控制变量法及其在初中物理教学中的应用
[摘要] 以现代研究性学习理论和新课程标准为指导，结合教学实践，总结了“控制变量法”这一研究物理问题的常用科学方法在初中物理中的运用，并对在初中物理教学中正确运用“控制变量法”提出了建议和思考。
【关键词】控制变量方法科学方法应用研究
目前，建构主义作为一种新兴的认知理论，已成为国际科学教育改革的主流理论。建构主义强调学习的自主性、社会性和情境性，由此产生了探究式学习、合作学习等现代学习方式，主张从“基于记忆的科学”转向“基于探究的科学”，从“单向教学”转向“合作学习”。物理课程标准在总体课程目标中指出：“义务教育阶段物理教育的目标是培养全民学生的科学素养”，并专门将科学探究纳入内容标准，旨在强化学生的科学素养。
在物理学中，研究对象往往不是孤立的，而是总是与其他事物、现象相互联系，因此，很多时候影响研究对象的因素并不是单一的，而是多种因素交织、共同作用的。
为了准确地掌握研究对象的各种特性，找出事物变化的原因和规律贝语网校，单单在自然条件下对研究对象整体进行观察是远远不够的，还必须对研究对象施加人为的影响，创设便于观察的具体条件。即当影响某一物理量变化的因素很多时，为了研究某一因素的变化对该物理量的影响，必须保持其他因素不变，否则就无法知道是哪一个因素引起了该物理量的变化。例如：物理量A与B、C、D等因素有关。求得A与B之间具体关系的方法是：控制C、D不变，只改变B，判断A的变化，从而得出规律；再用类似的步骤，分析得出A与C、A与D之间的关系。这就是控制变量法。 采用“控制变量法”，可以把物理量的变化简化为与各个单一因素的变化相关的问题初中物理研究性论文，逐一进行分析、求解，从而降低了分析物理问题的难度。
在物理教学中，如何以学生为主体，将“控制变量法”有机融入学生的探究学习活动中，对于贯彻新课程标准、培养学生的科学探究能力极为重要。近年来，各地中考中出现了不少需要用此法作答的题目。本文就“控制变量法”在初中物理教学中的应用作了初步探讨。
1.控制变量法在教学中建立概念和规律的应用。
控制变量法在实验教学中经常用来探究物理规律，例如《牛顿第一定律》、《阿基米德原理》、《欧姆定律的实验教学》、《压强》等都运用了“控制变量法”的科学方法。
例如：在欧姆定律的实验教学中，教师可以组织学生讨论如何研究I、U、R之间的关系。确定研究对象为电流后，引导学生运用控制变量法，先控制一个物理量“电阻”不变，研究电流与电压两个物理量之间的关系，再控制另一个物理量“电压”不变，研究电流与电阻两个物理量之间的关系，最后综合、总结这些单一的关系，找出它们之间的规律，推导出欧姆定律。
例如：在物理启蒙教育阶段，为了凸显距离长短、时间长短、运动速度之间的关系，对变量进行两个层次的控制。第一层次，选取各种复杂运动中最简单的匀速直线运动，即控制运动轨迹为直线，不倒转，运动速度不变。第二层次，在一般环境下选取不同的变量进行控制，研究两者对应量之间的关系：
（1）当控制时间相同时，比较两物体行进的距离，判断两物体运动的速度有多快。学生的生活经验会让他们得出正确的结论：距离越大，运动越快，速度越大。
（2）当距离相等时，比较两个运动物体完成整个行程所需的时间，以比较物体的速度。学生也从生活中知道，先到达终点的物体速度更快（即用时少的物体速度更快）。然后，通过综合比较，可得出表达式V = S/t。
2.控制变量方法在探索性实验中的应用。
探究式教学强调发散思维、多方讨论，充分发挥学生的主动性，发表自己的见解；而控制变量法是对实验条件的限制，只能进行一个方面的探究和研究。两者看似矛盾，其实本质上是统一的。控制变量法是一种有条件的探究，是以一定的知识和能力为基础的，可以消除学生在学习过程中的盲目性，学生在教师有目的的引导下，提出问题，明确分析对象，运用合理的知识和经验，探究教学中的问题，进而解决问题。
例如，在要求学生“探究影响液体蒸发速度的因素”时，学生会猜测影响液体蒸发速度的因素可能包括温度、液体表面积、液体质量、液体种类等因素。在众多因素中，要求学生通过实验来验证猜想无疑会增加学生的盲目性，因为影响的因素太多，对于初学者来说，会觉得每个因素都有影响，因素之间是相互影响的，学生无法从中找到正确的结论。此时，教师应主动引导和帮助学生排除相关干扰因素，采用控制变量法，让学生通过比较、分析、观察，找到真正的影响因素。例如，引导学生用两杯质量、体积、表面积相同的水，放在同一个房间，用塑料薄膜盖住其中一个杯子，另一个杯子不盖，放在电风扇下同时吹风。 学生很快就会发现，用电风扇吹一段时间后，盖上保鲜膜的那杯水的体积几乎不变，而没有盖上保鲜膜的那杯水的体积则明显减少。学生可以立即分析出表面气流速度对水蒸发的影响。通过类比，学生很容易探究其他因素的影响。
3.控制变量法在练习教学中的应用。
在运用物理知识分析解决一些实际问题时，如果能灵活运用“控制变量”进行分析，就会收到事半功倍的效果。在初中物理教学中，有很多实际问题可以用“控制变量”来分析解决，这为这一科学的教学方法和应用提供了良好的契机。
例如：如果水和煤油的质量相等，吸收相同量的热量后，哪一个的温升更大？
分析：这道题乍一看似乎很难，因为这句话里包含了四个物理量，也就是说要比较谁的温升更大初中物理研究性论文，就需要同时分析另外三个物理量（质量、热量、比热容）对其的综合影响。如果没有科学的分析方法，解决这样的实际问题不仅费时费力，而且准确率也较低。但如果能适当引导学生思考能否用物理实验中常用的科学方法来解决这个实际问题，经过同学们的思考和相互讨论，很多学生就会想到用“控制变量法”，结合公式Q=cm△t来解决这个问题。思路如下：因为这道题是求△t（温升）的大小，所以先把这个公式改成△t=Q/cm的形式。 在对题目的分析中发现，m与Q相同，即本题中的△t只取决于c，而从关系式△t=Q/Cm可知，当m、Q相同时，△t与c成反比，而水的比热容大于煤油，因此很容易得出本题答案为：“煤油的温升大于水的温升”。
在解决物理问题时，如果能恰当地运用科学方法进行分析，确实可以提高解决问题的速度和准确性。更重要的是，通过解决这些实际问题的过程，学生们对如何运用“控制变量法”等科学方法分析和解决问题进行了有益的尝试。在初中物理（如力学、电学、热力学等）中，一个物理量往往与多个变量有关，一般不可能同时研究多个变量对研究对象的综合影响，只能采取逐一控制变量的方法。这些物理量主要有弦的音高、声音的响度、固体、液体、气体的压力、浮力、杠杆平衡条件、动能和重力势能因素、功率、机械效率、影响内能的因素、热量（燃烧燃料）、影响电阻的因素、欧姆定律、电磁铁磁性、电功、电功率……因此，“控制变量法”是研究物理问题最重要、应用最广泛的科学方法。 学生必须不断加深对“控制变量法”的理解，逐步达到自觉运用的目的。
4.建议和想法
1、在探究过程中运用控制变量法时，应注意以下几点： ①教师在课前要做大量的准备工作，对所要探究的问题设置各种可能的结果，做好充分的思想准备和解决的办法。 ②在准备教材的同时，做好学生的准备，因材施教，因材施教。要耐心、亲切，贴心引导，一步步带领学生走进成功的殿堂。 ③善于发现学生细微的进步，为探究教学的进一步开展奠定思想基础。
2、应用“控制变量法”时，应注意变量的可控性和对无关变量的有效控制，根据研究的需要，采用各种方法和技术，减少或消除可能影响实验科学性的各种无关因素的干扰，以简化、纯化的状态去理解研究对象。
3、注重应用能力的迁移。作为物理学研究方法的“控制变量法”，在教学中应注意“授人以鱼”与“授人以渔”的关系。宏观上可采取“先学、二学、三创”的教学模式，最终将所学的科学方法自主迁移到新知识的学习中，或应用于解决自己遇到的新问题，达到培养能力、提高科学素质的目的。
参考
[1] 廖伯勤、张大昌主编的《初中物理课程标准解读》
[2] 项红专主编，《中学教学研究论文写作指导》
[3]裴迪娜，教育研究方法导论。
[4] 闫金铎等，中学物理教师教育研究方法
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