控制變量在初中物理教學(xué)的應(yīng)用

王瑞菊

作者簡介：王瑞菊（1962.09-），女，漢族，四川鄰水人，中學(xué)一級教師，大專，四川省鄰水縣城南鎮(zhèn)解慍初級中學(xué)。

摘要：自然界中的各種現(xiàn)象都不是孤立的，而是相互聯(lián)系相互制約的。同樣，在物理知識領(lǐng)域里，一個物理量要受到多個物理因素的影響和制約。在這種情況下，要知道一個物理量與某個因素之間的關(guān)系時，就要控制其他變量不變，而討論這個物理量于其中一個因素的關(guān)系。這種研究物理問題的方法叫控制變量法。

關(guān)鍵詞：初中物理教學(xué)；物理影響因素；控制變量法

中圖分類號：G633.7文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）10-0044-01

控制變量法在初中物理教學(xué)中具有重要的地位和作用。它貫穿著初中物理的始終。也是科學(xué)家研究物理問題的重要方法。也是初中學(xué)生應(yīng)該掌握的研究物理問題的方法。

首先，初中物理知識中有許多新的物理量就是通過控制變量進行實驗得出分析得出來的。

如物體的質(zhì)量跟物體的體積和物質(zhì)的種類有關(guān)，通過控制物質(zhì)的種類相同，討論同種物質(zhì)的質(zhì)量與它的體積成正比；控制物體的體積相同，得出物體的質(zhì)量與物質(zhì)的種類有關(guān)，通過比較相同體積的不同物質(zhì)的質(zhì)量不等引出了新的物理量——密度。

再比如，壓力的作用效果與壓力和物體的受力面積有關(guān)。就通過控制受力面積相同，比較壓力的作用效果與壓力大小的關(guān)系；通過控制壓力相同，比較壓力的作用效果與受力面積的關(guān)系，就用相同受力面積的壓力來比較壓力的作用效果，從而引出了比較壓力作用效果的物理量——壓強。

又如，在熱學(xué)中討論物體溫度升高吸收熱量的多少與物質(zhì)的種類、物體的質(zhì)量、升高溫度的關(guān)系，就要分別控制物體的質(zhì)量、升高的溫度、和物質(zhì)的種類相同，來討論物體溫度升高吸收的熱量與其中一個因素的關(guān)系。通過分析比較質(zhì)量相等的不同物質(zhì)升高相同的溫度吸收的熱量不同，以此引入了比較不同物質(zhì)的吸熱能力的物理量——比熱容。

利用控制變量法引入新的物理量的例子在初中物理乃至整個物理學(xué)的例子不勝枚舉。

其次，初中物理中的一些定理、定律也是利用控制變量法通過實驗分析歸納推理得出來的。

在電學(xué)中，通過控制電阻相等，改變同一電阻兩端的電壓進行多次實驗，得出：在電阻一定時，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比；；通過控制電阻兩端的電壓相等，改變連入電路中的電阻大小進行實驗，分析得出：在導(dǎo)體兩端的電壓一定時，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比。把兩個影響電流大小的因素——電壓、電阻都考慮進去，就得出了歐姆定律。

電流流過導(dǎo)體要產(chǎn)生熱量，其產(chǎn)生的熱量大小與電流的大小、導(dǎo)體的電阻、通電時間有關(guān)，也是應(yīng)用控制變量法分別控制其他變量，實驗驗證電流流過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與未控制那個物理量的關(guān)系。通過實驗定性證明：導(dǎo)體中的電流越大，導(dǎo)體的電阻越大、通電時間越長，電流流過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。再進行理論推導(dǎo)得出焦耳定律。

前面兩個例子是比較明顯地應(yīng)用了控制變量法討論物理量間的數(shù)量關(guān)系。在整個初中物理中還有不是明顯的數(shù)量關(guān)系，也用了控制變量的方法進行討論得出其物理規(guī)律。

在研究阻力大小對物體運動的影響時，讓同一小車從同一斜面的同一高度滑下來控制小車在進入水平面的初速度相同，來討論小車的運動與在水平面受到的阻力的關(guān)系。通過實驗得出：運動的物體受到的阻力越小，小車運動的距離越遠。在通過歸納推理得出，運動物體在沒有受到力的作用時，將以原來的速度永遠地運動下去，進一步推理得出牛頓第一定律。

閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中要產(chǎn)生的感應(yīng)電流，其感應(yīng)電流的方向與導(dǎo)體切割磁感線方向和磁感線方向的關(guān)系時，也要控制其中一個不變來討論另外兩個量的關(guān)系，從而得出其規(guī)律。

第三，不但初中物理無處不在地應(yīng)用控制變量法討論問題，獲取新的知識。而且利用控制變量法討論物體現(xiàn)象也是課程目標對學(xué)生能力的一種要求。在我們平時的習(xí)題及畢業(yè)會考中都不會忽略考察學(xué)生對控制變量法掌握程度?？刂谱兞糠ㄔ趯W(xué)生以后的學(xué)習(xí)和工作中也都會用到這個方法的。

從上可知，控制變量法在物理研究和物理教學(xué)中具有很重要的作用。在實際物理教學(xué)中一定要采取多種教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生掌握并應(yīng)用控制變量這種討論研究問題的方法。我在平時的教學(xué)中是從以下幾點入手培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用控制變量法的。

第一，作為戰(zhàn)斗在第一線的物理老師，要認真專研教材，理解教材設(shè)計的意圖，讀懂課程目標，體會物理教學(xué)內(nèi)容中無處不在的控制變量法。在實際的教學(xué)中，在出現(xiàn)利用控制變量法討論問題時，一定要引導(dǎo)學(xué)生明白：在每個步驟中是控制哪些自變量不變，那個自變量在變，從而得出因變量與自變量是成正比或者成反比的關(guān)系；或者是在某些量不變時，因變量與自變量是一個越大另一個也越大的定性關(guān)系；或者一個越大，另一個量越小的定性關(guān)系。對學(xué)生應(yīng)用控制變量法討論問題起到潛移默化的作用。

第二，為了培養(yǎng)和檢查學(xué)生對控制變量法的掌握程度，作為物理教師，應(yīng)該多設(shè)置一些相關(guān)的習(xí)題給學(xué)生練習(xí)，從而檢查學(xué)生對其掌握程度，逐步提高學(xué)生應(yīng)用學(xué)生應(yīng)用控制變量法的能力。

第三，在實際生活和學(xué)習(xí)中，也可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用看著變量法。比如要比較誰打掃清潔快，誰完成作業(yè)快等，都要控制某個相同的量，而比較另一個量的多少。

第四，對于物理量間的定量關(guān)系，物理學(xué)中一般是指諸如y=z/x和y=xz的關(guān)系這類的表達式。但也有很多是定性的關(guān)系，如牛頓第一定律，也有一個量與另一個量還存在乘方的關(guān)系。在y=z/x這個表達式中，當x相等時，y與z成正比，當z相等時，y與x成反比；在y=xz，其中一個量相等，y就與另一個量成正比。這里要特別說明的是，在進行控制變量法的教學(xué)過程中，也不要忘了對物理概念的教學(xué)，特別要讓學(xué)生了解物理量的真正含義。一個量不一定就跟另一個量成正比或者反比關(guān)系。例如，由歐姆定律可以變形得到R=U/I，R是導(dǎo)體的電阻，只與導(dǎo)體本身的材料、長度、橫截面積和溫度有關(guān)，與導(dǎo)體兩端的電壓和電流無關(guān)。就不能夠說成R與U成正比，R與I有成反比。又如密度ρ=m/V中，密度ρ是物質(zhì)本身的一種性質(zhì)，與物體的質(zhì)量m、物體的體積v無關(guān)，也不存ρ與m成正比，與v成反比關(guān)系。

因此，我們在實際的物理教學(xué)中，除了要教會學(xué)生應(yīng)用控制變量法討論問題，更要讓學(xué)生理解物理概念和規(guī)律，而不能夠亂用控制變量的方法想當然地回答問題。

綜上所述，控制變量法在整個初中物理中占有很重要的地位和作用，我們一定要做好這方面的教學(xué)。

（作者單位：四川省鄰水縣城南鎮(zhèn)解慍初級中學(xué)）