探究教學(xué)與控制變量法

在探究教學(xué)中，探索問題，分析、解決問題的科學(xué)方法很多。控制變量法是一種最常用，最有效的科學(xué)方法之一。應(yīng)用好這一方法將在探究教學(xué)效果中，取到事半功倍的作用。哪什么是控制變量法？在探究教學(xué)中如何應(yīng)用控制變量法？關(guān)鍵是什么？現(xiàn)淺析如下。

當(dāng)研究的問題與多個(gè)因素有關(guān)時(shí)，往往先控制其它幾個(gè)因素不變，集中研究其中一個(gè)因素變化而產(chǎn)生的影響，這種方法叫控制變量法。自然界中發(fā)生的各種物理現(xiàn)象往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的。影響物理學(xué)研究對(duì)象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素共同起作用的，為了確定各個(gè)不同物理量之間的關(guān)系，就需要控制某些量使其保持不變，而改變某一個(gè)量，得出所研究的物理量與該物理量之間的關(guān)系。探究性教學(xué)是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生運(yùn)用科學(xué)探究的方法，進(jìn)行學(xué)習(xí)，主動(dòng)去獲取知識(shí)，從而形成科學(xué)概念。探究性學(xué)習(xí)是學(xué)生用以獲取知識(shí)、領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念，領(lǐng)悟科學(xué)家研究自然界所用的方法而進(jìn)行的各種活動(dòng)，包括提出問題、假設(shè)猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析論證、評(píng)估交流等。

探究教學(xué)講究發(fā)散思維、多方探討、發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，各抒己見；而控制變量法則是對(duì)實(shí)驗(yàn)限制條件，只能對(duì)某一方面進(jìn)行探討和研究。兩者看似矛盾，其實(shí)質(zhì)是統(tǒng)一的。控制變量法是有條件的探究，是建立在一定的知識(shí)、能力基礎(chǔ)上的探究，它可以去除學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的盲目性，在教師有目的引導(dǎo)下，提出問題，明確分析對(duì)象，運(yùn)用合理的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，探索教學(xué)中的問題，從而解決問題。

在教學(xué)探究教學(xué)過程中，應(yīng)用控制變量法時(shí)，成功與否關(guān)鍵是確定什么是要控制不變的量，什么是變量（要改變的量）。一般情況下，在研究什么與什么時(shí)，前面的什么是研究的對(duì)象，而后面的什么是與之有關(guān)的因素是變量，其它的是要控制不變的量。分清這些關(guān)系，將使探究的問題迎刃而解。

在許多概念、規(guī)律的探索實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了“控制變量法”這一科學(xué)方法。

如探究滑動(dòng)摩擦阻力大小與接觸面積粗糙程度和壓力大小的關(guān)系時(shí)，因?yàn)橛绊懟瑒?dòng)摩擦阻力的因素較多，因此，在探究過程中要用到變量控制的方法。在研究滑動(dòng)摩擦阻力與壓力的關(guān)系時(shí)，要控制不變的量是接觸面粗糙程度等因素，要改變的量（變量）是壓力的大小。而在探究滑動(dòng)摩擦阻力與接觸面粗糙程度時(shí)，則要改變的量（變量）是接觸面的粗糙程度，此時(shí)要控制不變的量是壓力等因素。又如探究壓力產(chǎn)生的效果與壓力、受力面積關(guān)系時(shí)，先控制受力面積大小一樣，而改變壓力的大小如圖甲、乙，可得出當(dāng)受力面積相同時(shí)，壓力越大，壓力作用的效果越明顯。探究壓力產(chǎn)生的效果與受力面積關(guān)系時(shí)，要控制壓力大小不變，而改變受力面積大小如圖乙、丙。這樣可得出當(dāng)壓力相同時(shí)，受力面積越小，壓力產(chǎn)生的效果越明顯。

在物理實(shí)驗(yàn)過程中，控制變量法是一種最常用、最有效的方法。

如在探究導(dǎo)體阻值大小與導(dǎo)體材料、橫截面積、長(zhǎng)度以及溫度等關(guān)系時(shí)，可先控制導(dǎo)體的材料、橫截面積等因素保持不變，而改變導(dǎo)體的長(zhǎng)度，得出導(dǎo)體阻值大小與導(dǎo)體長(zhǎng)度的關(guān)系。如此依次逐一進(jìn)行探究，結(jié)論就非常清楚。

其次，在利用物理知識(shí)去分析和解決一些實(shí)際問題時(shí)，如能靈活運(yùn)用“控制變量法”進(jìn)行分析，有時(shí)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(shí)際問題是很多的，這就為這一科學(xué)方法的教學(xué)和應(yīng)用提供了很好的機(jī)會(huì)。例如，有這樣一道題：質(zhì)量相同的水和煤油，吸收相同的熱量，誰(shuí)的溫度升高較大？對(duì)于這一道習(xí)題，初看起來似乎有一定的難度，因?yàn)檫@樣簡(jiǎn)短的一句話中包含了四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物理量，也就是說，要比較誰(shuí)的溫度升高較大，就要同時(shí)分析其它三個(gè)物理量（質(zhì)量、熱量、比熱容）對(duì)它的綜合影響，如果沒有一種科學(xué)的分析方法，要解決這樣一個(gè)實(shí)際問題，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且準(zhǔn)確率不高，但如能對(duì)學(xué)生加以恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，讓他們考慮是否可用物理實(shí)驗(yàn)中常用的科學(xué)方法來解決這道實(shí)際問題，經(jīng)過思考及同學(xué)間的相互討論，許多同學(xué)便會(huì)想到用“控制變量法”結(jié)合公式Q=cmΔt來解決這個(gè)問題，思路是這樣的：因?yàn)檫@個(gè)問題要解決的是Δt（升高的溫度）的大小，所以先將此公式變成Δt=Q/cm的形式，再分析題目發(fā)現(xiàn)，m（質(zhì)量）、Q（熱量）相同，即這個(gè)問題中Δt僅取決于c（比熱容），且從Δt=Q/cm這一關(guān)系式中可以看出，Δt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(gè)問題的答案是：“煤油升高的溫度比水大”。可見，在解決物理問題時(shí)，如能恰當(dāng)運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行分析，確實(shí)能起到提高解題速度與準(zhǔn)確率的良好效果。更為重要的是，通過這一實(shí)際問題的解決過程，使學(xué)生對(duì)如何應(yīng)用“控制變量法”等科學(xué)方法去分析、解決問題作了有益的嘗試。

如（2005重慶市）下表是小莉同學(xué)用如圖11所示裝置分別測(cè)得水和鹽水在不同深度時(shí)，壓強(qiáng)計(jì)（U形管中是水）兩液柱的液面高度情況。

（1）分析表中序號(hào)為1、2、3三組數(shù)據(jù)要控制不變的量是取相同的 要改變的量是金屬盒在水中的 這樣可得到的結(jié)論是：同種液體的壓強(qiáng)隨深度的增加而__________，比較表中序號(hào)為3、4兩組數(shù)據(jù)要控制不變的量是金屬盒在液體中相同的 要改變的是不同的液體水和鹽水，可得到的結(jié)論是：不同液體的壓強(qiáng)還跟液體的___________有關(guān)。

（2）為了進(jìn)一步研究在同一深度，液體向各個(gè)方向的壓強(qiáng)是否相等，他們應(yīng)控制的量是金屬盒在水中的____________ ，要改變的是金屬盒在水中的____________。

（3）小莉同學(xué)在學(xué)了液體壓強(qiáng)公式后，用公式對(duì)以上實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算（g=10N/kg），得出金屬盒在30mm深處水的壓強(qiáng)是__________Pa，而從壓強(qiáng)計(jì)測(cè)出的壓強(qiáng)為__________Pa，由此她發(fā)現(xiàn)按液面高度差計(jì)算的壓強(qiáng)值小于按液體深度計(jì)算的壓強(qiáng)值，你認(rèn)為造成的原因是什么？ 答： 。

在初中物理（如在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)）中，可用“控制變量”這一科學(xué)方法去分析解決的實(shí)際問題還很多，這就為學(xué)生靈活應(yīng)用這一科學(xué)方法解決問題提供了保證。

探究性教學(xué)能讓學(xué)生充分開動(dòng)腦筋，發(fā)揮個(gè)人潛質(zhì)。控制變量法是探究教學(xué)中重要方法之一，合理運(yùn)用主動(dòng)引導(dǎo)會(huì)使探究教學(xué)效果更理想。