談談物理教學中的“控制變量法”

陳禮興

【摘要】本文介紹了什么是控制變量法，并以實驗《探究滑動摩擦力大小與哪些因素有關》為例來談談控制變量法在教學中的滲透和應用。控制變量法不僅是一種實驗研究方法，而且是一種帶有普遍意義的思想方法。通過這種方法，任何多變量問題都可以轉化為單變量問題來研究，這樣就可以使一個很復雜的問題變得簡單、容易，便于學生理解和掌握。

【關鍵詞】物理教學 控制變量法 多變量問題 單變量 因素

新課程改革的核心理念是一切為了學生的發展。換句話就是說，我們教出的學生將來要能適應社會，即具有相當的能力：有社會所需要的基本生存能力、自主學習的能力、與人合作的能力、信息收集與處理能力、學會辦事的能力、獨立生存的能力。在過去，人們只重視知識教學，其原因是認為“知識是能力的基礎”。這樣人們就忽略了能力形成的支撐，即“過程與方法”。就物理學科本身來講，有什么樣的探究過程和方法論就必然有什么樣探究結論或結果。為此，我們要在物理教學中重視物理思維方法的教學，重視物理內涵的理解。在物理教學中，我們經常用到的研究方法有控制變量法、類比法、等效替代法、轉換法、累積法、科學推理法、歸納法、分類法、觀察法、逆向思維法等。其中控制變量法是科學探究的一種重要方法，是常用的探索問題、分析和解決問題的的方法，應用特別廣泛。所謂“控制變量法”是指在研究某個問題（如物理量等）與多種因素的關系時，每次只改變一個因素，保持其他因素不變，通過分析這個改變的因素與所研究問題之間的關系，再分析綜合得出結論（或規律）。

在高中“滑動摩擦力”這節新課教學中，教師提出問題：滑動摩擦力大小與哪些因素有關？學生會做以下猜想：滑動摩擦力大小可能與物體對接觸面的壓力、接觸面的粗糙程度、接觸面的面積、物體的運動速度有關。教師接著拋給學生一個思考：有這么多的影響因素怎么研究？為了讓學生能領會方法并得出規律，則必須做好對學生的引導工作。可以引導學生先回憶初中學習“壓強”的研究方法，給學生一個提示。因為壓強和壓力與受力面積都有關系，所以先保持壓力F不變，通過實驗而得出P∝（1/S）；然后保持受力面積不變，通過實驗再研究P和F的關系，從而得出結論：P∝F；綜合以上兩次的研究得出：P=F/S。教學進行到這里可以對學生指出，這里運用的研究方法就是控制變量法。控制變量法是研究多變量問題的有力武器，所有多變量問題原則上都可用控制變量法來研究、求解。

然后教師提出問題：如何控制這些變量？學生思考討論得出下面的結論：

（1）保持壓力、接觸面的粗糙程度、接觸面積的大小一樣，探究滑動摩擦力大小與物體的運動速度的關系。

（2）保持壓力、接觸面的粗糙程度、運動速度的大小一樣，探究滑動摩擦力大小與接觸面積的大小的關系。

（3）保持壓力、物體的運動速度、接觸面積的大小一樣，探究滑動摩擦力大小與接觸面的粗糙程度的關系。

（4）保持運動速度、接觸面的粗糙程度、接觸面積的大小一樣，探究滑動摩擦力大小與壓力大小的關系。

沿著這條思路，再進一步啟發學生：要怎么改變這些因素，要選用什么器材？

木塊，底面和側面的面積不同，這樣平放、側放接觸面面積不同，可以用來改變接觸面面積這個因素。

木板、毛巾，木塊各在這兩樣上運動，接觸面的粗糙程度不一樣。

彈簧測力計，勻速拉木塊時，根據二力平衡，彈簧測力計示數等于滑動摩擦力大小，勻速拉的速度不一樣可以改變物體的運動速度大小這一因素。

鉤碼若干，把鉤碼放在木塊上，改變木塊對接觸面的壓力。

實驗數據：

實驗次數 壓力情況 接觸面情況 接觸面積大小 運動速度 測力計示（N）

1 木塊平放 木塊與木板 S1 勻速拉動V1 0.8

2 木塊平放 木塊與木板 S1 勻速快拉V2 0.8

3 木塊側放 木塊與木板 S2 勻速拉動V1 0.8

4 木塊平放 木塊與毛巾 S1 勻速拉動V1 1.2

5 木塊（平放）和鉤碼 木塊與木板 S1

勻速拉動V1 1.8

接著引導學生從數據中根據相同條件和不同條件的對比發現規律，得到實驗結論：滑動摩擦力與物體運動的速度、接觸面積的大小無關，與接觸面的粗糙程度、壓力大小有關，而且接觸面越粗糙，壓力越大，滑動摩擦力越大。教師通過條件的強烈對比，要給學生一個深刻印象：條件多并不可怕，只要懂得控制就能迎刃而解。

從上例可知：控制變量法對處理多變量問題是很有效的。因此在實驗教學中，我認為把控制變量法作為主線，使學生明確每次實驗的前提條件，對于順利完成實驗教學中的系列難題是很有幫助的，同時也加深了學生對控制變量法的認識，提高了學生解決問題的能力。這對學生將來學習、走上社會也是十分有益的。

物理學是一門以觀察和實驗為基礎的學科，大多物理規律都是在實驗的基礎上建立起來的，要想讓學生牢固地掌握和熟練運用物理規律，就必須培養學生探究物理規律的能力。在后面的“探究物體加速度與合外力、質量的關系”、“探究導體的電阻大小與哪些因素有關”、“探究安培力大小”、“探究單擺周期與哪些因素有關”等等教學中，如果能把控制變量法運用于其中，那么教師將教得更加順利，學生也會學得更加輕松，很容易收到事半功倍、舉一反三的攻效，能獲得很好的教學效果。可見，控制變量法不僅是一種實驗研究方法，而且是一種帶有普遍意義的思想方法。通過這種方法，任何多變量問題都可以轉化為單變量問題來研究，這樣就可以使一個很復雜的問題變得簡單、容易，便于學生理解和掌握。這樣就使我們的教學不僅僅“授學生以魚”，更重要的是授予了學生自己“漁獵”的本領和方法，使學生在以后的學習中更加輕松、愉快。

【參考文獻】

[1]李虹.淺談控制變量法在初中物理電學中的應用