如何在初中物理教学中有效地渗透控制变量法

徐仁山

物理规律反映了物理对象、物理现象、物理过程在一定条件下，必然发生、发展和变化的规律，反映了物质运动的各个因素之间的本质联系，揭示了在一定条件下某些物理量之间内在的必然的联系，自然界各种现象，往往是错综复杂的，决定某一现象变化的因素常常也很多，为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使其保持不变，然后比较、研究其他两个之间的关系，这种研究问题的方法就是控制变量法，它是初中物理中常用的，也是有效地探索问题和分析解决问题的科学方法，如果教会学生掌握了控制变量法，这必将有利于学生理解和掌握物理概念和规律，更有利于研究性学习和创新能力的发展，根据教学实践的摸索，渗透控制变量法应抓住以下四个关键点。

一、渗透的入手点——摸透学生

学生是渗透教育的对象，只有摸透学生各个年龄阶段的心理特征，才能在教学中有的放矢地进行渗透控制变量法教育，初中生对自然规律的探求欲望相比小学生已有较大幅度提高，有不少学生对不同的科学家产生崇拜，甚至将其作为自己终生的学习对象，教师在教学中可适当引导学生，发展其爱好，对此在教学中可采取相应的三个步骤：

步骤一，结合初中教材中的科学家、科学史介绍科学家用控制变量法探究物理的过程和方法，使学生感受到控制变量法的存在，从而对了解控制变量法产生一种激情，产生求知欲望，

步骤二，从有关讲述物理概念和规律及实验程序的分析过程中进行控制变量法训练，让学生理解控制变量法的内涵，使学生初步认识和领会控制变量研究问题的思维过程，

步骤三，主要是在教师的指导下运用控制变量法解决一些相似相近情境下的简单问题，并逐步使学生独立运用控制变量法解决一些较为复杂的实际问题。

二、渗透的凭借点——挖掘教材

初中物理概念、规律的建立、发展和应用过程中大多蕴含着控制变量法这一科学方法，这就要求我们的教学不能就知识而讲知识，也不能单纯地就方法而讲方法，科学方法教育必须与物理知识教学相结合，方法教育要以知识传授为载体。

初中教材中的控制变量法大多是隐性的，在许多概念或规律的探索和推导的过程中，都运用了控制变量法这一科学方法，例如，对“比热容”下定义时，把“单位质量”和“温度升高1℃”这两点作为基本条件，这样就突出了物质吸收的热量跟物质种类的关系，使“比热容”这一概念能反映“物质吸热(或放热)的本领”这一物理意义，还有，在研究速度、密度、力的三要素、压强、欧姆定律、电功、焦耳定律、浮力等知识的教学过程中都用到了控制变量法，所以，教师要善于挖掘教材中用控制变量法进行教学的素材，抓住知识和方法的结合点，这是通过知识教学渗透控制变量法教育的凭借点。

三、渗透的滋长点——激发探究

控制变量法体现在具体的物理研究过程中，只有把研究过程充分而合理地展现出来，学生才能看到控制变量法有什么特征、有什么作用，是怎样解决问题的，因此，控制变量法的渗透应以知识探究为滋长点，通过学生自己的尝试和体验达到掌握控制变量法的目的。

在教学中教师应有意识地创设教学活动情境，激发学生探究，让学生在探究活动中学习知识，在探究活动中掌握控制变量法，在探究活动中培养学生的探索精神和创新能力。例如，在研究“滑动摩擦力大小跟哪些因素有关”时，先让学生思考：你能用什么事例证明给大家看滑动摩擦力是存在的?此时大部分同学的积极性很高，会举出很多事例来，再引导学生猜想：滑动摩擦力的大小与那些因素有关呢?此时课堂会更加活跃，同学们各抒己见，他们会在自己所举事例中寻找到许多他们自己认为是正确的答案，然后教师将大部分同学的看法进行归纳：滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度、压力的大小、接触面积、物体的运动速度有关，再问：当一个物理量同时随着几个量变化时，我们用什么方法来研究呢?让学生讨论，并进行启发和点拨：要研究其中两个物理量之间的关系，可设法将其余变量控制起来，并告诉学生这种研究问题的方法称做“控制变量法”，通过教师的引导和同学的讨论，设计出如下四种方案：

方案一将同一长方体木块分别平放在毛巾、木板、玻璃上以同样的速度水平匀速拉动，通过弹簧测力计的读数读出摩擦力的大小，从而研究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的定性关系。

方案二将一长方体木块平放在木板上水平匀速拉动，然后再在木板上加些书，以同样的速度水平匀速拉动，通过比较弹簧测力计的两次读数，研究滑动摩擦力大小与压力大小的关系。

方案三将同一长方体木块分别平放、侧放在木板上以同样的速度水平匀速拉动，通过比较弹簧测力计的两次读数，研究滑动摩擦力与受力面积大小是否有关。

方案四将同一长方体木块平放在木板上，以不同的速度水平匀速拉动，通过比较弹簧测力计的两次读数，研究滑动摩擦力大小与运动速度的关系。

四、渗透的催化点——寄予训练

控制变量法的掌握比物理学知识的掌握更难，但它处于更高的层次，通过一堂课的教学，学生能学懂一个物理概念并能理解和初步应用，但控制变量法的掌握不是通过一次教学就能让学生理解和掌握的，它的形成过程是一个长期渐进的过程，它需要在摸透学生心理的基础上，凭借教材中可渗透的因素，进行全方位、多渠道的持之以恒的磨砺，为此，可通过以下实施途径训练：

(1)结合物理概念进行控制变量法渗透

物理概念是从大量同类物理现象和物理过程中抽象出来的，所提示的是客观事物的共同性质和本质特征，物理概念的形成过程就是应用科学方法思维的过程，这为我们提供了渗透控制变量法的教育素材。

(2)结合物理规律进行控制变量法渗透

物理规律是物理现象或过程内在的本质联系，在一定条件下发生、发展和变化的必然反映，和物理概念教学一样，在探索、总结物理规律时，也应重视控制变量法的传授。

(3)结合物理学史进行控制变量法渗透

教材中涉及到许多物理学家，他们取得伟大成就的过程中，所运用的科学研究方法和实验构思精妙绝伦，结合教学内容介绍物理史上科学家研究物理问题的方法，则无疑是渗透控制变量法的又一条重要途径，物理学家焦耳研究通电导体生热情况发现电流通过一段导体时产生的热量与电流的平方成正比，与这段导体的电阻成正比，与通电时间成正比。

(4)结合物理习题进行控制变量法渗透

在初中物理中，可用控制变量法去分析和解决的实际问题是很多的，例如，这样一道题：质量相同的水和煤油，吸收相同的热量，谁升高的温度较大?如能用控制变量法这一科学方法来分析，很容易得出这个问题的答案是：“煤油升高的温度比水大”，这又为我们提供另一条途径，比如，初二第一章声学中的补充习题最后一题为研究弦乐器发声频率与哪些因素有关中，首先由教师讲授弦乐器的发声频率与弦的粗细有关，此时必须控制弦的松紧、弦的长短不变，注意提醒学生在研究弦的粗细影响音调时，弦的松紧、长短的安排，这样接着研究弦的长短时，学生首先想到必须控制其他因素相同，才能对弦的长短研究，自然就开始应用控制变量法。