如何在初中物理教學(xué)中有效地滲透控制變量法

徐仁山

物理規(guī)律反映了物理對象、物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下，必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律，反映了物質(zhì)運動的各個因素之間的本質(zhì)聯(lián)系，揭示了在一定條件下某些物理量之間內(nèi)在的必然的聯(lián)系，自然界各種現(xiàn)象，往往是錯綜復(fù)雜的，決定某一現(xiàn)象變化的因素常常也很多，為了弄清事物變化的原因和規(guī)律，必須設(shè)法把其中的一個或幾個因素用人為的方法控制起來，使其保持不變，然后比較、研究其他兩個之間的關(guān)系，這種研究問題的方法就是控制變量法，它是初中物理中常用的，也是有效地探索問題和分析解決問題的科學(xué)方法，如果教會學(xué)生掌握了控制變量法，這必將有利于學(xué)生理解和掌握物理概念和規(guī)律，更有利于研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的發(fā)展，根據(jù)教學(xué)實踐的摸索，滲透控制變量法應(yīng)抓住以下四個關(guān)鍵點。

一、滲透的入手點——摸透學(xué)生

學(xué)生是滲透教育的對象，只有摸透學(xué)生各個年齡階段的心理特征，才能在教學(xué)中有的放矢地進行滲透控制變量法教育，初中生對自然規(guī)律的探求欲望相比小學(xué)生已有較大幅度提高，有不少學(xué)生對不同的科學(xué)家產(chǎn)生崇拜，甚至將其作為自己終生的學(xué)習(xí)對象，教師在教學(xué)中可適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生，發(fā)展其愛好，對此在教學(xué)中可采取相應(yīng)的三個步驟：

步驟一，結(jié)合初中教材中的科學(xué)家、科學(xué)史介紹科學(xué)家用控制變量法探究物理的過程和方法，使學(xué)生感受到控制變量法的存在，從而對了解控制變量法產(chǎn)生一種激情，產(chǎn)生求知欲望，

步驟二，從有關(guān)講述物理概念和規(guī)律及實驗程序的分析過程中進行控制變量法訓(xùn)練，讓學(xué)生理解控制變量法的內(nèi)涵，使學(xué)生初步認(rèn)識和領(lǐng)會控制變量研究問題的思維過程，

步驟三，主要是在教師的指導(dǎo)下運用控制變量法解決一些相似相近情境下的簡單問題，并逐步使學(xué)生獨立運用控制變量法解決一些較為復(fù)雜的實際問題。

二、滲透的憑借點——挖掘教材

初中物理概念、規(guī)律的建立、發(fā)展和應(yīng)用過程中大多蘊含著控制變量法這一科學(xué)方法，這就要求我們的教學(xué)不能就知識而講知識，也不能單純地就方法而講方法，科學(xué)方法教育必須與物理知識教學(xué)相結(jié)合，方法教育要以知識傳授為載體。

初中教材中的控制變量法大多是隱性的，在許多概念或規(guī)律的探索和推導(dǎo)的過程中，都運用了控制變量法這一科學(xué)方法，例如，對“比熱容”下定義時，把“單位質(zhì)量”和“溫度升高1℃”這兩點作為基本條件，這樣就突出了物質(zhì)吸收的熱量跟物質(zhì)種類的關(guān)系，使“比熱容”這一概念能反映“物質(zhì)吸熱(或放熱)的本領(lǐng)”這一物理意義，還有，在研究速度、密度、力的三要素、壓強、歐姆定律、電功、焦耳定律、浮力等知識的教學(xué)過程中都用到了控制變量法，所以，教師要善于挖掘教材中用控制變量法進行教學(xué)的素材，抓住知識和方法的結(jié)合點，這是通過知識教學(xué)滲透控制變量法教育的憑借點。

三、滲透的滋長點——激發(fā)探究

控制變量法體現(xiàn)在具體的物理研究過程中，只有把研究過程充分而合理地展現(xiàn)出來，學(xué)生才能看到控制變量法有什么特征、有什么作用，是怎樣解決問題的，因此，控制變量法的滲透應(yīng)以知識探究為滋長點，通過學(xué)生自己的嘗試和體驗達(dá)到掌握控制變量法的目的。

在教學(xué)中教師應(yīng)有意識地創(chuàng)設(shè)教學(xué)活動情境，激發(fā)學(xué)生探究，讓學(xué)生在探究活動中學(xué)習(xí)知識，在探究活動中掌握控制變量法，在探究活動中培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力。例如，在研究“滑動摩擦力大小跟哪些因素有關(guān)”時，先讓學(xué)生思考：你能用什么事例證明給大家看滑動摩擦力是存在的?此時大部分同學(xué)的積極性很高，會舉出很多事例來，再引導(dǎo)學(xué)生猜想：滑動摩擦力的大小與那些因素有關(guān)呢?此時課堂會更加活躍，同學(xué)們各抒己見，他們會在自己所舉事例中尋找到許多他們自己認(rèn)為是正確的答案，然后教師將大部分同學(xué)的看法進行歸納：滑動摩擦力的大小可能與接觸面的粗糙程度、壓力的大小、接觸面積、物體的運動速度有關(guān)，再問：當(dāng)一個物理量同時隨著幾個量變化時，我們用什么方法來研究呢?讓學(xué)生討論，并進行啟發(fā)和點撥：要研究其中兩個物理量之間的關(guān)系，可設(shè)法將其余變量控制起來，并告訴學(xué)生這種研究問題的方法稱做“控制變量法”，通過教師的引導(dǎo)和同學(xué)的討論，設(shè)計出如下四種方案：

方案一將同一長方體木塊分別平放在毛巾、木板、玻璃上以同樣的速度水平勻速拉動，通過彈簧測力計的讀數(shù)讀出摩擦力的大小，從而研究滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度的定性關(guān)系。

方案二將一長方體木塊平放在木板上水平勻速拉動，然后再在木板上加些書，以同樣的速度水平勻速拉動，通過比較彈簧測力計的兩次讀數(shù)，研究滑動摩擦力大小與壓力大小的關(guān)系。

方案三將同一長方體木塊分別平放、側(cè)放在木板上以同樣的速度水平勻速拉動，通過比較彈簧測力計的兩次讀數(shù)，研究滑動摩擦力與受力面積大小是否有關(guān)。

方案四將同一長方體木塊平放在木板上，以不同的速度水平勻速拉動，通過比較彈簧測力計的兩次讀數(shù)，研究滑動摩擦力大小與運動速度的關(guān)系。

四、滲透的催化點——寄予訓(xùn)練

控制變量法的掌握比物理學(xué)知識的掌握更難，但它處于更高的層次，通過一堂課的教學(xué)，學(xué)生能學(xué)懂一個物理概念并能理解和初步應(yīng)用，但控制變量法的掌握不是通過一次教學(xué)就能讓學(xué)生理解和掌握的，它的形成過程是一個長期漸進的過程，它需要在摸透學(xué)生心理的基礎(chǔ)上，憑借教材中可滲透的因素，進行全方位、多渠道的持之以恒的磨礪，為此，可通過以下實施途徑訓(xùn)練：

(1)結(jié)合物理概念進行控制變量法滲透

物理概念是從大量同類物理現(xiàn)象和物理過程中抽象出來的，所提示的是客觀事物的共同性質(zhì)和本質(zhì)特征，物理概念的形成過程就是應(yīng)用科學(xué)方法思維的過程，這為我們提供了滲透控制變量法的教育素材。

(2)結(jié)合物理規(guī)律進行控制變量法滲透

物理規(guī)律是物理現(xiàn)象或過程內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系，在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然反映，和物理概念教學(xué)一樣，在探索、總結(jié)物理規(guī)律時，也應(yīng)重視控制變量法的傳授。

(3)結(jié)合物理學(xué)史進行控制變量法滲透

教材中涉及到許多物理學(xué)家，他們?nèi)〉脗ゴ蟪删偷倪^程中，所運用的科學(xué)研究方法和實驗構(gòu)思精妙絕倫，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容介紹物理史上科學(xué)家研究物理問題的方法，則無疑是滲透控制變量法的又一條重要途徑，物理學(xué)家焦耳研究通電導(dǎo)體生熱情況發(fā)現(xiàn)電流通過一段導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比，與這段導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時間成正比。

(4)結(jié)合物理習(xí)題進行控制變量法滲透

在初中物理中，可用控制變量法去分析和解決的實際問題是很多的，例如，這樣一道題：質(zhì)量相同的水和煤油，吸收相同的熱量，誰升高的溫度較大?如能用控制變量法這一科學(xué)方法來分析，很容易得出這個問題的答案是：“煤油升高的溫度比水大”，這又為我們提供另一條途徑，比如，初二第一章聲學(xué)中的補充習(xí)題最后一題為研究弦樂器發(fā)聲頻率與哪些因素有關(guān)中，首先由教師講授弦樂器的發(fā)聲頻率與弦的粗細(xì)有關(guān)，此時必須控制弦的松緊、弦的長短不變，注意提醒學(xué)生在研究弦的粗細(xì)影響音調(diào)時，弦的松緊、長短的安排，這樣接著研究弦的長短時，學(xué)生首先想到必須控制其他因素相同，才能對弦的長短研究，自然就開始應(yīng)用控制變量法。