利用控制变量法培养学生的探究思维能力——《影响压力的作用效果》教学案例

（佳木斯市第二十中学 黑龙江佳木斯 154002）

一、案例背景

新课程理念下的课堂教学，不再是教师的说教，而是学生在教师指导组织下进行积极主动的学习，亲自去实践，去体验，感悟到所学知识的来龙去脉，使学生获得学习体验的快乐，激发求知欲望，物理是一门以观察和实验为基础的自然科学，物理教学重在培养学生的勤于动手动脑的能力和敏锐的思维能力，而控制变量法，作为初中物理中常用的探索、分析问题和解决问题的科学方法之一，在物理学科教学中起着极为重要的作用，在现阶段学生学习的过程中，学生对于物理问题的探究及解决是获得知识和技能的主要途径，为此培养初中生运用控制变量法探究物理问题，是现阶段开展教学的重要教学目标，同时也是提高学生物理实践能力的有效手段，三年前在一次学校举行的好课标准大讨论研讨课中，我讲授了初二物理《压强》一课，收到了很好的课堂效果，无论是对教师的观念，还是对学生探究思维能力的培养，都起到了积极的推动作用，我个人也是感受颇深，尤其是学生对实验的探究过程，对物理知识的认知、理解和运用有着重大意义。

根据物理新课标，并结合压强这节课的实际情况，真正体现新课标的从生活走向物理，从物理走向社会的基本理论，突出以学生为主体，以自主学习为原则，以生活化为切入点，以实验为手段，采用控制变量法，让学生由浅入深，全方位认识力学的核心概念——压强，同时让学生的科学探究思维得到进一步发展，在本节教学中，探究压力的作用效果跟哪些因素有关？是培养学生，科学探究思维，自主学习的主要载体。

二、案例描述

为了通过探究压力的作用效果跟哪些因素有关，达到利用控制变量法培养学生探究思维能力的目的，本节课采用学生自主探究，表现在：让学生自主选择实验器材，比如铅笔、水瓶、海绵、沙子、压力小桌、钩码、金属圆柱体等。2.对同一问题探讨多种实验方案，充分发挥学生的主体地位。3.通过观察分析实验现象及过程，得出结论。

教师：请同学们观察一段小视频：一人踩在雪地上深陷其中，另一人穿着滑雪板自由滑翔。

学生通过视觉感受，激发对压力的作用效果的探究欲望。

教师：请同学们用两手的食指，分别顶住铅笔的笔尖和笔尾两端。先轻压两端，再重压两端。

学生通过手指的痛感和凹陷程度猜想压力的作用效果和什么因素有关；学生通过实验感受到与手指的接触面积越小，手指凹陷越深，手指越疼，同时感到手指受到的压力越大，手指凹陷越深，手指越疼。学生通过分析和讨论得出：压力的作用效果可能和受力面积及压力大小有关。

教师：我们要定性的研究压力的作用效果跟压力的大小及受力面积的关系，应该采用什么方法？

学生：控制变量法。

教师：如何显示压力的作用效果呢？这又要用到什么研究方法呢？

学生：由于压力作用在物体表面，要使物体发生形变，所以可采用海绵、沙子、面粉等做实验，通过他们的凹陷程度来反映，这就是转化法。

教师：如何改变压力和受力面积大小呢？

学生：可以通过改变水瓶中水的多少，小桌上的钩码个数，铅笔盒中文具的多少，来改变压力大小。

学生：可以通过改变水瓶的正倒；改变文具盒的摆放方式；改变压力小桌的正倒放置方式，来改变受力面积大小。

教师通过引导学生发散思维，再自行设计实验方案，通过讨论选取最佳方案。

学生实验1：①取两个相同的矿泉水瓶，分别装半瓶水和满瓶水，将他们都正放在平整的面粉上，观察并比较面粉的凹陷程度。②取两个相同的矿泉水瓶，都装满水，将其中一瓶正放在平整的面粉上，另一瓶倒放在平整的面粉上观察，并比较面粉的凹陷程度。

通过①得出结论一：受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显。通过②得出结论二：压力大小一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显。

学生实验2：①将压力小桌正放在海绵上，观察海绵的凹陷程度。②将压力小桌倒放在海绵上，观察海绵的凹陷程度。③将压力小桌倒放在海绵上，同时在压力小桌上放两个钩码，观察海绵的凹陷程度，对比实验②、③，同样能得出结论一。对比实验①、②同样能得出结论二。

教师：同学们，老师这里又准备了几个高度相同的铜块和铁块。铁块的重力和底面积都比铜块大；你们能否探究一下，影响它们压力的作用效果又跟哪些因素有关呢？

学生实验3：将等高的铜块和铁块立放在面粉上，发现铜块陷得深一些。

分析：它们的压力不同，受力面积也不同，而且压力和受力面积的比值也不好比较，但铜块比铁块的密度大，所以得出结论：高度相同时，密度越大的柱体，压力的作用效果越明显。

教师：这里有两个高度相同的面积和重力都不同的铁圆柱体，它们的压力作用效果如何呢？哪个小组愿意来探究一下？

学生实验5：将两个高度相同但底面积和重力都不同的铁圆柱体，立放在平整的面粉上，观察到面粉的凹陷程度相同。

结论：密度相同、高度相同的柱体压力的作用效果相同。

教师：以前我们学习过物体的运动快慢，是用哪个物理量来表示的？

学生：速度。

教师：今天我们也用一个物理量一“压强”来表示压力的作用效果。那么通过以上的学习，你知道压强跟哪些因素有关？有什么关系呢？

学生通过讨论、分析、交流，总结出固体压强的相关知识：1.受力面积相同时，压力越大，压强越大。2.压力大小相同时，受力面积越小，压强越大。3.对于柱体，密度相同时，高度越大，压强越大；高度相同时，密度越大，压强越大。

教师：通过上面的学习，哪位同学能解释一下“磨刀不误砍柴工”有什么道理吗？

学生：使用磨过的刀，刀刃很薄，能减小柴的受力面积，即使用相同的力砍柴，压力的作用效果明显，更容易将柴砍断。

教师：生活中还有哪些现象和本节课的知识相关？

学生：钉尖做的很尖，更容易钉进木板里；书包带较宽，背在肩上更舒服；楼房的地基很宽，防止陷到地里面……

教师：同学们非常棒，物理来自于生活，服务于生活。希望同学们认真学习物理，将来能更好的服务社会。

三、案例分析

本节课利用学生身边常见的器材，让学生自主设计、动手实验，学生亲自体验、探索、发现、总结，突出了学生的主体地位，在整个学习的过程中，充分体现了从生活走向物理，从物理走向社会的课程理念，在师生互动，生生互动中，通过学生收集信息，并归纳总结，学生的探究思维能力得到进一步的提高，我在本节课的设计中注重了方法的引导，比如，在学习的过程中，引导学生运用控制变量法，探究压力的作用效果和哪些因素有关，这个探究思维方法的形成，即是对前面学习过的影响蒸发快慢的因素、影响滑动摩擦力大小的因素等的学习进一步巩固和理解，又对后面要学习的液体压强、浮力以及欧姆定律、焦耳定律等，有很大的帮助，使学生获取了求知的方法，培养了学生的思维能力，促进了学生创新意识的形成，达到以点带面、触类旁通的目的。

四、教学反思

多年前的我和很多教师一样，为了应试教育，为了让学生得高分，存在着急功近利的思想，总感觉多灌输，多做题就会多得分。教学中重结果、轻过程这种教学方式，不利于学生能力的培养。21世纪的社会更加复杂，变化更快，为了培养和造就适应时代需要的创新型人才，做为教师，我们必须改变以往师讲生听、师问生答的教学模式，努力创设一个让学生能够积极主动参与教学活动，并乐于学习、乐于探究的愉悦的教学环境。将传统的填鸭式教育转化为探究式教育。物理是一门实验科学，它强调培养学生的探究思维能力和动手实践能力，同时物理又是紧密联系生活实际，与生活息息相关、相辅相成的。物理实验教学是培养学生理论联系实际的最好教学方法，既能激发学生的学习兴趣，又能培养学生的探究思维能力，因此在今后的物理教学中，一定要加强实验教学，同时注重方法的引导，帮助学生发展关键能力，以不变应万变，以适应未来社会发展的需要。