王宇宙

【摘要】通過在《影響化學反應速率因素》的教學中滲透控制變量法的思想,幫助學生形成科學探究的方法理論,既培養(yǎng)了學生的主體意識,也提高了學生的探究學習能力。

【關鍵詞】探究 控制變量法 反應速率 影響因素

探究性學習在中學化學教學中具有十分重要的地位和作用。學生在探究性學習過程中,一方面可以通過體驗科學探究的過程,來感受科學探究的樂趣,學習科學的探究方法,領悟科學探究的思想和精神;另一方面,也可以使學生更加輕松地掌握基本的知識與技能,讓學生從被動接受向主動學習轉化,從而培養(yǎng)他們的科學探究能力、實事求是的科學態(tài)度和敢于創(chuàng)新的科學精神。因此,培養(yǎng)和提高學生的探究學習能力,是化學教師必須面對的重大課題。然而,對于如何培養(yǎng)學生的探究性學習能力,目前還缺乏具體的方法指導。筆者在市級公開課上講有關《影響化學反應速率因素》的內容時,首次嘗試了運用“控制變量法”來指導教學,通過這種方式培養(yǎng)學生的探究性學習能力,取得了很好的教學效果,也得到了專家的高度評價。本文綜合了筆者自身的教學心得和專家評議,就控制變量法在探究學習中的有效應用作些淺陋分析。

一、應用控制變量法進行探究的基本原則

化學是一門以實驗為基礎的學科,很多化學理論都是從實驗中總結得出的。然而,一個實驗的結果往往會受到很多因素的影響,且多種因素又相互交錯、共同作用,很容易干擾對實驗探究的準確把握。因此,如何在研究過程中化繁為簡,突出主要因素,創(chuàng)設“理想”的探究環(huán)境,以利于探究實驗目的的達成,就顯得尤為重要。

針對具有這種特征的探究性問題,控制變量法無疑是一種很好的指導方法?？刂谱兞糠ǖ膬?yōu)點在于:如果有多個因素(即變量,下同)對實驗的結果存在影響,往往控制其它的因素保持不變,而僅僅對其中的一個因素進行改變,并通過對比實驗來明確該因素是否會產生影響以及如何影響的一種方法。

如圖所示,假設某個探究的實驗對象可能受到A、B、C、D、E等因素的影響,為了確證其中A因素是否會對實驗對象造成影響,以及可能產生怎樣的影響,可以控制除A以外的B、C、D、E等因素,使之保持恒定,僅改變因素A一個量,通過對比,在A(如A1、A2)不同的情況下,觀察實驗對象的變化情況。如果存在變化,則說明A因素有影響,而且可以通過具體的變化情況判斷出A因素影響的實際效果,由此完成實驗對象中對A因素的探究。對其他因素的探究則依此類推。所以,控制變量法在探究這一類型的問題方面有其獨特的優(yōu)勢。

二、應用控制變量法進行探究教學的基本思路

1.確立探究對象及其可能的影響因素。根據運用控制變量法探究的基本原則,需要明確探究的對象和可能的影響因素這兩個要件,其中,確立探究對象相對容易,往往比較直接,多包含在探究的課題之中,如本課題的探究對象就是化學反應速率。但確立可能影響探究對象的因素就相對難一些,這也是運用控制變量法進行探究的關鍵所在。對于這個要件,筆者通過常識及學生已有的知識設疑來引起他們的思考,然后再自己假設并提出可能對反應速率產生影響的因素。

如:為什么冰箱可以延長食物的保質期,為什么鐵絲在純氧中比在空氣中反應劇烈得多,為什么煤粉碎后燃燒會更旺盛,為什么實驗室用KClO3制氧氣時要加MnO2,為什么實驗室有些物質要用棕色試劑瓶盛裝?

學生分組討論后就可從感性上認識到溫度、濃度、反應物的形狀(即接觸面積)、催化劑等因素可能會影響化學反應的速率,由此確立第二個要件。

2.在已有條件下構思實驗思路并設計具有可行性的探究方案。教材給學生提供的用品有:塊狀碳酸鈣、碳酸鈣粉末、0.5mol/L鹽酸、3.0mol/L鹽酸、5%H2O2溶液、MnO2粉末;試管若干、試管夾、藥匙、膠頭滴管、鑷子、量筒、酒精燈、火柴、導管、水槽。如何在這些條件下運用控制變量法來研究化學反應速率的影響因素呢?筆者通過以下兩個方面來啟發(fā)學生思考、討論和交流。

首先,確定探究對象。啟發(fā)學生找出哪些物質間可以發(fā)生化學反應。根據已有知識,上述條件下能夠發(fā)生的反應只有兩個:①CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2?邙+H2O;②2H2O2=2H2O+O2?邙。由此明確了探究的對象是這兩個反應。

然后,根據影響化學反應速率因素的感性認識,結合提供的條件,確定可控制變量和不變量。比如,以反應①為探究對象時,根據提供的條件,可以分別確定濃度(0.5mol/L鹽酸、3.0mol/L鹽酸)、溫度(加熱、常溫)和接觸面積(塊狀碳酸鈣、碳酸鈣粉末)等為可變量,其它的則控制為不變量;若以反應②為探究對象,則可以分別確定催化劑(是否加入MnO2)和溫度(加熱、常溫)作為可變量。

最后,根據確立的探究對象和可控制的變量與不變量,設計具體可實施的實驗方案(見表1、表2)。

3.實施實驗方案,觀察實驗現象,整理實驗結果并作出相應結論。根據討論形成的實驗方案,組織學生分組實驗,并予以實施,啟發(fā)他們根據兩個對象反應都有氣體生成的特征,利用導管將生成的氣體導入水槽中,通過觀察單位時間內產生氣泡的劇烈程度,并以此判斷該控制變量對對象反應速率是否產生影響以及具體的影響效果。學生經過實驗/分析、討論后得出相應的結論,見表3:

三、運用控制變量法進行探究式教學后的思考

控制變量法早已滲透到化學、物理、生物等學科的教學中,然而,把控制變量法作為一種科學的方法論來指導探究教學卻并不多見,因此,筆者大膽嘗試,以期能夠讓學生形成控制變量法在科學研究中具有方法論的重要作用和地位。

因此,在應用控制變量法進行探究式教學時,教師要幫助學生理解變量的概念,建立控制變量的初步意識,讓學生掌握控制變量法的精髓——確立探究對象、尋找可控制的變量和不變量。對于可能存在的變量,要設計一些學生容易忽略,同時又能讓他們進行思考的問題,從而引起其注意,并激發(fā)他們的求知欲和表現欲。由此,就能使學生與學生、學生與教師之間形成良好的合作與溝通關系,提高學生的主體參與意識,培養(yǎng)學生的探究性學習能力,并增強學生的綜合素質與能力。

該內容在教學實施過程中完成了課前的構想,學生積極參與,敢于發(fā)言,并在生生交流、師生交流中很輕松地學到了知識,取得了超過預期的教學效果,也獲得了專家的一致好評,讓筆者倍受鼓舞。然而,畢竟是第一次嘗試應用控制變量法進行探究式教學,難免還有許多需要在實踐過程中不斷加以完善的地方。正如深圳市化學教研員吳運來老師在評課時所說,教學過程中過多的啟發(fā)反而限制了學生的主體創(chuàng)新思維;特級教師左香華老師還指出,學生動手能力相對不足的軟肋也制約了探究教學的高效性,這些也都是在今后的教學實施過程中需要加以注意的地方。

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