新课程下“控制变量法”在科学探究中的应用

张洁琼

摘 要： 随着新课程改革的日趋成熟，各种科学的教育理念逐步被老师和同学们接受。符合学生认知规律的教学方法和学习方法也逐渐得以普及。本文探讨“控制变量法”是物理探究分析常用的方法，也是高中新课程物理学习研究的重要方法之一。结合控制变量法的特点以及中学教学中的实例，阐述了在物理教学中如何运用好控制变量法来探索问题和分析解决问题.

关键词：新课程；控制变量法；科学方法；实验探究

新课标准对物理学科的要求已从原来一个维度知识与技能，发展成现在的知识与技能，过程与方法，情感与价值观并重三个维度。在新课程理念下，控制变量方法是学生探究性学科的基础知识和基本技能，同时培养中学生探索研究物理问题的科学方法，养成良好科学态度；全面发展学生素质与潜能。

一、控制变量法的理论依据

在物理学中，常出现研究的物理量与多个物理量有联系，决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，然后来比较、研究其他两个变量之间的关系，这是一种研究问题的科学方法。这种研究问题的方法就是控制变量法。

物理现象产生和变化的因素很多，为了弄清和揭示事物变化的原因和规律。想精确地把握研究对象的各种特性，弄清事物变化的规律，单靠自然条件下整体观察研究对象是远远不够的，还必须对研究对象施加人为的影响，形成特定的便于观察的条件。这样做的目的，一方面，可以判定变量之问是否具有因果联系；另一方面，可以探究变量之间的真实数量关系，即是控制变量法。对物理来说，多个物理量的问题就是两个或两个以上的物理量共同决定的某个物理量变化。针对这种变化，我们往往保持一些物理量不变，只研究引入物理量与常见量之间的关系因此控制变量法的精髓在于，通过控制无关变量，化复杂为简单。观察判定物理量之问的因果联系，测量探究物理量之问的数量关系。控制变量法的目标是将复杂问题分解为一个个的简单问题，通过逐步地解决这些简单问题而最终使复杂问题获得解决，

所以，控制变量法在各个击破的基础上，要运用叠加、归纳、综合等方法最终得到物理量之问复杂的数量关系。以下诸方面是笔者在教学实践中认识到的并自觉运用了控制变量法的几类案例。

二、控制变量法在实验中的运用

高中物理对于多种因素导致结果变化的问题分析，常常采用控制变量法，尤其是在高中物理实验的操作中更是如此。但我们教材上对控制变量法的介绍比较简陋，这里和大家一起来探究下控制变量法的概念及基本应用。我们以恒定电流部分中的实验：研究电阻大小由什么决定的为例。

实验、决定导体电阻大小的因素

猜想：决定导体电阻大小的因素有那些？

导体的电阻可能与导体的长度、横截面积和材料三个因素都有关系。

我们需要采取什么实验方法去研究？

实验方法的讨论：

a.同种材料，S一定，探究电阻R与L的关系

b同种材料，L一定，探究电阻R与S的关系

c.不同材料，S、L一定，探究R与材料的关系

实验步骤：

a. 同种材料，S一定，探究电阻R与L的关系

同种材料，S一定，改变L（6次），测R（伏安法。也可以保持电流不变，测电压）列表记录实验数据。

做出R—L （或U/L）图像。如果图像是过原点的直线，说明R∝L （图像法）

结论：同种材料，S一定，电阻R与L成正比 R ∝L

b.同种材料，L一定，探究电阻R与S的关系

同种材料，L一定，改变S（6次），测R（伏安法）列表记录实验数据。

做出R—S-1图像。如果图像是过原点的直线，说明 R∝1/S （图像法）

结论：同种材料，L一定，电阻与S成反比R∝1/S

c. 不同材料，S、L一定，探究R与材料的关系

不同材料，S相同和L相同时，电阻不同。

结论：电阻与材料有关

以上，控制变量法帮助我们得以证实：导体的电阻R的大小是由电阻率ρ、导线长度L以及横截面积S共同决定的。定量得出电阻的决定公式：R=ρL/S

在我们验证实验中，探究R与导线长度L的关系的时候，就必须让电阻率ρ以及横截面积S保持不变，这就是控制变量法。即，控制住了电阻率ρ、横截面积S这两个自变量。如果我们不控制电阻率ρ，不同的材质（一个是铜线，一个是铁线）的导体长度L与其电阻R 的函数关系明显实效。

三、物理控制变量法的实施步骤

高中物理实验中采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，从而得到物理量之间的关系。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。

通过以上实验我们可以的得到使用控制变量法的一般步骤

（1）确定所研究的目标。明确所研究对象，做到有的放矢。以探究牛顿第二定律为例：我们要研究的就是加速度与哪些因素有关。

（2）确定影响的因素。一个物理规律或现象可能受到两种或两以上的多个因素的影响，我们使用控制变量法之前，在确定目标的基础上，分析影响其因素，找出主要因素而忽略次要因素。在本实验中我们通过分析知道：加速度可能与力以及质量有关。

（3）寻求物理在实验研究中多次使用控制变量法，设计实验控制变量。由于些研究对象只受两个因素的影响，所以实验时只需控制其中一个变量，来研究另外两变量间的因果关系及其量变关系多变量的问题。当m一定时，探究a与F的关系。当F一定时，探究a与m的关系。综合两个实验结果，得出

a、m、F三者之间的关系，进而介绍牛顿第二定律。

（4）试验验证结论。任何一个实验探究的结果都会有结论的产生，牛顿第二定律也一样。

四、控制变量法的作用及其重要意义

科学探究必须融入方法要素，物理教学中有意识地对学生进行科学方法的渗透、指导和训练，是引领科学探究走向高水平的必由之路。结合"控制变量法"对新课程物理教学中的基本概念、原理和步骤也有了更深层次的理解。

科学技术的迅猛发展，原有的教学体制无法适应现代社会对学习型人才的培养。新课程标准下目标的要求改进了以往只注重知识的掌握一个维度向知识与技能，方法与过程、情感与科学态度的三个维度并重的全面发展。这就使得控制变量法必将成为未来高中物理课堂教育教学的主线。

参考文献

（1）黄汶.控制变量法及其教学案例.《教学月刊中学版》.2009年10月期

（2）黄玉航.物理研究方法中的控制变量法物理研究方法中的控制变量法