“控制变量法”在物理教学中的运用|物理中运用控制变量法

　　[摘 要] 控制变量法是物理学中常用的重要研究方法。文章结合控制变量法的特点以及中学教学中的实例，阐述了在物理教学中如何运用好控制变量法来探索问题和分析解决问题。 　　[关键词] 控制变量法 中学物理教学 运用
　　
　　新课程理念下，探究性教学方法必将成为未来课堂教学的主线。在中学物理教学中，如何做到以学生为
　　主体，引导学生探究性学习，给学生提供更多的获取
　　知识的方法和渠道，是广大物理教师思考的问题。恰当地运用控制变量法，科学地解决中学物理中常用的多变量问题，将对贯彻新课程理念、探究物理规律、理解物理概念、设计物理实验、解决物理问题以及培养学生的科学探究能力发挥着积极的重要的作用。
　　一、控制变量法
　　自然界中各种现象往往错综复杂，现象和结果之间总有一些因果关系，有一因一果、一因多果、多因一果等关系。当事物的变化受多种因素的影响时，为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中一个或几个因素用人为的方法控制起来，保持其不变，然后比较其中两个量之间的关系。这种研究问题的方法叫控制变量法。
　　控制变量法是一种最常见的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法。在中学物理学中，常常遇到多变量问题，只要采用控制变量的方法，把多变量的问题变成多个单变量的问题，如每一次只改变其中的某一个变量，而控制其余几个变量不变，从而研究被改变的这个变量对事物的影响、与研究对象的关系，分别加以研究，最后就能得到综合解决。它已成为物理研究中常见的方法之一，也是进行探究性学习必不可少的方法。只有充分发挥它积极的作用，才能使之真正成为生产生活中解决问题的重要方法。
　　二、控制变量法在物理教学中的应用
　　中学物理教学要培养学生的创新精神和实践能力，注重学生实验方法的掌握，这就要求教师处理好学生的自主性与教师的指导之间的关系，灵活运用多种实验方法，提高学生的实验能力。控制变量法作为一种科学的研究方法和思想方法，值得我们认真地学习和研究。
　　1.体验感悟：教会学生学习运用好控制变量法的前提
　　中学生在生活中已积累了较多的生活经验，尤其是到了青春期，抽象思维能力迅速发展，对事物的认识已不满足于表面现象，他们已具备将生活常识和科学知识结合在一起并进行分析比较的能力，对一些科学探究的方法有着强烈的兴趣。因此，教师应在教学中结合教材中的科学家、科学史，介绍科学家用控制变量法探究物理规律的过程和方法，使学生感受控制变量法的存在，体验科学家探究科学获得成功的愉悦的心理历程。如在教师的指导下运用控制变量法解决一些简单的问题，探究力与运动的关系、探究影响滑动摩擦力大小的因素、探究影响压力的作用效果的因素、探究影响液体压强大小的因素、探究影响浮力大小的因素、探究影响滑轮组的机械效率的因素、探究影响重力势能大小的因素、探究影响导体电阻大小的因素、验证欧姆定律、探究影响电流做功多少的因素、探究影响电流的热效应的因素、探究影响电磁铁磁性强弱的因素等的同时，讲一些科学家在实验中的亲身体会与快乐，让学生共同分享，一起体验与感悟；同时在对物理概念规律的讲解分析过程中进行控制变量法的训练，让学生理解其内涵，使学生初步认识和体会控制变量法研究问题的思维过程，这将为他们掌握和运用此方法奠定基础。
　　2.掌握方法：教会学生学习运用好控制变量法的关键
　　“授人以鱼，不如授人以渔。”这就要求我们在教学中不仅要教会学生知识，更要教会学生学习的科学方法。现代知识观认为，应从强调积累知识走向发现和分析知识，知识是过程不是结果，知识依存于知识掌握者，知者与被知者紧密结合在一起。一种科学方法也是知识，而且是较知识本身更重要的知识。中学物理概念、规律的建立和应用过程中大多蕴藏着控制变量法这一科学方法。例如在研究速度、密度、压强、力的三要素、欧姆定律、电功焦耳定律、电阻等知识时，在教学过程中要放手让学生进行挖掘、分析――分别控制了什么因素，另一因素是如何影响结果的。让同学们讨论、交流。
　　举例来说，s=vt 即：位移=速度×时间。这个公式可以用控制变量法来研究，就是说，知道“速度”、“位移”、“时间”，但为了研究出“位移=速度×时间”这个公式，我们要采用控制变量法。研究的方法是这样的：我们让一辆小车匀速行驶一段时间，然后看它的位移。为了研究“位移”跟“速度”、“时间”是什么关系，我们先让小车以不同的速度行驶相同的时间，比较两种情况下行驶的位移。例如：先以3m/s的速度行驶5秒，记下位移15m；接着以9m/s的速度行驶5秒，记下位移45m，这样我们可以看到在同样的时间里，速度翻了几倍，位移也翻了几倍，即位移和速度成正比。注意在这个例子中，我们故意让小车两次行驶的时间保持一致（都是5秒），从而就可以发现“位移和速度成正比”这个关系。因为是控制住“时间”这个变量，使其不变来研究问题，所以这种方法叫“控制变量法”。同样的，如果我们控制住“速度”这个变量，也同样可以发现“位移和时间成正比”这个关系（做法就是，让小车以相同的速度行驶不同的时间，比较两种情况下行驶的位移）。
　　3.解决问题：教会学生学习运用好控制变量法的目标
　　控制变量法体现在具体的物理研究过程中，只有把研究过程充分而又合理地展现出来，学生才能看到控制变量法的特征有什么作用及其是怎样解决问题的。因此，只有通过学生的具体探究、尝试、体验，才能达到掌握控制变量法的目的。教学中要有意识地创设活动情境，激发探究的热情，在活动中掌握控制变量法，在活动中培养学生探究和创新能力。
　　例如，在“研究滑动摩擦力大小跟哪些因素有关”时让学生思考：如何捉住鳝鱼？学生议论纷纷，各抒己见。教师将学生列举的方法板书在黑板上，并且让学生分析归类，进而让学生猜想：滑动摩擦力可能与接触面的粗糙程度、压力的大小、接触面积、物体的运动速度有关。猜想是否正确，如何判断？再追问：当一个量同时随几个量变化时，用什么方法来研究？让学生讨论，同时教师启发点拨：将哪些变量控制起来？这种方法叫什么法？接着师生共同设计实验方案，验证猜想：一、“滑动摩擦力与接触面的粗糙程度有关。”讨论：需要控制的物理量分别是什么？（压力、速度、受力面积）如何控制在实验中这些量不变？（同一木块放在水平面上，分别以一个相同的速度匀速前进）如何测摩擦力？（用弹簧秤拉木块匀速前进，拉力与摩擦力平衡，弹簧秤的示数的大小等于摩擦力）如何体现接触面的粗糙程度？（接触面分别为木板面和毛巾面）最后应比较什么而得出什么结论？（比较两次摩擦力是否相等，若不等，则与接触面的粗糙程度有关；若相等，则无关）最后综合方案为：将1长方体木块分别放在毛巾面和木板面上，以同样的速度匀速拉动，通过弹簧测力计的读数读出摩擦力的大小，并进行比较，看是否与猜想一致。同理逐一进行验证其他三个猜想。
　　这样的课堂充满快乐，充满生趣，充满激情与智慧，学生受益匪浅。
　　总之，教师在教学过程中把重点放在揭示知识的形成过程上，暴露知识的思维过程，让学生通过感知――概括――应用的思维过程中去发现真理，掌握规律。而应用控制变量法进行科学探究正能实现这一教学目标。
　　
　　(作者单位：四川省阿坝州松潘县中学)