初中物理“控制變量法”的教學設計探討

　　摘 要：控制變量法是物理探究實驗中常用的方法，也是物理學中重要的科學思想方法之一。通過教師的精心設計和學生自主探索，掌握控制變量法這一科學方法，對培養學生嚴謹的實驗態度、增長探究合作能力和提高物理學習效率有較大的幫助。
　　關鍵詞：初中物理；控制變量法；教學設計
　　在新課程理念中，突出了科學方法對人類發展的重要性。《物理課程標準》（修訂版）中有明確的要求：提高學生的科學素養，讓學生經歷科學探究過程，具有初步的科學探究能力。物理學是一門富含多種科學方法的自然科學，其中“控制變量法”是最重要的思想方法之一。所謂“控制變量法”，狹義上是指：在研究物理問題時，某一物理量往往受到幾個不同物理量的影響，為了確定各個不同物理量之間的關系，就需要控制某些量，使其固定不變，改變某一個量，看所研究的物理量與該物理量之間的關系。
　　現以義務教育課程標準實驗教科書《物理》（蘇科版）八年級上冊為參考，結合本人的一些教學探索，以初中學生學習物理的第一個學期為教學周期，有計劃地進行“控制變量法”的教學設計。
　　一、初識“控制變量法”，了解方法的基本概念
　　在本教材中，第一次遇到“控制變量法”是在學習“聲音的特征”中。我就實驗“弦樂器的音調高低與什么因素有關”進行了如下設計。
　　①演示：撥動吉他琴弦。②提出問題：吉他的音調高低與什么因素有關呢？③學生猜想：可能與弦的長短、粗細、松緊有關？④教師再問：怎樣通過實驗來判斷音調高低與弦的長短有關？我們選擇的器材需要具備什么特點？⑤實驗結束后，老師介紹：同學們很有辦法，想到了好方法來證明弦樂器的音調高低與弦的長短、粗細、松緊有關，還得出了具體的關系，但你們知道嗎？在第一次實驗中，為了比較發聲的音調高低與弦的長短的關系，要選取粗細和松緊相同的琴弦，而不能任意選取，這種方法是物理學中一種非常重要的科學探究方法，它叫“控制變量法”。由于物理現象往往是由多種因素相互交錯、共同影響的，為研究其中某一因素的影響時，常常將其他因素控制不變，觀察這一因素對物理現象的影響，這就是控制變量法。
　　教學中，教師不宜對控制變量法過多講解，只要讓學生知道物理學習中有這樣一種重要的研究方法，知道“控制變量法”的概念即可。
　　二、再識“控制變量法”，明確方法的使用條件
　　第二次接觸“控制變量法”，是在學習“汽化和液化”時。我就“液體蒸發快慢與什么因素有關”進行了如下設計。
　　①創設情境：星期一上學要穿校服，星期天媽媽把校服洗了。大家有什么辦法能讓校服干得更快些，保證第二天能穿？②學生回答：用洗衣機甩、用烘干機烘、用吹風機吹、晾到陽臺外……③提出問題：液體的蒸發快慢可能與哪些因素有關？④學生猜想：液體的溫度、表面積、液體表面的空氣流動（教師作適當的誘導啟發）。⑤設計實驗：此時，學生對先前接觸的“控制變量法”已經有所淡忘，教師可組織學生討論：水的蒸發快慢可能與溫度、表面積和空氣流動三者都有關系，選取什么樣的器材，才能證明蒸發快慢是與溫度有關而不是與表面積或空氣流動有關？⑥進行實驗：……⑦完成實驗后，教師評價：在研究“液體蒸發快慢與什么因素有關”的實驗中，又一次運用了“控制變量法”，請大家總結一下，在什么情況下使用“控制變量法”呢？
　　通過歸納使用條件，使學生對“控制變量法”有了深入了解，為后面的物理學習中運用此方法解決問題奠定了基礎。
　　三、再遇“控制變量法”，檢驗方法的掌握效果
　　通過以上的教學，學生對“控制變量法”有了一定的認識。在練習中，出現了這樣一道題，我決定到實驗室o8ewbwpFX5RlzYt65scEMA==通過實驗來檢驗學生應用“控制變量法”來解決實際問題的能力。
　　題目：兩千多年前，墨翟用小孔成像的實驗說明了光在同一種均勻物質中沿直線傳播。你做過這一實驗嗎？你認為像的大小與什么有關？你能用圖示表達出你的研究過程嗎？請仿照示例完成下面題目。
　　【示例】猜想：我認為與物體的大小有關，研究方法的圖示是（ ）（圖略）。
　　①猜想一：（ ），研究方法的圖示是（ ）。猜想二：（ ），研究方法的圖示是（ ）。
　　②提出問題：小孔成像的大小與什么因素有關呢？
　　③學生猜想：可能與物體的大小、物體和小孔之間的距離、光屏與小孔之間的距離有關。
　　④設計實驗：那么該如何選取合適的器材來設計這個實驗呢？
　　⑤學生回答：在設計實驗時，一定要注意使用“控制變量法”。比如，要研究“像的大小是否與物體的大小有關”時，在實驗中要保持“物體和小孔之間的距離”和“光屏與小孔之間的距離”兩個因素不變，改變“物體的大小”，觀察成像的大小變化，從而得出結論。
　　⑥學生實驗：……
　　本節實驗課的設計，意在讓學生能理解并掌握“控制變量法”，能運用該法去解決實際問題。實驗結束后，教師提問：本題是想考查我們哪些知識？在七嘴八舌的回答中，有同學說，是想考查有沒有掌握“控制變量法”。他的回答，立刻得到其他學生的附和。實驗提高了學生進行科學研究的思維能力和實驗操作的基本能力，同時也促進了良好的思維品質的提高。
　　通過大半學期循序漸進的教學，學生對“控制變量法”有了深刻認識，并能較熟練地掌握運用，為學生學習以后相關知識打下堅實的基礎。
　　物理學中的科學方法有很多，對學生進行科學方法的教育方法也很多。也許通過多個習題的集中訓練或專題模式訓練，也能在較短時間內使學生“熟練掌握并運用”控制變量法來解題。本文只是筆者嘗試的一種方法，通過半個學期甚至更長的時間，有步驟地讓學生去知曉、適應、運用“控制變量法”。“教無定法，貴在得法”，怎樣用更適合的方式進行適當的物理科學方法教學，是值得每一位物理教師認真思考的問題。
　　（江蘇省南菁高級中