运用控制变量法 提高学生的探究能力

蔡玉琼

摘 要：控制变量法是初中物理科学探究中最常用的方法。在教学实践中，运用好控制变量法来探究物理实验，更好地为实验教学服务，提高学生的科学探究能力。

关键词：控制变量法；物理；实验

一、引言

物理课程标准中明确指出：“科学探究既是学生的学习方式，又是重要的教学方式之一。”课程标准对学生科学探究能力的培养十分重视，而控制变量法是初中物理科学探究中最常用的方法。比如，要比较两位同学跑步速度的快慢，可以用两种方法：第一种是让他们跑同一段路程，谁先到终点，谁的速度就快；第二种是看相同的时间内，谁跑的路程更长，谁的速度就快。上述例子用控制变量法描述，第一种方法就是控制运动路程相同来比较时间，从而得出跑步速度的快慢，第二种方法则是控制运动时间相同来比较路程，同样也能得出跑步速度的快慢，方法不同，目的相同。那么，在教学实践中，如何引导学生运用控制变量法来探究实验，笔者就此谈谈自己的看法。

二、引导学生用控制变量法探究物理实验

在教学中，我们要指导学生运用控制变量法进行实验探究，让学生在实际操作中去体验并掌握这一科学方法。下面以《摩擦力》的教学——沪科版物理八年级第六章第五节为例说明控制变量法在探究物理规律中的应用。

摩擦力这节课重点之一就是探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关。为激发学生的学习热情与兴趣，首先提出问题：你能用什么事例证明给大家看滑动摩擦力是存在的？学生的积极性很高，列举了以下案例：推箱子时，箱子和地面间的摩擦就是滑动摩擦力；擦黑板时，黑板与黑板擦之间的摩擦也是滑动摩擦力等。然后启发引导：根据生活经验对自己所举的事例进行猜想，滑动摩擦力的大小与哪些因素有关呢？学生可能会发现滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度、压力的大小、接触面面积等有关。那同学们的猜想是否正确呢，肯定要通过实验来验证。进而再追问：当一个物理量同时随着几个物理量变化时，又要用什么方法来研究呢？通过思考、讨论，让学生明白这个实验可用控制变量法来探究，即只改变一个因素，探究滑动摩擦力的大小与这个因素的关系。最后通过以下实验，来验证猜想。

1.探究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的关系

要探究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度是否有关，就要改变与木块A接触面的粗糙程度，控制压力大小相同、接触面面积也相同（即如图甲、乙进行实验），匀速拉动木块。通过实验，学生会很直观地发现滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，即当其他条件相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。

2.探究滑动摩擦力的大小与压力大小的关系

探究压力的大小是否会影响滑动摩擦力的大小，这时就要改变压力的大小，控制接触面的粗糙程度相同、接触面面积也相同（即如上图乙、丙进行实验），匀速拉动木块。如果两个实验的结果不同，那就是因为压力大小的不同引起的，因此可以得出压力的大小会影响滑动摩擦力的大小。反之，则无关。通过实验，学生同样也可直观地发现滑动摩擦力的大小与压力大小有关，即当其他条件相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。

3. 探究滑动摩擦力的大小与接触面面积大小的关系

用控制变量法探究滑动摩擦力的大小与接触面面积大小的关系，用各个侧面积大小不同的木块，改变木块A与木板的接触面面积的不同，同时控制接触面的粗糙程度相同、压力的大小也相同（如图甲，第二次实验时木块A用不同表面积的另一侧面），通过实验，学生会很直观地发现滑动摩擦力的大小与接触面面积的大小无关。

以上教学片段是控制变量法在探究物理规律教学内容中应用的一个实例，在初中物理学中可用控制变量法进行探究的物理问题有很多，凡是影响某一物理量变化的因素可能较多时，要验证这些因素的变化对该物理量是否有影响，都可以使用控制变量法去研究，用这一方法解决问题的优点是探究过程与生活经验高度相关，能让学生直观、快速、准确地设计和完成实验探究，提高学生的科学探究能力。因此，教学中要尽可能引导学生用控制变量法去解决问题，更好地为实验教学服务。

三、应用控制变量法探究实验时应注意的问题

控制变量法虽然能直观、快速、准确地完成实验探究，解决物理问题，但是，在实际运用过程中，也存在着滥用或错用等现象，因此，在实际探究过程中使用控制变量法时还应注意以下几方面的问题：

1.要让学生了解每次探究过程中只可以有一个变量，还要知道如何控制或改变这些变量。在具体的实验探究过程中，一定要避免多个变量同时出现，就如上面提到的探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验中，我们每次只能改变一个因素，而要控制其他的因素完全相同。

2.要对教学活动的内容进行充分的准备，为所探究的问题设计多种可产生的结果，做好充分的思想准备和解决方案。一定要明确所探究问题的影响因素都有哪些，比如，“探究压力的作用效果与什么因素有關”的实验，进行猜想之后，发现其影响因素可能有压力的大小和受力面积的大小这两个。这样就可采用控制变量的方法，全面放手，让学生自己大胆探究。

3.教师要充分熟悉学生的情况，根据不同的教学需要组织学生开展学习活动。在实验探究过程中，一般以4～6人为一组，注重组内学生的个体差异，充分利用学生的个体差异分组，挖掘学生的潜力，做到差异互补，引导学生积极参与，共同进步，一步步将学生引入成功的殿堂。

总结：控制变量法实验探究教学充分体现了新课程的教育理念。它的应用能让学生更细心地体验生活，大大降低初中阶段物理学习的难度，激发学生学习物理的兴趣，进而培养学生的科学探究能力，达成教学目标。

参考文献：

[1]许春梅. 初中物理科学探究类试题分析及教学研究[D].苏州大学，2013.

2周友正.用控制变量法提高探究学习的有效性[J].新课程研究（基础教育），2008.