在探究过程中习得“控制变量法”

周怀远 田春阳

物理课程标准指出，教师要引导学生“经历科学探究过程，学习科学研究方法”。笔者以人教版物理八年级下册第十章《浮力》中的实验“探究浮力的大小跟哪些因素有关”为例，谈谈如何引导学生探究影响浮力大小的因素，并掌握“控制变量法”这一教学重难点。

一、联系生活经验，引发学生猜想

日常生活经验能引发学生的猜想，让学生有探究的兴趣。基于此，教师可以创设与学生生活经验密切相关的教学情境，让学生在现实问题的驱动下猜想，并根据原有知识经验合理推测，使学生的思维聚焦到决定浮力大小的因素上来。

课堂上，笔者出示两张图片（一张为木头在水中漂浮，另一张为铁块在水中下沉），并提出问题：“我们知道浸在液体中的物体都受到了浮力的影响。图片中的木头和铁块却一个漂浮一个下沉，你觉得浮力的大小可能和什么因素有关？”一名学生提出：“浮力的大小可能与浸在液体中的物体的密度有关。木头密度小，受到的浮力小，所以漂浮在水上，铁块密度大，受到的浮力大，所以沉到水里。密度小的物体浮力小，密度大的物体浮力大。”笔者肯定了该生的看法，继续出示两张变化了的图片（将木头的体积扩大10倍，木头依然在水中漂浮；将铁块体积缩小10倍，铁块依然在水中下沉），然后请学生思考：“你现在有什么猜想？说说你的理由。”另一名学生提出：“木头虽然密度小，还是漂浮在水上，但它的体积那么大，受到水的浮力应该大；铁块虽然密度大，在水中还是会下沉，但它的体积那么小，受到水的浮力应该小。因此，浮力的大小与浸在液体里的物体的密度无关。”

以上教学，教师通过创设两组木头、铁块浸在水中的真实情境，有效激发了学生的学习兴趣，引导学生提出猜想，培养了学生的推理能力。

二、控制变量，剔除不合理猜想

在上面的教学中，学生尚未认同“浮力与浸在液体中物体的密度无关”这一猜想，所以，笔者用实验帮助学生剔除不合理的猜想。

课堂上，笔者使用弹簧测力计测量出铝块浸没在水中所受的浮力，并询问学生从中受到了什么启发。学生认为，可以用弹簧测力计测量密度不同的物体在水中所受的浮力，如果密度大的物体在水中受到的浮力大，密度小的物体在水中受到的浮力小，就说明浮力与浸在液体中物体的密度有关；反之，如果密度大的物体在水中受到的浮力小，密度小的物体在水中受到的浮力大，则说明浮力与浸在液体中物体的密度无关。笔者提示：“如果密度大的物体在水中受到的浮力小，密度小的物体在水中受到的浮力大，也可能說明浮力与浸在液体中物体的密度是负相关的。换一个思路，如果测量得出密度大的物体与密度小的物体在水中受到的浮力相等，说明什么呢？学生纷纷表示：浮力与浸在液体中物体的密度无关。

然后，笔者组织学生选择合适的器材进行实验（实验器材有弹簧测力计、盛有适量水的烧杯、体积相同的铝块和铁块等）。有学生提出，为什么铝块跟铁块的体积要一样大？笔者引导学生探究，经过小组合作和探究，学生得出结论：体积不同的情况下，实验中会出现两个可能与浮力有关的因素，即物体密度ρ和物体体积V。要研究浮力与密度的关系，体积就要相同。如果体积不相同，密度也不同，就不容易找到它们之间的关系。这样，学生明确了控制变量法的内涵，即把多因素的问题变成多个单因素的问题，并分别加以研究，最后再综合解决问题。接下来，笔者让学生用10㎝3的铝块和铁块做实验，先设计实验方案，然后根据方案测量出它们浸没在水中所受的浮力，并记录数据。学生发现用弹簧测力计分别测得的体积相同的铝块、铁块在水中所受浮力的大小相同，都是0.1N，最终得出结论：浮力的大小跟浸没在液体中物体的密度无关。

教师通过一步步引导学生完善思维过程，帮助他们建立了变量的概念，指导他们初步建构了控制变量的思维模型，对接下来的探究起到导向作用。

三、迁移方法，运用变量控制法

教师通过设置迁移任务，引导学生运用控制变量法分析、解决问题，能加深学生对控制变量法的理解，以强化和巩固所学。

该教学环节，笔者提出“浮力的大小跟物体的体积有关吗”的猜想，并让学生验证。既然探究的是浮力的大小F与物体的体积V是否有关，那么物体的体积V这个因素就是变量，我们必须再找到至少一个因素，并让这个因素保持不变，即让它成为定量。我们可以找到哪个因素，让它成为定量呢？一名学生提出，可以让密度ρ成为定量，但泡沫和木块的密度ρ不同，和体积V在一起研究，就成了两个变量，无法进行研究，所以不能选择密度ρ作为另一个因素。另一名学生提出让物体的质量m成为定量，我们可以控制泡沫和木块的质量m，使之相同，这样就只有物体体积V一个变量了，容易得出探究结论。笔者肯定了该生的猜想，并组织学生进行实验检验。学生通过画图、做受力分析，完成了表1的填写。

笔者通过引导学生经历提出猜想、研究猜想的过程，帮助他们找准变量，找出隐含的多个因素，设计定量，每次保持在一个变量下进行实验或分析，综合得出结论，使学生运用控制变量法探究新知，发展了他们的科学探究能力。

（作者单位：汉川市外国语学校）

责任编辑  张敏