控制變量法及其在初中物理教學中的應用
[摘要] 以現代研究性學習理論和新課程標準為指導，結合教學實踐，總結了“控制變量法”這一研究物理問題的常用科學方法在初中物理中的運用，并對在初中物理教學中正確運用“控制變量法”提出了建議和思考。
【關鍵詞】控制變量方法科學方法應用研究
目前，建構主義作為一種新興的認知理論，已成為國際科學教育改革的主流理論。建構主義強調學習的自主性、社會性和情境性，由此產生了探究式學習、合作學習等現代學習方式，主張從“基于記憶的科學”轉向“基于探究的科學”，從“單向教學”轉向“合作學習”。物理課程標準在總體課程目標中指出：“義務教育階段物理教育的目標是培養全民學生的科學素養”，并專門將科學探究納入內容標準，旨在強化學生的科學素養。
在物理學中，研究對象往往不是孤立的，而是總是與其他事物、現象相互聯系，因此，很多時候影響研究對象的因素并不是單一的，而是多種因素交織、共同作用的。
為了準確地掌握研究對象的各種特性，找出事物變化的原因和規律貝語網校，單單在自然條件下對研究對象整體進行觀察是遠遠不夠的，還必須對研究對象施加人為的影響，創設便于觀察的具體條件。即當影響某一物理量變化的因素很多時，為了研究某一因素的變化對該物理量的影響，必須保持其他因素不變，否則就無法知道是哪一個因素引起了該物理量的變化。例如：物理量A與B、C、D等因素有關。求得A與B之間具體關系的方法是：控制C、D不變，只改變B，判斷A的變化，從而得出規律；再用類似的步驟，分析得出A與C、A與D之間的關系。這就是控制變量法。 采用“控制變量法”，可以把物理量的變化簡化為與各個單一因素的變化相關的問題初中物理研究性論文，逐一進行分析、求解，從而降低了分析物理問題的難度。
在物理教學中，如何以學生為主體，將“控制變量法”有機融入學生的探究學習活動中，對于貫徹新課程標準、培養學生的科學探究能力極為重要。近年來，各地中考中出現了不少需要用此法作答的題目。本文就“控制變量法”在初中物理教學中的應用作了初步探討。
1.控制變量法在教學中建立概念和規律的應用。
控制變量法在實驗教學中經常用來探究物理規律，例如《牛頓第一定律》、《阿基米德原理》、《歐姆定律的實驗教學》、《壓強》等都運用了“控制變量法”的科學方法。
例如：在歐姆定律的實驗教學中，教師可以組織學生討論如何研究I、U、R之間的關系。確定研究對象為電流后，引導學生運用控制變量法，先控制一個物理量“電阻”不變，研究電流與電壓兩個物理量之間的關系，再控制另一個物理量“電壓”不變，研究電流與電阻兩個物理量之間的關系，最后綜合、總結這些單一的關系，找出它們之間的規律，推導出歐姆定律。
例如：在物理啟蒙教育階段，為了凸顯距離長短、時間長短、運動速度之間的關系，對變量進行兩個層次的控制。第一層次，選取各種復雜運動中最簡單的勻速直線運動，即控制運動軌跡為直線，不倒轉，運動速度不變。第二層次，在一般環境下選取不同的變量進行控制，研究兩者對應量之間的關系：
（1）當控制時間相同時，比較兩物體行進的距離，判斷兩物體運動的速度有多快。學生的生活經驗會讓他們得出正確的結論：距離越大，運動越快，速度越大。
（2）當距離相等時，比較兩個運動物體完成整個行程所需的時間，以比較物體的速度。學生也從生活中知道，先到達終點的物體速度更快（即用時少的物體速度更快）。然后，通過綜合比較，可得出表達式V = S/t。
2.控制變量方法在探索性實驗中的應用。
探究式教學強調發散思維、多方討論，充分發揮學生的主動性，發表自己的見解；而控制變量法是對實驗條件的限制，只能進行一個方面的探究和研究。兩者看似矛盾，其實本質上是統一的。控制變量法是一種有條件的探究，是以一定的知識和能力為基礎的，可以消除學生在學習過程中的盲目性，學生在教師有目的的引導下，提出問題，明確分析對象，運用合理的知識和經驗，探究教學中的問題，進而解決問題。
例如，在要求學生“探究影響液體蒸發速度的因素”時，學生會猜測影響液體蒸發速度的因素可能包括溫度、液體表面積、液體質量、液體種類等因素。在眾多因素中，要求學生通過實驗來驗證猜想無疑會增加學生的盲目性，因為影響的因素太多，對于初學者來說，會覺得每個因素都有影響，因素之間是相互影響的，學生無法從中找到正確的結論。此時，教師應主動引導和幫助學生排除相關干擾因素，采用控制變量法，讓學生通過比較、分析、觀察，找到真正的影響因素。例如，引導學生用兩杯質量、體積、表面積相同的水，放在同一個房間，用塑料薄膜蓋住其中一個杯子，另一個杯子不蓋，放在電風扇下同時吹風。 學生很快就會發現，用電風扇吹一段時間后，蓋上保鮮膜的那杯水的體積幾乎不變，而沒有蓋上保鮮膜的那杯水的體積則明顯減少。學生可以立即分析出表面氣流速度對水蒸發的影響。通過類比，學生很容易探究其他因素的影響。
3.控制變量法在練習教學中的應用。
在運用物理知識分析解決一些實際問題時，如果能靈活運用“控制變量”進行分析，就會收到事半功倍的效果。在初中物理教學中，有很多實際問題可以用“控制變量”來分析解決，這為這一科學的教學方法和應用提供了良好的契機。
例如：如果水和煤油的質量相等，吸收相同量的熱量后，哪一個的溫升更大？
分析：這道題乍一看似乎很難，因為這句話里包含了四個物理量，也就是說要比較誰的溫升更大初中物理研究性論文，就需要同時分析另外三個物理量（質量、熱量、比熱容）對其的綜合影響。如果沒有科學的分析方法，解決這樣的實際問題不僅費時費力，而且準確率也較低。但如果能適當引導學生思考能否用物理實驗中常用的科學方法來解決這個實際問題，經過同學們的思考和相互討論，很多學生就會想到用“控制變量法”，結合公式Q=cm△t來解決這個問題。思路如下：因為這道題是求△t（溫升）的大小，所以先把這個公式改成△t=Q/cm的形式。 在對題目的分析中發現，m與Q相同，即本題中的△t只取決于c，而從關系式△t=Q/Cm可知，當m、Q相同時，△t與c成反比，而水的比熱容大于煤油，因此很容易得出本題答案為：“煤油的溫升大于水的溫升”。
在解決物理問題時，如果能恰當地運用科學方法進行分析，確實可以提高解決問題的速度和準確性。更重要的是，通過解決這些實際問題的過程，學生們對如何運用“控制變量法”等科學方法分析和解決問題進行了有益的嘗試。在初中物理（如力學、電學、熱力學等）中，一個物理量往往與多個變量有關，一般不可能同時研究多個變量對研究對象的綜合影響，只能采取逐一控制變量的方法。這些物理量主要有弦的音高、聲音的響度、固體、液體、氣體的壓力、浮力、杠桿平衡條件、動能和重力勢能因素、功率、機械效率、影響內能的因素、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……因此，“控制變量法”是研究物理問題最重要、應用最廣泛的科學方法。 學生必須不斷加深對“控制變量法”的理解，逐步達到自覺運用的目的。
4.建議和想法
1、在探究過程中運用控制變量法時，應注意以下幾點： ①教師在課前要做大量的準備工作，對所要探究的問題設置各種可能的結果，做好充分的思想準備和解決的辦法。 ②在準備教材的同時，做好學生的準備，因材施教，因材施教。要耐心、親切，貼心引導，一步步帶領學生走進成功的殿堂。 ③善于發現學生細微的進步，為探究教學的進一步開展奠定思想基礎。
2、應用“控制變量法”時，應注意變量的可控性和對無關變量的有效控制，根據研究的需要，采用各種方法和技術，減少或消除可能影響實驗科學性的各種無關因素的干擾，以簡化、純化的狀態去理解研究對象。
3、注重應用能力的遷移。作為物理學研究方法的“控制變量法”，在教學中應注意“授人以魚”與“授人以漁”的關系。宏觀上可采取“先學、二學、三創”的教學模式，最終將所學的科學方法自主遷移到新知識的學習中，或應用于解決自己遇到的新問題，達到培養能力、提高科學素質的目的。
參考
[1] 廖伯勤、張大昌主編的《初中物理課程標準解讀》
[2] 項紅專主編，《中學教學研究論文寫作指導》
[3]裴迪娜，教育研究方法導論。
[4] 閆金鐸等，中學物理教師教育研究方法
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