谈谈物理教学中的“控制变量法”

陈礼兴

【摘要】本文介绍了什么是控制变量法，并以实验《探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关》为例来谈谈控制变量法在教学中的渗透和应用。控制变量法不仅是一种实验研究方法，而且是一种带有普遍意义的思想方法。通过这种方法，任何多变量问题都可以转化为单变量问题来研究，这样就可以使一个很复杂的问题变得简单、容易，便于学生理解和掌握。

【关键词】物理教学 控制变量法 多变量问题 单变量 因素

新课程改革的核心理念是一切为了学生的发展。换句话就是说，我们教出的学生将来要能适应社会，即具有相当的能力：有社会所需要的基本生存能力、自主学习的能力、与人合作的能力、信息收集与处理能力、学会办事的能力、独立生存的能力。在过去，人们只重视知识教学，其原因是认为“知识是能力的基础”。这样人们就忽略了能力形成的支撑，即“过程与方法”。就物理学科本身来讲，有什么样的探究过程和方法论就必然有什么样探究结论或结果。为此，我们要在物理教学中重视物理思维方法的教学，重视物理内涵的理解。在物理教学中，我们经常用到的研究方法有控制变量法、类比法、等效替代法、转换法、累积法、科学推理法、归纳法、分类法、观察法、逆向思维法等。其中控制变量法是科学探究的一种重要方法，是常用的探索问题、分析和解决问题的的方法，应用特别广泛。所谓“控制变量法”是指在研究某个问题（如物理量等）与多种因素的关系时，每次只改变一个因素，保持其他因素不变，通过分析这个改变的因素与所研究问题之间的关系，再分析综合得出结论（或规律）。

在高中“滑动摩擦力”这节新课教学中，教师提出问题：滑动摩擦力大小与哪些因素有关？学生会做以下猜想：滑动摩擦力大小可能与物体对接触面的压力、接触面的粗糙程度、接触面的面积、物体的运动速度有关。教师接着抛给学生一个思考：有这么多的影响因素怎么研究？为了让学生能领会方法并得出规律，则必须做好对学生的引导工作。可以引导学生先回忆初中学习“压强”的研究方法，给学生一个提示。因为压强和压力与受力面积都有关系，所以先保持压力F不变，通过实验而得出P∝（1/S）；然后保持受力面积不变，通过实验再研究P和F的关系，从而得出结论：P∝F；综合以上两次的研究得出：P=F/S。教学进行到这里可以对学生指出，这里运用的研究方法就是控制变量法。控制变量法是研究多变量问题的有力武器，所有多变量问题原则上都可用控制变量法来研究、求解。

然后教师提出问题：如何控制这些变量？学生思考讨论得出下面的结论：

（1）保持压力、接触面的粗糙程度、接触面积的大小一样，探究滑动摩擦力大小与物体的运动速度的关系。

（2）保持压力、接触面的粗糙程度、运动速度的大小一样，探究滑动摩擦力大小与接触面积的大小的关系。

（3）保持压力、物体的运动速度、接触面积的大小一样，探究滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度的关系。

（4）保持运动速度、接触面的粗糙程度、接触面积的大小一样，探究滑动摩擦力大小与压力大小的关系。

沿着这条思路，再进一步启发学生：要怎么改变这些因素，要选用什么器材？

木块，底面和侧面的面积不同，这样平放、侧放接触面面积不同，可以用来改变接触面面积这个因素。

木板、毛巾，木块各在这两样上运动，接触面的粗糙程度不一样。

弹簧测力计，匀速拉木块时，根据二力平衡，弹簧测力计示数等于滑动摩擦力大小，匀速拉的速度不一样可以改变物体的运动速度大小这一因素。

钩码若干，把钩码放在木块上，改变木块对接触面的压力。

实验数据：

实验次数 压力情况 接触面情况 接触面积大小 运动速度 测力计示（N）

1 木块平放 木块与木板 S1 匀速拉动V1 0.8

2 木块平放 木块与木板 S1 匀速快拉V2 0.8

3 木块侧放 木块与木板 S2 匀速拉动V1 0.8

4 木块平放 木块与毛巾 S1 匀速拉动V1 1.2

5 木块（平放）和钩码 木块与木板 S1

匀速拉动V1 1.8

接着引导学生从数据中根据相同条件和不同条件的对比发现规律，得到实验结论：滑动摩擦力与物体运动的速度、接触面积的大小无关，与接触面的粗糙程度、压力大小有关，而且接触面越粗糙，压力越大，滑动摩擦力越大。教师通过条件的强烈对比，要给学生一个深刻印象：条件多并不可怕，只要懂得控制就能迎刃而解。

从上例可知：控制变量法对处理多变量问题是很有效的。因此在实验教学中，我认为把控制变量法作为主线，使学生明确每次实验的前提条件，对于顺利完成实验教学中的系列难题是很有帮助的，同时也加深了学生对控制变量法的认识，提高了学生解决问题的能力。这对学生将来学习、走上社会也是十分有益的。

物理学是一门以观察和实验为基础的学科，大多物理规律都是在实验的基础上建立起来的，要想让学生牢固地掌握和熟练运用物理规律，就必须培养学生探究物理规律的能力。在后面的“探究物体加速度与合外力、质量的关系”、“探究导体的电阻大小与哪些因素有关”、“探究安培力大小”、“探究单摆周期与哪些因素有关”等等教学中，如果能把控制变量法运用于其中，那么教师将教得更加顺利，学生也会学得更加轻松，很容易收到事半功倍、举一反三的攻效，能获得很好的教学效果。可见，控制变量法不仅是一种实验研究方法，而且是一种带有普遍意义的思想方法。通过这种方法，任何多变量问题都可以转化为单变量问题来研究，这样就可以使一个很复杂的问题变得简单、容易，便于学生理解和掌握。这样就使我们的教学不仅仅“授学生以鱼”，更重要的是授予了学生自己“渔猎”的本领和方法，使学生在以后的学习中更加轻松、愉快。

【参考文献】

[1]李虹.浅谈控制变量法在初中物理电学中的应用