在探究過程中習得“控制變量法”

周懷遠 田春陽

物理課程標準指出，教師要引導學生“經歷科學探究過程，學習科學研究方法”。筆者以人教版物理八年級下冊第十章《浮力》中的實驗“探究浮力的大小跟哪些因素有關”為例，談談如何引導學生探究影響浮力大小的因素，并掌握“控制變量法”這一教學重難點。

一、聯系生活經驗，引發學生猜想

日常生活經驗能引發學生的猜想，讓學生有探究的興趣。基于此，教師可以創設與學生生活經驗密切相關的教學情境，讓學生在現實問題的驅動下猜想，并根據原有知識經驗合理推測，使學生的思維聚焦到決定浮力大小的因素上來。

課堂上，筆者出示兩張圖片（一張為木頭在水中漂浮，另一張為鐵塊在水中下沉），并提出問題：“我們知道浸在液體中的物體都受到了浮力的影響。圖片中的木頭和鐵塊卻一個漂浮一個下沉，你覺得浮力的大小可能和什么因素有關？”一名學生提出：“浮力的大小可能與浸在液體中的物體的密度有關。木頭密度小，受到的浮力小，所以漂浮在水上，鐵塊密度大，受到的浮力大，所以沉到水里。密度小的物體浮力小，密度大的物體浮力大。”筆者肯定了該生的看法，繼續出示兩張變化了的圖片（將木頭的體積擴大10倍，木頭依然在水中漂浮；將鐵塊體積縮小10倍，鐵塊依然在水中下沉），然后請學生思考：“你現在有什么猜想？說說你的理由。”另一名學生提出：“木頭雖然密度小，還是漂浮在水上，但它的體積那么大，受到水的浮力應該大；鐵塊雖然密度大，在水中還是會下沉，但它的體積那么小，受到水的浮力應該小。因此，浮力的大小與浸在液體里的物體的密度無關。”

以上教學，教師通過創設兩組木頭、鐵塊浸在水中的真實情境，有效激發了學生的學習興趣，引導學生提出猜想，培養了學生的推理能力。

二、控制變量，剔除不合理猜想

在上面的教學中，學生尚未認同“浮力與浸在液體中物體的密度無關”這一猜想，所以，筆者用實驗幫助學生剔除不合理的猜想。

課堂上，筆者使用彈簧測力計測量出鋁塊浸沒在水中所受的浮力，并詢問學生從中受到了什么啟發。學生認為，可以用彈簧測力計測量密度不同的物體在水中所受的浮力，如果密度大的物體在水中受到的浮力大，密度小的物體在水中受到的浮力小，就說明浮力與浸在液體中物體的密度有關；反之，如果密度大的物體在水中受到的浮力小，密度小的物體在水中受到的浮力大，則說明浮力與浸在液體中物體的密度無關。筆者提示：“如果密度大的物體在水中受到的浮力小，密度小的物體在水中受到的浮力大，也可能說明浮力與浸在液體中物體的密度是負相關的。換一個思路，如果測量得出密度大的物體與密度小的物體在水中受到的浮力相等，說明什么呢？學生紛紛表示：浮力與浸在液體中物體的密度無關。

然后，筆者組織學生選擇合適的器材進行實驗（實驗器材有彈簧測力計、盛有適量水的燒杯、體積相同的鋁塊和鐵塊等）。有學生提出，為什么鋁塊跟鐵塊的體積要一樣大？筆者引導學生探究，經過小組合作和探究，學生得出結論：體積不同的情況下，實驗中會出現兩個可能與浮力有關的因素，即物體密度ρ和物體體積V。要研究浮力與密度的關系，體積就要相同。如果體積不相同，密度也不同，就不容易找到它們之間的關系。這樣，學生明確了控制變量法的內涵，即把多因素的問題變成多個單因素的問題，并分別加以研究，最后再綜合解決問題。接下來，筆者讓學生用10㎝3的鋁塊和鐵塊做實驗，先設計實驗方案，然后根據方案測量出它們浸沒在水中所受的浮力，并記錄數據。學生發現用彈簧測力計分別測得的體積相同的鋁塊、鐵塊在水中所受浮力的大小相同，都是0.1N，最終得出結論：浮力的大小跟浸沒在液體中物體的密度無關。

教師通過一步步引導學生完善思維過程，幫助他們建立了變量的概念，指導他們初步建構了控制變量的思維模型，對接下來的探究起到導向作用。

三、遷移方法，運用變量控制法

教師通過設置遷移任務，引導學生運用控制變量法分析、解決問題，能加深學生對控制變量法的理解，以強化和鞏固所學。

該教學環節，筆者提出“浮力的大小跟物體的體積有關嗎”的猜想，并讓學生驗證。既然探究的是浮力的大小F與物體的體積V是否有關，那么物體的體積V這個因素就是變量，我們必須再找到至少一個因素，并讓這個因素保持不變，即讓它成為定量。我們可以找到哪個因素，讓它成為定量呢？一名學生提出，可以讓密度ρ成為定量，但泡沫和木塊的密度ρ不同，和體積V在一起研究，就成了兩個變量，無法進行研究，所以不能選擇密度ρ作為另一個因素。另一名學生提出讓物體的質量m成為定量，我們可以控制泡沫和木塊的質量m，使之相同，這樣就只有物體體積V一個變量了，容易得出探究結論。筆者肯定了該生的猜想，并組織學生進行實驗檢驗。學生通過畫圖、做受力分析，完成了表1的填寫。

筆者通過引導學生經歷提出猜想、研究猜想的過程，幫助他們找準變量，找出隱含的多個因素，設計定量，每次保持在一個變量下進行實驗或分析，綜合得出結論，使學生運用控制變量法探究新知，發展了他們的科學探究能力。

（作者單位：漢川市外國語學校）

責任編輯? 張敏