談?wù)勎锢斫虒W(xué)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(shí)驗(yàn)《探究滑動(dòng)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)》為例來(lái)談?wù)効刂谱兞糠ㄔ诮虒W(xué)中的滲透和應(yīng)用。控制變量法不僅是一種實(shí)驗(yàn)研究方法，而且是一種帶有普遍意義的思想方法。通過(guò)這種方法，任何多變量問(wèn)題都可以轉(zhuǎn)化為單變量問(wèn)題來(lái)研究，這樣就可以使一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題變得簡(jiǎn)單、容易，便于學(xué)生理解和掌握。

【關(guān)鍵詞】物理教學(xué) 控制變量法 多變量問(wèn)題 單變量 因素

新課程改革的核心理念是一切為了學(xué)生的發(fā)展。換句話就是說(shuō)，我們教出的學(xué)生將來(lái)要能適應(yīng)社會(huì)，即具有相當(dāng)?shù)哪芰Γ河猩鐣?huì)所需要的基本生存能力、自主學(xué)習(xí)的能力、與人合作的能力、信息收集與處理能力、學(xué)會(huì)辦事的能力、獨(dú)立生存的能力。在過(guò)去，人們只重視知識(shí)教學(xué)，其原因是認(rèn)為“知識(shí)是能力的基礎(chǔ)”。這樣人們就忽略了能力形成的支撐，即“過(guò)程與方法”。就物理學(xué)科本身來(lái)講，有什么樣的探究過(guò)程和方法論就必然有什么樣探究結(jié)論或結(jié)果。為此，我們要在物理教學(xué)中重視物理思維方法的教學(xué)，重視物理內(nèi)涵的理解。在物理教學(xué)中，我們經(jīng)常用到的研究方法有控制變量法、類比法、等效替代法、轉(zhuǎn)換法、累積法、科學(xué)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(xué)探究的一種重要方法，是常用的探索問(wèn)題、分析和解決問(wèn)題的的方法，應(yīng)用特別廣泛。所謂“控制變量法”是指在研究某個(gè)問(wèn)題（如物理量等）與多種因素的關(guān)系時(shí)，每次只改變一個(gè)因素，保持其他因素不變，通過(guò)分析這個(gè)改變的因素與所研究問(wèn)題之間的關(guān)系，再分析綜合得出結(jié)論（或規(guī)律）。

在高中“滑動(dòng)摩擦力”這節(jié)新課教學(xué)中，教師提出問(wèn)題：滑動(dòng)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)？學(xué)生會(huì)做以下猜想：滑動(dòng)摩擦力大小可能與物體對(duì)接觸面的壓力、接觸面的粗糙程度、接觸面的面積、物體的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。教師接著拋給學(xué)生一個(gè)思考：有這么多的影響因素怎么研究？為了讓學(xué)生能領(lǐng)會(huì)方法并得出規(guī)律，則必須做好對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)工作?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生先回憶初中學(xué)習(xí)“壓強(qiáng)”的研究方法，給學(xué)生一個(gè)提示。因?yàn)閴簭?qiáng)和壓力與受力面積都有關(guān)系，所以先保持壓力F不變，通過(guò)實(shí)驗(yàn)而得出P∝（1/S）；然后保持受力面積不變，通過(guò)實(shí)驗(yàn)再研究P和F的關(guān)系，從而得出結(jié)論：P∝F；綜合以上兩次的研究得出：P=F/S。教學(xué)進(jìn)行到這里可以對(duì)學(xué)生指出，這里運(yùn)用的研究方法就是控制變量法?？刂谱兞糠ㄊ茄芯慷嘧兞繂?wèn)題的有力武器，所有多變量問(wèn)題原則上都可用控制變量法來(lái)研究、求解。

然后教師提出問(wèn)題：如何控制這些變量？學(xué)生思考討論得出下面的結(jié)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(dòng)摩擦力大小與物體的運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系。

（2）保持壓力、接觸面的粗糙程度、運(yùn)動(dòng)速度的大小一樣，探究滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面積的大小的關(guān)系。

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

（4）保持運(yùn)動(dòng)速度、接觸面的粗糙程度、接觸面積的大小一樣，探究滑動(dòng)摩擦力大小與壓力大小的關(guān)系。

沿著這條思路，再進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生：要怎么改變這些因素，要選用什么器材？

木塊，底面和側(cè)面的面積不同，這樣平放、側(cè)放接觸面面積不同，可以用來(lái)改變接觸面面積這個(gè)因素。

木板、毛巾，木塊各在這兩樣上運(yùn)動(dòng)，接觸面的粗糙程度不一樣。

彈簧測(cè)力計(jì)，勻速拉木塊時(shí)，根據(jù)二力平衡，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)等于滑動(dòng)摩擦力大小，勻速拉的速度不一樣可以改變物體的運(yùn)動(dòng)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(duì)接觸面的壓力。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)次數(shù) 壓力情況 接觸面情況 接觸面積大小 運(yùn)動(dòng)速度 測(cè)力計(jì)示（N）

1 木塊平放 木塊與木板 S1 勻速拉動(dòng)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(cè)放 木塊與木板 S2 勻速拉動(dòng)V1 0.8

4 木塊平放 木塊與毛巾 S1 勻速拉動(dòng)V1 1.2

5 木塊（平放）和鉤碼 木塊與木板 S1

勻速拉動(dòng)V1 1.8

接著引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)據(jù)中根據(jù)相同條件和不同條件的對(duì)比發(fā)現(xiàn)規(guī)律，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論：滑動(dòng)摩擦力與物體運(yùn)動(dòng)的速度、接觸面積的大小無(wú)關(guān)，與接觸面的粗糙程度、壓力大小有關(guān)，而且接觸面越粗糙，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大。教師通過(guò)條件的強(qiáng)烈對(duì)比，要給學(xué)生一個(gè)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(duì)處理多變量問(wèn)題是很有效的。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我認(rèn)為把控制變量法作為主線，使學(xué)生明確每次實(shí)驗(yàn)的前提條件，對(duì)于順利完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的系列難題是很有幫助的，同時(shí)也加深了學(xué)生對(duì)控制變量法的認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)生解決問(wèn)題的能力。這對(duì)學(xué)生將來(lái)學(xué)習(xí)、走上社會(huì)也是十分有益的。

物理學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，大多物理規(guī)律都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，要想讓學(xué)生牢固地掌握和熟練運(yùn)用物理規(guī)律，就必須培養(yǎng)學(xué)生探究物理規(guī)律的能力。在后面的“探究物體加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系”、“探究導(dǎo)體的電阻大小與哪些因素有關(guān)”、“探究安培力大小”、“探究單擺周期與哪些因素有關(guān)”等等教學(xué)中，如果能把控制變量法運(yùn)用于其中，那么教師將教得更加順利，學(xué)生也會(huì)學(xué)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(xué)效果?？梢?，控制變量法不僅是一種實(shí)驗(yàn)研究方法，而且是一種帶有普遍意義的思想方法。通過(guò)這種方法，任何多變量問(wèn)題都可以轉(zhuǎn)化為單變量問(wèn)題來(lái)研究，這樣就可以使一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題變得簡(jiǎn)單、容易，便于學(xué)生理解和掌握。這樣就使我們的教學(xué)不僅僅“授學(xué)生以魚”，更重要的是授予了學(xué)生自己“漁獵”的本領(lǐng)和方法，使學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中更加輕松、愉快。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李虹.淺談控制變量法在初中物理電學(xué)中的應(yīng)用