科学实验结论表述方法的常见错误分析

科学实验结论表述方法的常见错误分析

城南初中：姚英、汤剑

论文摘要:“控制变量法”实验结论的表述方法的常见错误有结论表述缺少规律成立的实验条件、实验条件表述错误、结论表述时定量关系与定性关系混为一谈、结论表述的因果关系颠倒、实验研究的因素判断错误。

“控制变量法”是初中科学实验中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一，所谓“控制变量法”是指：为了研究某物理量同影响它的多个因素中的一个因素之间的关系，可将除了这个因素以外的其他因素都人为地控制起来，使它们保持不变，以便观察和研究某物理量与该因素之间的关系。而实验结论的表述是学生学习的难点之一。概括初中科学探究性实验结论的表述可分为：定性关系（即：在……相同时，……越……，……越……。）和定量关系（在……相同时，……跟……成正比或反比。）两种基本类型。

调查、分析学生的学习情况，可将常见错误概括为以下几种类型：

1、结论表述缺少规律成立的实验条件

例1 小明同学在探究“压力的作用效果跟压力大小的关系”时，做了如图所示的实验，比较甲、乙实验能够得到的结论是

错误结论：压力越大，压力的作用效果越明显。

分析：本实验室在保持海绵的受力面积大小不变的情况下，比较凹陷程度得出压力作用效果跟压力大小的变化关系。因此，结论表述时不仅要描述所探究的物理规律，还要客观地指出这一规律所成立的实验条件。应得出的结论是：“在受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显”。在这段描述中，“在受力面积相同时”，讲的是实验条件，“压力越大，压力的作用效果越明显”则是规律，如果缺失了实验的前提条件，则规律并不一定成立。如比较图乙与图丙。

正确结论应为：在受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显。

例2 在探究“滑动摩擦力的大小跟压力大小关系”的实验中，小明的实验如图甲、乙所示。

此实验得出的结论是：_________。

错误结论：滑动摩擦力的大小与压力成正比。

正确结论应为：当接触面的粗糙程度相同时，滑动摩擦力的大小与压力成正比。

压力的大小

弹簧秤的读数F （牛） 滑动摩擦力f （牛） 等于木块的重力 F 1=0.18 f 1=0.18 等于木块与砝码的重力 F 2=0.31 f 2=0.31

2、实验条件表述错误

例3如图所示，让小球从斜面上由静止滚下，打到一个小木块上，能将木块撞出一段距离。放在同一水平面上相同位置的木块，被撞得越远，表示小球的动能越大。现用质量不同的小球从同一高度滚下，看哪次木块被推得远。此实验得出的结论

是：。

错误结论：当物体的高度一定时，质量越大，具有的动能越大。

分析：本题实验研究的是动能与质量的关系，由于影响小球的动能的因素有两个：质量和速度，因此研究动能与质量的关系所采用的实验方法是控制变量法，即在保持小球的速度不变的条件下，改变小球的质量，来研究动能与质量的关系。本题实验中让质量不同的小球从同一斜面的同一高度滚下只是控制小球到达斜面底端时的速度不变的一种方法。因此在表述动能与质量的关系时，它的实验条件是：使小球到达斜面底端时的速度不变，而不是小球的高度不变。

正确结论应为：当物体的速度一定时，质量越大，具有的动能越大。

3、结论表述时定量关系与定性关系混为一谈

例4一种半导体材料，其电阻随温度的升高而减小。为了研究其电学特性，小强和小明同学通过实验，将其中一个元件R进行测试，测得其电流与加在它两端的电压值，测试数据如下表所示。

U/V 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.50 1.60

I/A 0.20 0.45 0.80 1.25 1.80 2.81 3.20

分析表中数据，元件R的I和U之间的关系是。

错误结论：元件R的电流随电压的增大而增大。

分析：元件R的电阻随温度在变化，通过一组电流跟电压的数据而得出电流随电压的增大而增大的定性结论，显然不符合控制变量法。该题是要求分析得出元件R的I和U之间的定量关系式，从数据表中可以看出：U增大，I也增大，但I的增加值大于U的增加值，直接观察表格中的数据，很难得出正确结论，须对数据进行数学方法的处理才可。进一步分析表格中数据，将电流值分别乘以0．8后可得到：0.16、0.36、0.64、1.00、1.44、2.248、2.56，它们分别是电压值0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.50、1.60的平方。

正确结论应为：元件R的I和U之间的关系是：通过电阻元件的电流跟加在它两端的电压的平方成正比。或元件R的I和U之间的关系式为：I=1.25U2。

4、结论表述的因果关系颠倒

例5小明同学在做“探究电流跟电压、电阻之间的关系”实验中，通过改变电路中的电压和电阻，分别测得了如下两组数据：

实验次序U=3V

实验次序

R=10Ω U/V I/A ① 2 0．2 ② 3 0．3

③ 6 0．6

表一 表二

分析表一数据，可得到的结论是_________。 分析表二数据，可得到的结论是_________。 错误结论：分析表一可得到的结论：当导体的电阻一定时，导体两端的电压与通过导体的电流成正比。分析表二可得到的结论：当导体的电压一定时，导体的电阻与通过导体的电流成反比。

分析：采用控制变量探究问题，分析实验数据时，要分清哪个因素是自变量（引起实验结果变化的原因），哪个因素是因变量（实验结果，其变化是由其它因素的变化引起的），要注意两个量之间的因果关系，不能前后颠倒。分析表一中的实验数据，电压是形成电流的原因，当导体的电阻不变时，改变导体两端的电压，通过导体的电流将发生变化，因此，电压变化是原因，电流变化是结果，应该说电流随电压如何变化。分析表二中的实验数据，电阻是导体本身的性质，当电路中电阻发生改变时，电流将随着改变，电阻变化是原因，电流变化是结果，应该说电流随电阻如何变化。

正确结论应为：分析表一数据可得正确结论为：当导体的电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。

分析表二数据可得结论为：当导体两端电压一定时，通过导体中的电流与导体的电阻成反比。

5、实验研究的因素判断错误 例6 某同学在用一枪弹簧制作弹簧测力计的实验时，在弹簧的下端挂不同重力的钩码，对应的弹簧的长度也不同，具体数据见下表：

钩码重力G/N 0 1

2 3 4 5 弹簧长度l/cm 3 5 7 9 11 13

分析表中的实验数据，你得到的一个重要的结论是：__________。

错误结论：物体受到的重力越大，弹簧的长度就越长。 分析：在分析、处理数据时，首先要明确本实验要解决什么问题，需要研究量之间的关系，涉及这些量变化关系的数据有哪些，也就是说，学生应该具备选择实验数据的能力。该实验是研究弹簧受到的拉力与弹簧伸长量之间的关系，因此在分析实验数据归纳结论时，应表述出这两个量之间的关系。在这个实验中，钩码受到的重力的大小反映的是弹簧受到的拉力的大小，实验现象表明：弹簧下端所挂的钩码越重，弹簧的伸长量就越大，且随着钩码的总重均匀增加，弹簧如伸长量地均匀增加。

正确结论应为：在弹簧的弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越长（或：在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长量与所受到的拉力成正比）。

例7 为了探究“物体温度升高时吸收热量的多少跟哪些因素有关”，程阳同学用两个相同的烧杯分别盛水和煤油，再用两个同样的电加热器加热水和煤油，实验数据记录如下表：根据实验记录数据，分析得出的结论是： 。

实验组别 物质 质量/g 初温/℃ 末温/℃ 加热时间/min

R/? I/A ① 5 0．6 ② 10 0．3 ③ 15 0．2