“探究二力平衡的条件”不是控制变量法

周梁琴++倪志峰

摘 要：苏科版八年级下册教师教学用书认为“探究二力平衡的条件”实验，采用了控制变量法。但是根据控制变量法的定义，从数学角度、变量角度、结论模式角度、方法与思想差异等角度进行分析，推出“探究二力平衡的条件”使用的并不是控制变量法，而仅是在实验中，体现出了控制的思想。

关键词：二力平衡；控制变量法；控制思想

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）8-0038-2

1 问 题

苏科版八年级下册教师教学用书P66写到“由于决定二力平衡的条件有多个，因此控制变量法是实验中必须采用的方法”[1]。也就是教师教学用书认定本实验采用的是控制变量法。苏科版教材没有明确给出控制变量法的定义，只是在九年级上册P99页处，在“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”的实验之后，据此类推得到的定义。结合初中物理教材的多个版本与百度百科归纳定义为：物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，而只改变其中的某一个因素，从而研究这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。

但仅仅因为本实验中决定二力平衡的条件有多个，看似符合定义，就简单认为本实验采用了控制变量法是不恰当的。笔者认为本实验与其他采用控制变量法的实验有着本质差异。

2 几个角度分析

2.1 从数学角度看

在数学中，函数y=f（x1，x2，…xn），x是自变量，是各自独立的变量。y是因变量，x的变化会引起y的变化，y是因为x的变化而变化的。例如：液体的温度、表面积、液表空气的流速会影响液体的蒸发快慢；又如：弦的长短、粗细、松紧会影响音调。从例子中不难发现是几个不同的物理量影响了另一个物理量的变化，是“多对一”的关系，其他采用控制变量法的实验同样验证了这个说法。但是在“探究二力平衡条件”中，是力的大小、方向、作用点影响到物体受力是否平衡，是力的三要素要满足什么条件力才能平衡。明显区别于几个不同的物理量的变化引起另外的一個物理量变化的说法。

2.2 从变量角度看

物理中的变量和数学中的变量是有一定的差异的。物理中的意思是：变化的物理量。变量有独立变量和非独立变量之分，不影响结果的是独立变量，影响结果的是非独立变量。例如：压力变化会影响滑动摩擦力的大小，而接触面积的变化不会影响滑动摩擦力的大小，所以压力对滑动摩擦力而言就是非独立变量，而接触面积就是独立变量。

例如：压力大小与受力面积会影响到压力的作用效果即压强，变量是压力大小和受力面积，它们的变化我们可以认定是在一个范围之内连续变化的。而在“二力平衡条件”实验中，力的大小要么相等，要么不等；方向要么在相反方向，要么不在相反方向；要么在一条直线上，要么不在一条直线上。是要么满足，要么不满足的关系。是非此即彼。当然也可以认为，在一个范围变化中只有某一特殊值或特殊位置，才能满足受力的平衡。这与我们通常意义的变量有本质的差异，它没有连续变化的内涵存在。

2.3 从实验结论模式看

我们归纳总结初中物理中明确使用了控制变量法的实验，它们的结论有几种典型模式：

（1）初步结论：非独立变量结论，例如，电阻的大小与导体的长度、横截面积和材料的种类有关。独立变量结论，例如，物体在液体中受的浮力大小与浸入液体的深度无关。从中我们可以得出结论的模式是：因变量与自变量有关或无关。

（2）定性结论：例如，当压力一定时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。结论模式是：当控制变量一定时，自变量越怎样，因变量越怎样。

（3）定量结论：例如，当电阻一定时，电流与电压成正比；当电压一定时，电流与电阻成反比。结论模式是：当控制变量一定时，因变量与自变量成正比或反比。

再来对比一下，二力平衡条件的实验结论是：当两个力大小相等，方向相反，作用在一直线时，物体受力平衡。是要满足力的哪些条件，受力才能平衡。结论的表述明显与控制变量法的实验结论表述不一致。

2.4 从方法与思想的差异看

方法：一般是指为达到某种目的而采取的手段与行为方式。思想是一系列的信息，输入人的大脑后，经历一个包括采集、整理、汇总、分析、判断等细节得出一个成型结论的复杂过程，形成的一种可以用来指导人的行为的意识。

思想指导着方法，从方法中又可提炼总结出思想。两者是有区别的。而“控制”有的时候是做实验时必须具备的一个思想，在物理实验中无处不体现着控制的思想。例如：我们在探究不同物质吸热升温现象实验的时候，我们必须要控制质量一定，吸收的热量一定，否则观察到的升温快慢就没有任何的意义。而升温的快慢本质是比热容。比热容取决于物质的种类、状态等。与质量的多少、吸收热量的多少没有丝毫的关系。又例如：在研究阻力对物体运动的影响的实验时。我们同样是采用了同一辆小车，以此控制对水平面的压力一定；在同一斜面同一高度静止释放，以此控制小车的水平初速度一定。只有这样才能根据物体运动距离的远近，分析出阻力对物体运动的影响，得到“当速度一定时，水平面阻力越小，小车运动的路程越长”这一结论。在这些实验中都存在着控制思想，但是说这些实验采用了控制变量法，明显是不合适的。

3 结 论

综上所述，笔者认为“探究二力平衡条件”实验使用的方法并不是控制变量法。需要特别指出的是：最新的2011年版物理课程标准中没有明确地出现“控制变量法”这一名称。只是在P6、P9、P37三处出现了“控制实验条件的意识”，“有控制变量的意识”，“是否有控制变量的意识并能合理地选择研究方法”[2]的说法。所以，笔者认为探究“二力平衡条件”实验要有控制变量的意识更恰当。

参考文献：

[1]苏科版物理教材编写组.义务教育教科书物理八年级下册教师教学用书[M].南京：江苏科学技术出版社， 2013.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准： 2011年版[S].北京：北京师范大学出版社，2011.

（栏目编辑 罗琬华）endprint