控制变量法与初中科学探究实验

控制变量法与初中科学探究实验 摘要:初中科学教材与原来的自然科学教材有很大的区别，其中对学生的实验能力要求也有很大的变化，原来的自然科学教材中， 70%的实验要求以学生观察实验现象为主，但在新的科学教材中很多实验要求学生自主探究或者在教师的引导下探究实验结果。而在探究实验中，一种很重要的方法就是控制变量法。 关键词:控制变量 探究实验 实验 对比实验 一、剖析“控制变量法”: “控制变量法”就是根据研究目的、运用一定手段(实验仪器、设备等)主动干预或控制自然事物、自然现象发展的过程，在特定的观察条件下探索客观规律的一种研究方法。如果某次实验中结果受到n个变量的影响，我们要来探究第n个变量对结果的影响，则我们要把另外的(n-1)个变量人为控制，这样才能对比实验得出第n个变量对实验结果的影响。“控制变量法”是初中科学中最常见的一种科学研究方法。解决实验探究时，运用“控制变量法”可以快速而准确地解决。 二、“控制变量法”在教材中的体现 在初中科学教学中许多概念或规律之探索和推导的实验过程中，都运用了“控制变量法”这一科学方法。 如在引导学生探究压强与压力、受力面积的关系时，这里对结果(压力的作用效果)的影响有两个变量，教师在引出这两个变量时，可以适当的引导学生，在具体操作实验时，我们是先控制一个变量，如先在压力相同，受力面积不同时，得出结论:在压力一定下，受力面积越大，压强(压力的作用效果)越小;在受力面积一定、压力不同的情况下实验，得出结论:压力越大，压强(压力的作用效果)越大。 研究导电体的电阻的大小同导电体的哪些特性有关时，可先故意将横截面积、长度都不同的一根镍铬合金丝和一根铜丝分别串入接有小灯泡的直流电路中，让学生分别观察灯泡发光的亮度，并问学生:刚才的实验现象能否说明电阻大小与导电体的某个特性有关,学生经过思考与讨论，得到的结论当然是否定的(再用横截面积和长度都不同的两根镍铬合金丝分别串入上述电路中，观察小灯泡的亮度，并让学生思考这个实验能否说明电阻大小同导电体的某种特性有关，结论同样是不能(这时就可不失时机地问学生:“那么，我们应该取怎样的两根金属丝串入上述电路来做这个实验，以研究导电体的电阻大小到底与哪些因素有关呢,”同时向学生出示课前准备好的几根金属丝让他们选择(学生经过思考并相互讨论后，有的回答:应取两根横截面积相同、但长度不同的镍铬合金丝进行上述实验;有的同学说:应取两根长度相同、但横截面积不同的镍铬合金丝进行上述实验;还有的说应取长度、横截面积均相同的一根铜丝和一根镍铬合金丝进行实验比较(这时，教师可适时指出上述几种方法都可以，同时指出要研究电阻的大小同导电物质的长度、横截面积、材料种类这三个因素任何一个因素间的关系，就要人为地控制另外两个因素，使它们相等，并指出这种实验的方法就是“控制变量法”，再让学生运用这一方法系统地进行上述实验，使学生在实际操作过程中去体验这一科学方法( 在初中的科学教材中的很多科学探究实验都用到了控制变量，如铁生锈探究实验;液体的压强的规律;电流、电压和电阻三者的关系等。 三 、“控制变量法”的应用和拓展 在近几年的各地中考中，很多考题考到了探究实验和控制变量的结合。这类考题，无外乎两个方面:?对探究过程的理解，?对探究结论的理解。 例如有这样一道题:(丽水市初中毕业生学业考试)铜锈的主要成分是铜绿，某化学兴趣小组为了研究铜生锈的条件，进行了如下图所示的实验。一个月后，发现B中的铜丝慢慢生锈，且水面处铜丝生锈较为严重，而A、C、D中的 铜丝基本无变化。试根据实验回答下列问题: (1)铜生锈所需的条件是:铜与____________相互作用发生化学反应的结果。 (2)写出铜生锈产生铜绿的化学反应方程 _______________________________________。 (3)推测铜和铁，_______更易生锈。由此可得出的结论是_____________________。 此题第一问考查的就是对探究过程的理解，解题的“突破口”是找到参照组，然后看其它每一探究组控制了什么，被控制的就是铜生锈的必须条件。然后在第一问的基础上，考查对结论的理解，我们知道，铁生锈需要的条件是“空气”和“水”，两者缺一不可，铜生锈所需要的条件是“空气”、“水”和“二氧化碳”，三者缺一不可，条件越多，外界对它的控制能力就越强，所以，铁比铜要更容易生锈。 又如，晓丽去农贸市场买蜂蜜，发现蜂蜜向下流动比家里的要缓慢。晓丽产生疑惑:是否有什么因素使得蜂蜜的粘性有时大有时小呢?她想到:蜂蜜由于粘性能粘住东西，这和磁铁能吸住小铁钉的现象有些相似(而在做火烧磁铁的实验时发现温度越高，磁铁磁性越弱。晓丽大胆地提出了自己的假说:蜂蜜的粘性也可能与温度有关，温度越高，粘性越小(也就是说，如果让同一种液体从相同的斜面流下，温度低时需要的时间长，温度高时需要的时间短。 于是晓丽了如下的实验方案:将蜂蜜分装入三个 小瓶，一瓶放在冰箱，一瓶放在室内，另一瓶放在微波 炉加热一会儿(然后找三支相同的试管，用三支滴管分 别从三个小瓶中各取一滴蜂蜜，同时、分别滴到同样倾 斜放置着的试管内壁上，观察各滴蜂蜜流到试管底部的 时间并进行比较(晓丽顺利完成了实验，并实验数 据如右表: 蜂蜜在冰箱中 在室内 经微波炉加热 请你回答: 温度较低 一般 较高 ?在上述探究过程中，晓丽的探究思维程序为: 流淌时间 较长 一般 较短 提出问题:_______________________________; 建立假设:_______________________________; 设计实验:实验中控制的变量有:____; 进行实验得出的结论是:_____________。 ?这一结论可以用右图的____图像来表示。 这个题目很好的体现了控制变量与科学探究的结合、应用。首先，是发现问题:为什么蜂蜜的粘性有时大有时小;问题的发现是通过与课本知识的联系得出的;然后提出假设:蜂蜜的粘性也可能与温度有关，温度越高，粘性越小(也就是说，如果让同一种液体从相同的斜面流下，温度低时需要的时间长，温度高时需要的时间短。进而来验证假设，这里的变量很明显是温度，那么我们要控制其他的变量(影响因素)，这里，试管要求同样倾斜程度就是一个需要人为控制的量。最后，通过实验的出结论:蜂蜜的粘性与温度有关，温度越高，粘性越小。 通过上述考题的剖析和考题，我有一点教与学的思考:不管我们老师还是学生，都要有重视课本，不脱离课本的重要思想。教师教学时，要善于吃透教材，以教材为基础，在学生理解了一定的知识、掌握一定方法的基础上求进一步的发展，并且还要善于归纳总结，上升为理论;学生学习时，要重视书本上试验探究的过程与方法，切不可象数学一样重视计算，把解计算题作为学习的最终目的。其次，在利用物理知识去分析和解决一些实际问题时，如能灵活运用“控制变量法”进行分析，有时可起到事半功倍的效果。 参考文献:杨仕明《“控制变量法”在实验探究中的应用》 宋晓楼《例谈“控制变量法”的应用》 王晓东《新课程下控制变量法在初中物理问题中的应用》