“控制变量法”在物理教学中的运用

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  物理是一门自然科学,而自然界中的各种现象,往往是错综复杂的,一个现象的产生和变化常常随多个因素的变化而变化。为了弄清现象产生的原因和规律,必须把引起变化的一个或多个因素,用人为的方法控制起来使之保持不变,从而排除这些因素对变化现象的干扰,集中精力来探究变化现象与其中一个因素的关系,这种研究问题的方法就是“控制变量法”。它的好处是把一个复杂的问题,分解成几个简单的问题,使研究的问题简单化,便于研究。我认为,让学生掌握这种方法,应从以下两个方面进行引导。
  一、引导学生大胆猜想引起现象变化的因素
  教师要根据学生已有的知识、经验提出问题,学生根据已有的知识经验,对教师所提出的问题,对现象的自身可变因素和外部可变因素,经过认真思考,提出自己的猜想,即让学生通过自己的努力,猜想出引起现象变化的可能因素。在这里,学生所得出的结论,有时是前人已有的,有时是幼稚的、甚至是错误的。这都不要紧,因为这是学生思维的结果,是学生创新的发端,教师对学生这种积极思考和敢于创新的精神要加以保护和鼓励。由于问题是学生自己提出的,学生想迫切知道自己猜想的是对还是错,这样会大大提高学生的求知欲和学习的积极性。
  如在学习“影响蒸发快慢的三要素”时,教材中没有提供可供演示的实验和学生实验。为了提高学生的学习积极性和探究物理问题的能力,我们可以先向学生提问:“怎样晾晒衣服,衣服干得快些?”学生自然会根据生活经验说散开、放在通风、向阳的地方干得快一些。干得快说明蒸发快,教师在此基础上进行引导:把衣服散开并放在通风向阳的地方,衣服自身因素上的水的温度、表面积有什么改变,周围的外部因素(液体表面的空气流动)有什么改变,进而学生会猜想出蒸发的快慢可能由液体温度的高低、表面积的大小、液体表面空气流动的速度三个因素决定。或者学生会猜想出更多。
  二、引导学生设计控制条件的实验探究猜想
  学生通过猜想得出的结论是否正确,必须通过实验的检验,物理学家研究物理问题也是这样做的。因为猜想是学生自己提出来的,此时学生从心理上来看迫切想知道自己的猜想是否正确,大脑反应兴奋。这时,教师应因势利导,让学生自己去设想验证实验的方法、步骤、观察重点和期望得出的可能的结论。
  如上面“影响蒸发快慢的因素”的猜想实验,可安排分组实验,为学生准备玻璃板、滴管、酒精、酒精灯、火柴等放在学生实验桌上。先引导学生把影响蒸发快慢的三因素,分解成三个简单的问题:
  ①液体的温度相同,上方空气流动速度相同时,液体蒸发的快慢与液体表面积的关系。
  ②液体的表面积相同、温度相同时,蒸发快慢与液体上方空气流动速度的关系。
  ③液体表面积和液体上方空气流动速度相同时,液体蒸发快慢与温度高低的关系。
  在引导学生设计以上三个问题的研究实验时(即如何用“控制变量法”来研究),让学生思考怎样保持液体上方空气流速相同、温度和表面积相同:可以在两块玻璃板上分别滴上同样质量的两小滴酒精。在研究第①个问题时,怎样改变液体表面积的大小?可用滴管将其中一小块玻璃上的酒精拨开,两液体的表面积就不同了,接着学生进行实验。经过相同时间后观察实验现象,学生就能得出液体表面积越大,蒸发越快的结论。同理,在引导第②、③个问题时,改变液体表面空气流速,可用书本扇其中的一块玻璃;改变液体的温度,可用酒精灯给其中一块玻璃加热。
  观察哪一块玻璃上的酒精干得快,学生很快得出结论:液体的温度越高,表面积越大,液体表面空气流动越快,蒸发越快。这样,证实了学生自己的猜想是正确的。这样,使学生学到了知识,更重要的是让学生学会了探究物理问题的方法。再如:学生做完用天平和量筒测量盐水密度的实验后,可向学生提问:“若没有量筒,只有天平和烧杯,能否测出盐水的密度?”让有兴趣的同學想一想,做一做。一些聪明的同学就会认真思考,并按自己的想法进行实验。最后测出盐水的密度。学生通过探究,在获取知识的同时也得到了求知的愉悦感和成就自我的自信心,从而培养学生研究的习惯和创新能力。
  
  (晋州市第四中学)
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