整个国际科学教育的大环境已经从科学知识的灌输慢慢关注科学方法的培养。特别是当科学探究成为教育研究中非常瞩目的焦点后，学生是否理解和掌握科学知识背后蕴含的方法更是成为研究的热点。对于科学方法的教育研究，大部分研究者都把目光聚焦于科学探究中最重要的研究方法和手段——控制变量方法（control-of-variable，COV）。　　但是，放眼国内，关于学生对控制变量方法的认知研究还停留在“解题”和“例析”的层面上。绝大部分的文献都是经验性和总结性论文，从教师的角度出发，归纳出控制变量法的用途、运用步骤、注意事项、试题类型等。我国教育研究在控制变量方法这个问题上，缺少“以学生为本”的研究，不清楚学生对该方法的认识发展状态。　　本文综述了国际上不同年龄阶段的学生对COV方法的认知、学生理解和运用COV方法的错误倾向和影响学生掌握COV方法的因素。根据大量的文献阅读和总结，提出了以下几个研究问题:　　1.我国中小学生从低年级到高年级在理解和运用COV方法的表现有什么差异？即随着年龄的发展，学生对COV方法的认知表现具有怎么样的发展趋势？　　2.我国中小学生在理解和运用COV方法时存在哪些错误倾向？这些错误倾向是否具有不同的水平差异？如何划分不同的水平？　　3.从学生运用COV方法的差异出发，影响学生运用COV方法的主要因素是什么？　　本文以实证的形式，分别采用定量测试、定性测试和定量定性相结合的方法对以上问题进行研究，并得到相应的研究结论。　　1.采用罗森(Lawson，2000)开发的广泛使用的科学推理测试题(LCTSR)，对我国六千多名中小学生进行测试，获得学生对COV方法的认知发展总体规律——从小学四年级到高三，学生对COV方法的理解和运用具有一个良好的增长趋势，但各年级水平都不高。为了打破只统计“对与错”的计分方式，并“减少学生因猜测而得分的误判现象”和“区分学生在难度不同题目中的表现”，本研究基于EXCEL的知识发现和数据挖掘(EKDD)方法，依据“决策力比解释能力优先发展”和“先易后难理解能力”的认知发展规律，以图样分析(Pattern analysis)的方式，获取不同年级学生对COV方法的认知水平分布。并了解到初二年级是学生发展COV技能最综合的转折点，这点在各年级图样分布的卡方检验中得到验证。　　2.从“COV方法的概念”和“COV方法的运用”两个方面，研究我国中小学生对COV方法的理解和运用中出现的错误倾向，并对不同的错误倾向进行水平评定和划分，确定学生理解和运用COV方法的学习进程，共分6个水平。同时，将对应不同学习进程所出现的错误点融入到测试题，重新测试。测试结果发现“相对于低年级，高年级的学生位于进程低端的比例在减少，位于进程高端的比例在增加”，该现象验证了COV方法的学习进程具有一定的合理性。　　3.将学生对COV方法的认知错误根据关注点进行分析并分类，发现一类学生关注场景中的“实验结果”，一类学生不关注，因此，提出“场景的‘实验结果’是影响学生理解和运用COV方法的主要因素”的假设。然后，通过修改测试题进行对比实验研究，结果发现:“实验结果”使学生的关注点由COV方法的运用技能转移到COV方法的运用结果，诱导学生关注“因果关系”，忽视“非因果关系”，该结果验证了假设的正确性。