初、高中化学知识教学衔接问题之“控制变量问题”对比分析

曹飞+毛思哲

摘要：虽然初中和高中化学课本中都没有出现控制变量这一名词，但是都渗透了控制变量的思想，中考和高考也都有控制变量的试题，而且初中和高中对控制变量的教学要求和考试要求有差别，弄清这种差别有利于更好地开展教学工作。

关键词：化学；控制变量；课程标准

文章编号：1008-0546（2014）07-0011-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.004

作为高中化学教师，不只是要认真钻研高中化学教材，还应该关注初中化学教材。我校化学组2012年申请了课题《旨在完全中学初、高中化学知识衔接的校本课程开发的实践研究》，系统研究高中化学知识衔接问题。在课题研究工作中，我们整理并对比研究了初、高中化学知识，列举了一些高中老师在教学中应该注意的问题，在这些问题中，我认为初三化学教学中的控制变量的运用的教学尤其应该引起高中化学教师的重视。

控制变量法最初是在初中物理课本中出现的，初中物理对控制变量法有这样的描述[1]：“对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。”

控制变量这一名词虽然在初、高中化学课本上都没有出现，但是由于其在科学探究中的价值，使得这一方法在历史上各个版本的中学化学课本中都有体现或运用，而新课程改革后，化学教学从强调知识的掌握转向也强调方法的运用、能力的培养，所以近年来的新教材中，渗透了这一方法的内容明显比以往的教材更多。

先看初中课程标准相关的要求[2]：初步形成基本的化学实验技能，能设计和完成一些简单的化学实验……初步认识实验方案设计、实验条件控制、数据处理等、认识科学探究的意义和基本过程，能提出问题，进行初步的探究活动。

再看教材上体现控制变量思想的内容。比如人教版初三课本下册第八单元“金属的防护”中的活动与探究[3]：

现有洁净无锈的铁钉、试管、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、棉花和干燥剂氯化钙。试设计实验以证明铁制品锈蚀的条件。

再如人教版初三课本下册第八单元“金属活动性顺序”的活动与探究[4]：

在试管里放入量小块镁，加入5mL稀盐酸，用燃着的小木条放在试管口，观察现象，并判断反应生成了什么气体。

参照上述实验步骤分别在放有两小块锌、铁或铜的试管中加入稀盐酸，观察现象，比较反应的剧烈程度……

这两处内容体现初中教材中对控制变量方法的典型运用，除此之外，初中教材在探究物质燃烧的条件、比较金属活动性、影响固体物质溶解速度的因素等内容时，都渗透有关原理的运用。

在中考试题中，也有控制变量思想的考察，以安徽省中考试题为例，2012年安徽省中考化学试题第15题的加分题就考查了学生对实验方案的评价能力及控制变量的思想：

实验室常用加热氯酸钾与二氧化锰混合物的方法制取氧气，写出反应的化学方程式： 。

小芳发现，氯酸钾与氧化铜混合加热，也能较快产生氧气，于是进行如下探究：

[提出猜想]除MnO2、CuO外，Fe2O3也可以作为KClO3分解的催化剂。

[完成实验]按下表进行实验：并测定分解温度（分解温度越低，催化效果越好）。

[分析数据、得出结论]（1）由实验 与实验④对比，证明猜想合理。

（2）实验所用的三种金属氧化物，催化效果最好的是 。

[反思]（1）若要证明Fe2O3是该反应的催化剂，还要验证它在化学反应前后的质量和 不变。

（2）同种催化剂，颗粒大小可能影响催化效果，请设计实验方案进行验证 。

（3）同种催化剂，还有哪些因素可能影响催化效果，请你再探究（探究一种因素即可）。（注意：若答对本小题奖励4分，化学试卷总分不超过60分。）

。

在《2013年安徽省初中毕业学业考试纲要》中，还以这道题为例对控制变量方法的考察做出具体说明[5]：“根据对照实验要求只有一个变量，其他条件都相同进行分析回答，以及分解时所需温度越低的，催化效果越好进行分析……”

从课程标准、更多的课本上的相关内容以及中考试题以及考试大纲上可以看出初中对控制变量思想是有体现和要求的，但是其要求是比较简单、粗放的，大部分情况下，学生只需要初步认识到控制变量思想在实验中的运用，部分涉及到实验方案设计的内容也比较简单，对于需要控制的变量，课本也给予一定的限定。涉及到控制变量思想的考题也基本上以定性实验为主，对质量、浓度等实验条件的控制没有严格数据上的要求，对实验结果，也多以描述性结论为主。

那么，高中化学教学中，涉及到控制变量思想的教学要求和内容又是怎样的呢？

首先看高中中课程标准对实验方面的要求[6]：获得有关化学实验的基础知识和基本技能，学习实验研究的方法，能设计并完成一些化学实验。

以鲁科版化学教材为例，鲁科版高中化学2中的“化学反应的快慢”的活动探究中要求学生设计实验方案，这里就要利用控制变量的方法[7]：

请你设计并实施实验，解决下列问题：化学反应速率与哪些因素有关？这些因素对化学反应速率会产生怎样的影响？

实验方案……

鲁科版高中化学选修课关于化学反应速率的交流研讨也体现了控制变量的思想[8]：

在298K时，实验测得溶液中反应：H2O2+2HI [?]2H2O+I2，在不同浓度时的化学反应速率如表2-3-1所示：

1. 请找出化学反应速率与H2O2浓度及HI浓度之间的关系，并尝试写出数学表达式。

2.请针对“化学反应速率与反应物浓度的关系”谈谈自己的看法。

这两个例子是高中课本上渗透控制变量思想的典型，第一个例子要求学生能运用控制变量思想设计实验方案，第二个例子则运用控制变量思想来分析已有的数据找出规律。

其他的如高中化学课本中的元素性质递变规律的教学内容、氯气漂白性的教学、化学平衡的教学内容……等等，无一不体现了控制变量的方法。

近年来高考也注重考学生对控制变量的方法的运用，例如2010年的安徽省高考试题理综28题：

某研究性学习小组在网上收集到如下信息：

Fe（NO3）3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：

[实验]制备银镜，并与Fe（NO3）3溶液反应，发现银镜溶解。

（1）下列有关制备银镜过程的说法正确的是 。

a.边振荡盛有2%的AgNO3溶液的试管，边滴入2%的氨水。至最初的沉淀恰好溶解为止

b.将几滴银氨溶液滴入2 mL乙醛中

c.制备银镜时，用酒精灯的外焰给试管底部加热

d.银氨溶液具有较弱的氧化性

e.在银氨溶液配制过程中，溶液的pH增大

[提出假设]

假设1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假设2：Fe（NO3）3溶液显酸性，在此酸性条件下NO3-能氧化Ag。

[设计实验方案，验证假设]

（2）甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe3+，验证了假设1成立。请写出Fe3+氧化Ag的离子方程式： 。

（3）乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容（提示：NO3-在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）。

[思考与交流]

（4）甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立。则丙同学由此得出结论：Fe（NO3）3溶液中的Fe3+和NO3-都氧化了Ag。

你是否同意丙同学的结论，并简述理由： 。

《2013年普通高等学校招生全国统一考试安徽卷考试说明》中，更以这道题为例对控制变量得考察要求作了具体说明[9]：“考察考生运用相关的化学反应原理……以及控制变量思想设计实验的能力。”

分析更多的实例可以看出不论是课本，还是考试说明，都对控制变量思想的运用都有明确体现。而且，我们通过以上的几个例子还可以看出，高中化学课本对于控制变量的思想的运用比初中更灵活多样，考试要求比初中高，学生应该既要能够运用控制变量思想分析问题，也要具备运用控制变量思想设计实验的能力，能比较全面考虑反应中的各项条件如温度、浓度等。

因此，初高中对于控制变量的思想都有涉及，但是教学要求有所不同，由于初、高中化学教学研究的脱节，造成一些高中老师对初中化学教学中对控制变量方法的教学要求及教学情况没有充分了解，因此在处理高中课本相关知识时，可能会出现偏差：要么是对相关知识的讲解不到位，一带而过；要么会浪费宝贵的时间，重复学习初中已经学习过的知识。而如果高中教师了解了初中化学教学中对控制变量方法的教学情况，那么，在教学中对相关知识的处理上会更准确、更灵活，效率更高、效果会更好。

参考文献

[1] 人民教育出版社课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心编.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012： 51

[2] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012

[3] 人民教育出版社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心编.义务教育教科书化学九年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012：17

[4] 人民教育出版社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心编.义务教育教科书化学九年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012：10

[5] 安徽省教育科学研究所.2013年安徽省初中毕业学业考试纲要[M].合肥：合肥工业大学出版社，2013

[6] 中华人民共和国教育部.高中化学课程标准[S].北京：人民教育出版社，2003

[7] 王磊.普通高中课程标准实验教科书化学2（必修）[M].济南：山东科技出版社，2011

[8] 王磊.普通高中课程标准实验教科书化学反应原理（选修）[M].济南：山东科技出版社，2011

[9] 安徽省教育招生考试院、安徽省教育科学研究院编.2013年普通高等学校招生全国统一考试安徽卷考试说明（理科·课程标准实验版）[M].合肥：黄山书社，2013.1

2.请针对“化学反应速率与反应物浓度的关系”谈谈自己的看法。

这两个例子是高中课本上渗透控制变量思想的典型，第一个例子要求学生能运用控制变量思想设计实验方案，第二个例子则运用控制变量思想来分析已有的数据找出规律。

其他的如高中化学课本中的元素性质递变规律的教学内容、氯气漂白性的教学、化学平衡的教学内容……等等，无一不体现了控制变量的方法。

近年来高考也注重考学生对控制变量的方法的运用，例如2010年的安徽省高考试题理综28题：

某研究性学习小组在网上收集到如下信息：

Fe（NO3）3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：

[实验]制备银镜，并与Fe（NO3）3溶液反应，发现银镜溶解。

（1）下列有关制备银镜过程的说法正确的是 。

a.边振荡盛有2%的AgNO3溶液的试管，边滴入2%的氨水。至最初的沉淀恰好溶解为止

b.将几滴银氨溶液滴入2 mL乙醛中

c.制备银镜时，用酒精灯的外焰给试管底部加热

d.银氨溶液具有较弱的氧化性

e.在银氨溶液配制过程中，溶液的pH增大

[提出假设]

假设1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假设2：Fe（NO3）3溶液显酸性，在此酸性条件下NO3-能氧化Ag。

[设计实验方案，验证假设]

（2）甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe3+，验证了假设1成立。请写出Fe3+氧化Ag的离子方程式： 。

（3）乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容（提示：NO3-在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）。

[思考与交流]

（4）甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立。则丙同学由此得出结论：Fe（NO3）3溶液中的Fe3+和NO3-都氧化了Ag。

你是否同意丙同学的结论，并简述理由： 。

《2013年普通高等学校招生全国统一考试安徽卷考试说明》中，更以这道题为例对控制变量得考察要求作了具体说明[9]：“考察考生运用相关的化学反应原理……以及控制变量思想设计实验的能力。”

分析更多的实例可以看出不论是课本，还是考试说明，都对控制变量思想的运用都有明确体现。而且，我们通过以上的几个例子还可以看出，高中化学课本对于控制变量的思想的运用比初中更灵活多样，考试要求比初中高，学生应该既要能够运用控制变量思想分析问题，也要具备运用控制变量思想设计实验的能力，能比较全面考虑反应中的各项条件如温度、浓度等。

因此，初高中对于控制变量的思想都有涉及，但是教学要求有所不同，由于初、高中化学教学研究的脱节，造成一些高中老师对初中化学教学中对控制变量方法的教学要求及教学情况没有充分了解，因此在处理高中课本相关知识时，可能会出现偏差：要么是对相关知识的讲解不到位，一带而过；要么会浪费宝贵的时间，重复学习初中已经学习过的知识。而如果高中教师了解了初中化学教学中对控制变量方法的教学情况，那么，在教学中对相关知识的处理上会更准确、更灵活，效率更高、效果会更好。

参考文献

[1] 人民教育出版社课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心编.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012： 51

[2] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012

[3] 人民教育出版社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心编.义务教育教科书化学九年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012：17

[4] 人民教育出版社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心编.义务教育教科书化学九年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012：10

[5] 安徽省教育科学研究所.2013年安徽省初中毕业学业考试纲要[M].合肥：合肥工业大学出版社，2013

[6] 中华人民共和国教育部.高中化学课程标准[S].北京：人民教育出版社，2003

[7] 王磊.普通高中课程标准实验教科书化学2（必修）[M].济南：山东科技出版社，2011

[8] 王磊.普通高中课程标准实验教科书化学反应原理（选修）[M].济南：山东科技出版社，2011

[9] 安徽省教育招生考试院、安徽省教育科学研究院编.2013年普通高等学校招生全国统一考试安徽卷考试说明（理科·课程标准实验版）[M].合肥：黄山书社，2013.1

2.请针对“化学反应速率与反应物浓度的关系”谈谈自己的看法。

这两个例子是高中课本上渗透控制变量思想的典型，第一个例子要求学生能运用控制变量思想设计实验方案，第二个例子则运用控制变量思想来分析已有的数据找出规律。

其他的如高中化学课本中的元素性质递变规律的教学内容、氯气漂白性的教学、化学平衡的教学内容……等等，无一不体现了控制变量的方法。

近年来高考也注重考学生对控制变量的方法的运用，例如2010年的安徽省高考试题理综28题：

某研究性学习小组在网上收集到如下信息：

Fe（NO3）3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：

[实验]制备银镜，并与Fe（NO3）3溶液反应，发现银镜溶解。

（1）下列有关制备银镜过程的说法正确的是 。

a.边振荡盛有2%的AgNO3溶液的试管，边滴入2%的氨水。至最初的沉淀恰好溶解为止

b.将几滴银氨溶液滴入2 mL乙醛中

c.制备银镜时，用酒精灯的外焰给试管底部加热

d.银氨溶液具有较弱的氧化性

e.在银氨溶液配制过程中，溶液的pH增大

[提出假设]

假设1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假设2：Fe（NO3）3溶液显酸性，在此酸性条件下NO3-能氧化Ag。

[设计实验方案，验证假设]

（2）甲同学从上述实验的生成物中检验出Fe3+，验证了假设1成立。请写出Fe3+氧化Ag的离子方程式： 。

（3）乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容（提示：NO3-在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）。

[思考与交流]

（4）甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立。则丙同学由此得出结论：Fe（NO3）3溶液中的Fe3+和NO3-都氧化了Ag。

你是否同意丙同学的结论，并简述理由： 。

《2013年普通高等学校招生全国统一考试安徽卷考试说明》中，更以这道题为例对控制变量得考察要求作了具体说明[9]：“考察考生运用相关的化学反应原理……以及控制变量思想设计实验的能力。”

分析更多的实例可以看出不论是课本，还是考试说明，都对控制变量思想的运用都有明确体现。而且，我们通过以上的几个例子还可以看出，高中化学课本对于控制变量的思想的运用比初中更灵活多样，考试要求比初中高，学生应该既要能够运用控制变量思想分析问题，也要具备运用控制变量思想设计实验的能力，能比较全面考虑反应中的各项条件如温度、浓度等。

因此，初高中对于控制变量的思想都有涉及，但是教学要求有所不同，由于初、高中化学教学研究的脱节，造成一些高中老师对初中化学教学中对控制变量方法的教学要求及教学情况没有充分了解，因此在处理高中课本相关知识时，可能会出现偏差：要么是对相关知识的讲解不到位，一带而过；要么会浪费宝贵的时间，重复学习初中已经学习过的知识。而如果高中教师了解了初中化学教学中对控制变量方法的教学情况，那么，在教学中对相关知识的处理上会更准确、更灵活，效率更高、效果会更好。

参考文献

[1] 人民教育出版社课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心编.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012： 51

[2] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012

[3] 人民教育出版社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心编.义务教育教科书化学九年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012：17

[4] 人民教育出版社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心编.义务教育教科书化学九年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012：10

[5] 安徽省教育科学研究所.2013年安徽省初中毕业学业考试纲要[M].合肥：合肥工业大学出版社，2013

[6] 中华人民共和国教育部.高中化学课程标准[S].北京：人民教育出版社，2003

[7] 王磊.普通高中课程标准实验教科书化学2（必修）[M].济南：山东科技出版社，2011

[8] 王磊.普通高中课程标准实验教科书化学反应原理（选修）[M].济南：山东科技出版社，2011

[9] 安徽省教育招生考试院、安徽省教育科学研究院编.2013年普通高等学校招生全国统一考试安徽卷考试说明（理科·课程标准实验版）[M].合肥：黄山书社，2013.1