“探究二力平衡的條件”不是控制變量法

周梁琴++倪志峰

摘 要：蘇科版八年級下冊教師教學(xué)用書認(rèn)為“探究二力平衡的條件”實(shí)驗(yàn)，采用了控制變量法。但是根據(jù)控制變量法的定義，從數(shù)學(xué)角度、變量角度、結(jié)論模式角度、方法與思想差異等角度進(jìn)行分析，推出“探究二力平衡的條件”使用的并不是控制變量法，而僅是在實(shí)驗(yàn)中，體現(xiàn)出了控制的思想。

關(guān)鍵詞：二力平衡；控制變量法；控制思想

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）8-0038-2

1 問 題

蘇科版八年級下冊教師教學(xué)用書P66寫到“由于決定二力平衡的條件有多個，因此控制變量法是實(shí)驗(yàn)中必須采用的方法”[1]。也就是教師教學(xué)用書認(rèn)定本實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法。蘇科版教材沒有明確給出控制變量法的定義，只是在九年級上冊P99頁處，在“探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)之后，據(jù)此類推得到的定義。結(jié)合初中物理教材的多個版本與百度百科歸納定義為：物理學(xué)中對于多因素（多變量）的問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題，而只改變其中的某一個因素，從而研究這個因素對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。

但僅僅因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中決定二力平衡的條件有多個，看似符合定義，就簡單認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)采用了控制變量法是不恰當(dāng)?shù)?。筆者認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)與其他采用控制變量法的實(shí)驗(yàn)有著本質(zhì)差異。

2 幾個角度分析

2.1 從數(shù)學(xué)角度看

在數(shù)學(xué)中，函數(shù)y=f（x1，x2，…xn），x是自變量，是各自獨(dú)立的變量。y是因變量，x的變化會引起y的變化，y是因?yàn)閤的變化而變化的。例如：液體的溫度、表面積、液表空氣的流速會影響液體的蒸發(fā)快慢；又如：弦的長短、粗細(xì)、松緊會影響音調(diào)。從例子中不難發(fā)現(xiàn)是幾個不同的物理量影響了另一個物理量的變化，是“多對一”的關(guān)系，其他采用控制變量法的實(shí)驗(yàn)同樣驗(yàn)證了這個說法。但是在“探究二力平衡條件”中，是力的大小、方向、作用點(diǎn)影響到物體受力是否平衡，是力的三要素要滿足什么條件力才能平衡。明顯區(qū)別于幾個不同的物理量的變化引起另外的一個物理量變化的說法。

2.2 從變量角度看

物理中的變量和數(shù)學(xué)中的變量是有一定的差異的。物理中的意思是：變化的物理量。變量有獨(dú)立變量和非獨(dú)立變量之分，不影響結(jié)果的是獨(dú)立變量，影響結(jié)果的是非獨(dú)立變量。例如：壓力變化會影響滑動摩擦力的大小，而接觸面積的變化不會影響滑動摩擦力的大小，所以壓力對滑動摩擦力而言就是非獨(dú)立變量，而接觸面積就是獨(dú)立變量。

例如：壓力大小與受力面積會影響到壓力的作用效果即壓強(qiáng)，變量是壓力大小和受力面積，它們的變化我們可以認(rèn)定是在一個范圍之內(nèi)連續(xù)變化的。而在“二力平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，力的大小要么相等，要么不等；方向要么在相反方向，要么不在相反方向；要么在一條直線上，要么不在一條直線上。是要么滿足，要么不滿足的關(guān)系。是非此即彼。當(dāng)然也可以認(rèn)為，在一個范圍變化中只有某一特殊值或特殊位置，才能滿足受力的平衡。這與我們通常意義的變量有本質(zhì)的差異，它沒有連續(xù)變化的內(nèi)涵存在。

2.3 從實(shí)驗(yàn)結(jié)論模式看

我們歸納總結(jié)初中物理中明確使用了控制變量法的實(shí)驗(yàn)，它們的結(jié)論有幾種典型模式：

（1）初步結(jié)論：非獨(dú)立變量結(jié)論，例如，電阻的大小與導(dǎo)體的長度、橫截面積和材料的種類有關(guān)。獨(dú)立變量結(jié)論，例如，物體在液體中受的浮力大小與浸入液體的深度無關(guān)。從中我們可以得出結(jié)論的模式是：因變量與自變量有關(guān)或無關(guān)。

（2）定性結(jié)論：例如，當(dāng)壓力一定時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。結(jié)論模式是：當(dāng)控制變量一定時，自變量越怎樣，因變量越怎樣。

（3）定量結(jié)論：例如，當(dāng)電阻一定時，電流與電壓成正比；當(dāng)電壓一定時，電流與電阻成反比。結(jié)論模式是：當(dāng)控制變量一定時，因變量與自變量成正比或反比。

再來對比一下，二力平衡條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：當(dāng)兩個力大小相等，方向相反，作用在一直線時，物體受力平衡。是要滿足力的哪些條件，受力才能平衡。結(jié)論的表述明顯與控制變量法的實(shí)驗(yàn)結(jié)論表述不一致。

2.4 從方法與思想的差異看

方法：一般是指為達(dá)到某種目的而采取的手段與行為方式。思想是一系列的信息，輸入人的大腦后，經(jīng)歷一個包括采集、整理、匯總、分析、判斷等細(xì)節(jié)得出一個成型結(jié)論的復(fù)雜過程，形成的一種可以用來指導(dǎo)人的行為的意識。

思想指導(dǎo)著方法，從方法中又可提煉總結(jié)出思想。兩者是有區(qū)別的。而“控制”有的時候是做實(shí)驗(yàn)時必須具備的一個思想，在物理實(shí)驗(yàn)中無處不體現(xiàn)著控制的思想。例如：我們在探究不同物質(zhì)吸熱升溫現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)的時候，我們必須要控制質(zhì)量一定，吸收的熱量一定，否則觀察到的升溫快慢就沒有任何的意義。而升溫的快慢本質(zhì)是比熱容。比熱容取決于物質(zhì)的種類、狀態(tài)等。與質(zhì)量的多少、吸收熱量的多少沒有絲毫的關(guān)系。又例如：在研究阻力對物體運(yùn)動的影響的實(shí)驗(yàn)時。我們同樣是采用了同一輛小車，以此控制對水平面的壓力一定；在同一斜面同一高度靜止釋放，以此控制小車的水平初速度一定。只有這樣才能根據(jù)物體運(yùn)動距離的遠(yuǎn)近，分析出阻力對物體運(yùn)動的影響，得到“當(dāng)速度一定時，水平面阻力越小，小車運(yùn)動的路程越長”這一結(jié)論。在這些實(shí)驗(yàn)中都存在著控制思想，但是說這些實(shí)驗(yàn)采用了控制變量法，明顯是不合適的。

3 結(jié) 論

綜上所述，筆者認(rèn)為“探究二力平衡條件”實(shí)驗(yàn)使用的方法并不是控制變量法。需要特別指出的是：最新的2011年版物理課程標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確地出現(xiàn)“控制變量法”這一名稱。只是在P6、P9、P37三處出現(xiàn)了“控制實(shí)驗(yàn)條件的意識”，“有控制變量的意識”，“是否有控制變量的意識并能合理地選擇研究方法”[2]的說法。所以，筆者認(rèn)為探究“二力平衡條件”實(shí)驗(yàn)要有控制變量的意識更恰當(dāng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇科版物理教材編寫組.義務(wù)教育教科書物理八年級下冊教師教學(xué)用書[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社， 2013.

[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)： 2011年版[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.

（欄目編輯 羅琬華）endprint