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【摘 要】以现代研究性学习理论和新课程标准为指导，结合教学实践，将物理学科中研究问题常用的一种科学方法“控制变量法”，在初中物理中的应用作归纳，并对初中物理教学中正确使用“控制变量法”提出建议与思考。
【关键词】控制变量法 应用 科学方法 探究
目前，构建主义作为一种新的认知理论，已成为国际科学教育改革的主流理论。构建主义强调学习的自主性、社会性、情景性，由此产生出探究性学习和合作学习等现代学习方式。倡导“记忆的理科”转向“探究的理科”、“单向教学”转向“合作学习”。物理课程标准在课程总目标中指出：“义务教育阶段的物理教育目标是培养全体学生的科学素养”，特别将科学探究纳入内容标准，旨在加强学生科学素养。
在物理学中研究对象往往不是孤立的，总是处于与其他事物和现象的相互联系之中，因此影响研究对象的因素在许多情况下并不是单一的，而是多种因素相互交错、共同起作用的。要想精确地把握研究对象的各种特点，弄清事物变化的原因和规律，单靠自然条件下整体观察研究对象是远远不够的，还必须对研究对象施加人为的影响，造成特定的便于观察的条件，也就是当影响某一物理量变化的因素较多时，要研究某一个因素的变化对该物理量的影响，必须保持其它因素不变，否则就无法知道该物理量的变化是由哪个因素的变化引起的。例如：物理量A与B、C、D等因素都有关，得出A与B之间具体关系的方法是：控制C、D不变，只改变B，判断A的变化，从而得出规律；再采用类似的步骤分析得出A与c、A与D之间的联系。这就是控制变量的方法，运用“控制变量法”可以使物理量的变化简化为分别与各个单因素的变化有关的问题，逐一分析、解决，从而降低物理问题的分析难度。
在物理教学中，如何做到以学生为主体，把“控制变量法”有机地融入学生的探究性学习活动中，对于贯彻、实施新课程标准，培养学生的科学探究能力极为重要。近几年各地中考试题中出现了很多需要利用这一方法解答的考题，本文就“控制变量法”在初中物理教学中的应用作初步探讨。
一、控制变量法在建立概念及规律教学中的应用。
控制变量法常用于探究物理规律的实验教学，例如：“牛顿第一定律”、“阿基米德原理”、“欧姆定律的实验教学”、“压强”等都运用了“控制变量法”这一科学方法。
例如：欧姆定律的实验教学，教师可以组织学生讨论怎样研究I、u、R之间的关系，确定研究对象是电流以后，引导学生采用控制变量法，先控制一个物理量“电阻”不变，研究电流与电压两个物理量的关系，再控制另一个物理量“电压”不变，研究电流与电阻两个物理量之间的关系，最后将这些单一关系综合、归纳找出它们之间的规律，得出欧姆定律。
例如：在物理启蒙教育阶段，为了突出路程的大小，时间长短。运动快慢之间的关系。分两个层次控制变量，第一个层次，选取各种复杂运动中最简单的匀速直线运动，即控制运动轨迹是一条直线，不反向，且运动快慢不变。第二个层次，在大环境下，分别选择不同变量控制，研究两个对应量之间的关系：
(1)控制时间相同时，比较两物体路程大小来判断物体运动快慢，学生的生活经验能让其得出正确结论：路程越大，运动越快，速度越大。
(2)控制路程相等时，比较两个运动物体完成全程所用时间的多少来比较物体运动的快慢，通过学生的生活经验也知道：先到达终点的速度快(即用时少的速度快)，然后通过综合比较可得表达式v=s／t。
二、控制变量法在探究性实验中的应用。
探究教学讲究发散思维、多方探讨、发挥学生的积极主动性，各抒己见；而控制变量法则是对实验限制条件，只能对某一方面进行探讨和研究。两者看似矛盾，其实质是统一的。控制变量法是有条件的探究，是建立在一定的知识、能力基础上的探究，它可以去除学生在学习过程中的盲目性，在教师有目的引导下，提出问题，明确分析对象，运用合理的知识和经验，探索教学中的问题，从而解决问题。
例如：“探究影响液体蒸发快慢的因素”时，学生会猜想：影响液体蒸发快慢的因素可能有温度的高低，液体表面积大小，液体的质量大小，液体种类等因素。诸多因素中，要让学生通过实验去验证猜想，无疑会增加学生的盲目性，因为受影响因素太多，对初学者来说，会觉得每个因素都有影响，而各因素之间又相互受影响，学生根本无法从中找到正确的结论，此时教师应该主动引导，帮助学生排除相关的干扰因素，采用控制变量法。让学生通过比较对照、分析、观察，实际发现真正的影响因素。比如引导学生用两杯质量相同、体积相同、表面积相同的水，都放在同一室内，一杯用塑料膜罩住，另一杯不罩，同时放在电风扇下吹风。学生很快就会发现，用电风扇吹一段时问后，罩塑料膜的那杯水，体积几乎不变，而没罩塑料膜的那杯水，体积明显减少，学生一下子就可分析出表面空气流动的速度对水的蒸发的影响了。以此类推，学生很容易探得其它因素的影响关系。
三、控制变量法在习题教学中的应用。
在利用物理知识去分析和解决一些实际问题时，如能灵活应用“控制变量”进行分析，就会起到事半功倍的效果。在初中物理教学中，可用“控制变量”去分析和解决的实际问题是很多的，这就为这一科学的教学方法和应用提供了很好的机会。
例如：质量相等的水和煤油，吸收相同的热量后谁的温度升高较大?
分析：这道题初看起来似乎有一定的难度，因为这句话中包含了四个物理量，也就是说，要比较谁的温度升高较大，就要同时分析其它三个物理量(质量、热量、比热容)对它的综合影响，如果没有一种科学的分析方法，要解决这样一个实际问题不仅费时且准确率不高，但如果能对学生加以恰当的引导。让他们考虑是否可用物理实验常用的科学方法来解决这道实际问题，经过思考及同学问的相互讨论，许多同学会想到用“控制变量法”，结合公式Q=cm△t解决这个问题。所以先将此公式变成△t＝Q/cm的形式，在分析题目发现m、Q相同，即这个问题中△t仅取决于c，且从△t=Q/cm这个关系式中可以看出，当m、Q相同时△t与。成反比，而水的比热容大于煤油的比热容，因此很容易得出这个问题的答案是：“煤油的升高温度比水大”。
在解决物理问题时，如能恰当运用科学方法进行分析，确实能起到提高解题的速度与准确率的良好效果。更为重要的是，通过这些实际问题的解决过程，使学生对如何应用“控制变量法”等科学方法去分析、解决问题作了有益的尝试。在初中物理(如在力学、电学、热学)中，一个物理量往往与多个变量有关，一般不可能同时研究多个变量对研究对象的综合影响，只能采取控制变量逐个分析的方法。这些物理量主要有弦的音调、声音的响度、固体液体气体压强、浮力、杠杆平衡条件、动能及重力势能因素、功率、机械效率、影响内能的因素、热量(燃烧燃料)、影响电阻的因素、欧姆定律、电磁铁磁性、电功、电功率……所以，“控制变量法”是研究物理问题的最重要、应用最广泛的科学方法，学生必须对“控制变量法”不断加深理解，并逐步达到有意识地去应用的目的。
四、建议与思考
1、探究过程中使用控制变量法应注意：①教师在课前要做好大量的准备工作，为所探究的问题设种种可产生的结果，做好充分的思想准备和解决方案。②备教材的同时备学生，因材施教，因材施控。要循循善诱，密切引导，一步步将他们引入成功的殿堂。③善于发现学生的细微进步，为探究教学进一步的开展奠定思想基础。
2、“控制变量法”的应用应注意变量的可控性及有效控制无关变量。根据研究的需要，借助各种方法技术减少或消除各种可能影响实验科学性的无关因素的干扰，在简化纯化的状态下认识研究对象。
3、注意应用能力的迁移，“控制变量法”作为物理学中的研究方法，在教学中要注意“授人以鱼”与“授人以渔”的关系。宏观上可采用“一学习、二模仿、三创造”的教学模式，最终将学过的科学方法独立地迁移到新知识的学习中，或应用于解决自己遇到的新问题，从而达到培养能力、提高科学素质的目的。
【关键词】控制变量法 应用 科学方法 探究
目前，构建主义作为一种新的认知理论，已成为国际科学教育改革的主流理论。构建主义强调学习的自主性、社会性、情景性，由此产生出探究性学习和合作学习等现代学习方式。倡导“记忆的理科”转向“探究的理科”、“单向教学”转向“合作学习”。物理课程标准在课程总目标中指出：“义务教育阶段的物理教育目标是培养全体学生的科学素养”，特别将科学探究纳入内容标准，旨在加强学生科学素养。
在物理学中研究对象往往不是孤立的，总是处于与其他事物和现象的相互联系之中，因此影响研究对象的因素在许多情况下并不是单一的，而是多种因素相互交错、共同起作用的。要想精确地把握研究对象的各种特点，弄清事物变化的原因和规律，单靠自然条件下整体观察研究对象是远远不够的，还必须对研究对象施加人为的影响，造成特定的便于观察的条件，也就是当影响某一物理量变化的因素较多时，要研究某一个因素的变化对该物理量的影响，必须保持其它因素不变，否则就无法知道该物理量的变化是由哪个因素的变化引起的。例如：物理量A与B、C、D等因素都有关，得出A与B之间具体关系的方法是：控制C、D不变，只改变B，判断A的变化，从而得出规律；再采用类似的步骤分析得出A与c、A与D之间的联系。这就是控制变量的方法，运用“控制变量法”可以使物理量的变化简化为分别与各个单因素的变化有关的问题，逐一分析、解决，从而降低物理问题的分析难度。
在物理教学中，如何做到以学生为主体，把“控制变量法”有机地融入学生的探究性学习活动中，对于贯彻、实施新课程标准，培养学生的科学探究能力极为重要。近几年各地中考试题中出现了很多需要利用这一方法解答的考题，本文就“控制变量法”在初中物理教学中的应用作初步探讨。
一、控制变量法在建立概念及规律教学中的应用。
控制变量法常用于探究物理规律的实验教学，例如：“牛顿第一定律”、“阿基米德原理”、“欧姆定律的实验教学”、“压强”等都运用了“控制变量法”这一科学方法。
例如：欧姆定律的实验教学，教师可以组织学生讨论怎样研究I、u、R之间的关系，确定研究对象是电流以后，引导学生采用控制变量法，先控制一个物理量“电阻”不变，研究电流与电压两个物理量的关系，再控制另一个物理量“电压”不变，研究电流与电阻两个物理量之间的关系，最后将这些单一关系综合、归纳找出它们之间的规律，得出欧姆定律。
例如：在物理启蒙教育阶段，为了突出路程的大小，时间长短。运动快慢之间的关系。分两个层次控制变量，第一个层次，选取各种复杂运动中最简单的匀速直线运动，即控制运动轨迹是一条直线，不反向，且运动快慢不变。第二个层次，在大环境下，分别选择不同变量控制，研究两个对应量之间的关系：
(1)控制时间相同时，比较两物体路程大小来判断物体运动快慢，学生的生活经验能让其得出正确结论：路程越大，运动越快，速度越大。
(2)控制路程相等时，比较两个运动物体完成全程所用时间的多少来比较物体运动的快慢，通过学生的生活经验也知道：先到达终点的速度快(即用时少的速度快)，然后通过综合比较可得表达式v=s／t。
二、控制变量法在探究性实验中的应用。
探究教学讲究发散思维、多方探讨、发挥学生的积极主动性，各抒己见；而控制变量法则是对实验限制条件，只能对某一方面进行探讨和研究。两者看似矛盾，其实质是统一的。控制变量法是有条件的探究，是建立在一定的知识、能力基础上的探究，它可以去除学生在学习过程中的盲目性，在教师有目的引导下，提出问题，明确分析对象，运用合理的知识和经验，探索教学中的问题，从而解决问题。
例如：“探究影响液体蒸发快慢的因素”时，学生会猜想：影响液体蒸发快慢的因素可能有温度的高低，液体表面积大小，液体的质量大小，液体种类等因素。诸多因素中，要让学生通过实验去验证猜想，无疑会增加学生的盲目性，因为受影响因素太多，对初学者来说，会觉得每个因素都有影响，而各因素之间又相互受影响，学生根本无法从中找到正确的结论，此时教师应该主动引导，帮助学生排除相关的干扰因素，采用控制变量法。让学生通过比较对照、分析、观察，实际发现真正的影响因素。比如引导学生用两杯质量相同、体积相同、表面积相同的水，都放在同一室内，一杯用塑料膜罩住，另一杯不罩，同时放在电风扇下吹风。学生很快就会发现，用电风扇吹一段时问后，罩塑料膜的那杯水，体积几乎不变，而没罩塑料膜的那杯水，体积明显减少，学生一下子就可分析出表面空气流动的速度对水的蒸发的影响了。以此类推，学生很容易探得其它因素的影响关系。
三、控制变量法在习题教学中的应用。
在利用物理知识去分析和解决一些实际问题时，如能灵活应用“控制变量”进行分析，就会起到事半功倍的效果。在初中物理教学中，可用“控制变量”去分析和解决的实际问题是很多的，这就为这一科学的教学方法和应用提供了很好的机会。
例如：质量相等的水和煤油，吸收相同的热量后谁的温度升高较大?
分析：这道题初看起来似乎有一定的难度，因为这句话中包含了四个物理量，也就是说，要比较谁的温度升高较大，就要同时分析其它三个物理量(质量、热量、比热容)对它的综合影响，如果没有一种科学的分析方法，要解决这样一个实际问题不仅费时且准确率不高，但如果能对学生加以恰当的引导。让他们考虑是否可用物理实验常用的科学方法来解决这道实际问题，经过思考及同学问的相互讨论，许多同学会想到用“控制变量法”，结合公式Q=cm△t解决这个问题。所以先将此公式变成△t＝Q/cm的形式，在分析题目发现m、Q相同，即这个问题中△t仅取决于c，且从△t=Q/cm这个关系式中可以看出，当m、Q相同时△t与。成反比，而水的比热容大于煤油的比热容，因此很容易得出这个问题的答案是：“煤油的升高温度比水大”。
在解决物理问题时，如能恰当运用科学方法进行分析，确实能起到提高解题的速度与准确率的良好效果。更为重要的是，通过这些实际问题的解决过程，使学生对如何应用“控制变量法”等科学方法去分析、解决问题作了有益的尝试。在初中物理(如在力学、电学、热学)中，一个物理量往往与多个变量有关，一般不可能同时研究多个变量对研究对象的综合影响，只能采取控制变量逐个分析的方法。这些物理量主要有弦的音调、声音的响度、固体液体气体压强、浮力、杠杆平衡条件、动能及重力势能因素、功率、机械效率、影响内能的因素、热量(燃烧燃料)、影响电阻的因素、欧姆定律、电磁铁磁性、电功、电功率……所以，“控制变量法”是研究物理问题的最重要、应用最广泛的科学方法，学生必须对“控制变量法”不断加深理解，并逐步达到有意识地去应用的目的。
四、建议与思考
1、探究过程中使用控制变量法应注意：①教师在课前要做好大量的准备工作，为所探究的问题设种种可产生的结果，做好充分的思想准备和解决方案。②备教材的同时备学生，因材施教，因材施控。要循循善诱，密切引导，一步步将他们引入成功的殿堂。③善于发现学生的细微进步，为探究教学进一步的开展奠定思想基础。
2、“控制变量法”的应用应注意变量的可控性及有效控制无关变量。根据研究的需要，借助各种方法技术减少或消除各种可能影响实验科学性的无关因素的干扰，在简化纯化的状态下认识研究对象。
3、注意应用能力的迁移，“控制变量法”作为物理学中的研究方法，在教学中要注意“授人以鱼”与“授人以渔”的关系。宏观上可采用“一学习、二模仿、三创造”的教学模式，最终将学过的科学方法独立地迁移到新知识的学习中，或应用于解决自己遇到的新问题，从而达到培养能力、提高科学素质的目的。