王宇宙

【摘要】通过在《影响化学反应速率因素》的教学中渗透控制变量法的思想,帮助学生形成科学探究的方法理论,既培养了学生的主体意识,也提高了学生的探究学习能力。

【关键词】探究 控制变量法 反应速率 影响因素

探究性学习在中学化学教学中具有十分重要的地位和作用。学生在探究性学习过程中,一方面可以通过体验科学探究的过程,来感受科学探究的乐趣,学习科学的探究方法,领悟科学探究的思想和精神;另一方面,也可以使学生更加轻松地掌握基本的知识与技能,让学生从被动接受向主动学习转化,从而培养他们的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的科学精神。因此,培养和提高学生的探究学习能力,是化学教师必须面对的重大课题。然而,对于如何培养学生的探究性学习能力,目前还缺乏具体的方法指导。笔者在市级公开课上讲有关《影响化学反应速率因素》的内容时,首次尝试了运用“控制变量法”来指导教学,通过这种方式培养学生的探究性学习能力,取得了很好的教学效果,也得到了专家的高度评价。本文综合了笔者自身的教学心得和专家评议,就控制变量法在探究学习中的有效应用作些浅陋分析。

一、应用控制变量法进行探究的基本原则

化学是一门以实验为基础的学科,很多化学理论都是从实验中总结得出的。然而,一个实验的结果往往会受到很多因素的影响,且多种因素又相互交错、共同作用,很容易干扰对实验探究的准确把握。因此,如何在研究过程中化繁为简,突出主要因素,创设“理想”的探究环境,以利于探究实验目的的达成,就显得尤为重要。

针对具有这种特征的探究性问题,控制变量法无疑是一种很好的指导方法。控制变量法的优点在于:如果有多个因素(即变量,下同)对实验的结果存在影响,往往控制其它的因素保持不变,而仅仅对其中的一个因素进行改变,并通过对比实验来明确该因素是否会产生影响以及如何影响的一种方法。

如图所示,假设某个探究的实验对象可能受到A、B、C、D、E等因素的影响,为了确证其中A因素是否会对实验对象造成影响,以及可能产生怎样的影响,可以控制除A以外的B、C、D、E等因素,使之保持恒定,仅改变因素A一个量,通过对比,在A(如A1、A2)不同的情况下,观察实验对象的变化情况。如果存在变化,则说明A因素有影响,而且可以通过具体的变化情况判断出A因素影响的实际效果,由此完成实验对象中对A因素的探究。对其他因素的探究则依此类推。所以,控制变量法在探究这一类型的问题方面有其独特的优势。

二、应用控制变量法进行探究教学的基本思路

1.确立探究对象及其可能的影响因素。根据运用控制变量法探究的基本原则,需要明确探究的对象和可能的影响因素这两个要件,其中,确立探究对象相对容易,往往比较直接,多包含在探究的课题之中,如本课题的探究对象就是化学反应速率。但确立可能影响探究对象的因素就相对难一些,这也是运用控制变量法进行探究的关键所在。对于这个要件,笔者通过常识及学生已有的知识设疑来引起他们的思考,然后再自己假设并提出可能对反应速率产生影响的因素。

如:为什么冰箱可以延长食物的保质期,为什么铁丝在纯氧中比在空气中反应剧烈得多,为什么煤粉碎后燃烧会更旺盛,为什么实验室用KClO3制氧气时要加MnO2,为什么实验室有些物质要用棕色试剂瓶盛装?

学生分组讨论后就可从感性上认识到温度、浓度、反应物的形状(即接触面积)、催化剂等因素可能会影响化学反应的速率,由此确立第二个要件。

2.在已有条件下构思实验思路并设计具有可行性的探究方案。教材给学生提供的用品有:块状碳酸钙、碳酸钙粉末、0.5mol/L盐酸、3.0mol/L盐酸、5%H2O2溶液、MnO2粉末;试管若干、试管夹、药匙、胶头滴管、镊子、量筒、酒精灯、火柴、导管、水槽。如何在这些条件下运用控制变量法来研究化学反应速率的影响因素呢?笔者通过以下两个方面来启发学生思考、讨论和交流。

首先,确定探究对象。启发学生找出哪些物质间可以发生化学反应。根据已有知识,上述条件下能够发生的反应只有两个:①CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2?邙+H2O;②2H2O2=2H2O+O2?邙。由此明确了探究的对象是这两个反应。

然后,根据影响化学反应速率因素的感性认识,结合提供的条件,确定可控制变量和不变量。比如,以反应①为探究对象时,根据提供的条件,可以分别确定浓度(0.5mol/L盐酸、3.0mol/L盐酸)、温度(加热、常温)和接触面积(块状碳酸钙、碳酸钙粉末)等为可变量,其它的则控制为不变量;若以反应②为探究对象,则可以分别确定催化剂(是否加入MnO2)和温度(加热、常温)作为可变量。

最后,根据确立的探究对象和可控制的变量与不变量,设计具体可实施的实验方案(见表1、表2)。

3.实施实验方案,观察实验现象,整理实验结果并作出相应结论。根据讨论形成的实验方案,组织学生分组实验,并予以实施,启发他们根据两个对象反应都有气体生成的特征,利用导管将生成的气体导入水槽中,通过观察单位时间内产生气泡的剧烈程度,并以此判断该控制变量对对象反应速率是否产生影响以及具体的影响效果。学生经过实验/分析、讨论后得出相应的结论,见表3:

三、运用控制变量法进行探究式教学后的思考

控制变量法早已渗透到化学、物理、生物等学科的教学中,然而,把控制变量法作为一种科学的方法论来指导探究教学却并不多见,因此,笔者大胆尝试,以期能够让学生形成控制变量法在科学研究中具有方法论的重要作用和地位。

因此,在应用控制变量法进行探究式教学时,教师要帮助学生理解变量的概念,建立控制变量的初步意识,让学生掌握控制变量法的精髓——确立探究对象、寻找可控制的变量和不变量。对于可能存在的变量,要设计一些学生容易忽略,同时又能让他们进行思考的问题,从而引起其注意,并激发他们的求知欲和表现欲。由此,就能使学生与学生、学生与教师之间形成良好的合作与沟通关系,提高学生的主体参与意识,培养学生的探究性学习能力,并增强学生的综合素质与能力。

该内容在教学实施过程中完成了课前的构想,学生积极参与,敢于发言,并在生生交流、师生交流中很轻松地学到了知识,取得了超过预期的教学效果,也获得了专家的一致好评,让笔者倍受鼓舞。然而,毕竟是第一次尝试应用控制变量法进行探究式教学,难免还有许多需要在实践过程中不断加以完善的地方。正如深圳市化学教研员吴运来老师在评课时所说,教学过程中过多的启发反而限制了学生的主体创新思维;特级教师左香华老师还指出,学生动手能力相对不足的软肋也制约了探究教学的高效性,这些也都是在今后的教学实施过程中需要加以注意的地方。

参考文献:

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