初中物理電學(xué)中控制變量法的應(yīng)用分析

譚世略 昆山市淀山湖中學(xué)

在眾多的物理學(xué)科思維中，控制變量法可以說(shuō)是最基礎(chǔ)的一種，也是最實(shí)用的一種。對(duì)于處在初中階段理解能力以及學(xué)習(xí)能力還不是很高的學(xué)生來(lái)說(shuō)，如果能夠在控制變量法的幫助下進(jìn)行電學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，就可以在獲取物理知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)自己的物理學(xué)科素養(yǎng)，以便于今后的物理學(xué)習(xí)的開展。因此，作為一名初中物理教師，應(yīng)當(dāng)對(duì)控制變量法的教學(xué)應(yīng)用加以重視，在應(yīng)用中反思，在反思中改進(jìn)。

一、控制變量法的內(nèi)涵及應(yīng)用意義

在廣泛地被運(yùn)用在科學(xué)研究以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中后，控制變量法的科學(xué)價(jià)值顯著展現(xiàn)。在物理學(xué)中，控制變量法指的主要是在面對(duì)一些多變量問(wèn)題時(shí)，實(shí)驗(yàn)者可以把這類問(wèn)題通過(guò)控制變量的方法來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)閱巫兞繂?wèn)題。即將原本的大實(shí)驗(yàn)分解為若干個(gè)小實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)小實(shí)驗(yàn)之間只有某一個(gè)變量是不同的，繼而在對(duì)每一個(gè)小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

初中物理中的電學(xué)部分內(nèi)容常常被學(xué)生認(rèn)為是較難理解、較難掌握的一部分知識(shí)，筆者認(rèn)為，這是因?yàn)殡妼W(xué)知識(shí)體系中包含著許多代表著不同概念的名詞，如電流、電壓、電功率等等，這些名詞對(duì)應(yīng)的物理量之間又存在著許多復(fù)雜的關(guān)系，因此學(xué)生很容易產(chǎn)生概念或是公示的混淆。然而，如果教師能夠在進(jìn)行電學(xué)部分知識(shí)講解的過(guò)程中注重強(qiáng)調(diào)控制變量法的應(yīng)用，幫助學(xué)生在正確的物理思維下進(jìn)行學(xué)習(xí)與思考，就能夠幫助學(xué)生在清晰的電學(xué)思路中掌握相關(guān)的概念與公式，以達(dá)到熟練應(yīng)用的目的。

二、初中物理電學(xué)中控制變量法的應(yīng)用

在物理教學(xué)中，控制變量法主要可以應(yīng)用在學(xué)習(xí)物理定律、探討物理概念的影響因素以及物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上。體現(xiàn)在具體的電學(xué)教學(xué)中，就可以應(yīng)用在歐姆定律、電阻的影響因素以及電學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)上。

1. 歐姆定律教學(xué)中控制變量法的應(yīng)用

歐姆定律中涉及到的電流、電壓與電阻是初中物理電學(xué)部分知識(shí)中三個(gè)最基本的物理量，是學(xué)生今后學(xué)好電學(xué)的重要基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備之一。因此，為了幫助學(xué)生理解歐姆定律所闡述的導(dǎo)體中電流、電壓與電阻的關(guān)系，教師可以首先展示一個(gè)以控制變量法為指導(dǎo)思想的物理實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)中，教師可以使用引導(dǎo)式問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生展開思考。例如，在探究電壓與電流之間的正比關(guān)系時(shí)。教師就可以提出這樣的問(wèn)題：“同學(xué)們，如果要探究電壓和電流之間的關(guān)系，應(yīng)該怎么考慮電阻帶來(lái)的影響呢？“。在學(xué)生提出在多個(gè)實(shí)驗(yàn)中都不改變電阻的想法后，教師就可以給予肯定：”對(duì)！我們可以通過(guò)保持電阻不變的方式來(lái)除掉電阻對(duì)我們的影響，從而專心研究電壓和電流之間的關(guān)系?！?。接下來(lái)，教師就可以采用改變電源兩端電壓或是調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的方式來(lái)改變電阻（不變量）兩端的電壓，并提醒學(xué)生注意觀察電流計(jì)上的示數(shù)變化，做好記錄，繪制圖像，從而發(fā)現(xiàn)并理解歐姆定律中所說(shuō)的“導(dǎo)體電阻不變時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比”這一關(guān)系。

另外，在探究電流與電阻之間的關(guān)系時(shí)，教師就也可以采用引導(dǎo)式問(wèn)題的方法來(lái)幫助學(xué)生逐漸熟悉控制變量法的應(yīng)用情境以及應(yīng)用方式，從而幫助學(xué)生建構(gòu)起清晰而完整的知識(shí)基礎(chǔ)，以便于后續(xù)的電學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)。

2. 電阻的影響因素教學(xué)中控制變量法的應(yīng)用

在探究電阻大小的影響因素時(shí)，由于這也是一個(gè)多變量的探究實(shí)驗(yàn)，因此教師在教學(xué)中也可以注重強(qiáng)調(diào)控制變量法的應(yīng)用。課程同樣可以圍繞一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)展開，教師在提前準(zhǔn)備好電源、開關(guān)、電流表、小燈泡、導(dǎo)線以及不同的電阻絲后，就可以開展教學(xué)了。首先是在保證導(dǎo)體長(zhǎng)度以及橫截面積不變的前提下，將導(dǎo)體材料作為自變量而開展的實(shí)驗(yàn)。在不斷更換不同材料的電阻的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)注重提醒學(xué)生觀察電流表讀數(shù)以及小燈泡的亮度，并及時(shí)記錄。而后是在保證導(dǎo)體材料以及橫截面積不變的前提下，將導(dǎo)體長(zhǎng)度作為自變量而開展的實(shí)驗(yàn)；在保證導(dǎo)體長(zhǎng)度以及材料的前提下，將導(dǎo)體橫截面積不變作為自變量而開展的實(shí)驗(yàn)。接下來(lái)，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生整理、總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，就可以幫助學(xué)生在控制變量法實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)“導(dǎo)體的電阻大小與導(dǎo)體的材料有關(guān)”，“導(dǎo)體長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電阻越大”以及“導(dǎo)體橫截面積越大，電阻越小”等電阻大小影響因素相關(guān)的理論知識(shí)，從而加深對(duì)這些結(jié)論的理解，在今后的學(xué)習(xí)、生活中能夠加以應(yīng)用。

3.電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中控制變量法的應(yīng)用

除了在課上進(jìn)行物理演示實(shí)驗(yàn)，教師也可以圍繞控制變量法來(lái)展開學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)思維以及實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。例如，教師可以在引導(dǎo)學(xué)生了解了如何進(jìn)行“保證電阻不變，改變電壓以觀察電壓與電流之間的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)后，要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)下一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，即“保證電壓不變，改變電阻以觀察電阻與電流之間的關(guān)系”。如此一來(lái)，學(xué)生就能夠在得到老師的基本講解后，結(jié)合自己對(duì)所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)，也利用控制變量法的思想來(lái)展開實(shí)驗(yàn)，從而在自主思考、自己動(dòng)手的過(guò)程中更清楚地認(rèn)識(shí)控制變量法的理念精髓以及應(yīng)用方法，并且更好地理解歐姆定律中闡述的電流、電壓與電阻之間的關(guān)系，從而達(dá)到在掌握物理知識(shí)的同時(shí)也提升其他方面物理素養(yǎng)的目的。

三、結(jié)束語(yǔ)

在初中物理教學(xué)中，控制變量法的應(yīng)用可以為教師帶來(lái)教學(xué)質(zhì)量的顯著提升，因?yàn)檫@是對(duì)學(xué)生物理思維的一種培養(yǎng)。相比于傳統(tǒng)的灌輸物理知識(shí)的工作，在學(xué)生形成物理思維的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)的教學(xué)更能夠體現(xiàn)先進(jìn)的教學(xué)理念，也更能夠幫助學(xué)生形成物理學(xué)科核心素養(yǎng)。因?yàn)樵谖锢韺W(xué)中控制變量法的適用背景是多變量的問(wèn)題情境，初中物理電學(xué)課程內(nèi)容又具備多因素物理量的特點(diǎn)，因此，在電學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，教師就可以在歐姆定律的講解、電阻大小影響因素的講解以及電學(xué)實(shí)驗(yàn)的講解中應(yīng)用控制變量法來(lái)優(yōu)化教學(xué)，幫助學(xué)生為今后的物理學(xué)習(xí)打好扎實(shí)的電學(xué)基礎(chǔ)。