教學中如何把握控制變量法

　　摘 要： 針對新課標的要求及學生學習物理過程中面臨的問題，在教學中注重知識傳授過程中方法的滲透，讓學生意識到掌握一定的學習方法對其學習物理能起到事半功倍的作用。教會學生學習物理的科學方法，能自覺探討知識背后的思想方法，是物理教學的首要任務。本文介紹了初中階段物理教學中經常用到的典型的物理研究方法——控制變量法。
　　關鍵詞： 新課標 物理教學 教學方法 控制變量法
　　1.正確認識控制變量法。
　　影響某個物理量大小的因素（變量）可能有多個，怎樣才能確定哪些因素沒有影響，哪些因素有影響，以及影響的程度如何呢？在實驗中我們采用的是這樣一種方法：在研究某個因素的影響時，只改變這個變量的大小，而保持其他的變量不變，從而確定這個因素是否影響物理量的大小，以此類推，對有關變量逐個加以判斷，就能找出影響物理量大小的所有因素，這種方法稱為控制變量法。控制變量法是解決復雜問題的一種有效方法，在我們的學習和生活中有著廣泛的應用。如在學習歐姆定律時，可以開展用控制變量法分別研究導體中的電流與電壓和電阻有什么關系的探究活動，讓學生進一步用控制變量法進行定量研究，使其能力得到提高。學生將實驗數據記錄于下面二表，討論得到兩個結論：①保持導體電阻不變時，導體中的電流跟它兩端的電壓成正比。②保持導體兩端的電壓不變時，導體中的電流跟導體的電阻成反比。再綜合得到結論（歐姆定律）：“一段導體中的電流，跟這段導體兩端的電壓成正比，跟這段導體的電阻成反比。”
　　它在初中物理中很常用，也是有效的探索問題和分析解決問題的科學方法。如果教學生掌握了控制變量法，這必將有利于學生理解和掌握物理概念和規律，更有利于研究性學習和創新能力的發展。
　　2.控制變量法的在初中階段的重要性。
　　在科技迅猛發展、知識日新月異、科技競爭日益激烈的今天，我們應該認識到，能力的高低在一定程度上表現為掌握方法的多少和熟練程度的高低。因此，教會學生掌握學習物理的科學方法，自覺探討知識背后的思想方法，是物理教學的首要任務。初中階段應用控制變量法研究的物理規律有：音調與樂器弦長、粗細和松緊的關系、滑動摩擦力與壓力和接觸面粗糙程度的關系、壓強（壓力產生的效果）與壓力和受壓面積的關系、通電導體發出的熱量與電阻、電流和通電時間的關系（焦耳定律）等。這為提高學生應用控制變量法探究問題答案的能力提供了許多鍛煉機會。
　　在教學活動中應有意識地讓學生從見識到熟悉再到試著做，去掌握這種研究方法，讓他們認識到物理規律是觀察實驗、物理思維和數學推理的產物，讓他們也會用控制變量的方法揭示出有關物理量之間的關系。例如用這種方法研究導體的電阻與哪些因素有關，小結于下表。
　　用這種方法可以定性地研究問題，并為學生將來進行定量研究在方法上打下基礎，培養了學生研究問題的能力。
　　3.怎樣在教學中有效地應用控制變量法呢？
　　3.1從學生的心理特點入手
　　只有先了解學生的心理特征，根據學生的心理特征對癥下藥，才能達到事半功倍的效果。初中生對自然規律的探求欲望和邏輯思維能力都逐漸地達到一定層次。可以利用學生的心理特點使學生對控制變量法產生強烈的好奇心和求知欲。所以我們在教學中可通過以下4步滲透控制變量法：（1）介紹著名科學家通過應用控制變量法進行科學探究的成功案例或有趣的事跡，使學生對控制變量法產生深刻的印象和濃厚的興趣。（2）通過對典型問題的探究過程，教師先演示著應用控制變量法進行探究活動，讓學生在不知不覺中認識控制變量法的形式和內涵，使學生初步認識和領會控制變量研究問題的思維過程。如引言中可以探究水中的氣泡從哪里來、裝滿水的杯子最多能裝回形針的個數與什么因素有關等。（3）先在教師的引導下讓學生應用控制變量法試著探究一些和示例相似的問題，然后讓學生獨立的探究一些自己喜歡或感興趣的問題。（4）引導學生在生活中應用控制變量法進行實踐活動，如研究植物的生長快慢與陽光、水分、溫度因素的關系等。
　　3.2立足于教材
　　在課程改革的大背景下對于探究性學習要求越來越高，過程與方法目標是教學的三維目標之一，而利用控制變量法的探究活動則是教材中最為基礎探究方法。初中階段的大部分概念的定義規律的建立中都蘊含著控制變量法這一科學方法，這就要求我們的教學不能就知識而講知識，也不能單純地就方法而講方法，科學方法教育必須與物理知識教學相結合，方法教育要以知識傳授為載體。
　　教材中有部分內容是直接通過控制變量法教學的，如探究壓力作用效果與哪些因素有關、探究液體壓強大小的影響因素、探究浮力大小的影響因素、探究動能、勢能大小的影響因素、歐姆定律、焦耳定律等。通過這些直接應用控制變量法，學生不但能很好地掌握這些物理規律，更能系統地學習科學探究方法，培養自身的科學素養。教材中在許多概念或規律的探索和推導的過程中，都隱性地運用了控制變量法這一科學方法。例如，對“比熱容”下定義時，把“單位質量”和“溫度升高1℃”這兩點作為基本條件，這樣就突出了物質吸收的熱量跟物質種類的關系，使“比熱容”這一概念能反映“物質吸熱（或放熱）的本領”這一物理意義。還有，在研究速度、密度等知識的教學過程中都隱含了控制變量法。所以，教師要善于挖掘教材中用控制變量法進行教學的素材，抓住知識和方法的結合點，這是通過知識教學滲透控制變量法教育的憑借點。
　　3.3多方面滲透
　　學生要完全地掌握控制變量法，使之成為自身能力的一部分，必須經歷一個長期的循序漸進的過程，不但需要在了解學生心理特征的基礎上，立足于教材，而且要多方面地持之以恒地進行訓練。
　　3.3.1通過物理概念的學習逐漸滲透
　　物理概念是從大量同類物理現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和本質特征，物理概念的形成過程就是應用科學方法思維的過程，這為我們提供了滲透控制變量法的教育素材。
　　3.3.2結合物理規律進行控制變量法滲透
　　生活中的各種現象都是有著內在的規律的，而這種規律往往是由多種因素復雜的、共同的影響所表現出來的。在生活中讓學生關注這些規律的變化與各種因素的關系，在教學中再結合控制變量法去探索、總結物理規律，效果很好。
　　3.3.3結合物理學史進行控制變量法滲透
　　利用學生對物理學家的尊崇的感情來滲透控制變量法的應用，效果會更好。例如介紹著名的物理學家焦耳研究焦耳定律的過程，如何研究出電熱與電流的平方成正比、與電阻成正比、與通電時間成正比的結論。
　　3.3.4結合物理習題進行控制變量法滲透
　　在初中物理的中控制變量法的習題很多，這也是中考重點考查的內容之一，所以在平時練習時就要注意控制變量法的練習，使學生不但在生活中、科學探究中會應用控制變量法，更能應用控制變量法分析題目。例如2010年株洲市的中考試題：在“探究影響液體壓強大小的因素”實驗中，老師用壓強計做了如圖10所示的（a）、（b）、（c）三次實驗。比較實驗（a）、（b）可知液體壓強與液體的密度有關；比較實驗（b）、（c）可知液體壓強與液體的深度有關。
　　圖10
　　控制變量法制是初中物理教學中的一種典型方法，其他如觀察與實驗法、類比法、假說的方法、抽象與概括的方法、分類比較法、理論推導法等，也可在教學中適當向學生介紹，讓學生在預習新課和解答習題時進行嘗試。
　　在初中物理教學中，方法的運用與知識的傳輸同樣重要。只有教會學生正確的學習方法，才能培養他們的自學能力，達到事半功倍的學習效果。
　　參考文獻：
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　　［3］陳剛，舒信隆.新編物理教學論.華東師范大學出版社，2006.