无视控制实验条件能力培养的系统性。这样的教学带来的就是教学有效性的不足。笔者认为，控制实验条件能力的培养是一个长期的学习进阶过程，应遵循循序渐进的认知规律，按照教材的编写，统筹规划教学的安排，使学生在潜移默化中逐步形成控制实验条件的意识及能力。

1.控制实验条件的实验内容编排及内涵

对比思想与控制变量是互为辅助的，控制实验条件的思想是在对比实验组中体现出来的。人教版九年级化学教材中有大量利用控制实验条件的思想设计的对比实验，有些是显性存在的，有些是隐性存在的，需要教师去挖掘和改编。同时，教材中有关控制实验条件的实验数量颇多，如果不注意统筹，就容易让学生产生杂乱的感觉，不利于学生的学习。所以，要对其进行梳理，使其由无序变为有序。

1.1感知控制实验条件方法的实验观察

刚进入初三学习化学的学生，不可能一下就掌握控制实验条件的方法。处于这一阶段的对比实验，对培养学生控制实验条件能力的要求比较低。因此，像“吸入的空气与呼出气体有什么不同的探究实验”、“木炭、硫和铁丝在空气中和氧气中的燃烧现象的对比探究”及“分解H2O2制O2的反应中MnO2的作用的探究”这三个实验，主要是侧重于通过认识和体会对比实验，初步认识对比实验中的常量与变量，观察实验产生现象，发现结果的差异并找寻这些差异的原因，从而感知控制实验条件的作用与目的。

1.2理解控制实验条件方法的实验分析

在初步感知控制实验条件的作用和目的之后，学生可以以此为基础，学习从控制实验条件的角度分析实验。即通过明确实验目的，认真分析实验中相同的因素和不同的因素，明白“变量”和“要控制的变量”，搞清研究对象与实验结果之间的关系，从而掌握控制实验条件的精髓——确立探究对象，寻找需要控制的实验条件。这一阶段的对比实验，如“分子运动现象的实验 ”“二氧化碳与水反应的探究实验 ”“燃烧条件的探究实验”及“灭火的原理探究实验”，以明确的实验步骤及图示，引导学生分析出明显影响实验结论的实验条件。其目的就是让学生经过这些对比实验的学习，能够总结出利用控制实验条件方法设计对比实验的方法。

1.3应用控制实验条件方法的实验设计

经过感知和分析对比实验中的控制实验条件的方法后，学生控制实验条件能力已具雏形，开始进入了真正的实践阶段。这时，需要学生自己通过利用控制实验条件的思想设计对比实验，来加强对控制实验条件的理解。因此，在这一阶段，教材没有把实验步骤明确罗列出来，而是提供“金属与盐酸、稀硫酸的反应探究实验 ”“铁制品锈蚀的条件的探究”及“碘和高锰酸钾的溶解性比较实验”等难度适当、易于分析的探究情景，引导学生根据提示，运用控制实验条件方法设计控制实验条件的对比实验。同时，在“实验活动3燃烧的条件”及“实验活动4金属的物理性质和某些化学性质”中，还提高要求，让学生在分析变量的基础上自主设计控制实验条件的对比实验。这些都是要求学生学会应用控制实验条件方法的设计探究实验。

2.培养控制实验条件能力的学习进阶教学策略

2.1从明确意义中建立控制实验条件的认识

了解控制实验条件的意义是培养控制实验条件能力的基础。学生在八年级物理的学习中已对与控制实验条件密切相关的控制变量思想有了一定的了解。进入九年级化学，就要把控制变量的思想迁移到化学学习中来。在化学入门之初，就要从简单入手，及时利用化学入门课的对比实验，学习运用控制变量思想分析、判断对比实验中的有关实验条件的控制，并联系实验现象及结果，让学生正确、清晰地感受到不变量、变量和因变量，帮助学生了解控制实验条件的核心内容：通过控制其他实验条件不变，变量将会对实验结果产生影响(以及如何影响)，使学生尽快明确控制实验条件在化学研究和学习中的意义。

例如，在“吸入的空气与呼出气体有什么不同”的对比探究实验，通过对比实验的药品(人体吸入的空气和呼出的气体)的不同，采取归纳的方法，感知其对实验结果的影响。而在“木炭、铁丝和硫在空气中和氧气中的燃烧现象的对比”探究实验中，则可以反过来。先引导学生观察相同的物质(木炭、硫和铁丝)分别在空气和氧气中燃烧的情况，比较燃烧的剧烈程度，然后通过演绎分析相同物质的燃烧剧烈程度差异的原因。最后结合“由于空气中的氧气含量相对较少，因此在空气中燃烧不如在氧气中燃烧剧烈”的实验结论，了解控制实验条件对实验结果的影响。这样，采取思维方向相反的两种形式，学生建立实验条件与实验结论的关系，就能很好地明确控制实验条件对获得科学合理的实验结论的意义，以及控制实验条件的原因。

2.2从了解方法中提高控制实验条件的思维

了解控制实验条件的方法是培养控制实验条件能力的关键。其核心是学习如何根据对比实验的目的选择合适的控制实验条件的方式。这需要一个循序渐进的过程。也就是应按照从简单到复杂、从控制单一实验条件到控制多个实验条件的顺序，逐步深化。同时，应充分利用教材的实验，及时让学生了解各种控制实验条件的方式，如控制试剂种类(分解H2O2制O2的反应中MnO2的作用的探究、二氧化碳与水反应的实验探究)、控制反应条件(燃烧条件的实验探究验)及控制试剂用量(金属与盐酸、稀硫酸的反应探究实验)等。最终，引导学生了解用控制实验条件思想设计对比实验的思路——只有对比点不同，其他实验条件相同。

对于单一实验条件的控制，可以启发学生结合对比，思考要控制单一实验条件的方法。如“分解H2O2制O2的反应中MnO2的作用”的探究实验。若要知道MnO2的作用，应对比加入与不加入MnO2进行实验的结果，从而学习有关的控制实验条件的方法是：控制一个实验条件(如试剂)的不同，其他实验条件相同。当学生掌握了单一实验条件的控制方法后，再学习多个实验条件的控制，就会顺利得多。

对于多个实验条件的控制，可以启发学生先分析整合了多个实验条件的综合实验中的实验条件，然后进行实验条件拆分。在此基础上分析对比实验组，并从中领会控制多个实验条件的方法。例如，“二氧化碳与水反应”探究实验。首先启发学生对水、二氧化碳和石蕊之间可能发生的作用进行分析(猜想)，包括：1.水能否使紫色石蕊变红色；2.二氧化碳能否使紫色石蕊变红色；3.水和二氧化碳是否共同作用使紫色石蕊变红色。然后引导学生根据这些猜想来分析教材的对比实验。

2.3从设计实验中形成控制实验条件的能力

学会运用控制实验条件的方法是培养控制实验条件能力的根本。即能够根据实验的目的，运用控制实验条件的方法判断探究实验中需要控制的实验条件，进而设计相应的实验步骤。因此，应着重引导学生从明确实验目的出发，收集信息和寻找影响因素。进而确定要研究的实验条件，并综合运用各种控制实验条件的方式，控制其他的实验条件不变，从而形成实验方案。

2.4从解决探究问题中强化控制实验条件的意识

学生形成了控制实验条件能力以后，还应通过及时的强化使之内化成自身的科学素养。习题的训练是强化学生控制实验条件的有效途径。教师应该依据课本上的实验资源设计相应的习题，从实验条件的选择、对比实验的组合、实验现象的预测、实验结论的归纳等方面(如例题)，帮助学生巩固控制实验条件的能力。

控制实验条件思想不仅是解决化学科学探究问题的常用方法，也是学生解决学习和生活问题的一种方法。教学中，应充分理解和利用教材中有关培养学生控制实验条件能力的实验资源，并根据学生的能力水平，设计相应的教学目标和活动，有序安排实验活动，使学生逐渐形成控制实验条件的能力，并内化成自身的一种意识，从而促进学生核心素养的发展。