“控制變量法”在初中物理課堂教學中的應用

自然界中發生的各種物理現象往往是錯綜復雜、相互聯系的，因此影響物理學研究對象的因素在許多情況下并不是單一、孤立的，而是多種因素相互交錯、共同起作用的。物理學中對于多因素(多變量)的問題常采用控制因素(變量)的辦法，即把多因素的問題轉變為多個單因素的問題，分別加以分析研究，最后再綜合解決。所以，要弄清事物變化的原因和規律，單靠自然條件下觀察研究對象是遠遠不夠的，還必須施加人為的影響，形成特定的便于觀察的條件，這就是“控制變量”的方法。例如為了研究某物理量同影響它的三個因素中的一個因素之間的關系，可將另外兩個因素人為地控制起來，以便觀察和分析該物理量與這一因素之間的定量關系。

在課堂教學中運用控制變量法去分析問題、解決問題有著不可低估的重要作用，下邊就控制變量法分別在概念規律、實驗設計、探究實驗、演示實驗、例題教學、習題設計中的應用各舉一例做一探討。

一、控制變量法在密度概念教學中的應用

1.質量相同(控制質量)的不同物質，定量地看，密度與體積成反比例關系。

2.體積相同(控制體積)的不同物質，定量地看，密度與質量成正比例關系。

3.物質相同(控制物質因素)的不同物體，定量地看，m/V的值不變，即質量與體積成正比例關系。

同理，控制變量法還普遍地應用于速度、電功、功率、比熱容、燃料的熱值、力的三要素、參照物的選擇等物理概念的教學中。

二、控制變量法在歐姆定律教學中的應用

1.把一電阻跟滑動變阻器串聯起來，用滑動變阻器調節同一電阻(控制電阻)兩端的電壓，記錄通過該電流，去探究電流與電壓的關系;

2.把兩個阻值不同的電阻分別跟滑動變阻器串聯起來，用滑動變阻器調節兩個阻值不同電阻兩端的電壓并使之不變(控制電壓)，記錄通過的電流，去探究電流與電阻的關系;

3.通過定量分析，概括總結出歐姆定律。

同理，控制變量法還應用在焦耳定律等物理規律的教學中。

三、控制變量法在實驗設計教學中的應用

例題:給你一個電池組(電壓未知，且不變)，一只電流表，一個已知最大阻值為Rab的滑動變阻器，一只開關和幾根導線，請你設計只需連一次電路就能測出未知電阻Rx的方法。

設計實驗，如下左圖所示。進行實驗，分析測算。

1.閉合開關，將變阻器滑片P移到a端，測出此時電路中電流I1。

2.將滑片P移到b端，測出此時電路中電流I2，由I1Rx=I2(Rx+Rab)，得Rx=I2Rab/(I1-I2)。(當然，也可將RX與Rab并聯，如上右圖所示)

以上兩種方法，都離不開一個設計思想，即控制電壓(電源或Rx兩端電壓)這個變量，用電流表測出電流，然后用歐姆定律就可算出未知電阻的阻值。

四、控制變量法在探究實驗教學中的應用

初中物理教材中許多實驗都必須使用控制變量法完成探究，方可得出結論。如探究“影響磁性強弱的因素等實驗、摩擦力的大小與什么因素有關、壓力的作用效果與什么因素有關、動能的大小與什么因素有關、重力勢能與什么因素有關、阻力對物體運動的影響”中無一不滲透著控制變量法。

五、控制變量法在演示實驗教學中的應用

初中物理教材中許多實驗都必須用控制變量法完成演示，進行比較、分析、判斷。例如音調和頻率關系、液體內部壓強的特點、決定電阻大小的因素等演示實驗。

六、控制變量法在例題教學中的應用

例題:某同學在“探究電阻上電流與電壓的關系”時，根據實驗數據描繪出了如圖所示的U-I關系圖像，由此圖像可知:

A.R1

C.R1>R2 D.無法確定

析題:如果圖像上標有具體的電流、電壓數據，在圖像上任意找一個特殊點的坐標，根據歐姆定律公式就可以計算出它們的電阻值，并加以比較即可?？墒牵瑘D像上標出并沒有具體的電流、電壓數據，要比較它們的電阻大小就好像“無法判斷”，也無從下手。其實，用控制變量的方法就可以進行比較判斷的。在圖像上任意取一相同的電壓值U1=U2(控制電壓)，去看它們對應的電流值I1、I2，顯然I1

解題:在圖上作三條“輔助線”，通過“輔助線”可以看出，在相同電壓下，通過R1的電流I1大，則R1的阻值就大，因此選C。

七、控制變量法在習題設計中的應用

如“質量相等的水和煤油，吸收相同的熱量，誰的溫度升高較大?”

控制變量法是一種分析問題、解決問題最普遍、最有效的科學方法，也是一種教學思想。在物理課堂教學中如能恰當運用這一科學方法，滲透這一教學思想，課堂教學就會取得事半功倍的效果。更為重要的是，在教學過程中，學生分析問題、解決問題的能力得到了極大的提高。在初中物理(如在力學、電學、熱學)中，可用“控制變量法”去分析、解決的實際問題還很多，這就為學生靈活應用這一科學方法解決問題提供了保證。

總之，控制變量法貫穿整個初中物理的教學過程中，在教學中教師要有意識地去培養學生利用控制變量法去探究新知，掌握新知。

作者單位:陜西省鎮安縣青銅初級中學