初中物理教學(xué)中控制變量法及其應(yīng)用論文
【摘 要】以現(xiàn)代研究性學(xué)習(xí)理論和新課程標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，將物理學(xué)科中研究問題常用的一種科學(xué)方法“控制變量法”，在初中物理中的應(yīng)用作歸納，并對(duì)初中物理教學(xué)中正確使用“控制變量法”提出建議與思考。
【關(guān)鍵詞】控制變量法應(yīng)用 科學(xué)方法探究
目前，構(gòu)建主義作為一種新的認(rèn)知理論，已成為國際科學(xué)教育改革的主流理論。構(gòu)建主義強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的自主性、社會(huì)性、情景性，由此產(chǎn)生出探究性學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)等現(xiàn)代學(xué)習(xí)方式。倡導(dǎo)“記憶的理科”轉(zhuǎn)向“探究的理科”、“單向教學(xué)”轉(zhuǎn)向“合作學(xué)習(xí)”。物理課程標(biāo)準(zhǔn)在課程總目標(biāo)中指出：“義務(wù)教育階段的物理教育目標(biāo)是培養(yǎng)全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”，特別將科學(xué)探究納入內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，旨在加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。
在物理學(xué)中研究對(duì)象往往不是孤立的，總是處于與其他事物和現(xiàn)象的相互聯(lián)系之中，因此影響研究對(duì)象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素相互交錯(cuò)、共同起作用的。
要想精確地把握研究對(duì)象的各種特點(diǎn)，弄清事物變化的原因和規(guī)律，單靠自然條件下整體觀察研究對(duì)象是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須對(duì)研究對(duì)象施加人為的影響，造成特定的便于觀察的條件，也就是當(dāng)影響某一物理量變化的因素較多時(shí)，要研究某一個(gè)因素的變化對(duì)該物理量的影響，必須保持其它因素不變，否則就無法知道該物理量的變化是由哪個(gè)因素的變化引起的。例如：物理量A與B、C、D等因素都有關(guān)，得出A與B之間具體關(guān)系的方法是：控制C、D不變，只改變B，判斷A的變化，從而得出規(guī)律；再采用類似的步驟分析得出A與C、A與D之間的聯(lián)系。這就是控制變量的方法，運(yùn)用“控制變量法”可以使物理量的變化簡(jiǎn)化為分別與各個(gè)單因素的變化有關(guān)的問題，逐一分析、解決，從而降低物理問題的分析難度。
在物理教學(xué)中，如何做到以學(xué)生為主體，把“控制變量法”有機(jī)地融入學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中，對(duì)于貫徹、實(shí)施新課程標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力極為重要。近幾年各地中考試題中出現(xiàn)了很多需要利用這一方法解答的考題，本文就“控制變量法”在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用作初步探討。
一、控制變量法在建立概念及規(guī)律教學(xué)中的應(yīng)用。
控制變量法常用于探究物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，例如：“牛頓第一定律”、“阿基米德原理”、“歐姆定律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)”、“壓強(qiáng)”等都運(yùn)用了“控制變量法”這一科學(xué)方法。
例如：歐姆定律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師可以組織學(xué)生討論怎樣研究I、U、R之間的關(guān)系，確定研究對(duì)象是電流以后，引導(dǎo)學(xué)生采用控制變量法，先控制一個(gè)物理量“電阻”不變，研究電流與電壓兩個(gè)物理量的關(guān)系，再控制另一個(gè)物理量“電壓”不變，研究電流與電阻兩個(gè)物理量之間的關(guān)系，最后將這些單一關(guān)系綜合、歸納找出它們之間的規(guī)律，得出歐姆定律。
例如：在物理啟蒙教育階段，為了突出路程的大小，時(shí)間長(zhǎng)短，運(yùn)動(dòng)快慢之間的關(guān)系。分兩個(gè)層次控制變量，第一個(gè)層次，選取各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)中最簡(jiǎn)單的勻速直線運(yùn)動(dòng)，即控制運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線，不反向，且運(yùn)動(dòng)快慢不變。第二個(gè)層次，在大環(huán)境下，分別選擇不同變量控制，研究?jī)蓚�(gè)對(duì)應(yīng)量之間的關(guān)系：
�。�1）控制時(shí)間相同時(shí)，比較兩物體路程大小來判斷物體運(yùn)動(dòng)快慢，學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)?zāi)茏屍涞贸稣_結(jié)論：路程越大，運(yùn)動(dòng)越快，速度越大。
�。�2）控制路程相等時(shí)，比較兩個(gè)運(yùn)動(dòng)物體完成全程所用時(shí)間的多少來比較物體運(yùn)動(dòng)的快慢，通過學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)也知道：先到達(dá)終點(diǎn)的速度快（即用時(shí)少的速度快）；然后通過綜合比較可得表達(dá)式V=S/t。
二、控制變量法在探究性實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。
探究教學(xué)講究發(fā)散思維、多方探討、發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，各抒己見；而控制變量法則是對(duì)實(shí)驗(yàn)限制條件，只能對(duì)某一方面進(jìn)行探討和研究。兩者看似矛盾，其實(shí)質(zhì)是統(tǒng)一的�？刂谱兞糠ㄊ怯袟l件的探究，是建立在一定的知識(shí)、能力基礎(chǔ)上的探究，它可以去除學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的盲目性，在教師有目的引導(dǎo)下，提出問題，明確分析對(duì)象，運(yùn)用合理的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，探索教學(xué)中的問題，從而解決問題。
例如：“探究影響液體蒸發(fā)快慢的因素”時(shí)，學(xué)生會(huì)猜想：影響液體蒸發(fā)快慢的因素可能有溫度的高低，液體表面積大小，液體的質(zhì)量大小，液體種類等因素。諸多因素中，要讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證猜想，無疑會(huì)增加學(xué)生的盲目性，因?yàn)槭苡绊懸蛩靥�，�?duì)初學(xué)者來說，會(huì)覺得每個(gè)因素都有影響，而各因素之間又相互受影響，學(xué)生根本無法從中找到正確的結(jié)論，此時(shí)教師應(yīng)該主動(dòng)引導(dǎo)，幫助學(xué)生排除相關(guān)的干擾因素，采用控制變量法。讓學(xué)生通過比較對(duì)照、分析、觀察，實(shí)際發(fā)現(xiàn)真正的影響因素。比如引導(dǎo)學(xué)生用兩杯質(zhì)量相同、體積相同、表面積相同的水，都放在同一室內(nèi)，一杯用塑料膜罩住，另一杯不罩，同時(shí)放在電風(fēng)扇下吹風(fēng)。學(xué)生很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)，用電風(fēng)扇吹一段時(shí)問后，罩塑料膜的那杯水，體積幾乎不變，而沒罩塑料膜的那杯水，體積明顯減少，學(xué)生一下子就可分析出表面空氣流動(dòng)的速度對(duì)水的蒸發(fā)的影響了。以此類推，學(xué)生很容易探得其它因素的影響關(guān)系。
三、控制變量法在習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用。
在利用物理知識(shí)去分析和解決一些實(shí)際問題時(shí)，如能靈活應(yīng)用“控制變量”進(jìn)行分析，就會(huì)起到事半功倍的效果。在初中物理教學(xué)中，可用“控制變量”去分析和解決的實(shí)際問題是很多的，這就為這一科學(xué)的教學(xué)方法和應(yīng)用提供了很好的機(jī)會(huì)。
例如：質(zhì)量相等的水和煤油，吸收相同的熱量后誰的溫度升高較大？
分析：這道題初看起來似乎有一定的難度，因?yàn)檫@句話中包含了四個(gè)物理量，也就是說，要比較誰的溫度升高較大，就要同時(shí)分析其它三個(gè)物理量（質(zhì)量、熱量、比熱容）對(duì)它的綜合影響，如果沒有一種科學(xué)的分析方法，要解決這樣一個(gè)實(shí)際問題不僅費(fèi)時(shí)且準(zhǔn)確率不高，但如果能對(duì)學(xué)生加以恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，讓他們考慮是否可用物理實(shí)驗(yàn)常用的科學(xué)方法來解決這道實(shí)際問題，經(jīng)過思考及同學(xué)間的相互討論，許多同學(xué)會(huì)想到用“控制變量法”，結(jié)合公式Q=cm△t解決這個(gè)問題。思路如下：因?yàn)檫@個(gè)問題要解決的是△t（升高的溫度）的大小，所以先將此公式變成△t=Q/ cm的形式，在分析題目發(fā)現(xiàn)m、Q相同，即這個(gè)問題中△t僅取決于c，且從△t=Q/Cm這個(gè)關(guān)系式中可以看出，當(dāng)m、Q相同時(shí)△t與c成反比，而水的比熱容大于煤油的比熱容，因此很容易得出這個(gè)問題的答案是：“煤油的升高溫度比水大”。
在解決物理問題時(shí)，如能恰當(dāng)運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行分析，確實(shí)能起到提高解題的速度與準(zhǔn)確率的良好效果。更為重要的是，通過這些實(shí)際問題的解決過程，使學(xué)生對(duì)如何應(yīng)用“控制變量法”等科學(xué)方法去分析、解決問題作了有益的嘗試。在初中物理（如在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)）中，一個(gè)物理量往往與多個(gè)變量有關(guān)，一般不可能同時(shí)研究多個(gè)變量對(duì)研究對(duì)象的綜合影響，只能采取控制變量逐個(gè)分析的方法。這些物理量主要有弦的.音調(diào)、聲音的響度、固體液體氣體壓強(qiáng)、浮力、杠桿平衡條件、動(dòng)能及重力勢(shì)能因素、功率、機(jī)械效率、影響內(nèi)能的因素、熱量（燃燒燃料）、影響電阻的因素、歐姆定律、電磁鐵磁性、電功、電功率……所以，“控制變量法”是研究物理問題的最重要、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)方法，學(xué)生必須對(duì)“控制變量法”不斷加深理解，并逐步達(dá)到有意識(shí)地去應(yīng)用的目的。
四、建議與思考
1、探究過程中使用控制變量法應(yīng)注意：①教師在課前要做好大量的準(zhǔn)備工作，為所探究的問題設(shè)種種可產(chǎn)生的結(jié)果，做好充分的思想準(zhǔn)備和解決方案。②備教材的同時(shí)備學(xué)生，因材施教，因材施控。要循循善誘，密切引導(dǎo)，一步步將他們引入成功的殿堂。③善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的細(xì)微進(jìn)步，為探究教學(xué)進(jìn)一步的開展奠定思想基礎(chǔ)。
2、“控制變量法”的應(yīng)用應(yīng)注意變量的可控性及有效控制無關(guān)變量。根據(jù)研究的需要，借助各種方法技術(shù)減少或消除各種可能影響實(shí)驗(yàn)科學(xué)性的無關(guān)因素的干擾，在簡(jiǎn)化純化的狀態(tài)下認(rèn)識(shí)研究對(duì)象。
3、注意應(yīng)用能力的遷移，“控制變量法”作為物理學(xué)中的研究方法，在教學(xué)中要注意“授人以魚”與“授人以漁”的關(guān)系。宏觀上可采用“一學(xué)習(xí)、二模仿、三創(chuàng)造”的教學(xué)模式，最終將學(xué)過的科學(xué)方法獨(dú)立地遷移到新知識(shí)的學(xué)習(xí)中，或應(yīng)用于解決自己遇到的新問題，從而達(dá)到培養(yǎng)能力、提高科學(xué)素質(zhì)的目的。
參考文獻(xiàn)
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[4] 閻金鐸等著《中學(xué)教師物理教育研究方法》
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