運(yùn)用控制變量法 提高學(xué)生的探究能力

蔡玉瓊

摘 要：控制變量法是初中物理科學(xué)探究中最常用的方法。在教學(xué)實(shí)踐中，運(yùn)用好控制變量法來(lái)探究物理實(shí)驗(yàn)，更好地為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：控制變量法；物理；實(shí)驗(yàn)

一、引言

物理課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出：“科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，又是重要的教學(xué)方式之一。”課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)十分重視，而控制變量法是初中物理科學(xué)探究中最常用的方法。比如，要比較兩位同學(xué)跑步速度的快慢，可以用兩種方法：第一種是讓他們跑同一段路程，誰(shuí)先到終點(diǎn)，誰(shuí)的速度就快；第二種是看相同的時(shí)間內(nèi)，誰(shuí)跑的路程更長(zhǎng)，誰(shuí)的速度就快。上述例子用控制變量法描述，第一種方法就是控制運(yùn)動(dòng)路程相同來(lái)比較時(shí)間，從而得出跑步速度的快慢，第二種方法則是控制運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同來(lái)比較路程，同樣也能得出跑步速度的快慢，方法不同，目的相同。那么，在教學(xué)實(shí)踐中，如何引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用控制變量法來(lái)探究實(shí)驗(yàn)，筆者就此談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

二、引導(dǎo)學(xué)生用控制變量法探究物理實(shí)驗(yàn)

在教學(xué)中，我們要指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生在實(shí)際操作中去體驗(yàn)并掌握這一科學(xué)方法。下面以《摩擦力》的教學(xué)——滬科版物理八年級(jí)第六章第五節(jié)為例說(shuō)明控制變量法在探究物理規(guī)律中的應(yīng)用。

摩擦力這節(jié)課重點(diǎn)之一就是探究滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)。為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與興趣，首先提出問題：你能用什么事例證明給大家看滑動(dòng)摩擦力是存在的？學(xué)生的積極性很高，列舉了以下案例：推箱子時(shí)，箱子和地面間的摩擦就是滑動(dòng)摩擦力；擦黑板時(shí)，黑板與黑板擦之間的摩擦也是滑動(dòng)摩擦力等。然后啟發(fā)引導(dǎo)：根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)自己所舉的事例進(jìn)行猜想，滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)呢？學(xué)生可能會(huì)發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度、壓力的大小、接觸面面積等有關(guān)。那同學(xué)們的猜想是否正確呢，肯定要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。進(jìn)而再追問：當(dāng)一個(gè)物理量同時(shí)隨著幾個(gè)物理量變化時(shí)，又要用什么方法來(lái)研究呢？通過(guò)思考、討論，讓學(xué)生明白這個(gè)實(shí)驗(yàn)可用控制變量法來(lái)探究，即只改變一個(gè)因素，探究滑動(dòng)摩擦力的大小與這個(gè)因素的關(guān)系。最后通過(guò)以下實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證猜想。

1.探究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度的關(guān)系

要探究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度是否有關(guān)，就要改變與木塊A接觸面的粗糙程度，控制壓力大小相同、接觸面面積也相同（即如圖甲、乙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)），勻速拉動(dòng)木塊。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)很直觀地發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關(guān)，即當(dāng)其他條件相同時(shí)，接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力越大。

2.探究滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力大小的關(guān)系

探究壓力的大小是否會(huì)影響滑動(dòng)摩擦力的大小，這時(shí)就要改變壓力的大小，控制接觸面的粗糙程度相同、接觸面面積也相同（即如上圖乙、丙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)），勻速拉動(dòng)木塊。如果兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不同，那就是因?yàn)閴毫Υ笮〉牟煌鸬?，因此可以得出壓力的大小?huì)影響滑動(dòng)摩擦力的大小。反之，則無(wú)關(guān)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生同樣也可直觀地發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力大小有關(guān)，即當(dāng)其他條件相同時(shí)，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大。

3. 探究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面面積大小的關(guān)系

用控制變量法探究滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面面積大小的關(guān)系，用各個(gè)側(cè)面積大小不同的木塊，改變木塊A與木板的接觸面面積的不同，同時(shí)控制接觸面的粗糙程度相同、壓力的大小也相同（如圖甲，第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)木塊A用不同表面積的另一側(cè)面），通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)很直觀地發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面面積的大小無(wú)關(guān)。

以上教學(xué)片段是控制變量法在探究物理規(guī)律教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，在初中物理學(xué)中可用控制變量法進(jìn)行探究的物理問題有很多，凡是影響某一物理量變化的因素可能較多時(shí)，要驗(yàn)證這些因素的變化對(duì)該物理量是否有影響，都可以使用控制變量法去研究，用這一方法解決問題的優(yōu)點(diǎn)是探究過(guò)程與生活經(jīng)驗(yàn)高度相關(guān)，能讓學(xué)生直觀、快速、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)探究，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。因此，教學(xué)中要盡可能引導(dǎo)學(xué)生用控制變量法去解決問題，更好地為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。

三、應(yīng)用控制變量法探究實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意的問題

控制變量法雖然能直觀、快速、準(zhǔn)確地完成實(shí)驗(yàn)探究，解決物理問題，但是，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，也存在著濫用或錯(cuò)用等現(xiàn)象，因此，在實(shí)際探究過(guò)程中使用控制變量法時(shí)還應(yīng)注意以下幾方面的問題：

1.要讓學(xué)生了解每次探究過(guò)程中只可以有一個(gè)變量，還要知道如何控制或改變這些變量。在具體的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，一定要避免多個(gè)變量同時(shí)出現(xiàn)，就如上面提到的探究“滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，我們每次只能改變一個(gè)因素，而要控制其他的因素完全相同。

2.要對(duì)教學(xué)活動(dòng)的內(nèi)容進(jìn)行充分的準(zhǔn)備，為所探究的問題設(shè)計(jì)多種可產(chǎn)生的結(jié)果，做好充分的思想準(zhǔn)備和解決方案。一定要明確所探究問題的影響因素都有哪些，比如，“探究壓力的作用效果與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行猜想之后，發(fā)現(xiàn)其影響因素可能有壓力的大小和受力面積的大小這兩個(gè)。這樣就可采用控制變量的方法，全面放手，讓學(xué)生自己大膽探究。

3.教師要充分熟悉學(xué)生的情況，根據(jù)不同的教學(xué)需要組織學(xué)生開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，一般以4～6人為一組，注重組內(nèi)學(xué)生的個(gè)體差異，充分利用學(xué)生的個(gè)體差異分組，挖掘?qū)W生的潛力，做到差異互補(bǔ)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，共同進(jìn)步，一步步將學(xué)生引入成功的殿堂。

總結(jié)：控制變量法實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)充分體現(xiàn)了新課程的教育理念。它的應(yīng)用能讓學(xué)生更細(xì)心地體驗(yàn)生活，大大降低初中階段物理學(xué)習(xí)的難度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]許春梅. 初中物理科學(xué)探究類試題分析及教學(xué)研究[D].蘇州大學(xué)，2013.

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