控制變量法在初中物理電學中的運用

楊華

【摘要】電學是初中物理階段比較重要的知識模塊，也是后續學習電學知識的重要基礎.初中學生正處于思維和能力迅速發展的時期，感性認知不強，而電學知識中所包含的內容關系具有一定的復雜性，增加了學生的學習難度.控制變量法可以應用于電學知識的認知、電學規律的理解以及電學實驗的分析，有助于降低知識難度，幫助學生理解，提升學生學習電學知識的興趣和能力.

【關鍵詞】控制變量法；初中物理；課堂教學

所謂“控制變量法”，其實就是在進行某一物理問題研究，或者分析一個物理量與其他因素之間的關系時，一次僅改變一個因素，維持其他物理量不變，分析這項因素與所研究的問題之間的關系，不但需要厘清問題與條件之間的關聯，還應猜想控制變量問題.也就是說，在初中物理教學中應用控制變量法，可以幫助學生深刻理解物理知識的規律和內涵，對于提升學生的學科素養，培養學生的探究精神和實踐能力等都具有重要作用.

1 控制變量法概述

在物理學的范疇中，每一個物理量都具備影響這一物理量本身的條件和因素，而這些因素以及條件發生變化，就會引起物理量發生變化.在電學的學習中應用控制變量法，可以促進學生認識電學，深刻把握電學知識原理，不斷構建有關物理量影響因素的認知，促進學生自主學習和自主解決實際物理問題的能力和水平.

在物理電學的學習中應用控制變量法進行研究，可以將復雜化的物理知識變得更加簡單易懂.然而，部分初中學生因自律性不強等因素，在學習中尚不能夠靈活、有效、獨立地應用控制變量法.這要求初中物理教師在教學實踐中重視組織與引導，能夠有效幫助學生建立應用控制變量法解決初中物理問題的意識，培養學生應用控制變量法的能力.

2 初中物理教學的不足

2.1 過分關注學習成績

盡管提倡素質教育，推進教學改革的口號已經唱響很多年，并在教育教學領域中得到廣泛關注和落實，但是考試對我國學生和教師的影響仍然是無法取締的，各種考試和考核仍然是進行人才選拔的最直接、最有效的方式.雖然，通過單純的考試不能全面地確定學生的綜合素質水平，比如活動準備能力、學習積極性等，但是就目前的社會環境而言，多數人都只看重結果，而忽視過程，對于初中學生更多的是關注學習成績，而忽視學生多方面的能力.所以，考試制度和考試成績仍然是初中學生在學習物理過程中必須要面臨的問題.

2.2 自主學習時間不足

初中物理重視知識的探索與實踐，電學知識更需要學生通過實驗實操去認識和了解物理原理.單純依賴理論知識的講解以及課上學習時間，是難以深刻認識和熟練應用知識解決實際問題的，需要學生充分利用課余的時間進行知識預習、復習和鞏固等.但是，就目前初中物理教學的課程設置而言，盡管多數學校都設置自習時間，但卻會經常被其他學科教師占用，學生自主學習和鞏固物理知識的時間也就有所減少，這就導致學生的物理學習能力和解題能力不能得到有效的鍛煉.另外，面對中考的學習壓力，學生對于占用自習課的情況會感到厭煩，甚至會失去對學科的學習興趣.

2.3 缺乏硬件設備

缺少充足的硬件設備是導致目前多數學校物理課堂無法開展實驗教學的根本原因.眾所周知，物理課程以實驗為基礎，以探究為根本.然而，部分學校并不具備充足的物理實驗儀器，實驗環境簡陋.盡管學生對于物理實驗探究充滿好奇心，但是受硬件設備短缺的限制，致使很多物理實驗難以由學生親手操作完成，而是由教師進行示范實驗，甚至是只通過口頭描述來實現，這會明顯影響學生的學習興趣和主動性.

3 控制變量法在初中物理電學中的應用

3.1 控制變量法在探究物理電學規律中的應用

在初中物理中，電學占有重要比重，而“歐姆定律”是電學中的重點和基礎內容，屬于電學的核心.在以往的學習中，學生可以掌握電學中關于電壓、電流和電阻的基本概念，那么關于三者之間存在怎樣的關系，教材中安排了較為完整的探究活動，其中包含了三個要素：（1）怎樣應用控制變量法進行實驗設計；（2）采用什么方式確保哪個變量不變；（3）用什么方式改變哪個物理量.

首先，保持電阻不變，改變導體兩端的電壓，來探究電流與電壓之間的關系.其中，保持電阻不變的方式為使用定值電阻.改變導體兩端電壓的方式可以有兩種方式.

（1）圖1中，改變電源兩端電壓即可改變導體兩端電壓.使用這個電路，可以使學生更加容易地應用控制變量法來分析電壓和電流之間的關系，便于學生了解和掌握知識重點.

（2）如圖2所示，采用調整滑動變阻器的方式也能夠達到改變電阻兩端電壓的目的.這樣能夠使學生清晰地明白所需要研究的對象是定值電阻這部分內容，而選用滑動變阻器的目的是改變定值電阻兩端的電壓.

其次，保持導體兩端電壓不變，調整電阻，分析電阻和電流之間的關系.改變電阻的方式可以選擇使用不同定值電阻的方式進行，而電阻變化的同時，應確保導體兩端電壓不發生改變，可以采用的方式可以分為以下兩種：第一種方式是使用同一電源即可確保電壓的穩定，而更換不同的定值電阻，能夠更加明顯地總結出電阻與電流之間的關系，使問題簡化.若實驗中使用的電源為干電池，由于電池有內阻，一旦外接電阻發生變化，其兩端的電壓也會發生相應的變化，進而影響實驗結果.第二種方式是更換不同電阻值的電阻，滑動變阻器的滑片不動，則定值電阻兩端的電壓會發生變化.若在實驗過程中，電阻值和電壓都發生變化，就難以明確影響電流的具體因素是什么了.在實驗過程中，初中學生經常會忽視這一點，所以，教師應指導學生注意電壓表的變化，保證實驗過程中電壓表的數值不發生變化.

通過以上兩個實驗研究，在不斷地控制變量過程中，學生既可以比較容易地認識到，導體中的電流和導體兩端的電壓與電阻之間的關系，在實際操作中深化對教材中知識的認識，降低了理論知識的難度，使抽象知識更加具體化.

3.2 控制變量法應用于電阻學習

在學習電阻的相關知識時，必須立足于學生學習電路知識時所了解的電壓、電流知識，這樣就使學生更容易理解和接受.但是，基于這樣的前提，初中學生對于物理知識的科學探究方式依然沒有什么概念.這需要教師在教學中巧妙地把握教學方式，善于使用有效的教學方法來構建高效課堂.在物理電學中應用控制變量法來輔助學生理解，可以配合相關例題進行分析和講解，幫助學生深化理解知識內容.在以往的學習中，學生對電壓和電流有了基本的了解，所以在后續的電阻學習中不會產生很大的學習壓力和陌生感.在教學中，結合教學大綱的要求和教學目標完成教學任務后，可以有針對性地利用控制變量法進行例題分析.

例如 在研究“導體電阻的影響因素有哪些”的電學實驗中，如果將一根粗細均勻的導體平均分成兩段后，分別連接到以下電路中，如圖3，這樣做的目的是研究（ ）問題.

（A）導體電阻和溫度之間的關系.

（B）導體電阻和電阻長度之間的關系.

（C）導體電阻和材料之間的關系.

（D）導體電阻和橫截面之間的關系.

例題解析 通過題目分析可以發現，兩段導體是由同一導體分割而來，且原導材質紙均勻，可見分割后的兩段導體在溫度、橫截面和材質上是相同的，而二者之間的差異只表現在長度上，所以選項（B）為正確答案.

3.3 控制變量法應用于初中物理電學實驗

在初中物理課程中，關于總結“電磁鐵磁性強弱的影響因素”這一實驗教學中，學生會接觸到下面這道例題：小明研究“電磁鐵磁性強弱的因素”時設計了如下電路裝置，見圖4，裝置的結構包括滑動變阻器、電源、帶鐵芯的螺線管、開關、自制刻度板.在實驗過程中，小明發現：①當P（滑動變阻器的滑片）向（ ）滑動時，B（指針）的偏轉角度會（ ）.②保持P的位置不變，當a（導線）由原來的與2號接線柱連接改為與1號接線柱連接，那么開關閉合后，B的偏轉角度會（ ）.通過研究電磁鐵可以得出，在線圈的匝數確定，電磁鐵的磁性隨著通過其中的電流量增加而（ ）；如果通過電磁鐵的電流是確定的，電磁鐵的磁性隨著線圈匝數的減少而（ ）.

這個實驗的整個研究流程都是應用控制變量法來進行的，但是，在第二個環節中在使線圈匝數發生變化的同時，螺線管電阻也隨之改變，電流也發生變化.所以，在進行第二環節的講解中，教師應重點強調，如果線圈不長，可以忽略電阻.在a改變接線柱時，可以視為通過電阻的電流未發生變化，所以可以得到這樣的結論：當電流為定量時，電磁鐵的磁性隨著線圈的匝數增加而增強.如果線圈電阻是不能忽略的條件，就應該在實驗中串聯電流表，當改變導線接線柱后，調節好電阻調節片，確保兩次實驗過程中所通過的電流是一致的，才能得出正確的結論.

3.4 控制變量法在初中物理習題中的應用

總結近年來的初中物理電學測試題不難發現，“比較物理量的大小”是一個重點考查的知識點.并且，是初中學生失分率較高的知識內容.這主要是初中學生尚未把握解題的竅門，解題思路不清晰導致的.筆者在分析和總結中發現，在這類題型的解答中使用控制變量法能夠取得較好的效果.

控制變量法其實就是由大于等于2種因素控制一個物理量.只有控制其中一個因素不發生改變，才能證實這個物理量是否變化.

例如 在同等溫度條件下，同等質量的鐵塊和銅塊，吸收同等熱量后，（ ）的溫度較高.

（A）銅塊. （B）鐵塊.

（C）同樣. （D）不能確定.

4 結語

控制變量法對于多變量問題的分析具有積極的作用.控制變量法能夠在電學知識的學習中幫助學生了解電阻、電流和電壓三者之間的關系，在日常教學中應重視引導學生領悟其中的深刻意義，使其能夠靈活應用于具體問題的分析.

參考文獻：

[1]鄭麗梅.探討初中物理電學中控制變量法的實際應用[J].軟件（教育現代化）（電子版），2018（2）：321.

[2]李虹.淺談控制變量法在初中物理電學中的應用[J].科學之友，2009（21）：133-134.

[3]顧照強.引入控制變量法，讓電學教學更高效[J].新課程導學，2020（3）：49.

[4]李志遠，張永禮.初中物理電學中控制變量法的應用[J].中學生數理化（教與學），2016（10）：91.

[5]方國民.控制變量法在高中物理習題教學中的應用——以一道高考模擬題為例[J].物理教師，2022，43（2）：90，97.

[6]黎莎.初中物理思想和方法的滲透——以“在科學探究中怎樣控制變量”為例[J].理科考試研究（初中版），2021，28（4）：36-39.

[7]殷萌.初中物理電學中控制變量法的具體運用分析[J].讀與寫，2020，17（28）：197.

[8]孫向坤.控制變量法和轉換法在物理實驗探究中的應用[J].求知導刊，2019（14）：6.