多因素問題的科學(xué)探究

1、.多因素問題的科學(xué)探究盡管控制變量法對某些多因素問題失效, 但當(dāng)前探究教學(xué)中幾乎壓倒性地用控制變量法來研究多因素問題, 此項(xiàng)研究調(diào)查了這種做法對中學(xué)生探究方案設(shè)計(jì)所造成的影響, 結(jié)果說明: 在具有簡單多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意識和才能的學(xué)生中, 初一學(xué)生的比例大于初二、初三和高一學(xué)生的比例, 這說明過度的控制變量法訓(xùn)練, 削弱了多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意識和才能, 窄化了學(xué)生探究方案的設(shè)計(jì)思路.: 多因素問題; 控制變量法; 多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì); 科學(xué)探究1 控制變量法的局限性盡管控制變量法不是研究多因素問題的唯一方法, 但是一種非常重要的方法, 因此我國中學(xué)階段所有理科的課程標(biāo)準(zhǔn)都明確要求會用控制變量法進(jìn)展科學(xué)

2、探究. 然而, 受傳統(tǒng)應(yīng)試教育的過深影響, 很多老師不是讓學(xué)生通過實(shí)際探究學(xué)會控制變量法, 而是采用大量習(xí)題的反復(fù)訓(xùn)練, 這種強(qiáng)化訓(xùn)練給學(xué)生留下了簡單化甚至異化的控制變量法. 在筆者的一次問題測試中, 來自19 個學(xué)校的962 個初三學(xué)生, 竟有98% 的認(rèn)為多因素問題都可以用控制變量法來研究, 70% 的認(rèn)為控制變量就是“改變一個因素, 同時保持其他相關(guān)因素不變, 但也有25% 的認(rèn)為控制變量就是“改變一個因素, 同時保持其他所有因素不變.然而,這種“保持其他所有因素不變范式經(jīng)常碰到問題. 例如,探究“空心管子作為承重橫梁時其承受力與管子直徑的關(guān)系時,根據(jù)“保持其他所有因素不變范式,除了控制

3、管子長度不變外,還應(yīng)控制什么不變呢? 一些學(xué)生可能意識到,應(yīng)該控制管子質(zhì)量不變. 但是, 假如控制質(zhì)量不變, 管壁厚度就要發(fā)生變化; 反之, 控制管壁厚度不變, 質(zhì)量就要發(fā)生變化. 而且, 管壁厚度指的是相對厚度或是絕對厚度呢? 如下圖,B 管子與A管子有一樣的絕對厚度, C 管子與A 管子有一樣的相對厚度, 這可能會讓學(xué)生陷入困境, 不可能同時控制質(zhì)量和厚度不變. 其實(shí), 類似例子還很多,它們讓我們看到了一個一般性問題: 在改變一個因素時, 不可能控制其他所有因素不變.解決“保持其他所有因素不變范式問題的方法是把它改成“保持其他相關(guān)因素范式. 新范式一般是讓學(xué)生先猜測可能的相關(guān)因素, 把無關(guān)

4、因素排除, 然后“改變一個因素, 同時控制其他相關(guān)因素不變. 這種新范式在中學(xué)物理運(yùn)用很多, 如滑動摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)? 液體壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)?壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)?導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān)? 電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)系? 等等.但新范式同樣也有問題. 例如, 在探究“淀粉的消化率跟唾液的溫度、pH 值等的關(guān)系時, 掌握了新范式的學(xué)生就會知道: 在改變溫度時, 要保持pH 值不變; 在改變pH 值時, 要保持溫度不變.但是, 學(xué)生在改變溫度時, 終究把pH 值控制在什么數(shù)值呢? 有些學(xué)生可能會控制pH 值在中性, 有些學(xué)生可能控制在酸性, 有些學(xué)生可能控制在堿性, 等等. 而實(shí)際上, 淀粉的消化率在不同pH 值時, 受溫度的影響是不一樣的, 但學(xué)生并未知道哪個pH 值是適宜的. 然而, 不管學(xué)生把pH 值控制在哪