洪茲田 陳女婷

福建省廈門市翔安第一中學(xué)(361101)

基金項目：本文系福建省中學(xué)化學(xué)嚴業(yè)安名師工作室和廈門市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2016年度重點課題《“讓學(xué)”理念下改進化學(xué)課堂教學(xué)行為研究》(1620)的階段性研究成果。

1 設(shè)計探究性實驗的原則

1.1 科學(xué)性原則

所設(shè)計實驗的原理應(yīng)該科學(xué)，操作程序、方法正確，不能憑空捏造。

1.2 對照性原則

設(shè)置對照性實驗，若要使該實驗更能夠說明問題，一定要有正、反兩個方面的實驗。

1.3 等量性原則

所設(shè)計實驗中的平行反應(yīng)，試劑的取用應(yīng)等量。

1.4 單一變量原則

實驗受到多個因素的影響，實驗中要人為控制條件，使眾多變量中只能有一個因素是變量，其余因素保持不變。

2 “控制變量法”的概念

當事物受到多個因素影響時，每一次只改變其中的某一個因素，而控制其他因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫“控制變量法”。它是科學(xué)探究中的重要思想方法，廣泛地運用在各種科學(xué)探索和實驗研究中。

3 利用“控制變量法”進行探究性實驗的一般思路

利用“控制變量法”進行探究性實驗的一般思路是:明確探究問題、尋找影響因素、控制其他因素、改變研究因素。

4 利用“控制變量法”進行探究性實驗的思維模型

利用“控制變量法”進行探究性實驗?zāi)軌蚩疾閷W(xué)生對于圖表的觀察、分析以及處理實驗數(shù)據(jù)歸納得出合理結(jié)論的能力，因此在中考化學(xué)實驗試題中備受青睞?！翱刂谱兞糠ā睂嶒炗上胍芯康挠绊懸蛩?自變量)、其他影響因素(不變量)和影響結(jié)果(因變量)三部分組成。分析實驗?zāi)康摹嶒灧桨负蛯嶒灲Y(jié)論三者之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，建立解答此類試題的思維模型。利用“控制變量法”進行探究性實驗的思維模型如圖1所示。

圖1 思維模型

5 利用“控制變量法”進行探究性實驗的常見考查視角

5.1 考查實驗?zāi)康拇_定

考查分析對照實驗中的影響因素(自變量)、其他因素(不變量)和影響結(jié)果(因變量)，從而確定探究實驗的目的。有時也直接考查根據(jù)探究實驗方案，確定探究實驗的目的。

5.2 考查實驗變量控制

考查根據(jù)探究實驗的目的，確定對照實驗中的影響因素(自變量)、其他因素(不變量)和影響結(jié)果(因變量)，從而控制合適的探究實驗條件。

5.3 考查實驗方案設(shè)計

考查在明確探究實驗的目的或?qū)嶒灲Y(jié)論的基礎(chǔ)上，通過進一步確定實驗變量和控制合適的實驗探究條件，設(shè)計科學(xué)的實驗方案。

5.4 考查實驗結(jié)論

考查在明確探究實驗?zāi)康暮吞骄繉嶒灧桨傅幕A(chǔ)上，通過分析實驗變量(自變量、不變量)及其對實驗結(jié)果的影響(因變量)，從而得出實驗結(jié)論。

6 中考關(guān)于利用“控制變量法”進行探究性實驗”的考題透析

圖2 鐵釘生銹實 驗裝置圖

例題：(2017安徽中考試題)某研究小組為探究“影響鐵制品銹蝕快慢的因素”，取相同濃度的稀氨水和稀醋酸用圖1所示裝置完成表1中的實驗，回答下列問題。

表1 鐵釘生銹實

(1)鐵銹的主要成分是________(填化學(xué)式)。

(2)實驗②和④可探究________因素對鐵制品銹蝕快慢的影響；欲探究試劑酸堿性對鐵制品銹蝕快慢的影響，應(yīng)選擇的實驗是________(填實驗序號)。

(3)根據(jù)表中實驗現(xiàn)象得出的結(jié)論是________(寫出1點即可)。

(4)影響鐵制品銹蝕快慢除上述因素外，還有____(寫出1點即可)，請設(shè)計實驗方案____。

解析:本題中問題(2)考查對照實驗中的影響因素(自變量)的確定及根據(jù)實驗?zāi)康倪x擇實驗方案。問題(3)考查分析探究實驗方案及實驗結(jié)果得出實驗結(jié)論。問題(4)考查猜測對照實驗中的影響因素(自變量)并設(shè)計實驗方案。

(1)鐵銹的主要成分是氧化鐵，其化學(xué)式為Fe2O3。(2)實驗②和實驗④中的反應(yīng)溫度(自變量)不同，所用試劑(不變量)都是稀醋酸，導(dǎo)致出現(xiàn)鐵銹所需時間(因變量)不同，故探究的是溫度對鐵制品銹蝕快慢的影響。欲探究試劑酸堿性對鐵制品銹蝕快慢的影響，則自變量應(yīng)為試劑酸堿性，不變量為其他條件，如實驗溫度等應(yīng)完全相同。故可選擇實驗①②(溫度保持25 ℃，試劑酸堿性不同——稀氨水、稀醋酸)或?qū)嶒灑邰?溫度保持70 ℃，試劑酸堿性不同——稀氨水、稀醋酸)問題。(4)對比表格中實驗①②或?qū)嶒灑邰艿男畔⒖芍?，相同條件下，酸性越強，金屬生銹越快。除了溫度和試劑的酸堿性影響鐵制品銹蝕的快慢外，酸的濃度也會影響鐵制品銹蝕的快慢。設(shè)計實驗方案時，選取的自變量為酸的濃度，不變量為實驗溫度、酸的種類和體積、鐵釘?shù)拇笮『唾|(zhì)量等，因變量為出現(xiàn)鐵銹所需時間。故實驗方案為相同條件下，將相同的鐵釘分別放入試管中，分別加入兩份體積相同不同濃度的醋酸浸泡鐵釘，觀察出現(xiàn)鐵銹所需的時間。

答案:(1)Fe2O3。(2)溫度；①②或③④。(3)溫度相同時，酸性越強，金屬生銹越快。(4)酸的濃度(或其他合理答案)；相同條件下，將相同的鐵釘分別放入兩支試管中，分別加入兩份體積相同不同濃度的醋酸浸泡鐵釘，觀察出現(xiàn)鐵銹所需的時間(或其他合理答案)。

7 關(guān)于利用“控制變量法”進行探究性實驗的同步試題檢測

例題：(2017江蘇蘇州中考試題)為了探究相同條件下同種溶質(zhì)在不同溶劑中的溶解性，某興趣小組學(xué)生進行了如下兩組實驗(提示:本實驗所用汽油與KMnO4、碘均不發(fā)生化學(xué)反應(yīng))。

實驗1：KMnO4晶體在不同溶劑中的溶解實驗。

根據(jù)表2中實驗步驟、實驗操作圖示填寫相關(guān)實驗現(xiàn)象。

表2 實驗1實驗過

實驗2:碘在不同溶劑中的溶解實驗

根據(jù)表3中實驗操作圖示，回答相關(guān)問題。

表3 實驗2實驗過

反思與應(yīng)用:

(5)碘易溶于酒精。若實驗2中汽油用酒精代替，振蕩后靜置，最終所得液體____(選填“分層”或“不分層”)。“從稀碘水中提取碘”是“海帶提碘”工藝中的一個重要步驟，其原理類似實驗2中第二步操作。工業(yè)實際生產(chǎn)時使用其他揮發(fā)性液體代替汽油，這種揮發(fā)性液體必須具備的條件是____。

解析:(1)高錳酸鉀能溶解在水中形成紫紅色溶液。(2)將高錳酸鉀溶液倒入汽油中，B試管中的高錳酸鉀會溶解在水中，且還會發(fā)生分層現(xiàn)象，即液體分層，上層為無色，下層為紫紅色，試管底部無固體殘留。(3)由圖示可知，加入水后變成了淡黃色，故碘微溶于水。(4)碘微溶于水，但能溶解在汽油中形成碘的汽油溶液。(5)汽油和酒精均屬有機溶劑，有機物能溶解在有機溶劑中，即碘能溶解在酒精中形成碘酒溶液，故實驗2中汽油用酒精代替，振蕩后靜置，最終所得液體不分層，“從稀碘水中提取碘”，使用其他揮發(fā)性液體代替汽油，這種揮發(fā)性液體必須與水不互溶，碘在該液體中的溶解度遠大于在水中的溶解度。

答案:(1)紫(紫紅、紅)。(2)液體分層，上層為無色，下層為紫紅色，試管底部無固體殘留。(3)微。(4)碘的汽油溶液；強。(5)不分層；與水不互溶，碘在這種液體中的溶解度遠大于在水中的溶解度。