控制变量法在中学物理教学中的应用

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摘要：文章通过分析沪科版初中物理教材，总结控制变量法在教材中的应用及其方法的重要性。具体从控制变量法在物理实验和物理规律教学中的体现，强调控制变量法对于中学生学习物理的重要意义，也表明教师在教学中要重点强化控制变量法。

关键词：控制变量法；中学物理；教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）36-0124-02

新一轮课程改革的核心是基础教育改革，在改革课程教学内容的同时，科学研究方法教学也是重要的改革内容之一。新课标指出物理课程的基本理念要注重科学探究，提倡学习方式多样化，应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。[1]可见科学方法教育已提上重要日程，在理科课程改革的进程中，“国内外一些具有远见卓识的学者和科学家，建议在适当更新教学内容的同时，加强科学方法的教育”。[2]按照现代科学观和科学教育观，科学教育不应该只是科学知识的教育，它还应该包含科学知识、科学方法。

物理科学方法就是研究物理现象、描述物理现象、实施物理实验、总结物理规律、检验物理规律时所应用的各种手段与方法。在严格的科学条件下，通过严密的观察实验和严格的逻辑推理，找到事物内各部分之间及事物与外部环境的相互关系和相互作用，确定相互作用产生的结构、运动变化的因果关系，以形成规律性知识。[3]

物理学的发展离不开科学的方法，同样，学习物理也离不开科学方法，在平时的教学及学习中常用到的物理科学方法主要有：观察法、实验法、科学抽象法、逻辑推理法、控制变量法、类比法及想象法，等等，只有在教学和学习中综合应用各种科学方法才能使教学和学习的效果达到最佳。本文主要从控制变量法入手，概要阐述控制变量法在中学物理教学中的重要作用。

所谓控制变量法，就是就是把一个多因素影响某一物理量的问题，通过控制某几个因素不变，只让其中一个因素改变，从而转化为多个单一因素影响某一物理量的问题的研究方法。这种方法在实验数据的表格上反映为：某两次试验只有一个条件不相同，若两次试验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。

控制变量法是中学物理中最常用的方法，在中学物理课本中以下知识的教学和学习都涉及了控制变量法：

从此表格可以看出控制变量法在物理学中的涉及面很广，几乎贯穿于物理学的方方面面。而物理规律是物理知识的主体部分，物理实验又在验证物理规律时起着不可忽视的作用，在教师教学物理规律时常用到控制变量法进行对照讲解，所以控制变量对于物理教学有着重要的意义。

一、控制变量法在物理概念教学中的应用

物理学是一门研究物质结构及其物体运动规律的自然学科，其内容结构由理论和实验组成，在学习中学物理时不仅要认真学好理论知识，还要从实验中体会原理、定理和定律的建立过程，学会用实验的手段验证教材中的理论，进而培养学生对科学的探索精神。由此可见，中学物理概念在物理课中占有重要的地位，在教学某些物理概念时由于概念本身比较抽象，学生很少能全面理解概念的含义，在课堂引入时往往会使用到演示实验，而在演示实验中，很多实验都运用到了控制变量法。例如，在八年级物理教材第二章运动的世界第三节快与慢中引入速度概念时，为了让学生能够有速度的概念，运用了控制变量法分别控制路程相等和时间相等。在路程相等的前提下比较时间；在时间相等的前提下比较路程。通过这样控制变量之后进行比较，学生就很容易辨别哪个物体运动速度快，哪个物体运动速度慢，由此速度的概念自然而然就引出来。在中学物理教材中这样的例子很多，压强的引入也是一个典型的应用控制变量法的实例。

二、控制变量法在探究物理规律中的体现

在中学物理教材中大量的知识以物理规律的形式呈现，所以物理规律的教学就显得尤为重要，教师在得出物理规律的过程中常常会用到控制变量法。例如，在教学欧姆定律时就用到控制变量法，学生在学习欧姆定律之前已经学过电流、电压及电阻，那么如何使三个物理量联系在一起，教材中用到了探究实验，通过控制变量来探究电流与电压、电流与电阻的关系。

保持电阻R不变，通过改变导体两端电压U，探究电流I与电压U之间的关系。采用定值电阻，即可保证定值电阻R不变。改变导体两端的电压，可以通过改变电源两端的电压，来改变电阻两端的电压。用这种方法，可以较为简单地运用控制变量的方法研究电流与电压的关系，易于学生理解和掌握。此外，常在教学中采用的方法是通过调节滑动变阻器来改变电阻两端的电压。

控制导体两端的电压U不变，改变电阻R，探究电流与电阻的关系。在使用中换用不同的定值电阻即可实现改变电阻。改变电阻的同时要保证导体两端的电压不变，在实验中通常使用同一个电源，即可保证导体两端的电压不变，更换不同的电阻，可直接得出电流与电阻的关系，降低了探究的难度。但如果实验中使用的是干电池，电池有内阻，外接电阻R变化时，电阻R两端的电压也会随之有所变化，给实验带来误差。

经过以上两个实验探究，学生得出“导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系”。在整个实验探究过程中，紧紧围绕着控制变量进行操作，充分体现了控制变量法的精髓，也体现了控制变量法在物理规律教学中的重要作用。除了“欧姆定律”外，“影响电阻大小的因素”、“焦耳定律”、“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”等探究过程使用了“控制变量法”。教学中应充分利用这些机会，使学生对“控制变量法”不断加深理解，并逐步达到有意识地应用“控制变量”的研究方法去探究物理规律。

总之，新课程的核心理念是以学生发展为本，课程改革要培养学生的信息收集和整理的能力、发现问题和思考问题的能力、分析问题和解决问题的能力、终生学习和创新的能力以及生存和发展的能力。控制变量法的教学恰恰就锻炼了学生信息收集和整理的能力，培养了学生分析问题、解决问题的能力和创新的能力，掌握这种方法，学生还可以终生使用，终生受益。所以说，控制变量法的教学充分体现了新课程的教育理念。因此，物理教师在传授知识的时，不仅要使学生掌握物理知识，而且要培养学生科学探究的能力，特别是利用控制变量法探究物理规律的能力。这将为学生形成科研能力、探究能力、解决实际问题的能力打下坚实的基础，也将对他们的学业和今后的人生之路产生积极而深远的影响和促进。教学中，我们应该充分发挥控制变量法的优点，让其更好地为师生服务，为教学服务。

参考文献：

[1]杜玲钰.在物理教育中渗透科学方法教育的探究[D].四川师范大学.

[2]张云丽.在物理教学中加强科学方法教育的研究[D].合肥工业大学.