淺談初中物理中的控制變量法

　　“控制變量法”是初中物理中常用的探索問題和分析解決問題的科學方法之一，本文就它在教學中的應用作一探討．

　　自然界中發(fā)生的各種物理現(xiàn)象往往是錯綜復雜的，因此影響物理學研究對象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素相互交錯、共同起作用的．譬如說某段導體中通過電流的大小不僅和其兩端電壓有關，還和這段導體的長度、橫截面積的大小及材料種類等因素有關．所以要想精確地把握研究對象的各種特性，弄清事物變化的原因和規(guī)律，單靠自然條件下整體觀察研究對象是遠遠不夠的，還必須對研究對象施加人為的影響，造成特定的便于觀察的條件，這就是“控制變量”的方法．例如為了研究某物理量同影響它的三個因素中的一個因素之間的關系，可將另外兩個因素人為地控制起來，使它們保持不變，以便觀察和研究該物理量與這一因素之間的關系．

　　首先，在初中物理實驗過程中，控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規(guī)律的科學方法．

　　具體做法是根據(jù)研究目的，運用一定的手段（控制實驗儀器設備等）主動干預或控制自然事物、自然現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展的過程，在特定的觀察條件下去探索客觀規(guī)律．例如，在引導學生探索、研究導電體的電阻的大小同導電體的哪些特性有關時，可先故意將橫截面積、長度都不同的一根鎳鉻合金絲和一根銅絲分別串入接有小燈泡的直流電路中，讓學生分別觀察燈泡發(fā)光的亮度，并問學生：剛才的實驗現(xiàn)象能否說明電阻大小與導電體的某個特性有關？學生經(jīng)過思考與討論，得到的結(jié)論當然是否定的．再用橫截面積和長度都不同的兩根鎳鉻合金絲分別串入上述電路中，觀察小燈泡的亮度，并讓學生思考這個實驗能否說明電阻大小同導電體的某種特性有關，結(jié)論同樣是不能．這時就可不失時機地問學生：“那么，我們應該取怎樣的兩根金屬絲串入上述電路來做這個實驗，以研究導電體的電阻大小到底與哪些因素有關呢？”同時向?qū)W生出示課前準備好的幾根金屬絲讓他們選擇．學生經(jīng)過思考并相互討論后，有的回答：應取兩根橫截面積相同、但長度不同的鎳鉻合金絲進行上述實驗；有的同學說：應取兩根長度相同、但橫截面積不同的鎳鉻合金絲進行上述實驗；還有的說應取長度、橫截面積均相同的一根銅絲和一根鎳鉻合金絲進行實驗比較．這時，教師可適時指出上述幾種方法都可以，同時指出要研究電阻的大小同導電物質(zhì)的長度、橫截面積、材料種類這三個因素任何一個因素間的關系，就要人為地控制另外兩個因素，使它們相等，并指出這種實驗的方法就是“控制變量法”，再讓學生運用這一方法系統(tǒng)地進行上述實驗，使學生在實際操作過程中去體驗這一科學方法．

　　在初中物理教學中還有許多概念或規(guī)律之探索和推導的實驗過程中，都運用了“控制變量法”這一科學方法，如在引導學生探索“導電體中電流大小同其兩端電壓大小和其電阻大小之間的定性關系，最終得出歐姆定律”和探索“力的作用效果同力的哪些因素有關，最終得出力的三要素”等實驗過程中都用到了這一科學方法，使學生對“控制變量法”不斷加深理解，并逐步達到有意識地去應用的目的．

　　其次，在利用物理知識去分析和解決一些實際問題時，如能靈活運用“控制變量法”進行分析，有時可起到事半功倍的效果．

　　在初中物理中，可用“控制變量”去分析和解決的實際問題是很多的，這就為這一科學方法的教學和應用提供了很好的機會．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，誰的溫度升高較大？對于這一道習題，初看起來似乎有一定的難度，因為這樣簡短的一句話中包含了四個相互關聯(lián)的物理量，也就是說，要比較誰的溫度升高較大，就要同時分析其它三個物理量（質(zhì)量、熱量、比熱容）對它的綜合影響，如果沒有一種科學的分析方法，要解決這樣一個實際問題，不僅費時費力，且準確率不高，但如能對學生加以恰當?shù)囊龑�，讓他們考慮是否可用物理實驗中常用的科學方法來解決這道實際問題，經(jīng)過思考及同學間的相互討論，許多同學便會想到用“控制變量法”結(jié)合公式Ｑ＝ｃｍΔｔ來解決這個問題，思路是這樣的：因為這個問題要解決的是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，即這個問題中Δｔ僅取決于ｃ（比熱容），且從Δｔ＝Ｑ／ｃｍ這一關系式中可以看出，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，如能恰當運用科學方法進行分析，確實能起到提高解題速度與準確率的良好效果．更為重要的是，通過這一實際問題的解決過程，使學生對如何應用“控制變量法”等科學方法去分析、解決問題作了有益的嘗試．在初中物理（如在力學、電學、熱學）中，可用“控制變量”這一科學方法去分析解決的實際問題還很多，這就為學生靈活應用這一科學方法解決問題提供了證明。

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