杭州市化学会2005年年会 论文
浅论科学对比实验的教与学
谢跃平
临安市昌化镇中学 311320
【内容摘要】新课程的基本理念之一是突出科学探究。通过教学使学生增进对科学探究的理解，初步养成科学探究的习惯，培养创新意识和实践能力，从而为学生的终身发展奠定基础。在科学探究过程中，根据猜想假设、设计实验方案时，由于事物的性质和变化受多方面的影响，因此需要进行单因素比较，设法控制其它可能有影响的诸多因素。然后通过对比实验及分析，验证科学假设。因此，如何进行对比实验的教学，从而培养学生能力，是初中科学教师值得探讨的问题。并就笔者设计的教学案例作范本，力图能将观点作具体化和操作化的展示。
【关 键 词】对比实验 学生能力 课堂教学
随着基础教育课程改革纲要的贯彻和各学科课程标准的实施，新课程的理念被广泛接受并付诸实践.。新课程倡导改变学生学习的方式、倡导学生“自主学习”、倡导“科学探究”教学，从“提出问题、猜想假设、设计方案、实验探索、形成结论”的过程中学习科学方法，体验知识的发生发展过程，感悟发现的成功和创造的快乐，从而达到对学习和学科的高层次兴趣，形成持久的求知欲望。而设计实验方案、进行实验探究，常常用到对比实验。通过教学，我们要使学生理解对比实验中控制可变因素的思想。本文从对比实验及分类、对比实验的教学方法、对比实验中学生能力的培养等方面进行探讨，以达到学生素养的培养。选用“催化剂”为例，设计教学案例，抛砖引玉，供同行们批评指正。
一． 对比实验及分类
对比实验也叫对照实验，它是运用比较的方法来揭示事物的性质和变化规律的一种实验方法。具体做法是把实验分成两个或两个以上的相似组群进行，其中一个是对照组，作为比较的标准，另一个（或几个）是实验组。实验时把对照组与实验组的结果进行比较，从而确定对比因素对事物性质和变化的影响。由此可知，对比实验的方法是进行单因素比较。要进行单因素比较，则必须设法控制其它可能有影响的诸多因素，尽量使这些因素完全相同。这是对比实验的基本要求，也是对比实验过程中自始至终要遵循的重要原则。对比实验的分类方法有如下几种：
1．空白对比：指不做任何实验处理的对比组。
例如观察CO2跟H2O反应的实验，两个试管都有等量的水。一个试管中滴4-5滴石蕊试液,然后分别通入CO2,哪放蒸馏水的试管就是一个空白对比。
2．自身对比：指实验和对比在同一对象上进行，即不另设对比组。 例如CO2通入滴有石蕊试液的试管中，溶液变红色。然后加热该试管，红色又变为紫色。
3. 条件对比：给实验组某种处理，给对比组另一条件的处理。
例如,使适量的磷和木炭在等容积的A、B两瓶中同时燃烧，如右图所示。当燃烧完毕，打开夹子，看到烧杯中的水很快进入其中一瓶，而不进入另一瓶。试分析发生上述现象的原因是什么？此实验能验证哪些结论？
4.相互对比：指不另设对比组，而是利用几个实验组相互对比。
例如,铜易生锈的环境条件。首先要提出问题：铜在什么环境下容易生锈?引
导学生根据铜在梅雨季节容易生铜绿的事实作出猜想： 铜生锈需要水分、氧气和二氧化碳，且这些条件都是缺一不可。然后我们就作出假设,假如这些条件缺少一样，铜能够生锈吗？
根据假设，我们就设计这实验的材料，用具。将四小快同样的铜片分别按下图所示放置一段时间，观察实验现象。我们就可以从这几个实验互相比较得出三个条件都是铜生锈的条件。
二．逐步引导学生学会对比实验
学习一种新的实验方法同掌握任何一门技能一样，需要经过一个由易到难、由扶到放、循序渐进的过程。从义务教育课程标准实验教科书《科学》的整体编排上看，对比实验是贯穿于低、中、高三个阶段中的。低阶段由于学生在小学里已接触一些简单的对比实验，着重介绍科学探究过程并进行简单的实验探究，渗透了一点对比实验的方法。如第一册物质的溶解性一节中，课本提出如下问题：在一定量的水中，不断增加蔗糖，蔗糖是否都能溶解？不同物质的溶解能力相同吗？某一物质的溶解能力是固定不变的，还是会随着外界条件的变化而变化？油在水中能溶解吗？气体能不能溶解在液体里？以下用五个实验对上述问题逐个进行研究。在实验二中，2只烧杯中装有20毫升的水，分别放入10克的蔗糖和食盐，并进行搅拌。两种物质是否多能完全溶解？想一想两杯水的质量为什么要相同？接着安排了探究食盐在水中溶解快慢的因素，要求每2人为一个研究小组，按科学探究的基本过程来进行。中阶段针对每一个猜测设计相应的实验方案时，注意要对相关的条件进行有效的控制，然后进行对比实
验，使学生理解对比实验中控制可变因素的思想。有“影响固体溶解度大小的因素”，“白磷燃烧条件的实验”，“硫酸盐和盐酸盐的鉴别”等。高阶段以模拟实验为重点，学会问题提出（多种原因）和提出假设（多种原因），学会复杂的、多因素的变量控制进行实验分析和归纳推理。例如，“研究电解质溶液中离子的自由移动”，“废旧电池的回收利用”，“研究不同金属跟稀硫酸反应的快慢”等都涉及对比实验。由此看来对比实验在整个教材中呈点滴渗透——初步学会——学会应用等几个发展阶段。低段渗透，高段发展，中段具有承上启下的重要作用。整个对比实验的内容是由易到难，教师的指导由扶到放，学生的学习是由不自觉接受到自觉应用。就每一课对比实验的学习来说，同样也经过一个由扶到放、由学习到应用的过程，即一般要经过教师演示——教师指导学生半独立实验——学生独立实验的过程。例如，稀盐酸可以使紫色石蕊试液变红色。我们已经知道在稀盐酸中存在H2O、Cl-和H+。猜猜看，可能是稀盐酸中的哪一种微粒使紫色石蕊试液变红色。成绩好一点的学生联想到稀硫酸也能使紫色石蕊试液变红色。而盐酸和硫酸溶液中均有H2O、H+，因此可能是H2O、H+使紫色石蕊试液变红色。我们能否用实验来证明H2O、Cl-不能使紫色石蕊试液变红色呢？演示前，先引导学生分析课题并确定实验方法，强调相同条件，突出对比因素，使学生充分体会实验的因果关系，初步明确对比实验的原则和方法。启发学生想一想我们喝的食盐水中也含有H2O、Cl-。那么怎样操作证明呢？通过对比实验，盐酸能使石蕊试液变红，而氯化钠溶液不能，说明是盐酸中的H+使紫色石蕊试液变红色。学了中和反应后，重新提出怎样用实验来证明盐酸中的H+使紫色石蕊试液变红色？这个实验的不变量是什么？是什么量的改变，引起石蕊试液颜色的变化？如何设计实验并解释实验现象？经过议论交流后得出共识性的观点：向盛有一定量的稀盐酸的试管中滴入紫色石蕊试液，试液变红。逐滴加入氢氧化钠溶液，溶液由红变紫再变蓝。反应过程中，H2O、Cl-仍然存在，说明是盐酸中的H+使紫色石蕊试液变红色。然后让学生自己做实验。这时教师在学生做实验的过程中，及时纠正学生在方法和操作等方面的问题。经过教师
演示和学生半独立实验后，出示新的探究课题：明矾[KAl(SO4)2·12H2O]是农村常用的一种净水剂，它在水中电离出K+、Al3+、SO42-。如何探究明矾中每种离子是否具有净水作用。这时就可以放手让学生自己独立地设计，即让学生去猜想、确定新的对比因素，然后再分析其它可能有影响的因素，从而设计对比组与实验组的相同条件和不同条件，最后开放实验室，通过实验自己得出因果关系。经过教师演示——学生半独立实验——学生独立实验这个由扶到放的过程，学生对对比实验从观察学习——模仿——自己实验，逐步掌握了对比实验的方法和原则。应当指出，我们说对比实验的教学要经过演示——指导——放手的过程，这个过程不是在同一个实验中机械地重复进行，而是在一个大课题下每一小课题的研究时一层一层地展开的。这个过程在初学时可反复进行，在学生初步学会后就可压缩或省略。教学的最终目的是以这个过程为阶梯，提高学生的能力，使其能自觉运用对比实验的原则和方法去解决实际问题。 三、重视实验中各方面能力的培养
一个完整的对比实验一般要通过提出问题——建立假说——实验设计——实验检验——交流评价来完成，下面就对比实验的几个环节逐段谈谈如何培养学生的能力。
1．问题的提出。在对比实验教学时，一般以学生熟悉的问题提出课题，这个问题可直接提出，也可通过一种现象间接引出，接着引导学生分析这个问题，并充分调动学生的想象力和创造性思维，使他们能创造性地提出一些解决问题的假设。这一阶段不仅要给学生留有足够的思考时间，还要采取讨论式的方法，给学生创造一个相互交流、集思广益的氛围。最后，通过筛选，得出解决问题的众多假设。
2．实验的设计。在设计对比实验时，首先要将假设的众多因素摆出来，然后提出究竟与哪种因素有关，怎样才能验证一个假设是否正确。这个提问是让学生思考，并说出实验的方法和采用这个方法的理由。这种表述很重要，它是
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