中學(xué)物理教學(xué)中控制變量法的應(yīng)用探析

摘 要：控制變量法是常用的探究物理問題、分析和解決物理問題的重要方法之一。它能將一些復(fù)雜的多變量的物理問題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的單變量問題，將一些多因素的抽象的大問題轉(zhuǎn)化為直觀的易于操控的小問題。教學(xué)中如果此法應(yīng)用得當(dāng)，將會(huì)省時(shí)、省力，而且能少走很多彎路，收到事半功倍的效果。從控制變量法的含義、特點(diǎn)進(jìn)行闡述，并結(jié)合例題，對(duì)控制變量法的應(yīng)用進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；控制變量法；探析；應(yīng)用

在物理教學(xué)中，科學(xué)方法是指研究物理現(xiàn)象、描述物理規(guī)律、實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)、總結(jié)或檢驗(yàn)物理規(guī)律時(shí)所應(yīng)用的各種手段與方法。控制變量法是非常重要的一種研究方法，初中物理課程對(duì)學(xué)生掌握控制變量法的教學(xué)尤其重視。本文對(duì)控制變量法的含義、特點(diǎn)進(jìn)行闡述，并結(jié)合例題，對(duì)控制變量法的應(yīng)用進(jìn)行探析。

一、控制變量法及其理論

1.含義

大自然事物之間聯(lián)系密切，在研究自然界的物質(zhì)時(shí)，因受制于很多因素，增加了研究的困難，但如果找到一定的規(guī)律和方法，就可以說找到了了解自然的鑰匙。研究物理的方法多種多樣，如控制變量法，即是針對(duì)多變量的問題，常常采用控制變量的方法，把多變量中的多個(gè)單變量問題，改變其中某個(gè)變量，對(duì)這個(gè)變量加以研究，分析探討對(duì)事物的影響，最后進(jìn)行綜合解決，這種方法就是控制變量法。

2.特點(diǎn)

在物理學(xué)科里，有許多實(shí)驗(yàn)方法，與其他方法不同的是，控制變量法是兩個(gè)或兩個(gè)以上的因素對(duì)某一變量產(chǎn)生影響。為方便準(zhǔn)確地找出各個(gè)因素之間的規(guī)律，控制變量法是一個(gè)很好的切入點(diǎn)。控制變量法最大的優(yōu)點(diǎn)就是將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化。

3.表現(xiàn)形式

控制變量法的表現(xiàn)形式有多種。其一，在敘述中指出哪些因素控制不變，從而找出這個(gè)物理量與某個(gè)因素的關(guān)系。其二，通過有關(guān)數(shù)據(jù)列表的形式，分析數(shù)據(jù)可以查出控制了哪些變量。其三，可以從圖示上分析哪些因素是控制不變的。其四，可以用函數(shù)圖象來反映變量的關(guān)系。

二、控制變量法在教學(xué)過程中的應(yīng)用探析

在課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，正確地運(yùn)用控制變量法引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生在課堂上不知不覺地對(duì)控制變量法產(chǎn)生好奇，進(jìn)而帶著強(qiáng)烈的興趣去學(xué)習(xí)。這需要教師去指導(dǎo)學(xué)生注意觀察實(shí)驗(yàn)過程，又要對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)和引導(dǎo)。例如，影響摩擦力大小的因素有很多：壓力大小、接觸面的粗糙程度、接觸面積、質(zhì)量大小、速度大小等。在課堂上做實(shí)驗(yàn)時(shí)，要讓學(xué)生理解摩擦力與壓力大小的關(guān)系，就要使接觸面的粗糙程度、接觸面積、質(zhì)量大小、速度大小等保持不變，只改變壓力的大小，看摩擦力的變化。我們?yōu)檠芯窟@一個(gè)因素對(duì)摩擦力大小的影響，只讓這一因素變化，而控制其他因素不變，即為控制變量法。在“影響摩擦力大小的因素”的實(shí)驗(yàn)中為研究摩擦力與接觸面積的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生分析，這時(shí)就要使長(zhǎng)方體木塊豎放、平放、側(cè)放，受力面積發(fā)生變化，控制其他因素不變，通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到摩擦力與接觸面積無關(guān)；讓學(xué)生靈活運(yùn)用控制變量法去驗(yàn)證，去解答問題，突破教學(xué)重點(diǎn)。

再如，探究電流大小與哪些因素有關(guān)時(shí)，為了研究電流大小與電壓的關(guān)系，就要控制電阻不變，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器來改變電路中的電流和定值電阻兩端的電壓；而要研究電流大小與電阻的關(guān)系，就要控制電壓不變，改變電阻的大小。告訴學(xué)生要控制一個(gè)變量，研究其他兩個(gè)變量的關(guān)系，這樣在容易得出結(jié)論的同時(shí)，也讓學(xué)生活學(xué)活用控制變量法研究其他知識(shí)。在物理課堂教學(xué)中，需要立足于理論知識(shí)，并把實(shí)踐知識(shí)結(jié)合起來，既講知識(shí)又講方法，才會(huì)收到舉一反三的效果。

三、控制變量法在課余實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中的應(yīng)用探析

在課余活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生通過日常生活來了解控制變量法，體現(xiàn)物理來源。

如在探究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)時(shí)，讓學(xué)生從生活中找實(shí)驗(yàn)器材，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。有的學(xué)生用礦泉水瓶、海綿和水做實(shí)驗(yàn)，方法為：將裝有一半水的礦泉水瓶豎放在一塊軟海綿上，觀察海綿的凹陷情況；再將礦泉水瓶?jī)?nèi)裝滿水，重新豎放在這塊軟海綿上，比較兩種情況下礦泉水瓶對(duì)海綿的作用效果，從而得出壓力的作用效果跟壓力的大小有關(guān)，控制受力面積相同。把一裝滿水的礦泉水瓶分別正放、倒放在軟海綿上，觀察并比較海綿的凹陷情況，表明壓力的作用效果跟受力面積有關(guān)，控制壓力大小不變。此實(shí)驗(yàn)取材簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)效果明顯，可操作性強(qiáng)，不但使學(xué)生理解了控制變量法的應(yīng)用，還能使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用。

再如，為了探究物質(zhì)溫度升高時(shí)吸收的熱量跟哪些因素有關(guān)，某學(xué)生做了以下實(shí)驗(yàn)：在四個(gè)相同燒杯中分別盛有水和煤油，用同樣的加熱器加熱，得到以下數(shù)據(jù)表格：

①分析比較 （填燒杯號(hào)）燒杯的實(shí)驗(yàn)記錄，可得出的初步結(jié)論是：質(zhì)量相同的不同種物質(zhì)，升高相同的溫度，吸收的熱量不同；

②分析比較1與2燒杯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合①的結(jié)論，綜合歸納可知，同種物質(zhì)，升高相同的溫度，吸收熱量的多少與 有關(guān)。

③分析比較3與4燒杯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合①的結(jié)論，綜合歸納可知，質(zhì)量相同的同種物質(zhì)，吸收熱量的多少與 有關(guān)。

通過表格中的數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生分析，控制哪些量不變，哪個(gè)量在改變，學(xué)生很快就可以找到正確的答案。利用圖表的形式使學(xué)生掌握控制變量法的應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生的分析問題能力和思維能力。

控制變量法是物理考試中常見的必考內(nèi)容。教師在培養(yǎng)學(xué)生正確做題的同時(shí)，有意識(shí)地訓(xùn)練學(xué)生熟練運(yùn)用控制變量法去想問題的能力。

控制變量法的教學(xué)鍛煉了學(xué)生信息收集和整理的能力，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。通過中學(xué)物理教學(xué)課程用控制變量法去探析、解決問題，學(xué)生能更好地掌握科學(xué)文化知識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬勇，王春華.物理教育研究方法[M].北京：首都師范大學(xué)出版社，2000.

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編輯 楊兆東