基于“費曼學習法”淺析“控制變量法”在初中物理復習教學中的應用*

李 瀟

（德州市第五中學 山東德州 253000）

一、控制變量法概述

新課標要求學生有科學探究的意識，能夠發現問題、提出問題，形成猜想與假設，具有初步的觀察能力和提出問題的能力；能制定簡單的科學探究方案，有控制實驗條件的意識。這里所提及的控制實驗條件，就是物理教學中的控制變量法[1]?？刂谱兞糠ㄊ侵笧榱搜芯课锢砹客绊懰亩鄠€因素中的一個因素的關系，可將除了這個因素以外的其他因素人為地控制起來，使其保持不變，再比較、研究該物理量與該因素之間的關系，得出結論，然后再綜合起來得出規律的方法[2]。

在實際中考復習過程中，由于先前知識學習的分散性，學生只能淺顯地了解控制變量法，而不知其意義，所以這就導致了學生們在做題時不能迅速提取“控制變量”這一關鍵信息，從而對實驗方法出現誤判。除了實驗，在一些需要計算的題目中也能體現控制變量法的應用。在解題過程中，學生并沒有真正理解什么是“變量”，為什么要控制變量，如何控制。所以教師在帶領初三復習時，可以將同類型的知識進行匯總，借助大單元教學理念，幫助學生學會提取信息，引導學生發現實驗中的控制變量法、學會運用控制變量法分析公式中隱藏的動態變量問題。除此以外，在課堂教學中適當滲透費曼學習法，以學促教，相輔相成。

二、實驗題目中的控制變量法

初中物理學習中，無論是演示實驗還是學生小組的探究實驗，有80%以上運用到了控制變量法。比如聲現象中的探究聲音的特性與哪些因素有關實驗；力學中探究滑動摩擦力大小與哪些因素有關實驗，探究影響壓力作用效果的因素實驗，探究浮力大小與哪些因素有關，探究杠桿的平衡條件實驗；能量、熱學中探究物體的動能跟哪些因素有關實驗、探究物體吸熱能力與哪些因素有關實驗；電學中探究導體電阻與哪些因素有關、探究電流與電壓、電阻的關系實驗、測量小燈泡的電功率等等。物理實驗當中，需要探究的物理量往往不止一個，所以在設定好實驗目的、猜想、提出疑問后，我們就要把猜想當中對實驗現象可能會造成影響的物理量一一列舉出來，然后選取需要探究的物理量，只需讓這一個物理量變化，其他物理量保持不變來進行探究。探究過程是對控制變量法的體現，所以實驗時的充分準備就很重要，但在平時的教學當中，受實驗器材和時間的影響，可能在實驗操作方面不盡完美，所以導致學生在印象上對控制變量法就不牢固。在實驗總結結論時，如果教師的語言不規范，比如不加“在某某條件一定的情況下”這句話，就會導致學生在表述的時候體現不出控制變量法的應用。其實筆者通過很多習題也發現，越來越多的出題者注意到了學生對實驗結論表述不規范這一漏洞，所以很多實驗填空不再以題干體現控制變量法在實驗中的應用，而是由學生自己整理結論，不用怕學生出錯，錯多了對的也就自然越來越多了。

例1：下面幾個實驗探究中，采用了相同研究方法的是（）

①“探究壓力的作用效果與受力面積的關系”時，保持壓力不變，改變受力面積。

②“比較不同物質吸熱的情況”時，用加熱時間的長短表示吸收熱量的多少。

③“探究電流與電壓的關系”時，保持電阻的阻值不變，改變電阻兩端的電壓。

④在研究“阻力對物體運動的影響”實驗中，運用科學推理得出牛頓第一定律。

A.①和④ B.②和③C.①和③D.②和④

[解題思路]此題考查的是對實驗方法的理解和應用 首先學生心中要有這些方法然后再根據題干具體分析每個實驗對應的實驗方法其實這里也考察了學生對出題人思路的揣摩此題是把所有條件都分析一遍后 學生才能得出相應的答案但是通過題目我們不難發現這樣幾個關鍵詞：“保持……不變”如果學生可以挖掘出這個關鍵詞也不難發現①③兩個實驗都運用了控制變量法。

例2：小華利用木塊和海綿探究壓力作用效果與哪些因素有關，如圖1所示。

圖1 探究影響壓力作用效果的實驗圖

（1）對比圖1-甲和圖1-乙兩圖，可以得出：________；

（2）由哪兩幅圖，可以得出受力面積一定時，壓力越大，壓力作用效果越明顯？_________

（3）對比圖1-甲和圖1-丁，小華得出壓力作用效果與壓力大小無關。你認為此結論是_______（正確/錯誤）的，為什么？_________________。

[解題思路]（1）對比圖1-甲和圖1-乙兩圖，由于是本實驗采用兩個相同的木塊，所以木塊對海綿的壓力大小是相同的，不同的是與海綿的接觸面積，實驗中自變量是木塊與海綿的接觸面積，因變量是海綿的凹陷程度，這兩個量是對應變化的，而其他物理力量要保持不變，這就是控制變量法的體現。因此，學生在闡述結論時，應該加上“當壓力相同時”這一前提條件。

（2）第二問其實是第一問的逆向思維，第一問根據所需控制的變量去得到結論，而第二問是根據結論去對比現象，同樣需要找出題意中的變量：受力面積和壓力，這里控制不變的物理量是受力面積，所以學生要找出受力面積相同的兩個圖。

（3）此結論是不正確的，因為圖1-甲和圖1-丁沒有控制受力面積相同，不能簡單地通過剩余變量來斷定合理的結論[3]。

三、公式應用中的控制變量問題

類型一：浮力和壓強公式的應用

在浮力的應用中，同一艘輪船從河水駛到海水當中，浮力如何變化？上浮還是下沉？這就是一個典型的根據題目條件，找出不變的物理量和變化的物理量來確定被探究的物理量如何變化的問題，亦即控制變量法在多個物理量公式中的應用，這也是初中物理常見的密度計問題。在此類問題當中，不變的物理量是輪船的重力，無論從河水到海水，輪船都是漂浮的，所以由浮沉條件我們可知輪船所受浮力等于其自身重力，所以浮力不變，這就是公式中的不變量。變量是液體的密度，從河水到海水，液體密度變大，根據F?。溅岩篻 V排可得，V排變小，所以輪船會上浮。因此，對于像壓強p＝ρ液g h和浮力F浮＝ρ液g V排這樣，公式中有三個物理量的情況下，至少要控制一個物理量不變，通過自變量的變化來判定因變量的變化。

例3.如圖所示，小華將兩個同樣的燒杯置于水平桌面，燒杯內分別裝滿2種液體，把2個完全相同的小球分別放入杯內。靜止時如圖2所示，則下列判斷中正確的是（）。

圖2 小球在燒杯中的位置示意圖

A.甲杯中的液體的密度小于乙杯中的液體的密度

B.甲杯中小球受到的浮力大于乙杯中小球受到的浮力

C.甲杯溶液對燒杯的壓強大于乙杯溶液對燒杯的壓強

[解題思路]如圖2所示，同樣的小球漂浮和懸浮，小球處于平衡狀態，浮力均等于小球的重力，所以浮力相同，排開液體的體積V排甲＜V排乙（自變量），由F?。溅岩篻 V排可知，ρ液甲＞ρ液乙（因變量），即甲杯中的液體密度大于乙杯中液體密度，故AB錯誤；

C.兩個完全相同的燒杯內分別盛滿不同液體，且ρ液甲＞ρ液乙，h相同，由液體對燒杯底部的壓強g h p＝液ρ可知，甲杯溶液對燒杯的壓強大于乙杯溶液對燒杯的壓強，故C正確。

這里體現了液體內部壓強與液體密度的關系，通過控制深度相同，由液體密度關系的壓強關系，也是控制變量法在公式運用中的體現。

類型二：杠桿平衡條件的應用

在杠桿的平衡條件中，有兩類題型是中考考察的重點，一類是最小動力的作圖，另一類是杠桿的動態平衡問題。杠桿的平衡條件：公式中共有四個物理量：動力F1，動力臂l1，阻力F2和阻力臂l2。如果要判斷其中一個物理量的變化，至少要控制兩個物理量不變，然后根據第三個物理量（自變量）的變化，來判定第四個物理量（因變量）的變化。

例如4畫最小動力問題

小華將一重物G掛在一輕質硬桿一端，使其在圖示位置保持靜止，請你畫出阻力F2及在A點所施加的最小動力F1。

圖3 小球與輕質硬桿的位置示意圖

[解題思路]此題阻力和阻力臂是不變的，所以它們的乘積為定值。杠桿靜止，根據杠桿的平衡條件：等式左邊中動力和動力臂的乘積也是定值，所以要想畫最小動力，就要找最長的動力臂，線段AO即最長動力臂，然后再確定好動力方向即可。教師點撥時可以讓學生把等式兩邊想象成兩個勢均力敵的隊伍，為了保證隊伍兩邊力量均衡，等式右邊一定時，如果等式左邊F1的隊友l1變強了，F1就要變弱。將控制變量法通過擬人化的方式融入復習中，更加形象具體，加深學生印象。

例5：杠桿的動態平衡問題

小華將一木棍從如圖4所示的位置勻速轉動到水平位置，重物掛在木棍中央位置，拉力F方向始終與木棍垂直，請你判斷在此過程中F的變化？

圖4 木棍勻速轉動示意圖

四、方法結合，互助互成

綜合以上教學實例，引導學生學會揣摩出題人的意圖其實也是快速解題的關鍵所在。很多學生讀不懂題，究其原因，是沒有設身處地的去思考：假設自己是出題人，對于某一知識點而言，你想要重點考察什么？筆者個人的觀點是，出題人除了要求學生達到課標要求的學習目標外，還需要把握題目的難易度，考查知識點的綜合性。當然這一點對于初中的學生，還是有一定難度的，所以教師在教學過程中，運用費曼教學法，將課堂的主導權歸還給學生，這有助于學生養成好的思維習慣。從表面上看，費曼學習法是在教別人的過程，看似處于輸出的一方，但實際上是以“教”的方式，“逼迫”自己主動對所學的知識以個人的知識背景和淺顯易懂的語言進行吃透和理解，在教的過程中還能察覺到自己在哪方面有所欠缺，這完全就是一種有意識的主動學習[5]。費曼學習法和大單元教學的結合，可以幫助學生在腦海中成立專屬自己的物理思維模式，對知識點的思考更加獨立、專注度也更高，隨著學習的深入，有助于提高學生們舉一反三的能力。