如何培養(yǎng)運(yùn)用控制變量法思考問(wèn)題的能力

摘 要：

控制變量法思維是學(xué)習(xí)物理學(xué)科的金鑰匙，控制變量法思維在初中物理課程中常應(yīng)用于探究問(wèn)題和分析解決問(wèn)題中，學(xué)生通過(guò)掌握控制變量法思維找到解題思路和解題方法，學(xué)生能自發(fā)應(yīng)用變量控制思維，定量研究相關(guān)物理規(guī)律和物理學(xué)科。

關(guān)鍵詞：控制變量法；實(shí)驗(yàn)研究；解題訓(xùn)練；探究問(wèn)題；解決問(wèn)題

物理學(xué)中的控制變量法，可以解決很多實(shí)際問(wèn)題，因而要對(duì)學(xué)生進(jìn)行這種思維方法的學(xué)習(xí)訓(xùn)練。

一、 控制變量法

控制變量法對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，是一種既應(yīng)用廣泛，又容易上手的推理方法，這個(gè)方法既可以在幫助分析問(wèn)題的同時(shí)，利于學(xué)生解決問(wèn)題，讓學(xué)生在問(wèn)題中抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，知道哪些是重點(diǎn)分析的，哪些是輔助信息，讓學(xué)生的分析更具有針對(duì)性。從而做到有的放矢，起到事半功倍的效果。通過(guò)控制一些問(wèn)題中的變量，使所要研究變量在問(wèn)題中突顯出來(lái)?！翱刂啤笔侵溉藶椴僮魇沟貌皇菃?wèn)題研究對(duì)象的物理量保持不變或相等的關(guān)系，然后比較、研究所突現(xiàn)出來(lái)的兩個(gè)變量之間的關(guān)系。如：在電學(xué)中，我們要利用實(shí)驗(yàn)研究導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān)，從而歸納電阻特性時(shí)，其實(shí)與導(dǎo)體電阻息息相關(guān)的物理量是很多的，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，1. 選取材料相同和相同長(zhǎng)度，而橫截面積不同的導(dǎo)線作比較，研究電阻與橫截面積的關(guān)系；2. 選取相同的材料和相同的橫截面積，不同長(zhǎng)度的導(dǎo)線作比較，研究電阻與長(zhǎng)度關(guān)系；3. 選取相同長(zhǎng)度，相同橫截面積，不同材料的導(dǎo)線作比較，研究電阻與材料的關(guān)系，最后總結(jié)出導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體橫截面積大小、長(zhǎng)度、材料諸多因素有關(guān)。

如何在物理課的教學(xué)和學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生用控制變量法思考問(wèn)題的能力，同時(shí)躍遷升華成學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，我談幾點(diǎn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和做法。

二、 在課堂實(shí)驗(yàn)中如何培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用控制變量法思考問(wèn)題的能力

我們的物理實(shí)驗(yàn)課，必須按照實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头椒刂埔恍l件來(lái)研究。如導(dǎo)體兩端電壓與導(dǎo)體中的電流和導(dǎo)體電阻都有關(guān)系，在中學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)課上很難同時(shí)研究導(dǎo)體兩端的電壓與電流和導(dǎo)體電阻的關(guān)系，于是在分別控制導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端電壓不變的情況下，研究導(dǎo)體中的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓及導(dǎo)體電阻的關(guān)系，歸納得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在電阻一定時(shí)導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比；在導(dǎo)體兩端的電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體電阻成反比。通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生既動(dòng)腦又動(dòng)手，理論與實(shí)踐結(jié)合，最終得出歐姆定律，即I=u/R的關(guān)系。

采用控制變量法探討物理問(wèn)題，既要注意知識(shí)的形成過(guò)程，也要看結(jié)論，兩者是缺一不可的，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生獲得自主學(xué)習(xí)的方法。

三、 在解題訓(xùn)練中培養(yǎng)學(xué)生用控制變量法思考問(wèn)題的能力

例如：學(xué)生在學(xué)習(xí)演奏二胡的過(guò)程中，小花同學(xué)發(fā)現(xiàn)二胡的琴弦發(fā)出聲音的音調(diào)受許多因素的影響，于是決定對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行探究，討論提出以下的猜想：一、 琴弦發(fā)出聲音的音調(diào)可能與琴弦的材斜有關(guān)。二、 琴弦發(fā)出聲音的音調(diào)可能與琴弦的長(zhǎng)度有關(guān)。三、 琴弦發(fā)出聲音的音調(diào)可能與琴弦的橫截面積有關(guān)。為了驗(yàn)證以上猜想是否正確，他們找到了一些不同規(guī)格的琴弦，如下表：編號(hào)：①、②、③、④、⑤；琴弦的材料：鋼、鋼、鋼、尼龍絲、尼龍絲；琴弦的長(zhǎng)度/cm：20、40、30、40；琴弦的橫截面積/mm2：0.3、0.5、5、0.5。

1. 應(yīng)選編號(hào) 、 的琴弦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想一。2. 應(yīng)選編號(hào) 、 的琴弦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想二。3. 如果驗(yàn)證猜想三，小花選用編號(hào)為①，②的琴弦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則表中缺少的數(shù)據(jù)應(yīng)為 。4. 小花在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，同一琴弦越緊音調(diào)越 。

解答此題時(shí)看到音調(diào)與琴弦的材料、長(zhǎng)度、橫截面積、松緊程度等因素有關(guān)，在研究音調(diào)與其中某一個(gè)因素關(guān)系時(shí)，除這個(gè)因素不同外，其余必須完全相同才能做比較探究得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。根據(jù)控制變量法思維，驗(yàn)證猜想1，只能選擇兩根琴弦的材料不同，但兩根琴弦的長(zhǎng)度和橫截面積都必須相同。那么就只能選擇編號(hào)為③、⑤的琴弦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；驗(yàn)證猜想2，只能選擇兩根琴弦長(zhǎng)度不同，同時(shí)必須保證兩根琴弦的材料和橫截面積都是相同的，只能選編號(hào)為④和⑤的琴弦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；為了驗(yàn)證猜想3，選了編號(hào)為①、②的琴弦，根據(jù)控制變量法思維，必須保證①和②琴弦的材料和長(zhǎng)度完全相同，則表中缺少的數(shù)據(jù)應(yīng)為長(zhǎng)度20 cm；為比較琴弦松緊程度對(duì)音調(diào)的影響，必須選擇同一根琴弦在松緊不同的情況下比較，才能得出正確結(jié)論。此題的每一問(wèn)作答都充分體現(xiàn)了控制變量法思維，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

四、 在生活中培養(yǎng)學(xué)生用控制變量法思維思考問(wèn)題的能力，同時(shí)提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

控制變量法是解決復(fù)雜問(wèn)題的一種有效方法，我們的日常生活中也經(jīng)常廣泛地使用它。

例如，在生活中比較物體運(yùn)動(dòng)快慢就比較廣泛，可以是定量時(shí)間比路程，也可以是定量路程比時(shí)間。比如運(yùn)動(dòng)會(huì)的百米賽跑，定量時(shí)間比路程的跑在前面的同學(xué)最快，定量量路程比時(shí)間的，到達(dá)終點(diǎn)，用時(shí)短的人快。在無(wú)形中運(yùn)用了控制變量法思維得出結(jié)論。其實(shí)在生活中還有很多實(shí)例，需要我們對(duì)某些事物作比較時(shí)講究的可比性原則就是控制變量法在生活中的靈活應(yīng)用，不能有效控制變量的比較沒(méi)有可比性。體現(xiàn)著普素的唯物辨正法思想，使這種比較方法更加科學(xué)、合理。

比如對(duì)蒸發(fā)快慢因素的研究，對(duì)聲音響度或音調(diào)因素的研究、對(duì)斜面的實(shí)驗(yàn)研究、對(duì)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的研究、對(duì)影響滑動(dòng)摩擦力大小因素的研究、對(duì)影響壓力的作用效果因素的研究、對(duì)影響液體壓強(qiáng)大小因素的研究、對(duì)影響浮力大小因素的研究、對(duì)提高滑輪組機(jī)械效率的研究、對(duì)動(dòng)能大小的因素研究、驗(yàn)證歐姆定律探索電阻的電流與其兩端電壓的關(guān)系研究、影響電流做功多少的因素的探索研究、還有影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素探索等等。這樣的物理試驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)研究都要用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析研究。

總之，授人以魚(yú)不如授人以漁，教給學(xué)生科學(xué)的思考方法，控制變量法思維應(yīng)用于探究問(wèn)題和分析解決問(wèn)題，就會(huì)從根本上解決初中學(xué)生感覺(jué)學(xué)物理難的心理問(wèn)題。

作者簡(jiǎn)介：汪文霞，甘肅省定西市，甘肅省渭源縣蓮峰中學(xué)。endprint