控制变量法类题目的解题指导

控制变量法类题目的解题指导
初中科学中常用的研究问题的方法有：观察法、实验法、类比法、科学猜想法、等效法、控制变量法、模型法，理想化方法，转换法等。

在教学过程中发现，学生对控制变量法的题目解决起来有一定的难度。

所谓控制变量法是指根据研究目的，运用一定手段（实验仪器、设备等）主动干预或控制自然事物、自然现象发展的过程，在特定的观察条件下探索客观规律的一种研究方法。

初中科学中的许多探究方法都是设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，然后来比较、研究其他两个变量之间的关系，这是一种研究问题的科学方法。

一、对控制变量法类题目进行解题指导的意义
《2008年浙江省初中毕业生学业考试说明》中关于控制变量法的描述有:①分析影响实验结果的主要因素，对所研究的问题中的各种变量（自变量、因变量、调节变量、无关变量）进行确认与分类；②将变量转化为可感知、可量度的事物、现象和方法（行为），说明在实验中如何测量一个变量，说明需要“做什么”和“怎么做”,利用控制变量方法来设计实验。

以上两点均为C级要求。

由《2008年浙江省初中毕业生学业考试说明》中关于控制变量的要求来看，是最高要求。

这就告诉我们，在平时教学中要重视对学生进行控制变量法的解题指导。

在浙教版初中科学中有关控制变量法的教学内容较多，见下表。

由上表可知，初中科学中大量而普遍地运用控制变量法来研究科学问题。

《科学（7~9年级）课程标准（实验稿）》指出：在实验设计过程中要充分“考虑影响实验结果的主要因素，能确定需要测量的量，并采用适当的方法控制变量”；在初中科学学习过程中，控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观科学规律的科学方法。

把握好控制变量法的解题指导的教学，对学生学习科学，培养学生研究科学问题的能力有着重要的意义。

二、控制变量法类题目的解题指导举例
在初中科学中可用“控制变量法”去分析和解决的题目是很多的，在解决科学问题时，如能恰当运用科学方法进行分析，确实能起到提高解题速度与准确率的效果。

更为重要的是，通过对这些实际问题的解题指导，使学生对如何应用“控制变量法”等科学方法去分析、解决身边的实际问题作了有益的尝试，促进了学生科学素质的发展。

按照《2008年浙江省初中毕业生学业考试说明》的要求，我把这些相关题目分成两类：“实验设计”和“变量分类与确认”。

当然，这两类问题是相交关系，因为实验设计前要对变量进行分类和确认，变量分类和确认的目的是为了实验设计。

解决控制变量法题目的一般过程如下：
1.“实验设计”类指导举例
例1为探究二氧化硫对植物叶片的影响，请根据所给的材料和用具，设计相关的实验步骤。

材料用具：长势相同的盆栽黄瓜幼苗2株，2只相同的小烧杯，大小相同的玻璃罩2个，玻璃板2块（比玻璃罩口径略大），稀硫酸，亚硫酸钠，凡士林，水。

解题步骤：
（1）明确实验目的；（2）分析实验原理；（3）提出实验思路。

实验变量：SO2。

操纵方法：使稀硫酸和亚硫酸钠反应生成SO2，干扰黄瓜幼苗生长。

无关变量：光照、温度等环境因素。

控制方法：①设置空白对照：不添加SO2，其他因素与实验组相同；②适宜的环境。

反应变量：黄瓜叶片生长状况。

检测方法：观察黄瓜叶片生长状况的变化。

实验步骤：
（1）将2盆黄瓜幼苗分别放在玻璃板中央，罩上玻璃罩，并标号；
（2）在1个小烧杯中加入一定量的亚硫酸钠和稀硫酸，放入1号玻璃罩内，在另一小烧杯中加入等量的清水，放入2号玻璃罩内。

用凡士林密封两个装置；
（3）将两个装置同时放在光照、温度等条件相同的适宜环境中；
（4）定时观察黄瓜幼苗叶片的生长情况，并记录。

例2种植花木是小芳同学爸爸的爱好。

放学回家后，小芳经常帮助爸爸给花草浇水、施肥……爸爸绐小芳讲了许多有关养花的经验：用什么样的土壤、土壤湿润的程度、施什么样的肥料、施肥的时间、施肥的多少、太阳光照射时间的长短以及光照强度都是影响开花质量的主要因素。

小芳经过思考后，想探究光照强度对开花质量的影响。

她将自己的想法告诉了爸爸，得到了爸爸的肯定与支持。

（1）光照强度对开花质量有怎样的影响呢？请你根据自己的生活经验和掌握的知识，给出你的猜想：适当的光照强度有利于提高开花的质量,写出猜想的理由或依据；强烈的光照能使植物的叶片发生弯曲（枯萎），植物的光合作用需要阳光。

（2）请你帮助小芳完成探究方案的设计。

需准备的材料：天平、量筒等控制仪器，遮阳设备，研究样品（同种植株三株或三株以上）。

探究步骤：选择三株或三株以上长势相同的植株置于花房里，保持土壤湿润的程度，施肥种类、时间、多少、太阳光照射的时间长短不变，让植株所受到的光照强度各不相同，记录各植株的长势情况，比较、分析、确定光照强度对开花质量的影响。

（3）探究过程中，小芳发现控制的变量中，土壤的湿润程度受光照强度的影响较大，原因是强光照射使植株的蒸发量增大，土壤的含水量降低。

分析：此题不仅考查学生的阅读能力、综合应用知识的能力，同时考查学生应用控制变量法解决问题的能力，是一道与生活联系极为紧密、贴近生活的生活化试题，是近年来中考试题中一大亮色。

对于第一问的猜想学生必须同时考虑到强光和弱光照射时的情况；而对于器材的选取必须说明选取的植株是同种植株三株或三株以上；在实验步骤中一定要体现出变量的控制以及通过比较得出结论。

2.“变量分类与确认”类指导举例
例3小明观察蜂蜜时发现，早晨和下午的黏性是不一样的，难道蜂蜜的黏度与温度有什么关系吗？小明想设计一个实验来研究蜂蜜的粘度与温度的关系，请你帮小明设计出本实验的方案及记录实验结果的表格。

分析：首先学生要清楚本题中的自变量和因变量各是什么。

是什么量的改变会引起另一个量的变化？根据《考试说明》中有“要确认及分类控制变量法中的各种变量”的要求，学生要确认自变量和因变量。

本课题研究中自变量是温度，因变量是蜂蜜的黏度，也就是说温度引起黏度的变化，温度升高黏度会增加（越黏）还是降低（不黏）呢，要设计实验来说明这个问题。

控制温度高低是较容易做到的，而直接测量黏度对学生而言是有很大的困难的，根据《考试说明》中要将变量转化为可感知、可量度的事物、现象和方法（行为），能不能将黏度的测量转化为可测量的量呢？因为对某些无法直接测量或没必要直接测量的变量要转化为可感知、可量度的变量，所以对蜂蜜的黏度而言，要转化为可测量的量。

这可测量的量要让学生讨论得出。

一般来说可转化为测量时间或力的大小。

如图1所示的实验方案就是一个转化为测量时间的量。

然后，很重要的一点是要讨论有哪些因素会影响到实验的结果。

除了温度之外，实验中还有试管的倾斜角度、型号、光滑程度、滴管的口径、蜂蜜的种类、蜜滴的起始位置等，而滴管吸取蜂蜜的体积多少是与本实验无关的一个变量，我们只要滴管的口径一样，那么一滴的蜂蜜就是一样多的体积。

所以本方案中的控制变量为试管的倾斜角度、型号、光滑程度、滴管的口径、蜂蜜的种类、蜜滴的起始位置等。

根据上图所示的实验方案设计表格如下。

分析：本题涉及到影响电阻大小的三个自变量（忽略温度对电阻的影响）：材料、长度、横截面积，在进行科学探究时应采取控制变量法，比如探究是否与材料有关时，必须控制长度、横截面积不变。

因此我们选取的器材应该是长度、横截面积相同而材料不同的①⑤或②⑥或③⑦或④⑧；同样在探究是否与长度有关时应选取：①③或②④或⑤⑦或⑥⑧；在探究是否与横截面积有关时应选取：①②或③④或⑤⑥或⑦⑧；然后综合考虑怎样组合可以同时实现对于三个影响因素的探究，从而得出答案C。

在各地的历届学业考试中考查控制变量法的例子举不胜举，而且有逐步增多的趋势。

从考查采用什么方法的形式转变为控制什么变量和区别变量关系的形式来出题，这也是我们在解题指导中要注意的地方。