利用控制變量法培養學生的探究思維能力
——《影響壓力的作用效果》教學案例

（佳木斯市第二十中學 黑龍江佳木斯 154002）

一、案例背景

新課程理念下的課堂教學，不再是教師的說教，而是學生在教師指導組織下進行積極主動的學習，親自去實踐，去體驗，感悟到所學知識的來龍去脈，使學生獲得學習體驗的快樂，激發求知欲望，物理是一門以觀察和實驗為基礎的自然科學，物理教學重在培養學生的勤于動手動腦的能力和敏銳的思維能力，而控制變量法，作為初中物理中常用的探索、分析問題和解決問題的科學方法之一，在物理學科教學中起著極為重要的作用，在現階段學生學習的過程中，學生對于物理問題的探究及解決是獲得知識和技能的主要途徑，為此培養初中生運用控制變量法探究物理問題，是現階段開展教學的重要教學目標，同時也是提高學生物理實踐能力的有效手段，三年前在一次學校舉行的好課標準大討論研討課中，我講授了初二物理《壓強》一課，收到了很好的課堂效果，無論是對教師的觀念，還是對學生探究思維能力的培養，都起到了積極的推動作用，我個人也是感受頗深，尤其是學生對實驗的探究過程，對物理知識的認知、理解和運用有著重大意義。

根據物理新課標，并結合壓強這節課的實際情況，真正體現新課標的從生活走向物理，從物理走向社會的基本理論，突出以學生為主體，以自主學習為原則，以生活化為切入點，以實驗為手段，采用控制變量法，讓學生由淺入深，全方位認識力學的核心概念——壓強，同時讓學生的科學探究思維得到進一步發展，在本節教學中，探究壓力的作用效果跟哪些因素有關？是培養學生，科學探究思維，自主學習的主要載體。

二、案例描述

為了通過探究壓力的作用效果跟哪些因素有關，達到利用控制變量法培養學生探究思維能力的目的，本節課采用學生自主探究，表現在：讓學生自主選擇實驗器材，比如鉛筆、水瓶、海綿、沙子、壓力小桌、鉤碼、金屬圓柱體等。2.對同一問題探討多種實驗方案，充分發揮學生的主體地位。3.通過觀察分析實驗現象及過程，得出結論。

教師：請同學們觀察一段小視頻：一人踩在雪地上深陷其中，另一人穿著滑雪板自由滑翔。

學生通過視覺感受，激發對壓力的作用效果的探究欲望。

教師：請同學們用兩手的食指，分別頂住鉛筆的筆尖和筆尾兩端。先輕壓兩端，再重壓兩端。

學生通過手指的痛感和凹陷程度猜想壓力的作用效果和什么因素有關；學生通過實驗感受到與手指的接觸面積越小，手指凹陷越深，手指越疼，同時感到手指受到的壓力越大，手指凹陷越深，手指越疼。學生通過分析和討論得出：壓力的作用效果可能和受力面積及壓力大小有關。

教師：我們要定性的研究壓力的作用效果跟壓力的大小及受力面積的關系，應該采用什么方法？

學生：控制變量法。

教師：如何顯示壓力的作用效果呢？這又要用到什么研究方法呢？

學生：由于壓力作用在物體表面，要使物體發生形變，所以可采用海綿、沙子、面粉等做實驗，通過他們的凹陷程度來反映，這就是轉化法。

教師：如何改變壓力和受力面積大小呢？

學生：可以通過改變水瓶中水的多少，小桌上的鉤碼個數，鉛筆盒中文具的多少，來改變壓力大小。

學生：可以通過改變水瓶的正倒；改變文具盒的擺放方式；改變壓力小桌的正倒放置方式，來改變受力面積大小。

教師通過引導學生發散思維，再自行設計實驗方案，通過討論選取最佳方案。

學生實驗1：①取兩個相同的礦泉水瓶，分別裝半瓶水和滿瓶水，將他們都正放在平整的面粉上，觀察并比較面粉的凹陷程度。②取兩個相同的礦泉水瓶，都裝滿水，將其中一瓶正放在平整的面粉上，另一瓶倒放在平整的面粉上觀察，并比較面粉的凹陷程度。

通過①得出結論一：受力面積一定時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。通過②得出結論二：壓力大小一定時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。

學生實驗2：①將壓力小桌正放在海綿上，觀察海綿的凹陷程度。②將壓力小桌倒放在海綿上，觀察海綿的凹陷程度。③將壓力小桌倒放在海綿上，同時在壓力小桌上放兩個鉤碼，觀察海綿的凹陷程度，對比實驗②、③，同樣能得出結論一。對比實驗①、②同樣能得出結論二。

教師：同學們，老師這里又準備了幾個高度相同的銅塊和鐵塊。鐵塊的重力和底面積都比銅塊大；你們能否探究一下，影響它們壓力的作用效果又跟哪些因素有關呢？

學生實驗3：將等高的銅塊和鐵塊立放在面粉上，發現銅塊陷得深一些。

分析：它們的壓力不同，受力面積也不同，而且壓力和受力面積的比值也不好比較，但銅塊比鐵塊的密度大，所以得出結論：高度相同時，密度越大的柱體，壓力的作用效果越明顯。

教師：這里有兩個高度相同的面積和重力都不同的鐵圓柱體，它們的壓力作用效果如何呢？哪個小組愿意來探究一下？

學生實驗5：將兩個高度相同但底面積和重力都不同的鐵圓柱體，立放在平整的面粉上，觀察到面粉的凹陷程度相同。

結論：密度相同、高度相同的柱體壓力的作用效果相同。

教師：以前我們學習過物體的運動快慢，是用哪個物理量來表示的？

學生：速度。

教師：今天我們也用一個物理量一“壓強”來表示壓力的作用效果。那么通過以上的學習，你知道壓強跟哪些因素有關？有什么關系呢？

學生通過討論、分析、交流，總結出固體壓強的相關知識：1.受力面積相同時，壓力越大，壓強越大。2.壓力大小相同時，受力面積越小，壓強越大。3.對于柱體，密度相同時，高度越大，壓強越大；高度相同時，密度越大，壓強越大。

教師：通過上面的學習，哪位同學能解釋一下“磨刀不誤砍柴工”有什么道理嗎？

學生：使用磨過的刀，刀刃很薄，能減小柴的受力面積，即使用相同的力砍柴，壓力的作用效果明顯，更容易將柴砍斷。

教師：生活中還有哪些現象和本節課的知識相關？

學生：釘尖做的很尖，更容易釘進木板里；書包帶較寬，背在肩上更舒服；樓房的地基很寬，防止陷到地里面……

教師：同學們非常棒，物理來自于生活，服務于生活。希望同學們認真學習物理，將來能更好的服務社會。

三、案例分析

本節課利用學生身邊常見的器材，讓學生自主設計、動手實驗，學生親自體驗、探索、發現、總結，突出了學生的主體地位，在整個學習的過程中，充分體現了從生活走向物理，從物理走向社會的課程理念，在師生互動，生生互動中，通過學生收集信息，并歸納總結，學生的探究思維能力得到進一步的提高，我在本節課的設計中注重了方法的引導，比如，在學習的過程中，引導學生運用控制變量法，探究壓力的作用效果和哪些因素有關，這個探究思維方法的形成，即是對前面學習過的影響蒸發快慢的因素、影響滑動摩擦力大小的因素等的學習進一步鞏固和理解，又對后面要學習的液體壓強、浮力以及歐姆定律、焦耳定律等，有很大的幫助，使學生獲取了求知的方法，培養了學生的思維能力，促進了學生創新意識的形成，達到以點帶面、觸類旁通的目的。

四、教學反思

多年前的我和很多教師一樣，為了應試教育，為了讓學生得高分，存在著急功近利的思想，總感覺多灌輸，多做題就會多得分。教學中重結果、輕過程這種教學方式，不利于學生能力的培養。21世紀的社會更加復雜，變化更快，為了培養和造就適應時代需要的創新型人才，做為教師，我們必須改變以往師講生聽、師問生答的教學模式，努力創設一個讓學生能夠積極主動參與教學活動，并樂于學習、樂于探究的愉悅的教學環境。將傳統的填鴨式教育轉化為探究式教育。物理是一門實驗科學，它強調培養學生的探究思維能力和動手實踐能力，同時物理又是緊密聯系生活實際，與生活息息相關、相輔相成的。物理實驗教學是培養學生理論聯系實際的最好教學方法，既能激發學生的學習興趣，又能培養學生的探究思維能力，因此在今后的物理教學中，一定要加強實驗教學，同時注重方法的引導，幫助學生發展關鍵能力，以不變應萬變，以適應未來社會發展的需要。