解答探究方案評價題的六條思路

【內(nèi)容摘要】科學探究是科學課程的重要內(nèi)容之一，探究方案設(shè)計直接決定探究的成敗。探究方案評價題是科學中考的熱點和難點，考生在考試中失分較多，主要是考生在解答時缺乏思路，具有盲目性。在具體開展科學探究時，首先對設(shè)計的探究方案做出恰當評價，然后根據(jù)評價對方案進行修改?？蓮奶骄空n題的三類變量（自變量、應(yīng)變量和控制變量）以及探究實驗所應(yīng)遵循的基本原則兩方面入手，給出了探究方案評價的六條思路：看“自變量”是否“變”起來;看“應(yīng)變量”能否正確測量;看“控制變量”是否被控制;看“控制變量”是否有效;看“實驗樣本、實驗次數(shù)”是否足夠多;看實驗是否“環(huán)保、經(jīng)濟、安全”。據(jù)這六條思路，可把探究方案中存在的一般性問題找出來，且把方案中隱藏得很深的缺陷挖出來?！娟P(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)

探究

方案

思路科學學科核心素養(yǎng)的提出，其中科學探究是核心素養(yǎng)的內(nèi)容之一，科學探究在中考中所占比分也較多。探究方案評價題是近幾年各地科學中考的熱點和難點問題，考生在考試中失分較多，究其原因是考生在解答這類試題時缺乏一定的思路，具有盲目性。以下是筆者幾年來在教學實踐中總結(jié)出來的解答這類試題的六條思路，供大家商討。思路一：看“自變量”是否“變”來。科學探究，目的就是尋找應(yīng)變量怎樣隨自變量的變化而變化。因此，在探究時必須要讓自變量“變”起來。在探究方案評價題中，經(jīng)常會通過其他途徑一調(diào)節(jié)自變量。例如：科學興趣小組為研究金魚藻的光合作用，做了如下實驗：第1步：將溴麝香草酚藍和呈弱堿性的NaHCO3溶液配成藍色液體，并向試管中通入一定量的二氧化碳氣體，直到液體呈淺綠色。第2步：將配制好的淺綠色液體分別取等量加到4支試管中，2～4號試管中加入金魚藻，1號試管不加金魚藻，封閉各試管。第3步：測定實驗結(jié)果。1小時后，距離50厘米的2號試管液體顏色為黃色，距離30厘米的3號試管液體顏色為淺綠色，距離20厘米的4號試管液體顏色為藍色，預(yù)測1號試管在1小時后液體的顏色是什么才能說明以上所有實驗結(jié)果是準確可靠的?！咀ⅲ海?）溴麝香草酚藍是一種酸堿指示劑，在弱酸性環(huán)境中呈黃色，弱堿性環(huán)境中呈藍色，中性環(huán)境中呈淺綠色。（2）CO2的水溶液中含有CO2，H2CO3等微粒，當CO2減少時H2CO3也減少?！坎患咏痿~藻的1號試管為對照組，沒有放綠色植物，不能進行光合作用，則液體中的二氧化碳的濃度不變，溶液的酸堿性也沒有改變，從實驗中可以知道顏色為“淺綠色”即原本顏色，因為這里的測量的“因變量”沒有發(fā)生變化。由課題知，實驗操作設(shè)置時試管距日光燈的距離不同，自變量就“變”起來，這里的真正自變量是光照強度，且距離越小，光照強度越強。這里的因變量的測量發(fā)生轉(zhuǎn)換，實驗結(jié)果測量的是1小時后液體的顏色，因變量是“光合作用的強度”。因此該實驗?zāi)康臑椤疤骄拷痿~藻的光合作用強度與光照強度的關(guān)系”，因為液體顏色變化來是光合作用強度與呼吸作用強同時作用的一個結(jié)果，所以這里的一個隱藏的因變量還有呼吸作用，“找到因變量”有光合作用強度和呼吸作用強度，可以分析4號試管液體顏色為藍色的原因：“光合作用強度大于呼吸作用強度，溶液中二氧化碳減少，碳酸也減少，pH上升?！彼悸范嚎础皯?yīng)變量”能否正確測量。當自變量發(fā)生變化時，必須正確測出應(yīng)變量。在探究方案評價題中，命題人員會設(shè)置應(yīng)變量不能正確測量的情境。例1：為了探究小白鼠調(diào)節(jié)體溫的中樞是否為下丘腦。第一步取兩只生理狀況相同的健康的成年小白鼠，并標記為A、B;第二步用一定的方法只破壞A鼠的下丘腦;第三步把A、B兩鼠置于人工控制的溫室中，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度為-2℃，在相對適宜且安靜的條件下觀察一段時間，每隔3小時分別測量一次體溫，記錄數(shù)據(jù)。首先分析一下該實驗中的應(yīng)變量是什么，即隨環(huán)境溫度改變，小白鼠的體溫是否會發(fā)生變化，這里需要測量的應(yīng)變量是體溫的變化。顯然以上實驗過程中存在兩點缺陷，其中之一就是應(yīng)取幼年小白鼠，現(xiàn)象更明顯。本實驗所探究內(nèi)容的應(yīng)變量是小白鼠的體溫調(diào)節(jié)，要知道小白鼠體溫的變化情況，除了要測出它們在實驗時的體溫，還必須測出它們在實驗前的體溫。因此從“看應(yīng)變量能否正確測量”的思路去考慮，可找出第二個缺陷：實驗前沒有先測定實驗組A鼠和對照組B鼠的體溫。例2：細菌等微生物是土壤的成分之一，它必須從土壤中吸收含碳的物質(zhì)、含氮的物質(zhì)、水和無機鹽等，以維持其生命活動。有的土壤細菌（以下簡稱為“X細菌”）能將環(huán)境中的尿素轉(zhuǎn)化為氨氣。為探究某土壤樣品中是否含X細菌，某科學興趣小組的同學做了如下實驗：（1）制備土壤浸出液。（2）在專業(yè)人士指導(dǎo)下配制培養(yǎng)基（內(nèi)有除含氮物質(zhì)外的其他必需物質(zhì)），將培養(yǎng)基分裝在A和B兩個培養(yǎng)皿中。（3）在A培養(yǎng)皿中再加入_____，B培養(yǎng)皿不加。解析：根據(jù)控制變量法可知，在A培養(yǎng)皿中再加入尿素，B培養(yǎng)皿不加。（4）將等量土壤浸出液涂抹在A和B兩個培養(yǎng)皿的培養(yǎng)基表面，并在適宜環(huán)境下培養(yǎng)一段時間。（5）在A和B兩個培養(yǎng)皿中加入_____，觀察顏色變化。實驗結(jié)果：A培養(yǎng)基表面顯紅色，B培養(yǎng)基表面不顯紅色。解析：該實驗?zāi)康氖翘骄磕惩寥罉悠分惺欠窈琗細菌，但是由于細菌微小，不能直接觀察，需要間接測定，這里要用到一種轉(zhuǎn)換的思想，即有的土壤細菌能將環(huán)境中的尿素轉(zhuǎn)化為氨氣，檢驗氨水的存在，應(yīng)該使用無色酚酞試劑，所以在A和B兩個培養(yǎng)皿中加入無色酚酞，觀察顏色變化。思路三：看“控制變量”是否被控制。一次探究只能研究一個自變量和一個應(yīng)變量之間的關(guān)系，其他變量必須被控制。控制變量沒有被控制的情境出現(xiàn)在探究方案評價題中也是很常見的。例1：在探究胃蛋白酶的活性與溶液酸堿性的關(guān)系實驗中，由于影響應(yīng)變量的因素有多種，這個實驗的應(yīng)變量是胃蛋白酶的活性，實驗的自變量為溶液酸堿性，當只探究其中一種因素時，則其他因素要控制相同，要求控制在一定溫度下實驗，即實驗組與對照組中的溫度等要相同。例2：在探究過氧化氫分解所需催化劑可以是二氧化錳、氯化銅、氯化鐵、土豆中的過氧化氫酶及氧化銅等，若要探究土豆中的過氧化氫酶的催化效果，則需要控制實驗組和對照組的過氧化氫溶液的體積和溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相同。若要進一步探究催化劑與反應(yīng)物接觸面積大小對過氧化氫分解速率的影響，則實驗組與對照組中的土豆應(yīng)該為一組土豆不做處理，另一組土豆切成正方體的小塊，這里的接觸面積大小為實驗的自變量，此時要控制土豆量要相同，過氧化氫的量要相同，過氧化氫溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)要相同，也就是其他無關(guān)變量要控制相同，避免其他因素會影響實驗結(jié)果。思路四：看“控制變量”是否有效。有些實驗，表面上看起來控制變量是被控制的，但仔細一分析就會發(fā)現(xiàn)被控制的變量是無效的，等于沒有控制。在這方面，學生往往會忽視，應(yīng)加以重視。例1：探究“唾液淀粉酶對淀粉的消化作用”，將實驗組與對照組的溫度分別攪拌后放入100℃沸水中保溫10分鐘。此步驟是一處明顯錯誤，在這兒，溫度是控制變量，溫度是被控制的，但在100℃的情況下，唾液中的淀粉酶會失去活性，對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾。也就是說，變量雖被控制，但變量無效。例2：探究無機鹽是否會影響植物光合作用，對照組和實驗組分別取兩個相同的花盆，種植相同的綠色植物，并放置在相同且條件適宜的光照條件下進行實驗，對A組噴灑不含無機鹽的蒸餾水，B組噴灑含無機鹽的蒸餾水，表面上好像控制了變量，實質(zhì)A、B組的土壤中都含有無機鹽，顯然這樣控制變量是無效的。思路五：看“多次實驗，多個數(shù)據(jù)”的原因。實驗樣本或?qū)嶒灤螖?shù)太少，實驗結(jié)果具有偶然性，實驗次數(shù)太少，沒有多次測量求平均值，實驗誤差就大。在探究方案評價題中，出現(xiàn)實驗樣本、實驗次數(shù)不足的情境是比較多的。例一：探究毛細現(xiàn)象（墨水沾到衣服上，很快就會滲入衣服，這種液體主動流進狹窄空間的現(xiàn)象稱作“毛細現(xiàn)象”）中液面升高與細管的粗細關(guān)系。需要測量多組數(shù)據(jù)，即半徑分別為r、1/2r和1/3r、1/4r、1/5r的細玻璃管立于水中，觀察水位上升的情況并測量出液面上升高度。半徑為號r的細管，上升高度為h半徑為號1/2r的細管，上升高度為2h，半徑為1/3r的細管，上升高度為3h，則半徑為1/5r的細管，上升的高度為5h。這樣可以得出結(jié)論，同種液體，液面上升的高度與細管的定量關(guān)系，因此答案為“同種液體，液面上升的高度與細管的半徑成反比。”本題是多個數(shù)據(jù)可以找到普遍的定量的關(guān)系。例二：測量導(dǎo)體電阻實驗時，分別測量三組電壓電流為U1與I1、U2與I2、U3與I3，再求出R1、R2、R3，最后取平均值，該實驗多次測量是為取平均值，減小實驗誤差。思路六：看實驗是否“環(huán)保、經(jīng)濟、安全”等。實驗要注意“環(huán)保、經(jīng)濟、安全”是我們進行科學探究所應(yīng)該遵循的原則。所以命題人員也會在“環(huán)保、經(jīng)濟、安全”方面設(shè)置情境，以考查考生在這方面是否具有一定的意識。例如：研究橘樹林有部分葉片發(fā)生卷曲現(xiàn)象，可能是柑橘害蟲矢尖蚧或潛葉蛾危害造成的，實驗要求在柑橘研究所的隔離大棚內(nèi)，因矢尖蚧和潛葉蛾是柑橘害蟲，若在實驗時讓它們逃到野外，就會危害當?shù)氐母涕?。這個實驗探究過程主要是從“看實驗是否環(huán)保、經(jīng)濟、安全等”的思路去考慮。總而言之，實驗探究題的解答，其實就是從