利用控制變量法培養(yǎng)學(xué)生的探究思維能力
——《影響壓力的作用效果》教學(xué)案例

（佳木斯市第二十中學(xué) 黑龍江佳木斯 154002）

一、案例背景

新課程理念下的課堂教學(xué)，不再是教師的說教，而是學(xué)生在教師指導(dǎo)組織下進(jìn)行積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)，親自去實(shí)踐，去體驗(yàn)，感悟到所學(xué)知識(shí)的來龍去脈，使學(xué)生獲得學(xué)習(xí)體驗(yàn)的快樂，激發(fā)求知欲望，物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，物理教學(xué)重在培養(yǎng)學(xué)生的勤于動(dòng)手動(dòng)腦的能力和敏銳的思維能力，而控制變量法，作為初中物理中常用的探索、分析問題和解決問題的科學(xué)方法之一，在物理學(xué)科教學(xué)中起著極為重要的作用，在現(xiàn)階段學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生對(duì)于物理問題的探究及解決是獲得知識(shí)和技能的主要途徑，為此培養(yǎng)初中生運(yùn)用控制變量法探究物理問題，是現(xiàn)階段開展教學(xué)的重要教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)也是提高學(xué)生物理實(shí)踐能力的有效手段，三年前在一次學(xué)校舉行的好課標(biāo)準(zhǔn)大討論研討課中，我講授了初二物理《壓強(qiáng)》一課，收到了很好的課堂效果，無論是對(duì)教師的觀念，還是對(duì)學(xué)生探究思維能力的培養(yǎng)，都起到了積極的推動(dòng)作用，我個(gè)人也是感受頗深，尤其是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的探究過程，對(duì)物理知識(shí)的認(rèn)知、理解和運(yùn)用有著重大意義。

根據(jù)物理新課標(biāo)，并結(jié)合壓強(qiáng)這節(jié)課的實(shí)際情況，真正體現(xiàn)新課標(biāo)的從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的基本理論，突出以學(xué)生為主體，以自主學(xué)習(xí)為原則，以生活化為切入點(diǎn)，以實(shí)驗(yàn)為手段，采用控制變量法，讓學(xué)生由淺入深，全方位認(rèn)識(shí)力學(xué)的核心概念——壓強(qiáng)，同時(shí)讓學(xué)生的科學(xué)探究思維得到進(jìn)一步發(fā)展，在本節(jié)教學(xué)中，探究壓力的作用效果跟哪些因素有關(guān)？是培養(yǎng)學(xué)生，科學(xué)探究思維，自主學(xué)習(xí)的主要載體。

二、案例描述

為了通過探究壓力的作用效果跟哪些因素有關(guān)，達(dá)到利用控制變量法培養(yǎng)學(xué)生探究思維能力的目的，本節(jié)課采用學(xué)生自主探究，表現(xiàn)在：讓學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)器材，比如鉛筆、水瓶、海綿、沙子、壓力小桌、鉤碼、金屬圓柱體等。2.對(duì)同一問題探討多種實(shí)驗(yàn)方案，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位。3.通過觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及過程，得出結(jié)論。

教師：請(qǐng)同學(xué)們觀察一段小視頻：一人踩在雪地上深陷其中，另一人穿著滑雪板自由滑翔。

學(xué)生通過視覺感受，激發(fā)對(duì)壓力的作用效果的探究欲望。

教師：請(qǐng)同學(xué)們用兩手的食指，分別頂住鉛筆的筆尖和筆尾兩端。先輕壓兩端，再重壓兩端。

學(xué)生通過手指的痛感和凹陷程度猜想壓力的作用效果和什么因素有關(guān)；學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)感受到與手指的接觸面積越小，手指凹陷越深，手指越疼，同時(shí)感到手指受到的壓力越大，手指凹陷越深，手指越疼。學(xué)生通過分析和討論得出：壓力的作用效果可能和受力面積及壓力大小有關(guān)。

教師：我們要定性的研究壓力的作用效果跟壓力的大小及受力面積的關(guān)系，應(yīng)該采用什么方法？

學(xué)生：控制變量法。

教師：如何顯示壓力的作用效果呢？這又要用到什么研究方法呢？

學(xué)生：由于壓力作用在物體表面，要使物體發(fā)生形變，所以可采用海綿、沙子、面粉等做實(shí)驗(yàn)，通過他們的凹陷程度來反映，這就是轉(zhuǎn)化法。

教師：如何改變壓力和受力面積大小呢？

學(xué)生：可以通過改變水瓶中水的多少，小桌上的鉤碼個(gè)數(shù)，鉛筆盒中文具的多少，來改變壓力大小。

學(xué)生：可以通過改變水瓶的正倒；改變文具盒的擺放方式；改變壓力小桌的正倒放置方式，來改變受力面積大小。

教師通過引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，再自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過討論選取最佳方案。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：①取兩個(gè)相同的礦泉水瓶，分別裝半瓶水和滿瓶水，將他們都正放在平整的面粉上，觀察并比較面粉的凹陷程度。②取兩個(gè)相同的礦泉水瓶，都裝滿水，將其中一瓶正放在平整的面粉上，另一瓶倒放在平整的面粉上觀察，并比較面粉的凹陷程度。

通過①得出結(jié)論一：受力面積一定時(shí)，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。通過②得出結(jié)論二：壓力大小一定時(shí)，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：①將壓力小桌正放在海綿上，觀察海綿的凹陷程度。②將壓力小桌倒放在海綿上，觀察海綿的凹陷程度。③將壓力小桌倒放在海綿上，同時(shí)在壓力小桌上放兩個(gè)鉤碼，觀察海綿的凹陷程度，對(duì)比實(shí)驗(yàn)②、③，同樣能得出結(jié)論一。對(duì)比實(shí)驗(yàn)①、②同樣能得出結(jié)論二。

教師：同學(xué)們，老師這里又準(zhǔn)備了幾個(gè)高度相同的銅塊和鐵塊。鐵塊的重力和底面積都比銅塊大；你們能否探究一下，影響它們壓力的作用效果又跟哪些因素有關(guān)呢？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)3：將等高的銅塊和鐵塊立放在面粉上，發(fā)現(xiàn)銅塊陷得深一些。

分析：它們的壓力不同，受力面積也不同，而且壓力和受力面積的比值也不好比較，但銅塊比鐵塊的密度大，所以得出結(jié)論：高度相同時(shí)，密度越大的柱體，壓力的作用效果越明顯。

教師：這里有兩個(gè)高度相同的面積和重力都不同的鐵圓柱體，它們的壓力作用效果如何呢？哪個(gè)小組愿意來探究一下？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)5：將兩個(gè)高度相同但底面積和重力都不同的鐵圓柱體，立放在平整的面粉上，觀察到面粉的凹陷程度相同。

結(jié)論：密度相同、高度相同的柱體壓力的作用效果相同。

教師：以前我們學(xué)習(xí)過物體的運(yùn)動(dòng)快慢，是用哪個(gè)物理量來表示的？

學(xué)生：速度。

教師：今天我們也用一個(gè)物理量一“壓強(qiáng)”來表示壓力的作用效果。那么通過以上的學(xué)習(xí)，你知道壓強(qiáng)跟哪些因素有關(guān)？有什么關(guān)系呢？

學(xué)生通過討論、分析、交流，總結(jié)出固體壓強(qiáng)的相關(guān)知識(shí)：1.受力面積相同時(shí)，壓力越大，壓強(qiáng)越大。2.壓力大小相同時(shí)，受力面積越小，壓強(qiáng)越大。3.對(duì)于柱體，密度相同時(shí)，高度越大，壓強(qiáng)越大；高度相同時(shí)，密度越大，壓強(qiáng)越大。

教師：通過上面的學(xué)習(xí)，哪位同學(xué)能解釋一下“磨刀不誤砍柴工”有什么道理嗎？

學(xué)生：使用磨過的刀，刀刃很薄，能減小柴的受力面積，即使用相同的力砍柴，壓力的作用效果明顯，更容易將柴砍斷。

教師：生活中還有哪些現(xiàn)象和本節(jié)課的知識(shí)相關(guān)？

學(xué)生：釘尖做的很尖，更容易釘進(jìn)木板里；書包帶較寬，背在肩上更舒服；樓房的地基很寬，防止陷到地里面……

教師：同學(xué)們非常棒，物理來自于生活，服務(wù)于生活。希望同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí)物理，將來能更好的服務(wù)社會(huì)。

三、案例分析

本節(jié)課利用學(xué)生身邊常見的器材，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，學(xué)生親自體驗(yàn)、探索、發(fā)現(xiàn)、總結(jié)，突出了學(xué)生的主體地位，在整個(gè)學(xué)習(xí)的過程中，充分體現(xiàn)了從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的課程理念，在師生互動(dòng)，生生互動(dòng)中，通過學(xué)生收集信息，并歸納總結(jié)，學(xué)生的探究思維能力得到進(jìn)一步的提高，我在本節(jié)課的設(shè)計(jì)中注重了方法的引導(dǎo)，比如，在學(xué)習(xí)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用控制變量法，探究壓力的作用效果和哪些因素有關(guān)，這個(gè)探究思維方法的形成，即是對(duì)前面學(xué)習(xí)過的影響蒸發(fā)快慢的因素、影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素等的學(xué)習(xí)進(jìn)一步鞏固和理解，又對(duì)后面要學(xué)習(xí)的液體壓強(qiáng)、浮力以及歐姆定律、焦耳定律等，有很大的幫助，使學(xué)生獲取了求知的方法，培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的形成，達(dá)到以點(diǎn)帶面、觸類旁通的目的。

四、教學(xué)反思

多年前的我和很多教師一樣，為了應(yīng)試教育，為了讓學(xué)生得高分，存在著急功近利的思想，總感覺多灌輸，多做題就會(huì)多得分。教學(xué)中重結(jié)果、輕過程這種教學(xué)方式，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。21世紀(jì)的社會(huì)更加復(fù)雜，變化更快，為了培養(yǎng)和造就適應(yīng)時(shí)代需要的創(chuàng)新型人才，做為教師，我們必須改變以往師講生聽、師問生答的教學(xué)模式，努力創(chuàng)設(shè)一個(gè)讓學(xué)生能夠積極主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)，并樂于學(xué)習(xí)、樂于探究的愉悅的教學(xué)環(huán)境。將傳統(tǒng)的填鴨式教育轉(zhuǎn)化為探究式教育。物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，它強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的探究思維能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，同時(shí)物理又是緊密聯(lián)系生活實(shí)際，與生活息息相關(guān)、相輔相成的。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的最好教學(xué)方法，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能培養(yǎng)學(xué)生的探究思維能力，因此在今后的物理教學(xué)中，一定要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)注重方法的引導(dǎo)，幫助學(xué)生發(fā)展關(guān)鍵能力，以不變應(yīng)萬變，以適應(yīng)未來社會(huì)發(fā)展的需要。