如何培養運用控制變量法思考問題的能力

摘 要：

控制變量法思維是學習物理學科的金鑰匙，控制變量法思維在初中物理課程中常應用于探究問題和分析解決問題中，學生通過掌握控制變量法思維找到解題思路和解題方法，學生能自發應用變量控制思維，定量研究相關物理規律和物理學科。

關鍵詞：控制變量法；實驗研究；解題訓練；探究問題；解決問題

物理學中的控制變量法，可以解決很多實際問題，因而要對學生進行這種思維方法的學習訓練。

一、 控制變量法

控制變量法對學生來說，是一種既應用廣泛，又容易上手的推理方法，這個方法既可以在幫助分析問題的同時，利于學生解決問題，讓學生在問題中抓住問題的關鍵，知道哪些是重點分析的，哪些是輔助信息，讓學生的分析更具有針對性。從而做到有的放矢，起到事半功倍的效果。通過控制一些問題中的變量，使所要研究變量在問題中突顯出來。“控制”是指人為操作使得不是問題研究對象的物理量保持不變或相等的關系，然后比較、研究所突現出來的兩個變量之間的關系。如：在電學中，我們要利用實驗研究導體的電阻與哪些因素有關，從而歸納電阻特性時，其實與導體電阻息息相關的物理量是很多的，在實驗時，1. 選取材料相同和相同長度，而橫截面積不同的導線作比較，研究電阻與橫截面積的關系；2. 選取相同的材料和相同的橫截面積，不同長度的導線作比較，研究電阻與長度關系；3. 選取相同長度，相同橫截面積，不同材料的導線作比較，研究電阻與材料的關系，最后總結出導體電阻與導體橫截面積大小、長度、材料諸多因素有關。

如何在物理課的教學和學習中培養學生用控制變量法思考問題的能力，同時躍遷升華成學生的自主學習能力，我談幾點教學經驗和做法。

二、 在課堂實驗中如何培養學生運用控制變量法思考問題的能力

我們的物理實驗課，必須按照實驗原理、實驗目的和方法控制一些條件來研究。如導體兩端電壓與導體中的電流和導體電阻都有關系，在中學的物理實驗課上很難同時研究導體兩端的電壓與電流和導體電阻的關系，于是在分別控制導體的電阻與導體兩端電壓不變的情況下，研究導體中的電流跟這段導體兩端的電壓及導體電阻的關系，歸納得出實驗結論：在電阻一定時導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比；在導體兩端的電壓一定時，導體中的電流跟導體電阻成反比。通過學生實驗，讓學生既動腦又動手，理論與實踐結合，最終得出歐姆定律，即I=u/R的關系。

采用控制變量法探討物理問題，既要注意知識的形成過程，也要看結論，兩者是缺一不可的，這樣有利于培養學生的科學素養，使學生獲得自主學習的方法。

三、 在解題訓練中培養學生用控制變量法思考問題的能力

例如：學生在學習演奏二胡的過程中，小花同學發現二胡的琴弦發出聲音的音調受許多因素的影響，于是決定對這種現象進行探究，討論提出以下的猜想：一、 琴弦發出聲音的音調可能與琴弦的材斜有關。二、 琴弦發出聲音的音調可能與琴弦的長度有關。三、 琴弦發出聲音的音調可能與琴弦的橫截面積有關。為了驗證以上猜想是否正確，他們找到了一些不同規格的琴弦，如下表：編號：①、②、③、④、⑤；琴弦的材料：鋼、鋼、鋼、尼龍絲、尼龍絲；琴弦的長度/cm：20、40、30、40；琴弦的橫截面積/mm2：0.3、0.5、5、0.5。

1. 應選編號 、 的琴弦進行實驗驗證猜想一。2. 應選編號 、 的琴弦進行實驗驗證猜想二。3. 如果驗證猜想三，小花選用編號為①，②的琴弦進行實驗，則表中缺少的數據應為 。4. 小花在實驗中還發現，同一琴弦越緊音調越 。

解答此題時看到音調與琴弦的材料、長度、橫截面積、松緊程度等因素有關，在研究音調與其中某一個因素關系時，除這個因素不同外，其余必須完全相同才能做比較探究得出實驗結論。根據控制變量法思維，驗證猜想1，只能選擇兩根琴弦的材料不同，但兩根琴弦的長度和橫截面積都必須相同。那么就只能選擇編號為③、⑤的琴弦進行實驗；驗證猜想2，只能選擇兩根琴弦長度不同，同時必須保證兩根琴弦的材料和橫截面積都是相同的，只能選編號為④和⑤的琴弦進行實驗；為了驗證猜想3，選了編號為①、②的琴弦，根據控制變量法思維，必須保證①和②琴弦的材料和長度完全相同，則表中缺少的數據應為長度20 cm；為比較琴弦松緊程度對音調的影響，必須選擇同一根琴弦在松緊不同的情況下比較，才能得出正確結論。此題的每一問作答都充分體現了控制變量法思維，同時培養了學生自主學習能力。

四、 在生活中培養學生用控制變量法思維思考問題的能力，同時提升學生的自主學習能力

控制變量法是解決復雜問題的一種有效方法，我們的日常生活中也經常廣泛地使用它。

例如，在生活中比較物體運動快慢就比較廣泛，可以是定量時間比路程，也可以是定量路程比時間。比如運動會的百米賽跑，定量時間比路程的跑在前面的同學最快，定量量路程比時間的，到達終點，用時短的人快。在無形中運用了控制變量法思維得出結論。其實在生活中還有很多實例，需要我們對某些事物作比較時講究的可比性原則就是控制變量法在生活中的靈活應用，不能有效控制變量的比較沒有可比性。體現著普素的唯物辨正法思想，使這種比較方法更加科學、合理。

比如對蒸發快慢因素的研究，對聲音響度或音調因素的研究、對斜面的實驗研究、對力與運動的關系的研究、對影響滑動摩擦力大小因素的研究、對影響壓力的作用效果因素的研究、對影響液體壓強大小因素的研究、對影響浮力大小因素的研究、對提高滑輪組機械效率的研究、對動能大小的因素研究、驗證歐姆定律探索電阻的電流與其兩端電壓的關系研究、影響電流做功多少的因素的探索研究、還有影響電磁鐵磁性強弱的因素探索等等。這樣的物理試驗性實驗研究都要用控制變量法進行實驗分析研究。

總之，授人以魚不如授人以漁，教給學生科學的思考方法，控制變量法思維應用于探究問題和分析解決問題，就會從根本上解決初中學生感覺學物理難的心理問題。

作者簡介：汪文霞，甘肅省定西市，甘肅省渭源縣蓮峰中學。endprint