在自主探究過程中掌握控制變量法

初中物理中“控制變量法”是常用的探索問題和分析解決問題的科學方法之一。初中生掌握“控制變量法”對進行自主探究獲得自學能力非常重要。

一、什么是“控制變量法”

生活中我們所見的各種物理現(xiàn)象的發(fā)生往往是錯綜復雜的，因此影響物理學研究對象的因素在許多情況下并不是唯一的，而是多種因素相互交錯、共同起作用的。譬如說某段導體電阻的大小不僅和這段導體的長度有關(guān)，而且與橫截面積的大小、材料和溫度有關(guān)，所以要想精確地把握研究對象的各種特性，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象是遠遠不夠的，還必須對研究對象施加人為的影響，造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(guān)系，可將另外兩個因素人為地控制起來，使它們保持不變，以便觀察和研究該物理量與這一因素之間的關(guān)系。

二、“控制變量法”在初中物理中的應(yīng)用

在初中物理實驗過程中，“控制變量法”是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規(guī)律的科學方法。

具體做法是根據(jù)研究目的，運用一定的手段(控制實驗儀器設(shè)備等)主動干預或控制自然事物、自然現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展的過程，在特定的觀察條件下去探索客觀規(guī)律。例如，在引導學生探索、研究導電體的電阻的大小同導電體的哪些特性有關(guān)時，我先故意將橫截面積、長度都不同的一根鎳鉻合金絲和一根銅絲分別串入接有小燈泡的直流電路中，讓學生分別觀察燈泡發(fā)光的亮度，并問學生:剛才的實驗現(xiàn)象能否說明電阻大小與導電體的某個特性有關(guān)?學生經(jīng)過思考與討論，得到的結(jié)論是否定的。我再用橫截面積和長度都不同的兩根鎳鉻合金絲分別串入上述電路中，讓學生觀察小燈泡的亮度，并思考這個實驗?zāi)芊裾f明電阻大小同導電體的某種特性有關(guān)，結(jié)論同樣是不能。這時我不失時機地問學生:“那么，我們應(yīng)該取怎樣的兩根金屬絲串入上述電路來做這個實驗，以研究導電體的電阻大小到底與哪些因素有關(guān)呢?”同時向?qū)W生出示課前準備好的幾根金屬絲讓他們選擇。學生經(jīng)過思考并相互討論后，有的回答:應(yīng)取兩根橫截面積相同，但長度不同的鎳鉻合金絲進行上述實驗;有的學生說:應(yīng)取兩根長度相同，但橫截面積不同的鎳鉻合金絲進行上述實驗;還有的說應(yīng)取長度、橫截面積均相同的一根銅絲和一根鎳鉻合金絲進行實驗比較。這時，我適時指出上述幾種方法都可以，同時指出要研究電阻的大小同導電物質(zhì)的長度、橫截面積、材料種類這三個因素任何一個因素間的關(guān)系，就要認為地控制另外兩個因素，使它們相等，并指出這種實驗方法就是“控制變量法”，再讓學生運用這一方法系統(tǒng)地進行上述實驗，使學生在實際操作過程中去體驗這一科學方法。

在初中物理教學中還有許多概念或規(guī)律之探索和推導的實驗過程中，都運用了“控制變量法”這一科學的方法。如在引導學生探索“弦樂器的音調(diào)與哪些因素有關(guān)”和探索“蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)”等實驗過程中都用到了這一科學方法，使學生對“控制變量法”不斷加深理解，并逐步達到有意識地去應(yīng)用的目的。再例如，我們在研究物體的動能大小時，先猜想與哪些因素有關(guān)，分析與質(zhì)量和速度有關(guān)，那么要如何先控制質(zhì)量，再控制速度，質(zhì)量是比較好控制，但是速度比較難控制，因此控制速度是一個關(guān)鍵，那么如何控制呢?教材中用斜面來實現(xiàn)，所以如何控制也是關(guān)鍵。

利用物理知識去分析和解決一些實際問題時，如能靈活運用“控制變量法”進行分析，有時可起到事半功倍的效果。

在初中物理中，可用“控制變量”去分析和解決的實際問題是很多的，這就為這一科學方法的教學和應(yīng)用提供了很好的機會。例如，有這樣一道題:質(zhì)量相同的水和沙石，吸收相同的熱量，誰的溫度升高較大?對于這一道習題，有四個物理量存在關(guān)系，對學生而言有一定的難度，要比較誰的溫度升高較大，就要同時分析其他三個物理量(質(zhì)量、熱量、比熱容)對它的綜合影響。如果沒有一種科學的分析方法，要解決這樣一個實際問題，不僅費時費力，而且準確率不高。但如能對學生加以恰當引導，讓他們考慮是否可用物理實驗中常用的科學方法來解決這道實際問題，可達到事半功倍的效果。學生經(jīng)過思考及同學間的相互討論，便會想到用“控制變量法”結(jié)合公式Q=cm△t來解決這個問題，思路是這樣的:因為這個問題要解決的是△t(升高的溫度)的大小，所以先將此公式變成△t=Q/cm的形式，再分析題目發(fā)現(xiàn)，m(質(zhì)量)、Q(比熱容)，且從△t=Q/cm這一關(guān)系式中可以看出，△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問題的答案是:“煤油升高的溫度比水高”。可見，在解決物理問題時，如能恰當?shù)剡\用科學的方法進行分析，就能起到提高解題速度與準確率的良好效果。更為重要的是，我通過這一實際問題的解決過程，使學生對如何應(yīng)用“控制變量法”等科學方法去分析、解決問題作了有益的嘗試。在初中物理(如在力學、電學、熱學)中，可用“控制變量”這一科學方法去分析解決的實際問題還很多，這就為學生靈活應(yīng)用這一科學方法解決問題提供了保證。

當然，有的時候“控制變量法”還不能局限在書中的一些變量，還要根據(jù)實際生活中的一些特殊情況加以分析。例如，剛才說的蒸發(fā)與哪些因素有關(guān)中，除了書中的一些因素外，其實還與液體的種類有關(guān)，這就說明物理要緊密練習生活。因此我們不能死扣教材，一定要讓學生充分理解物理來源于生活，這樣才能解決實際問題。