如何在初中物理教學(xué)中有效地滲透控制變量法

徐仁山

物理規(guī)律反映了物理對(duì)象、物理現(xiàn)象、物理過(guò)程在一定條件下，必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的各個(gè)因素之間的本質(zhì)聯(lián)系，揭示了在一定條件下某些物理量之間內(nèi)在的必然的聯(lián)系，自然界各種現(xiàn)象，往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，決定某一現(xiàn)象變化的因素常常也很多，為了弄清事物變化的原因和規(guī)律，必須設(shè)法把其中的一個(gè)或幾個(gè)因素用人為的方法控制起來(lái)，使其保持不變，然后比較、研究其他兩個(gè)之間的關(guān)系，這種研究問(wèn)題的方法就是控制變量法，它是初中物理中常用的，也是有效地探索問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的科學(xué)方法，如果教會(huì)學(xué)生掌握了控制變量法，這必將有利于學(xué)生理解和掌握物理概念和規(guī)律，更有利于研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的發(fā)展，根據(jù)教學(xué)實(shí)踐的摸索，滲透控制變量法應(yīng)抓住以下四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

一、滲透的入手點(diǎn)——摸透學(xué)生

學(xué)生是滲透教育的對(duì)象，只有摸透學(xué)生各個(gè)年齡階段的心理特征，才能在教學(xué)中有的放矢地進(jìn)行滲透控制變量法教育，初中生對(duì)自然規(guī)律的探求欲望相比小學(xué)生已有較大幅度提高，有不少學(xué)生對(duì)不同的科學(xué)家產(chǎn)生崇拜，甚至將其作為自己終生的學(xué)習(xí)對(duì)象，教師在教學(xué)中可適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生，發(fā)展其愛(ài)好，對(duì)此在教學(xué)中可采取相應(yīng)的三個(gè)步驟：

步驟一，結(jié)合初中教材中的科學(xué)家、科學(xué)史介紹科學(xué)家用控制變量法探究物理的過(guò)程和方法，使學(xué)生感受到控制變量法的存在，從而對(duì)了解控制變量法產(chǎn)生一種激情，產(chǎn)生求知欲望，

步驟二，從有關(guān)講述物理概念和規(guī)律及實(shí)驗(yàn)程序的分析過(guò)程中進(jìn)行控制變量法訓(xùn)練，讓學(xué)生理解控制變量法的內(nèi)涵，使學(xué)生初步認(rèn)識(shí)和領(lǐng)會(huì)控制變量研究問(wèn)題的思維過(guò)程，

步驟三，主要是在教師的指導(dǎo)下運(yùn)用控制變量法解決一些相似相近情境下的簡(jiǎn)單問(wèn)題，并逐步使學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用控制變量法解決一些較為復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題。

二、滲透的憑借點(diǎn)——挖掘教材

初中物理概念、規(guī)律的建立、發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中大多蘊(yùn)含著控制變量法這一科學(xué)方法，這就要求我們的教學(xué)不能就知識(shí)而講知識(shí)，也不能單純地就方法而講方法，科學(xué)方法教育必須與物理知識(shí)教學(xué)相結(jié)合，方法教育要以知識(shí)傳授為載體。

初中教材中的控制變量法大多是隱性的，在許多概念或規(guī)律的探索和推導(dǎo)的過(guò)程中，都運(yùn)用了控制變量法這一科學(xué)方法，例如，對(duì)“比熱容”下定義時(shí)，把“單位質(zhì)量”和“溫度升高1℃”這兩點(diǎn)作為基本條件，這樣就突出了物質(zhì)吸收的熱量跟物質(zhì)種類(lèi)的關(guān)系，使“比熱容”這一概念能反映“物質(zhì)吸熱(或放熱)的本領(lǐng)”這一物理意義，還有，在研究速度、密度、力的三要素、壓強(qiáng)、歐姆定律、電功、焦耳定律、浮力等知識(shí)的教學(xué)過(guò)程中都用到了控制變量法，所以，教師要善于挖掘教材中用控制變量法進(jìn)行教學(xué)的素材，抓住知識(shí)和方法的結(jié)合點(diǎn)，這是通過(guò)知識(shí)教學(xué)滲透控制變量法教育的憑借點(diǎn)。

三、滲透的滋長(zhǎng)點(diǎn)——激發(fā)探究

控制變量法體現(xiàn)在具體的物理研究過(guò)程中，只有把研究過(guò)程充分而合理地展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生才能看到控制變量法有什么特征、有什么作用，是怎樣解決問(wèn)題的，因此，控制變量法的滲透應(yīng)以知識(shí)探究為滋長(zhǎng)點(diǎn)，通過(guò)學(xué)生自己的嘗試和體驗(yàn)達(dá)到掌握控制變量法的目的。

在教學(xué)中教師應(yīng)有意識(shí)地創(chuàng)設(shè)教學(xué)活動(dòng)情境，激發(fā)學(xué)生探究，讓學(xué)生在探究活動(dòng)中學(xué)習(xí)知識(shí)，在探究活動(dòng)中掌握控制變量法，在探究活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力。例如，在研究“滑動(dòng)摩擦力大小跟哪些因素有關(guān)”時(shí)，先讓學(xué)生思考：你能用什么事例證明給大家看滑動(dòng)摩擦力是存在的?此時(shí)大部分同學(xué)的積極性很高，會(huì)舉出很多事例來(lái)，再引導(dǎo)學(xué)生猜想：滑動(dòng)摩擦力的大小與那些因素有關(guān)呢?此時(shí)課堂會(huì)更加活躍，同學(xué)們各抒己見(jiàn)，他們會(huì)在自己所舉事例中尋找到許多他們自己認(rèn)為是正確的答案，然后教師將大部分同學(xué)的看法進(jìn)行歸納：滑動(dòng)摩擦力的大小可能與接觸面的粗糙程度、壓力的大小、接觸面積、物體的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，再問(wèn)：當(dāng)一個(gè)物理量同時(shí)隨著幾個(gè)量變化時(shí)，我們用什么方法來(lái)研究呢?讓學(xué)生討論，并進(jìn)行啟發(fā)和點(diǎn)撥：要研究其中兩個(gè)物理量之間的關(guān)系，可設(shè)法將其余變量控制起來(lái)，并告訴學(xué)生這種研究問(wèn)題的方法稱(chēng)做“控制變量法”，通過(guò)教師的引導(dǎo)和同學(xué)的討論，設(shè)計(jì)出如下四種方案：

方案一將同一長(zhǎng)方體木塊分別平放在毛巾、木板、玻璃上以同樣的速度水平勻速拉動(dòng)，通過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)讀出摩擦力的大小，從而研究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度的定性關(guān)系。

方案二將一長(zhǎng)方體木塊平放在木板上水平勻速拉動(dòng)，然后再在木板上加些書(shū)，以同樣的速度水平勻速拉動(dòng)，通過(guò)比較彈簧測(cè)力計(jì)的兩次讀數(shù)，研究滑動(dòng)摩擦力大小與壓力大小的關(guān)系。

方案三將同一長(zhǎng)方體木塊分別平放、側(cè)放在木板上以同樣的速度水平勻速拉動(dòng)，通過(guò)比較彈簧測(cè)力計(jì)的兩次讀數(shù)，研究滑動(dòng)摩擦力與受力面積大小是否有關(guān)。

方案四將同一長(zhǎng)方體木塊平放在木板上，以不同的速度水平勻速拉動(dòng)，通過(guò)比較彈簧測(cè)力計(jì)的兩次讀數(shù)，研究滑動(dòng)摩擦力大小與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系。

四、滲透的催化點(diǎn)——寄予訓(xùn)練

控制變量法的掌握比物理學(xué)知識(shí)的掌握更難，但它處于更高的層次，通過(guò)一堂課的教學(xué)，學(xué)生能學(xué)懂一個(gè)物理概念并能理解和初步應(yīng)用，但控制變量法的掌握不是通過(guò)一次教學(xué)就能讓學(xué)生理解和掌握的，它的形成過(guò)程是一個(gè)長(zhǎng)期漸進(jìn)的過(guò)程，它需要在摸透學(xué)生心理的基礎(chǔ)上，憑借教材中可滲透的因素，進(jìn)行全方位、多渠道的持之以恒的磨礪，為此，可通過(guò)以下實(shí)施途徑訓(xùn)練：

(1)結(jié)合物理概念進(jìn)行控制變量法滲透

物理概念是從大量同類(lèi)物理現(xiàn)象和物理過(guò)程中抽象出來(lái)的，所提示的是客觀事物的共同性質(zhì)和本質(zhì)特征，物理概念的形成過(guò)程就是應(yīng)用科學(xué)方法思維的過(guò)程，這為我們提供了滲透控制變量法的教育素材。

(2)結(jié)合物理規(guī)律進(jìn)行控制變量法滲透

物理規(guī)律是物理現(xiàn)象或過(guò)程內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系，在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然反映，和物理概念教學(xué)一樣，在探索、總結(jié)物理規(guī)律時(shí)，也應(yīng)重視控制變量法的傳授。

(3)結(jié)合物理學(xué)史進(jìn)行控制變量法滲透

教材中涉及到許多物理學(xué)家，他們?nèi)〉脗ゴ蟪删偷倪^(guò)程中，所運(yùn)用的科學(xué)研究方法和實(shí)驗(yàn)構(gòu)思精妙絕倫，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容介紹物理史上科學(xué)家研究物理問(wèn)題的方法，則無(wú)疑是滲透控制變量法的又一條重要途徑，物理學(xué)家焦耳研究通電導(dǎo)體生熱情況發(fā)現(xiàn)電流通過(guò)一段導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比，與這段導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時(shí)間成正比。

(4)結(jié)合物理習(xí)題進(jìn)行控制變量法滲透

在初中物理中，可用控制變量法去分析和解決的實(shí)際問(wèn)題是很多的，例如，這樣一道題：質(zhì)量相同的水和煤油，吸收相同的熱量，誰(shuí)升高的溫度較大?如能用控制變量法這一科學(xué)方法來(lái)分析，很容易得出這個(gè)問(wèn)題的答案是：“煤油升高的溫度比水大”，這又為我們提供另一條途徑，比如，初二第一章聲學(xué)中的補(bǔ)充習(xí)題最后一題為研究弦樂(lè)器發(fā)聲頻率與哪些因素有關(guān)中，首先由教師講授弦樂(lè)器的發(fā)聲頻率與弦的粗細(xì)有關(guān)，此時(shí)必須控制弦的松緊、弦的長(zhǎng)短不變，注意提醒學(xué)生在研究弦的粗細(xì)影響音調(diào)時(shí)，弦的松緊、長(zhǎng)短的安排，這樣接著研究弦的長(zhǎng)短時(shí)，學(xué)生首先想到必須控制其他因素相同，才能對(duì)弦的長(zhǎng)短研究，自然就開(kāi)始應(yīng)用控制變量法。