初中物理中的控制变量法研究

张建云

摘 要：控制变量法是学习初中物理最常用的一种方法，其在整个物理学中有着举足轻重的地位。因此，作为初中物理教师，教会学生应用控制变量法很重要。这不仅对学生将来学习高段物理大有裨益，同时对培养学生的物理素养、科学思维、探究精神等也有很大的帮助。结合自身教学经验以及相关文献，浅谈一下控制变量法在初中物理实验教学中的研究与应用，希望能给广大教师同行带来参考和启示。

关键词：初中物理；控制变量法；实验教学

物理学是一门非常注重观察和实验的学科，很多物理规律都是建立在实验之上的。因此，要想让学生学好初中物理，并且能够灵活应用，教师首先要做的，就是培养学生独立实验的能力以及主动探究的思维方式。作为物理学中最惯用的科学方法，控制变量法在初中物理教学过程中应用十分广泛，很多概念和规律都可以用这种方法来推导。俗话说得好，一通百通，虽然这么说有些夸张，但是从初中物理的角度来看，控制变量法对学生理解知识点有着不可估量的启示作用。

一、控制变量法的概念

物理学中对于研究多个变量的问题，经常采用控制变量的方法将多变量问题转变成多个单变量的问题。在研究过程中，每一次只改变一个变量，同时控制其他变量不变，进而探求被改变的那个变量对事物发展变化的影响，然后分别加以研究，最后再一起解决，这样的方法就叫做控制变量法。为了方便理解，举个通俗的例子，班里的窗户被人用石头打破了，通过多方面的调查，所有的证据都指向了李×和王××，为了锁定到底是这两人中的哪一个，可以采用控制变量的方式，监督其中一个，看是否还有类似的事情发生，然后就知道是谁干的了。

二、控制变量法的重要性

随着新课程改革的开展和深入，学生科学探究能力的培养越来越成为广大教育工作者所看重的。控制变量法作为常用的科学探究法之一，在初中物理教学之中备受教师青睐。因为这种方法不仅能够帮助学生梳理和理解抽象难懂的物理知识，还有利于培养学生的自主探究、归纳总结以及自主分析的能力。因此，学好控制变量法，对学生未来的发展非常有益。除此之外，初中物理因为相对比较基础和简单，控制变量法几乎能解决大部分的初中物理问题，对于初中物理教师和学生来说，这种方法简直堪称剖析初中物理的利器。

三、控制变量法的要求

控制变量法几乎贯穿于初中物理的始终。无论是在解释晦涩难懂的物理概念时，还是在设计物理实验时，控制变量法都能发挥非常重要的作用。因此，保证控制变量法的正确运用很有必要，这就对教师和学生提出了一些要求。

1.控制变量法对教师的要求

在讲授控制变量法的时候，教师一定要注意，切莫照本宣科。当然，让学生明白控制变量法的概念和其可以应用的条件很重要，但作为物理教师，绝对不能忽略物理实验的价值，要理论联系实际，引导学生利用控制变量法去设计物理实验，并帮助他们在脑中建立相应的物理模型，使他们不但能从真正意义上理解控制变量法的内涵，还能实现对该方法的灵活运用。此外，在日常教学过程中，教师应避免太过功利，不能为了提高学生的应试成绩而让学生背诵一些生涩的物理概念和科学方法，这就好比练武功只练招式，不练心法，结果往往只能适得其反。

2.控制变量法对学生的要求

初中物理是学习高中物理的基础，而控制变量法对于初中物理意义非凡。所以这就要求学生必须要对该方法足够重视。不仅要熟知该方法的概念和使用条件，还应在此基础上积极探究、深入分析。除此之外，学生有必要在课后有针对性地做大量练习以夯实基础，无论模拟试卷还是实验操作，都应不遗余力。之后，还应当定期进行自我考核，以判断自己是不是已经将该方法运用熟练。

3.控制变量法在应用上的要求

如果把物理学比成一座高峰，那么控制变量法就是攀登这座高峰的一条捷径。因此，学生能不能对控制变量法灵活运用，将直接影响他们对物理知识的理解和获取。作为一种科学方法，控制变量法在实际应用中会有一些要求。换句话说，方法就好比是器物，锄头是用来锄地的，斧子是用来伐木的，每一種方法、每一种器物都会有它特有的使用说明。而控制变量法的“使用说明”就要求所研究的变量至少要有两个。此外，在研究和应用的过程中，使用者一定要知道哪些是不变量、哪些是变量以及哪些是自变量，只有这样才能保证控制变量法的正确应用，只有这样才能保证控制变量法在实际应用中发挥其真正的效用。

四、控制变量法实例分析

控制变量法能够解决很多问题，这使得该方法在初中物理教学中的应用十分普遍。因此，要将这种方法运用得当，对学生学习初中物理非常有利。

【案例1】利用控制变量法启发式教学

教师在引入控制变量法这一方法时，不妨采用情景设置的方式，启发式教学。因为这比教师直接干巴巴地解释控制变量法的概念和适用范围更容易让学生接受和理解。具体实例如下：

教师开课前给学生展示两根同样大小的胡萝卜。

教师：亲爱的同学们，现在我们要研究胡萝卜水分的蒸发和阳光的关系，要怎么设计实验呢？

学生甲：用小刀剖开胡萝卜，一根放在光照见的地方，一根放在光照不见的地方，然后过一段时间观察胡萝卜水分蒸发的情况。

教师：嗯，这个想法很好。但有些不太严谨，我们有哪位同学能发现这里面的小问题吗？

学生乙：老师，应该用玻璃罩把两根胡萝卜分别罩上，或者用保鲜膜将两根胡萝卜分别裹上。

教师：为什么要这么做？

学生乙：因为风会影响胡萝卜水分的蒸发。此外，我们还应该注意温度、湿度的影响。

教师：不错不错。那么，我们要是想研究胡萝卜水分的蒸发与温度的关系，需要控制什么条件呢？

学生乙：控制阳光、湿度以及风的影响，然后改变温度。

教师：非常好，看来你已经对控制变量法有所掌握了。同学们，你们听懂乙同学所表达的意思了吗？

学生们：听懂了。

教师：好。接下来是重点了（敲黑板），请跟着我迁移目前的思路。我们试着探究一下，已知影响“滑动摩擦力大小”的因素有“接触面积大小”“压力大小”和“接触面粗糙程度”，那么我们在研究“滑动摩擦力大小”时，可不可以同时改变“接触面积”“压力”和“接触面粗糙程度”？

学生丙：不可以。

教师：为什么不可以？

学生丙：因为如果同时改变，我们就无法判断到底是哪一种因素在影响“滑动摩擦力的大小”。

教师：那我们该怎么做呢？不要急着回答，大家现在小组讨论一下，待会儿告诉我答案。

……

学生丁：做这个实验的时候我们应该分次进行：第一次探究“滑动摩擦力大小与接触面积大小的关系”；第二次探究“滑动摩擦力与压力大小的关系”；第三次探究“滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系”。

教师：好，那么我们在进行第一次探究的时候应该注意什么呢？

学生丁：让“压力”和“接触面的粗糙程度”保持不变，然后改变“接触面积”的大小。

教师：非常棒！我们在进行第一次实验的时候，为了探究“滑动摩擦力大小与接触面积大小的关系”，需要控制住“压力”和“接触面粗糙程度”，让它们保持不变，这种实验方式，我们物理学称之为控制变量法。这是一种常见而且非常重要的科学方法，同学们一定要引起重视。

……

在本案例中，教师先将学生引入“胡萝卜水分蒸发”的实验中，然后借此将学生的思路平行迁移到了物理实验的探究上，这两种思维模式的嫁接恰到好处，既帮助学生理解了控制变量法的真意，又使得“影响滑动摩擦力的因素”的实验设计水到渠成。

【案例2】利用控制变量法设计欧姆定律实验

物理教师在讲授欧姆定律的时候，一定不要忽视实验的作用。虽然学生通过教师的讲授结合物理课本也能知道电流、电压和电阻之间的关系，但在学生的脑海中，可能很大程度上对欧姆定律的印象只是文字和公式的堆积，并不能做到灵活运用，因此，利用控制变量法设计物理实验非常有必要，这不仅能帮助学生理解欧姆定律，还能培养学生的动手能力和自主探究精神。

（1）探究电流和电压的关系：定值电阻维持不变，然后改变滑动变阻器的阻值，进而使定值电路两端的电压发生变化，如图1所示。在实验过程中，学生需要对有关数值进行记录，并加以分析，借此推导可知：电阻不变，电压越大，电阻就越大。

（2）探究电流与电阻的关系：通过改变滑动变阻器维持定值电阻两端的电压恒定，然后更换不同电阻值的定值电阻，还如图1所示，对记录的相关数据进行分析，之后可以推导出：电压不变，电阻越大，电流就越小。

于是，将两次实验综合起来，可以得出欧姆定律的公式表达，即：I=U/R。应用控制变量法设计实验来学习欧姆定律，效果非常显著，对学生学习这一定律非常有益。

【案例3】利用控制变量法帮助学生理解压强的概念

在学习沪科版八年级第八章压强时，学生时常会感到这一概念特别的抽象。因此，教师不妨利用控制变量法来帮助学生理解并掌握这一物理概念。上课过程中，教师引导学生进行以下研究，如图2所示：（1）压力大小与物体受力面积的关系；（2）压力大小与物体重量的关系。然后通过实验现象，推导出压力大小与受力面积、物体重量的关系，进而将抽象的概念化成了具体的物理模型，学生不仅能很快理解并记住这一概念，还能为以后学习液体压强、大气压强打下坚实的基础。

总之，对于初中物理而言，控制变量法几乎贯穿了它的始终。无论是研究八年级的运动，还是探究九年级的电路，控制变量法都能起到非常重大的作用。可是纵观当前初中物理的教学现状，竟然有不少学生对控制变量法的认知十分模糊，甚至完全不会运用。追其缘由，还是因为很多物理教师对这一方法不够重视，而且在讲解的过程中往往一笔带过，这对学生学好初中物理是非常不利的。因此，广大初中物理教师务必充分认识到控制变量法的深远意义，并在日后的教学中有效地落实控制变量法的教学。

参考文献：

[1]许辉勇.初中物理實验教学中的控制变量法：例谈第一次控制变量法教学[J].湖南中学物理，2017.

[2]陈欣.控制变量法在初中物理教学中的运用三例[J].湖南中学物理，2016.

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[4]钟焕昌.控制变量法在初中物理教学中的应用[J].中学生数理化（教与学），2016.

[5]王水英.小议控制变量法在初中物理习题中的妙用[J].数理化学系（初中版），2015.