應用控制變量法 培養物理思維能力

岳亮亮

(江蘇省淮州中學 223300)

與高考理科中其他學科不同，物理學科更需要理性分析和思考，對學生的思維要求也更高.學生之所以認為很多問題分析起來比較困難，大多數原因在于他們總是將很多因素考慮到解決問題的過程中，而沒有應用控制變量.本文筆者將與大家分享，如何利用控制變量法，培養學生的物理思維能力.

一、定性研究，得出規律

物理是一門與生活和實驗緊密結合的學科.在很多日常生活和實驗現象中，學生們總能根據觀察到的現象有一個直觀性的感受.教師一定要適當引導，讓學生學會在生活中、在實驗中進行觀察，得出規律.

我們在必修1第四章學習的是牛頓運動定律，在這期間，我帶領我們班的同學做了一個實驗，探究加速度與力、質量的關系.在實驗室里，我給每一組成員都準備了小車子、砝碼、秒表和繩子等實驗用具，希望他們可以進行探究其中的規律.一開始，大家都比較迷茫，不知道從何入手.這時候，我便適時做了一下引導.我跟學生說：“我們做實驗時不可能根據一個數據就得出正確結論.因此，不能心急，一定要保持其它的量不變，只改變其中兩個條件，才有可能探究他們的關系.”至此，大家已經對控制變量法有了初步的理解.接下來，大家首先保證通過自身重力引導小車向下的砝碼的質量不變，然后在小車上加砝碼來改變小車的重量，測得在同樣牽引力的情況下不同質量的小車行駛過滑板的時間.最后，根據公式x=(1/2)at2算出在同樣牽引力的情況下不同質量的小車行駛的加速度，從而得出加速度與質量的關系.初步得出結論后，大家再改變引導小車向下的砝碼的重量，同時保持小車質量不變，用同樣的方法測得在不同牽引力的情況下同質量的小車行駛過滑板的時間，算出其加速度，最終得出加速度與力的關系.

在這次的實驗中，大家已經根據自己的觀察得出了相對正確的結論：力相同的情況下，加速度與質量成反比；質量相等的情況下，加速度與力成正比.其實結論并不是那么重要，關鍵的還是學生已經初步掌握了控制變量的方法，這對他們今后的學習有很大幫助.

二、定量對比，探究本質

作為一門專業性很強的學科，定性的了解并不能幫助學生完全解決物理問題.因此，在適當的時機，教師還是應該讓學生親自對實驗進行定量的對比，才能探究其本質，進而解決物理問題.

必修2第五章第4節講重力勢能，在正式定量對比探究之前，我已經讓大家根據同質量小球在不同高度以及不同質量小球在同等高度砸海綿的效果得出了初步結論：重力勢能與質量和高度成正比.接下來就是具體的定量探究過程了.首先，學生們已經了解，重力勢能是物體因為重力作用而擁有的能量，對于重力勢能，其大小由地球和地面上物體的相對位置決定.接下來，根據觀察得到的結論，我讓學生初步寫下公式為：Ep=kmh，其中，m表示物體的質量，h表示物體相對參考面的高度，k則為一個系數.然后，我們的目標就是求得k的值：根據定義，重力勢能是物體因為重力作用而擁有的能量，就可以理解為重力勢能表示物體依靠其重力，落到參考面上做的功，即Ep=FS=mgh，那么，k的值即為g.最后，學生根據實驗觀察到的結果和理論分析，得出重力勢能的表達式為Ep=mgh.這次的探究我只是起了引導作用，關鍵步驟還是由學生來完成，因此他們的印象是非常深刻的.

學生自己根據定義進行實驗，進而探究得出具體公式的過程是定量對比的高級表達，可以幫助學生探究問題的本質，從而對知識有著更深刻的理解和記憶.因此，教師一定要注重對學生自主探究能力的培養，幫助他們更好地理解知識.

三、聯系生活，解決問題

探究物理現象和物理定義的最終目的還是解決學習和生活中遇到的問題.因此，教師還應當引導學生主動聯系生活實際，利用所學到的控制變量的物理思想解決問題，真正理解知識.

必修1第四章牛頓運動定律的內容結束之后，我和同學們共同得出了加速度與力和質量的關系：a=F/m.在自由落體運動過程中，F=mg，那么a=g.即在自由落體運動過程中，h=(1/2)gt2.但其實這也只是假定的理想情況，事實上，物體在下落時，一定會受到除重力以外的阻力.為了讓學生深刻理解聯系實際，我當下就給他們出了一道題：一個板凳，從高20米的地方掉下來需要多長時間，以及落地的瞬間，板凳的速度為多少(g取10m/s2).大家也分別根據h=(1/2)gt2與v=gt給出了我答案，落地所需時間為2秒，落地瞬間速度為20m/s.很顯然，實際情況和理想條件是有區別的.于是我又給了學生一個提示：a=F/m中F指物體受的合力，而不是單純其中一個力.然后大家立馬反應過來，板凳下落過程中并不只是受地球的引力作用，同時還有空氣向上的摩擦力，因此實際的結果應該是：落地所需時間大于2秒，落地瞬間速度小于20m/s.

其實聯系實際的問題并不是非常難以理解甚至非常困難的，它只是需要學生深刻理解自己用控制變量法求得的定義，同時根據實際情況進行綜合考慮.因此，教師一定要經常聯系實際，鍛煉學生的思維.

物理學科的發展并不是一蹴而就的.因此，學生學習的過程也應當遵循物理學科的發展過程，進行一到多的綜合.這時候，以上的控制變量法就顯得尤為重要了.不過我們也不難看出，教學生利用控制變量法探究本質只是基礎，最重要的還是解決問題，注重知識理解和運用的完整性.