“控制變量法”在物理解題中的應(yīng)用

張心剛

【摘要】隨著教育改革的不斷深入，越來越多的教師開始關(guān)注對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng).傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)培養(yǎng)出來的人才無法滿足當(dāng)代社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求.教師們需要在教學(xué)時(shí)關(guān)注對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，而不是僅僅教會(huì)大家知識(shí).

【關(guān)鍵詞】初中物理;控制變量;解題策略

控制變量法是物理學(xué)習(xí)時(shí)常用的一種探究方法，它有助于幫助學(xué)生們更好地分析學(xué)習(xí)，提升物理解題效率.因此，教師可以在教學(xué)時(shí)向?qū)W生們講解滲透這一方法，引導(dǎo)大家掌握并應(yīng)用于學(xué)習(xí)，提升物理學(xué)科核心素養(yǎng).下面，我將圍繞初中物理教學(xué)中控制變量法的應(yīng)用策略展開論述.

1 初中物理習(xí)題教學(xué)的要求及其作用

1.1 初中物理習(xí)題教學(xué)的要求

初中物理習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)的重要內(nèi)容，也是提升學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決問題能力的有效途徑.一是在物理習(xí)題教學(xué)中要注重兼顧到每個(gè)學(xué)生.而傳統(tǒng)教學(xué)中教師只針對(duì)班級(jí)優(yōu)秀生的講解，最終結(jié)果是少數(shù)學(xué)生的解決問題的能力有相應(yīng)的提高，而中下層學(xué)生卻對(duì)于教師的講解很難理解，導(dǎo)致兩極分化嚴(yán)重，難以大面積提升教學(xué)質(zhì)量與效率.初中物理的習(xí)題教學(xué)，不能實(shí)施“英才教育”，要面對(duì)全體學(xué)生，使不同層次的學(xué)生都學(xué)有所獲.讓各層次學(xué)生都能夠運(yùn)用物理知識(shí)解決不同層次的問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自信.二是貼近生活，面向社會(huì).初中物理知識(shí)相對(duì)抽象，而對(duì)于處于形象思維階段的學(xué)生來說，在解題中會(huì)遇到諸多困難，因而教師在進(jìn)行示范講解或示例時(shí)，要緊密聯(lián)系學(xué)生的生活，將物理知識(shí)融入基本的生活常識(shí)，加深學(xué)生的認(rèn)知與理解.三是教學(xué)方式要多元化.初中物理習(xí)題涉及的內(nèi)容豐富多樣，物理習(xí)題的教學(xué)方法也要多元化，可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平進(jìn)行方法的選擇，如教師講解法、學(xué)生提問法、小組合作探究法、學(xué)生示范法等多種方式.同時(shí)，要充分發(fā)揮信息技術(shù)的作用，可以把習(xí)題快捷地通過網(wǎng)絡(luò)上傳于到教師終端，教師可以及時(shí)了解學(xué)生知識(shí)掌握情況，從而作為改進(jìn)物理習(xí)題教學(xué)策略的依據(jù).

1.2 物理習(xí)題教學(xué)的作用

物理習(xí)題教學(xué)是初中物理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)知識(shí)運(yùn)用、內(nèi)化與鞏固的重要階段.提高習(xí)題教學(xué)的有效性，可以促使學(xué)生更好地內(nèi)化與掌握知識(shí)，綜合運(yùn)用物理知識(shí)解決相關(guān)問題.物理習(xí)題教學(xué)質(zhì)量的高低，決定著學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力的強(qiáng)弱，因而習(xí)題教學(xué)也引起了物理教師的高度重視.一是物理習(xí)題教學(xué)可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)于物理知識(shí)的理解與內(nèi)化，并且在吸收與理解的基礎(chǔ)上，加以應(yīng)用，由理論層面的知識(shí)記憶與背誦，轉(zhuǎn)化為應(yīng)用層面，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)掌握物理知識(shí).二是物理習(xí)題教學(xué)是拓寬學(xué)生知識(shí)視野的重要途徑.學(xué)生通過習(xí)題可以更好地實(shí)現(xiàn)知識(shí)之間的相互聯(lián)系，建構(gòu)更龐大的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，使解決問題的能力不斷提升.同時(shí)習(xí)題教學(xué)還可以使學(xué)生更好地掌握解決問題的方法，掌握解決問題的思路，站在物理的角度去分析問題與解決問題.

2 “控制變量法”在物理解題中的應(yīng)用

2.1 圖象題，分析幾個(gè)量的關(guān)系

圖象題是初中物理中十分常見的一類題型.這類題目往往給出橫縱坐標(biāo)和關(guān)系變化曲線，然后讓學(xué)生觀察幾個(gè)變量之間的邏輯關(guān)系或者變化趨勢(shì).由于圖象的變化伴隨著多個(gè)變量的變化，學(xué)生們?cè)诜治鰰r(shí)常常會(huì)出現(xiàn)思維混亂的現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)解的現(xiàn)象.因此，教師就可以在教學(xué)圖象題時(shí)，向?qū)W生們講解控制變量法，帶領(lǐng)大家一起分析計(jì)算，引導(dǎo)掌握控制變量法，提升物理解題效率.

例如 “運(yùn)動(dòng)快慢”這部分內(nèi)容常常會(huì)考查圖象題.如：已知甲、乙都從A地出發(fā)，兩人行走的s-t圖象如下所示，請(qǐng)問甲、乙兩人誰走的更快，速度分別是多少，兩人何時(shí)相遇.這是一道十分經(jīng)典的圖象問題，在做這道題目時(shí)，學(xué)生們需要讀懂所給的s-t圖象，首先，觀察橫縱坐標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)橫坐標(biāo)表示的是時(shí)間，縱坐標(biāo)表示的是路程.這個(gè)圖象表示的是兩人的時(shí)間-位移圖象.這類題目常常還會(huì)考查時(shí)間-速度圖象，學(xué)生們一定要觀察清楚.緊接著分析速度關(guān)系，已知V=s/t，要比較兩人的速度，可以使用控制變量法，如路程不變，觀察兩人需要的時(shí)間，時(shí)間較短的速度快.可以做s=200，與兩條直線相交于同一點(diǎn)，但是乙是從t=60開始的，所以它一共用了120-60=60s，甲用了200s，所以乙的速度比甲大.然后可以結(jié)合所給數(shù)據(jù)分別計(jì)算兩人的速度，即甲的速度為200/120=1.67m/s，乙的速度為200/60=3.33m/s.觀察圖象縱坐標(biāo)表示的是位移，所以t=120時(shí)兩人相遇.

在分析圖象時(shí)，應(yīng)用控制變量法往往能夠幫助學(xué)生們更好的分析變量之間的關(guān)系，提升大家的解題效率.但是在解決圖象類題目時(shí)，學(xué)生們一定要看清楚橫縱坐標(biāo)代表的物理量，以及每條曲線的含義，否則后續(xù)分析都是徒勞的.

2.2 比較題，分析物理現(xiàn)象的成因

在初中物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生們還常常會(huì)遇到比較題.這類題目往往會(huì)給出幾個(gè)物理量，然后讓學(xué)生們比較不同物體同一種物理量的大小.這時(shí)候大家就需要分析對(duì)比分析他們之間的變化，控制變量，分析不同情況下的大小比較情況.這樣控制變量逐步分析往往能夠提升大家的正確率.因此，在教學(xué)時(shí)，教師們可以帶領(lǐng)學(xué)生們一起應(yīng)用控制變量法解決對(duì)比類題目，引導(dǎo)學(xué)生們掌握其方法，這樣在遇到這類題型時(shí)，就能夠更加高效地求解.

例如 在教學(xué)“比熱容”時(shí)，可以向?qū)W生們講解這樣一道題目：初始溫度相同，質(zhì)量相同的銅塊和鐵塊吸收相同的熱量后，溫度高的是銅塊還是鐵塊.分析題目可以發(fā)現(xiàn)者到題目考察的是比熱容的相關(guān)知識(shí).已知Q=cm△t.一種c是比熱容，m是質(zhì)量，△t是溫度變化量.比較吸收熱量后的溫度，就需要知道溫度的變量.公式可以變形為△t=Q/cm，它與吸收的熱量、比熱容以及質(zhì)量都是相關(guān)的.因此，大家需要控制變量.因?yàn)檫@道題目中質(zhì)量以及吸收的容量是相同的，所以在比較時(shí)就可以控制這兩個(gè)物理量，只需要比較比熱容即可，觀察式子可知，比熱容越大，溫度變化越小.因?yàn)槌跏紲囟认嗤?，所以溫度變化小的，最后溫度?已知鐵的比熱容大于銅的比熱容，所以最終鐵的溫度比銅低.通過已知條件比較相關(guān)物理量時(shí)，如果變量同時(shí)變化，同學(xué)們就需要控制變量一個(gè)一個(gè)進(jìn)行分析，弄清楚原因.否則很容易就出現(xiàn)分析混淆錯(cuò)誤的現(xiàn)象.

可見，應(yīng)用控制變量法解決這類比較題目，有助于幫助學(xué)生們更加高效地分析物理現(xiàn)象的成因，深入理解物理公式.但是值得注意的是，物理是一門較難的學(xué)科，教師在教學(xué)時(shí)還要注意方式方法，要讓學(xué)生們感受到物理學(xué)科的樂趣，提升學(xué)習(xí)興趣.

2.3 探究題，進(jìn)行猜想、驗(yàn)證

初中物理教學(xué)進(jìn)度中也為學(xué)生們安排了一些探究環(huán)節(jié)，旨在引導(dǎo)學(xué)生們結(jié)合所學(xué)知識(shí)思考，深入地探究物理變量之間的關(guān)系.在做這類題目時(shí)，學(xué)生們也可以應(yīng)用控制變量思想，通過控制分析驗(yàn)證猜想.

例如 “電流與電壓和電阻的關(guān)系”這一部分常常會(huì)考查探究題目，來探究電流與電壓和電阻的關(guān)系.如：已知小明通過探究電流與電壓和電阻的關(guān)系，得出如下兩表：結(jié)合數(shù)據(jù)試探究.這道題目探究的是兩個(gè)因素對(duì)電流的影響，因此需要控制變量進(jìn)行探究.在探究電壓的影響時(shí)，可以控制電阻保持不變，電阻不變，改變電壓，觀察電流的變化能夠探究得出電流和電壓的關(guān)系.這時(shí)候就需要看表1.R的阻值為5Ω保持不變，當(dāng)電壓增大，分別為2V、4V和6V時(shí)，電流為0.4A、0.8A和1.2A，可見電阻一定時(shí)，電流和加在它兩端的電壓成正比.同理，在探究電流和電壓的關(guān)系時(shí)，就需要觀察表2了，電壓為4V保持不變，然后改變電阻的值，分別為5Ω、10Ω和20Ω，電流分別為0.8A、0.4A和0.2A.所以可以發(fā)現(xiàn)，電壓一定時(shí)，電流和電阻成反比.

探究類題目往往考察的是分析能力.控制變量法能夠幫助學(xué)生們更加順利地解決探究類問題，它是物理中最重要、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)方法.同學(xué)們必須通過學(xué)習(xí)掌握該方法，提高意識(shí).除了物理學(xué)科外，控制變量法的應(yīng)用也十分廣泛，掌握控制變量法，往往能夠幫助學(xué)生們更加高效地解決問題，提升分析能力.

2.4 實(shí)驗(yàn)題，分析產(chǎn)生影響的幾個(gè)因素

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn).初中物理實(shí)驗(yàn)以分析影響因素類實(shí)驗(yàn)為主.在做這類實(shí)驗(yàn)題時(shí)，題目往往會(huì)給出好幾個(gè)因素，讓學(xué)生們探究其影響.這時(shí)候大家就可以應(yīng)用控制變量法，通過控制其余變量不變，讓其中一個(gè)變量發(fā)生改變，觀察隨之改變的結(jié)果，進(jìn)而更好地分析影響因素.

例如 在學(xué)習(xí)“摩擦力”時(shí)，實(shí)驗(yàn)探究影響摩擦力的因素是十分重要的題目.例如：下圖2是探究“影響滑動(dòng)摩擦力的因素”實(shí)驗(yàn).本實(shí)驗(yàn)中水平拉著彈簧測力計(jì)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，將a和b的實(shí)驗(yàn)比較可知滑動(dòng)摩擦力的大小和什么有關(guān)，將a和c的實(shí)驗(yàn)比較可知滑動(dòng)摩擦力的大小和什么有關(guān).很顯然，分析可以發(fā)現(xiàn)，a和b實(shí)驗(yàn)平面都是木板面，只是質(zhì)量不同.因此，可以發(fā)現(xiàn)它探究的是質(zhì)量對(duì)滑動(dòng)摩擦力的影響.由于做勻速直線運(yùn)動(dòng)，受力平衡，彈簧測力計(jì)的示數(shù)就等于所受摩擦力的大小.同理，對(duì)比實(shí)驗(yàn)a和c，質(zhì)量相等，可是接觸面的類型卻是不同的，a是木板面，c是磨砂面.可見控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的有著十分廣泛的應(yīng)用.在探究某一變量的影響情況時(shí)，其余變量都是無關(guān)變量，應(yīng)當(dāng)控制相同，略去其影響.否則多個(gè)物理量同時(shí)變化，無法得出具體是哪個(gè)物理量的影響.對(duì)于這道題目而言，如果對(duì)比實(shí)驗(yàn)b和實(shí)驗(yàn)c，就無法得出到底是哪個(gè)因素引起了摩擦力大小的變化.

應(yīng)用控制變量法能夠使我們更加高效地分析和探究，提升解題效率.但是它也不是萬能的.在解決題目時(shí)，大家首先需要做的就是分析題目，找到正確的解題方法后再開始后續(xù)求解.

3 結(jié)語

總的來說，控制變量在初中物理學(xué)習(xí)中有著十分廣泛的應(yīng)用，學(xué)生們應(yīng)當(dāng)通過學(xué)習(xí)掌握這一方法，從而幫助自己更加高效地探究解決物理問題.但是僅僅聽老師的課堂講解是無法掌握的，學(xué)生們還要在課余時(shí)間積極地練習(xí)鞏固.在教學(xué)時(shí)，教師們也要注重對(duì)大家的引導(dǎo)，讓學(xué)生們自主思考，逐漸深入，而不是直接灌輸給大家.只有這樣，同學(xué)們才能更加深入地理解掌握控制變量法，有助于為其以后的物理學(xué)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)，利于走可持續(xù)發(fā)展的道路.

參考文獻(xiàn)：

[1]陳花.探討初中物理電學(xué)中控制變量法的實(shí)際應(yīng)用[J].文理導(dǎo)航，2013，（11）：42-43.

[2]田苗苗.控制變量法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 學(xué)科教學(xué)，2013，（12）：40-41.

[3]蘇榮華.談?wù)劤踔形锢淼摹翱刂谱兞糠ā盵J]. 中學(xué)物理. 2012，（18）：28-29.