初中物理中的控制變量法研究

張建云

摘 要：控制變量法是學習初中物理最常用的一種方法，其在整個物理學中有著舉足輕重的地位。因此，作為初中物理教師，教會學生應用控制變量法很重要。這不僅對學生將來學習高段物理大有裨益，同時對培養(yǎng)學生的物理素養(yǎng)、科學思維、探究精神等也有很大的幫助。結合自身教學經(jīng)驗以及相關文獻，淺談一下控制變量法在初中物理實驗教學中的研究與應用，希望能給廣大教師同行帶來參考和啟示。

關鍵詞：初中物理；控制變量法；實驗教學

物理學是一門非常注重觀察和實驗的學科，很多物理規(guī)律都是建立在實驗之上的。因此，要想讓學生學好初中物理，并且能夠靈活應用，教師首先要做的，就是培養(yǎng)學生獨立實驗的能力以及主動探究的思維方式。作為物理學中最慣用的科學方法，控制變量法在初中物理教學過程中應用十分廣泛，很多概念和規(guī)律都可以用這種方法來推導。俗話說得好，一通百通，雖然這么說有些夸張，但是從初中物理的角度來看，控制變量法對學生理解知識點有著不可估量的啟示作用。

一、控制變量法的概念

物理學中對于研究多個變量的問題，經(jīng)常采用控制變量的方法將多變量問題轉變成多個單變量的問題。在研究過程中，每一次只改變一個變量，同時控制其他變量不變，進而探求被改變的那個變量對事物發(fā)展變化的影響，然后分別加以研究，最后再一起解決，這樣的方法就叫做控制變量法。為了方便理解，舉個通俗的例子，班里的窗戶被人用石頭打破了，通過多方面的調查，所有的證據(jù)都指向了李×和王××，為了鎖定到底是這兩人中的哪一個，可以采用控制變量的方式，監(jiān)督其中一個，看是否還有類似的事情發(fā)生，然后就知道是誰干的了。

二、控制變量法的重要性

隨著新課程改革的開展和深入，學生科學探究能力的培養(yǎng)越來越成為廣大教育工作者所看重的?？刂谱兞糠ㄗ鳛槌Ｓ玫目茖W探究法之一，在初中物理教學之中備受教師青睞。因為這種方法不僅能夠幫助學生梳理和理解抽象難懂的物理知識，還有利于培養(yǎng)學生的自主探究、歸納總結以及自主分析的能力。因此，學好控制變量法，對學生未來的發(fā)展非常有益。除此之外，初中物理因為相對比較基礎和簡單，控制變量法幾乎能解決大部分的初中物理問題，對于初中物理教師和學生來說，這種方法簡直堪稱剖析初中物理的利器。

三、控制變量法的要求

控制變量法幾乎貫穿于初中物理的始終。無論是在解釋晦澀難懂的物理概念時，還是在設計物理實驗時，控制變量法都能發(fā)揮非常重要的作用。因此，保證控制變量法的正確運用很有必要，這就對教師和學生提出了一些要求。

1.控制變量法對教師的要求

在講授控制變量法的時候，教師一定要注意，切莫照本宣科。當然，讓學生明白控制變量法的概念和其可以應用的條件很重要，但作為物理教師，絕對不能忽略物理實驗的價值，要理論聯(lián)系實際，引導學生利用控制變量法去設計物理實驗，并幫助他們在腦中建立相應的物理模型，使他們不但能從真正意義上理解控制變量法的內涵，還能實現(xiàn)對該方法的靈活運用。此外，在日常教學過程中，教師應避免太過功利，不能為了提高學生的應試成績而讓學生背誦一些生澀的物理概念和科學方法，這就好比練武功只練招式，不練心法，結果往往只能適得其反。

2.控制變量法對學生的要求

初中物理是學習高中物理的基礎，而控制變量法對于初中物理意義非凡。所以這就要求學生必須要對該方法足夠重視。不僅要熟知該方法的概念和使用條件，還應在此基礎上積極探究、深入分析。除此之外，學生有必要在課后有針對性地做大量練習以夯實基礎，無論模擬試卷還是實驗操作，都應不遺余力。之后，還應當定期進行自我考核，以判斷自己是不是已經(jīng)將該方法運用熟練。

3.控制變量法在應用上的要求

如果把物理學比成一座高峰，那么控制變量法就是攀登這座高峰的一條捷徑。因此，學生能不能對控制變量法靈活運用，將直接影響他們對物理知識的理解和獲取。作為一種科學方法，控制變量法在實際應用中會有一些要求。換句話說，方法就好比是器物，鋤頭是用來鋤地的，斧子是用來伐木的，每一種方法、每一種器物都會有它特有的使用說明。而控制變量法的“使用說明”就要求所研究的變量至少要有兩個。此外，在研究和應用的過程中，使用者一定要知道哪些是不變量、哪些是變量以及哪些是自變量，只有這樣才能保證控制變量法的正確應用，只有這樣才能保證控制變量法在實際應用中發(fā)揮其真正的效用。

四、控制變量法實例分析

控制變量法能夠解決很多問題，這使得該方法在初中物理教學中的應用十分普遍。因此，要將這種方法運用得當，對學生學習初中物理非常有利。

【案例1】利用控制變量法啟發(fā)式教學

教師在引入控制變量法這一方法時，不妨采用情景設置的方式，啟發(fā)式教學。因為這比教師直接干巴巴地解釋控制變量法的概念和適用范圍更容易讓學生接受和理解。具體實例如下：

教師開課前給學生展示兩根同樣大小的胡蘿卜。

教師：親愛的同學們，現(xiàn)在我們要研究胡蘿卜水分的蒸發(fā)和陽光的關系，要怎么設計實驗呢？

學生甲：用小刀剖開胡蘿卜，一根放在光照見的地方，一根放在光照不見的地方，然后過一段時間觀察胡蘿卜水分蒸發(fā)的情況。

教師：嗯，這個想法很好。但有些不太嚴謹，我們有哪位同學能發(fā)現(xiàn)這里面的小問題嗎？

學生乙：老師，應該用玻璃罩把兩根胡蘿卜分別罩上，或者用保鮮膜將兩根胡蘿卜分別裹上。

教師：為什么要這么做？

學生乙：因為風會影響胡蘿卜水分的蒸發(fā)。此外，我們還應該注意溫度、濕度的影響。

教師：不錯不錯。那么，我們要是想研究胡蘿卜水分的蒸發(fā)與溫度的關系，需要控制什么條件呢？

學生乙：控制陽光、濕度以及風的影響，然后改變溫度。

教師：非常好，看來你已經(jīng)對控制變量法有所掌握了。同學們，你們聽懂乙同學所表達的意思了嗎？

學生們：聽懂了。

教師：好。接下來是重點了（敲黑板），請跟著我遷移目前的思路。我們試著探究一下，已知影響“滑動摩擦力大小”的因素有“接觸面積大小”“壓力大小”和“接觸面粗糙程度”，那么我們在研究“滑動摩擦力大小”時，可不可以同時改變“接觸面積”“壓力”和“接觸面粗糙程度”？

學生丙：不可以。

教師：為什么不可以？

學生丙：因為如果同時改變，我們就無法判斷到底是哪一種因素在影響“滑動摩擦力的大小”。

教師：那我們該怎么做呢？不要急著回答，大家現(xiàn)在小組討論一下，待會兒告訴我答案。

……

學生?。鹤鲞@個實驗的時候我們應該分次進行：第一次探究“滑動摩擦力大小與接觸面積大小的關系”；第二次探究“滑動摩擦力與壓力大小的關系”；第三次探究“滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關系”。

教師：好，那么我們在進行第一次探究的時候應該注意什么呢？

學生?。鹤尅皦毫Α焙汀敖佑|面的粗糙程度”保持不變，然后改變“接觸面積”的大小。

教師：非常棒！我們在進行第一次實驗的時候，為了探究“滑動摩擦力大小與接觸面積大小的關系”，需要控制住“壓力”和“接觸面粗糙程度”，讓它們保持不變，這種實驗方式，我們物理學稱之為控制變量法。這是一種常見而且非常重要的科學方法，同學們一定要引起重視。

……

在本案例中，教師先將學生引入“胡蘿卜水分蒸發(fā)”的實驗中，然后借此將學生的思路平行遷移到了物理實驗的探究上，這兩種思維模式的嫁接恰到好處，既幫助學生理解了控制變量法的真意，又使得“影響滑動摩擦力的因素”的實驗設計水到渠成。

【案例2】利用控制變量法設計歐姆定律實驗

物理教師在講授歐姆定律的時候，一定不要忽視實驗的作用。雖然學生通過教師的講授結合物理課本也能知道電流、電壓和電阻之間的關系，但在學生的腦海中，可能很大程度上對歐姆定律的印象只是文字和公式的堆積，并不能做到靈活運用，因此，利用控制變量法設計物理實驗非常有必要，這不僅能幫助學生理解歐姆定律，還能培養(yǎng)學生的動手能力和自主探究精神。

（1）探究電流和電壓的關系：定值電阻維持不變，然后改變滑動變阻器的阻值，進而使定值電路兩端的電壓發(fā)生變化，如圖1所示。在實驗過程中，學生需要對有關數(shù)值進行記錄，并加以分析，借此推導可知：電阻不變，電壓越大，電阻就越大。

（2）探究電流與電阻的關系：通過改變滑動變阻器維持定值電阻兩端的電壓恒定，然后更換不同電阻值的定值電阻，還如圖1所示，對記錄的相關數(shù)據(jù)進行分析，之后可以推導出：電壓不變，電阻越大，電流就越小。

于是，將兩次實驗綜合起來，可以得出歐姆定律的公式表達，即：I=U/R。應用控制變量法設計實驗來學習歐姆定律，效果非常顯著，對學生學習這一定律非常有益。

【案例3】利用控制變量法幫助學生理解壓強的概念

在學習滬科版八年級第八章壓強時，學生時常會感到這一概念特別的抽象。因此，教師不妨利用控制變量法來幫助學生理解并掌握這一物理概念。上課過程中，教師引導學生進行以下研究，如圖2所示：（1）壓力大小與物體受力面積的關系；（2）壓力大小與物體重量的關系。然后通過實驗現(xiàn)象，推導出壓力大小與受力面積、物體重量的關系，進而將抽象的概念化成了具體的物理模型，學生不僅能很快理解并記住這一概念，還能為以后學習液體壓強、大氣壓強打下堅實的基礎。

總之，對于初中物理而言，控制變量法幾乎貫穿了它的始終。無論是研究八年級的運動，還是探究九年級的電路，控制變量法都能起到非常重大的作用。可是縱觀當前初中物理的教學現(xiàn)狀，竟然有不少學生對控制變量法的認知十分模糊，甚至完全不會運用。追其緣由，還是因為很多物理教師對這一方法不夠重視，而且在講解的過程中往往一筆帶過，這對學生學好初中物理是非常不利的。因此，廣大初中物理教師務必充分認識到控制變量法的深遠意義，并在日后的教學中有效地落實控制變量法的教學。

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