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談?wù)効刂谱兞糠ㄔ诔踔形锢斫虒W(xué)中的應(yīng)用天津市濱海新區(qū)塘沽第二中學(xué)林木麗【摘要】物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科?？茖W(xué)方法作為物理認(rèn)知活動(dòng)的中介，是連接物理現(xiàn)象與物理知識(shí)之間的重要紐帶，在物理理論的發(fā)展中起著橋梁作用。初中階段，對(duì)于實(shí)驗(yàn)探究常用的控制變量法，我們要重點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于控制變量法的要求是：“嘗試考慮影響問(wèn)題的主要因素，有控制變量的初步意識(shí)。”控制變量法的精髓在于，通過(guò)控制單一變量，將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。本文將對(duì)控制變量法，分概念規(guī)律教學(xué)及解題過(guò)程兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。【關(guān)鍵詞】初中；控制變量法；探究《義務(wù)教務(wù)物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確將“過(guò)程與方法”作為重要的課程目標(biāo)，因此我們更應(yīng)重視科學(xué)方法的教育。初中生處于觀察能力和操作能力在迅速增強(qiáng)時(shí)期，然抽象思維能力還沒(méi)充分發(fā)展。作為教師我們不僅要教會(huì)學(xué)生知識(shí)，更要教會(huì)學(xué)生探究規(guī)律的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。而控制變量法作為有效的、常見(jiàn)的科學(xué)方法，在初中物理可能教學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用。一、控制變量法的含義我們?cè)趯?duì)某個(gè)物理量進(jìn)行探究的過(guò)程中，往往需要讓某個(gè)因素發(fā)生變化，控制其他因素保持不變，這樣的方法就是控制變量法。通過(guò)這種方法，我們可以把多因素的問(wèn)題化為幾個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題進(jìn)行探究，從而解決問(wèn)題。類(lèi)似于數(shù)學(xué)函數(shù)中的y=f（x1,x2,...,xn），可以通過(guò)控制x2,x3,...,xn保持不變，只研究y=f1（x1），同樣的，可以得到其他關(guān)系。這種方法就是控制變量法。運(yùn)用控制變量法的基本流程如下：明確研究對(duì)象猜想出影響研究對(duì)象（因變量）的其他物理量（自變量）在此應(yīng)特別注意，運(yùn)用控制變量法的自變量至少是兩個(gè)。如影響電流做功的因素就有電壓、電流、通電時(shí)間三個(gè)因素。有的學(xué)生就會(huì)猜與電壓、電流、通電時(shí)間均有關(guān)。實(shí)際上，除通電時(shí)間外，其他三個(gè)量的相互關(guān)系受歐姆定律制約，如何解釋才能讓學(xué)生認(rèn)可，這也考研了教師的教學(xué)技巧。采用“一對(duì)一”原則研究因變量和自變量的關(guān)系A(chǔ)，C一定B，C一定A，C一定B，C一定A，B一定控制變量法S跟A，B，C幾個(gè)物理量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)論被研究的物理量S猜想S跟A，B，C幾個(gè)物理量有關(guān)S與A的關(guān)系S與C的關(guān)系S與B的關(guān)系二、控制變量法在概念規(guī)律教學(xué)中的應(yīng)用1.概念教學(xué)密度是整個(gè)初中物理中重要的概念之一。如冰熔化成水后其質(zhì)量、體積、密度的變化等，常出現(xiàn)在試題中。采用控制變量法進(jìn)行密度教學(xué)，可準(zhǔn)備好以下材料分步展開(kāi)：用紙將兩塊體積相同的肥皂和泡沫塑料包裹好，讓學(xué)生自己感受質(zhì)量的不同。得出結(jié)論體積相同的不同物質(zhì)組成的物體，密度大的，其質(zhì)量大。(2)1kg的鐵和1kg的棉花誰(shuí)的質(zhì)量大？得出結(jié)論質(zhì)量相同的不同物質(zhì)組成的物體，密度大的，其體積小。(3)大小不同的鋁塊，分別測(cè)它們的質(zhì)量和體積。得出結(jié)論同種物質(zhì)組成的不同物體，體積增大幾倍，其質(zhì)量也增大幾倍，即m/V的值不變，進(jìn)而引出密度這個(gè)物理量。除了密度，運(yùn)用到控制變量法的概念還有速度，壓強(qiáng)，比熱容，摩擦力等等?？刂谱兞糠ㄓ行虻胤纸夂统尸F(xiàn)了物理概念，幫助學(xué)生對(duì)影響物理量的多個(gè)因素逐一進(jìn)行研究，幫助學(xué)生理清思路，高效完成學(xué)習(xí)。2.規(guī)律教學(xué)教材中第一次出現(xiàn)控制變量法，是在八年級(jí)（上冊(cè)）的“聲音的特性”一節(jié)“探究影響聲音音調(diào)和響度的因素”。教材中要求學(xué)生掌握控制變量法是在九年級(jí)的“電流與電壓和電阻的關(guān)系”一節(jié)。(l)控制電路電阻不變，改變線路兩端的電壓值，進(jìn)而獲得線路中電流、電壓之間的關(guān)系。(2)控制電路中電壓不變，通過(guò)一些方法，比如更換電阻，串聯(lián)電阻等方法改變線路中的電阻值，進(jìn)而獲得線路中電阻與電流之間的關(guān)系，具體得到歐姆定律。把課堂充分留給學(xué)生進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，在取得科學(xué)數(shù)據(jù)的同時(shí)，畫(huà)出了I-U圖像和I-R圖,并把它們的關(guān)系概括如下:在電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比！在電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比！教材中運(yùn)用控制變量法探究的物理規(guī)律還有很多，如：歐姆定律，焦耳定律，牛頓第一定律，鋼尺振動(dòng)的快慢和發(fā)聲的音調(diào)的關(guān)系，決定電阻大小的因素，影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素，磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用，影響摩擦力的大小的因素，液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)，探究斜面的機(jī)械效率，探究影響浮力大小的因素，探究影響動(dòng)能大小的因素，探究影響重力勢(shì)能大小的因素等等。初中階段很多規(guī)律都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，而在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制變量法的應(yīng)用是非常廣泛的。教師要充分的利用實(shí)驗(yàn)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)控制變量法進(jìn)行運(yùn)用，讓學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)體驗(yàn)科學(xué)的探究方法。三、控制變量法在解題過(guò)程中的應(yīng)用物理中考試題中控制變量法是必考體型。因此，教師在課堂上要針對(duì)性的舉出一些控制變量法的試題，使學(xué)生能熟練應(yīng)用控制變量法解題，提高學(xué)生的解題效率。解決比大小的問(wèn)題例1：相同質(zhì)量的水和煤油，如果它們吸收相同的熱量，那么誰(shuí)的溫度變化范圍大？分析：由題意可知，要想得到結(jié)果，需要分析四個(gè)物理量，即熱量公式：Q=cm△t中的熱量、比熱容、質(zhì)量、溫度變化值。題中問(wèn)的是誰(shuí)的溫度變化范圍大，即△t，變換公式得：△t=Q/cm，運(yùn)用控制變量法的思想可知，二者吸收熱量相同，質(zhì)量相同，那么水和煤油誰(shuí)的比熱容小，誰(shuí)的溫度變化范圍就大，答案為煤油。對(duì)于這類(lèi)型的物理題，學(xué)生要深度挖掘題意，將題中的實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)換為相關(guān)的定理公式，然后提煉出題干中可能影響結(jié)果有關(guān)的相同變量和不同變量，然后依據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行推導(dǎo)討論，最終準(zhǔn)確快速地得出正確的答案。2.快速確定解題思路例2：同一水平桌面上放有兩個(gè)大小相同的長(zhǎng)方體木塊和鐵塊，現(xiàn)想探究木塊和鐵塊的下表面誰(shuí)更粗糙，請(qǐng)你只利用一個(gè)量程滿足實(shí)驗(yàn)要求的彈簧測(cè)力計(jì)，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證你的猜想，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)的步驟、現(xiàn)象和結(jié)論。分析：這種試題主要考察學(xué)生運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的能力。我們知道，在壓力相同時(shí)，摩擦力越大，物體的接觸面越粗糙。因此在設(shè)計(jì)本題的實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，首先要保證壓力相同（控制變量），可將木塊和鐵塊疊起來(lái)解決，木塊在下鐵塊在上疊放勻速直線拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，記錄測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1；再將鐵塊在下木塊在上疊放勻速直線拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，記錄測(cè)力計(jì)的示數(shù)F2，分析比較說(shuō)明。3.動(dòng)態(tài)電路中“動(dòng)中取靜”例3：試分析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí)，電流表和兩電壓表的示數(shù)如何變化？分析：此電路是電學(xué)中的一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)電路，眾所周知，動(dòng)態(tài)電路是電學(xué)的重難點(diǎn)，在分析過(guò)程中學(xué)生們普遍感到困難，因此，準(zhǔn)確率低。學(xué)生們對(duì)滑片向左移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器的電阻R2的變化和電路中電流I的變化比較容易判斷，但對(duì)于U1、U2的變化就感到無(wú)從下手。教師可以引導(dǎo)學(xué)生從U=IR入手（電壓與電流和電阻兩個(gè)因素有關(guān)），當(dāng)I、R都發(fā)生變化時(shí)（R變小，I變大），很難判定U如何變化。此時(shí)最好運(yùn)用控制變量法的思路，保證I、R其中一個(gè)因素不變，只改變另一個(gè)因素。電路中的電流I肯定要發(fā)生改變，所以要從定值電阻R1入手。電路中的電流I變大，R1不變，根據(jù)歐姆定律可知，R1兩端的電壓U1變大。電源電壓不變，U1變大，則U2變小。學(xué)生們明白了這樣分析的原因（定值電阻R1，電源電壓不變是關(guān)鍵），就能正確運(yùn)用控制變量法來(lái)突破難點(diǎn)了?？梢?jiàn)，在解決物理問(wèn)題時(shí)，如能恰當(dāng)運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行分析，確實(shí)能起到提高解題速度與準(zhǔn)確率的良好效果。更為重要的是，通過(guò)這一實(shí)際問(wèn)題的解決過(guò)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(wèn)題作了有益的嘗試。在初中物理中，可用控制變量這一科學(xué)方法去分析解決的實(shí)際問(wèn)題還很多，這就為學(xué)生靈活應(yīng)用這一科學(xué)方法解決問(wèn)題提供了保證。四、總結(jié)控制變量法是科學(xué)的研究方法，有的放矢的使用是第一位的。有些問(wèn)題不具備使用控制變量法的條件，不能亂用。如探究重力與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，若讓學(xué)生猜想重力的大小與哪些因素有關(guān)就屬于節(jié)外生枝，在建立速度、密度的概念之前，就想讓學(xué)生考慮影響這些量大小的因素，只會(huì)讓學(xué)生的思維陷入死胡同。學(xué)會(huì)科學(xué)方法比學(xué)會(huì)物理知識(shí)更重要，但與學(xué)科知識(shí)不同，科學(xué)方法的存在通常是隱性的，隱藏在知識(shí)背后的。初中物理教學(xué)過(guò)程中。教師應(yīng)把“隱藏”在物理只是背后的科學(xué)方法挖掘出來(lái)，從而使科學(xué)方法明朗化。由淺入深，循序漸進(jìn)，先易后難的讓初中生掌握這種重要的科學(xué)研究方法?？傊?，控制變量法的教學(xué)充分體現(xiàn)了新課標(biāo)的理念。物理教師在傳授知識(shí)的過(guò)程中，要注意培養(yǎng)學(xué)生利用控制變量法研究問(wèn)題的能力，提高初中物理教學(xué)的質(zhì)量，為今后學(xué)生提出問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)打好基礎(chǔ)。[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-