如何培养运用控制变量法思考问题的能力

摘 要：

控制变量法思维是学习物理学科的金钥匙，控制变量法思维在初中物理课程中常应用于探究问题和分析解决问题中，学生通过掌握控制变量法思维找到解题思路和解题方法，学生能自发应用变量控制思维，定量研究相关物理规律和物理学科。

关键词：控制变量法；实验研究；解题训练；探究问题；解决问题

物理学中的控制变量法，可以解决很多实际问题，因而要对学生进行这种思维方法的学习训练。

一、 控制变量法

控制变量法对学生来说，是一种既应用广泛，又容易上手的推理方法，这个方法既可以在帮助分析问题的同时，利于学生解决问题，让学生在问题中抓住问题的关键，知道哪些是重点分析的，哪些是辅助信息，让学生的分析更具有针对性。从而做到有的放矢，起到事半功倍的效果。通过控制一些问题中的变量，使所要研究变量在问题中突显出来。“控制”是指人为操作使得不是问题研究对象的物理量保持不变或相等的关系，然后比较、研究所突现出来的两个变量之间的关系。如：在电学中，我们要利用实验研究导体的电阻与哪些因素有关，从而归纳电阻特性时，其实与导体电阻息息相关的物理量是很多的，在实验时，1. 选取材料相同和相同长度，而横截面积不同的导线作比较，研究电阻与横截面积的关系；2. 选取相同的材料和相同的横截面积，不同长度的导线作比较，研究电阻与长度关系；3. 选取相同长度，相同横截面积，不同材料的导线作比较，研究电阻与材料的关系，最后总结出导体电阻与导体横截面积大小、长度、材料诸多因素有关。

如何在物理课的教学和学习中培养学生用控制变量法思考问题的能力，同时跃迁升华成学生的自主学习能力，我谈几点教学经验和做法。

二、 在课堂实验中如何培养学生运用控制变量法思考问题的能力

我们的物理实验课，必须按照实验原理、实验目的和方法控制一些条件来研究。如导体两端电压与导体中的电流和导体电阻都有关系，在中学的物理实验课上很难同时研究导体两端的电压与电流和导体电阻的关系，于是在分别控制导体的电阻与导体两端电压不变的情况下，研究导体中的电流跟这段导体两端的电压及导体电阻的关系，归纳得出实验结论：在电阻一定时导体中的电流跟导体两端的电压成正比；在导体两端的电压一定时，导体中的电流跟导体电阻成反比。通过学生实验，让学生既动脑又动手，理论与实践结合，最终得出欧姆定律，即I=u/R的关系。

采用控制变量法探讨物理问题，既要注意知识的形成过程，也要看结论，两者是缺一不可的，这样有利于培养学生的科学素养，使学生获得自主学习的方法。

三、 在解题训练中培养学生用控制变量法思考问题的能力

例如：学生在学习演奏二胡的过程中，小花同学发现二胡的琴弦发出声音的音调受许多因素的影响，于是决定对这种现象进行探究，讨论提出以下的猜想：一、 琴弦发出声音的音调可能与琴弦的材斜有关。二、 琴弦发出声音的音调可能与琴弦的长度有关。三、 琴弦发出声音的音调可能与琴弦的横截面积有关。为了验证以上猜想是否正确，他们找到了一些不同规格的琴弦，如下表：编号：①、②、③、④、⑤；琴弦的材料：钢、钢、钢、尼龙丝、尼龙丝；琴弦的长度/cm：20、40、30、40；琴弦的横截面积/mm2：0.3、0.5、5、0.5。

1. 应选编号 、 的琴弦进行实验验证猜想一。2. 應选编号 、 的琴弦进行实验验证猜想二。3. 如果验证猜想三，小花选用编号为①，②的琴弦进行实验，则表中缺少的数据应为 。4. 小花在实验中还发现，同一琴弦越紧音调越 。

解答此题时看到音调与琴弦的材料、长度、横截面积、松紧程度等因素有关，在研究音调与其中某一个因素关系时，除这个因素不同外，其余必须完全相同才能做比较探究得出实验结论。根据控制变量法思维，验证猜想1，只能选择两根琴弦的材料不同，但两根琴弦的长度和橫截面积都必须相同。那么就只能选择编号为③、⑤的琴弦进行实验；验证猜想2，只能选择两根琴弦长度不同，同时必须保证两根琴弦的材料和横截面积都是相同的，只能选编号为④和⑤的琴弦进行实验；为了验证猜想3，选了编号为①、②的琴弦，根据控制变量法思维，必须保证①和②琴弦的材料和长度完全相同，则表中缺少的数据应为长度20 cm；为比较琴弦松紧程度对音调的影响，必须选择同一根琴弦在松紧不同的情况下比较，才能得出正确结论。此题的每一问作答都充分体现了控制变量法思维，同时培养了学生自主学习能力。

四、 在生活中培养学生用控制变量法思维思考问题的能力，同时提升学生的自主学习能力

控制变量法是解决复杂问题的一种有效方法，我们的日常生活中也经常广泛地使用它。

例如，在生活中比较物体运动快慢就比较广泛，可以是定量时间比路程，也可以是定量路程比时间。比如运动会的百米赛跑，定量时间比路程的跑在前面的同学最快，定量量路程比时间的，到达终点，用时短的人快。在无形中运用了控制变量法思维得出结论。其实在生活中还有很多实例，需要我们对某些事物作比较时讲究的可比性原则就是控制变量法在生活中的灵活应用，不能有效控制变量的比较没有可比性。体现着普素的唯物辨正法思想，使这种比较方法更加科学、合理。

比如对蒸发快慢因素的研究，对声音响度或音调因素的研究、对斜面的实验研究、对力与运动的关系的研究、对影响滑动摩擦力大小因素的研究、对影响压力的作用效果因素的研究、对影响液体压强大小因素的研究、对影响浮力大小因素的研究、对提高滑轮组机械效率的研究、对动能大小的因素研究、验证欧姆定律探索电阻的电流与其两端电压的关系研究、影响电流做功多少的因素的探索研究、还有影响电磁铁磁性强弱的因素探索等等。这样的物理试验性实验研究都要用控制变量法进行实验分析研究。

总之，授人以鱼不如授人以渔，教给学生科学的思考方法，控制变量法思维应用于探究问题和分析解决问题，就会从根本上解决初中学生感觉学物理难的心理问题。

作者简介：汪文霞，甘肃省定西市，甘肃省渭源县莲峰中学。endprint