張潔瓊

摘 要： 隨著新課程改革的日趨成熟，各種科學(xué)的教育理念逐步被老師和同學(xué)們接受。符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法也逐漸得以普及。本文探討“控制變量法”是物理探究分析常用的方法，也是高中新課程物理學(xué)習(xí)研究的重要方法之一。結(jié)合控制變量法的特點(diǎn)以及中學(xué)教學(xué)中的實(shí)例，闡述了在物理教學(xué)中如何運(yùn)用好控制變量法來探索問題和分析解決問題.

關(guān)鍵詞：新課程；控制變量法；科學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)探究

新課標(biāo)準(zhǔn)對物理學(xué)科的要求已從原來一個(gè)維度知識與技能，發(fā)展成現(xiàn)在的知識與技能，過程與方法，情感與價(jià)值觀并重三個(gè)維度。在新課程理念下，控制變量方法是學(xué)生探究性學(xué)科的基礎(chǔ)知識和基本技能，同時(shí)培養(yǎng)中學(xué)生探索研究物理問題的科學(xué)方法，養(yǎng)成良好科學(xué)態(tài)度；全面發(fā)展學(xué)生素質(zhì)與潛能。

一、控制變量法的理論依據(jù)

在物理學(xué)中，常出現(xiàn)研究的物理量與多個(gè)物理量有聯(lián)系，決定某一個(gè)現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化的因素常常也很多。為了弄清事物變化的原因和規(guī)律，必須設(shè)法把其中的一個(gè)或幾個(gè)因素用人為的方法控制起來，使它保持不變，然后來比較、研究其他兩個(gè)變量之間的關(guān)系，這是一種研究問題的科學(xué)方法。這種研究問題的方法就是控制變量法。

物理現(xiàn)象產(chǎn)生和變化的因素很多，為了弄清和揭示事物變化的原因和規(guī)律。想精確地把握研究對象的各種特性，弄清事物變化的規(guī)律，單靠自然條件下整體觀察研究對象是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須對研究對象施加人為的影響，形成特定的便于觀察的條件。這樣做的目的，一方面，可以判定變量之問是否具有因果聯(lián)系；另一方面，可以探究變量之間的真實(shí)數(shù)量關(guān)系，即是控制變量法。對物理來說，多個(gè)物理量的問題就是兩個(gè)或兩個(gè)以上的物理量共同決定的某個(gè)物理量變化。針對這種變化，我們往往保持一些物理量不變，只研究引入物理量與常見量之間的關(guān)系因此控制變量法的精髓在于，通過控制無關(guān)變量，化復(fù)雜為簡單。觀察判定物理量之問的因果聯(lián)系，測量探究物理量之問的數(shù)量關(guān)系?？刂谱兞糠ǖ哪繕?biāo)是將復(fù)雜問題分解為一個(gè)個(gè)的簡單問題，通過逐步地解決這些簡單問題而最終使復(fù)雜問題獲得解決，

所以，控制變量法在各個(gè)擊破的基礎(chǔ)上，要運(yùn)用疊加、歸納、綜合等方法最終得到物理量之問復(fù)雜的數(shù)量關(guān)系。以下諸方面是筆者在教學(xué)實(shí)踐中認(rèn)識到的并自覺運(yùn)用了控制變量法的幾類案例。

二、控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用

高中物理對于多種因素導(dǎo)致結(jié)果變化的問題分析，常常采用控制變量法，尤其是在高中物理實(shí)驗(yàn)的操作中更是如此。但我們教材上對控制變量法的介紹比較簡陋，這里和大家一起來探究下控制變量法的概念及基本應(yīng)用。我們以恒定電流部分中的實(shí)驗(yàn)：研究電阻大小由什么決定的為例。

實(shí)驗(yàn)、決定導(dǎo)體電阻大小的因素

猜想：決定導(dǎo)體電阻大小的因素有那些？

導(dǎo)體的電阻可能與導(dǎo)體的長度、橫截面積和材料三個(gè)因素都有關(guān)系。

我們需要采取什么實(shí)驗(yàn)方法去研究？

實(shí)驗(yàn)方法的討論：

a.同種材料，S一定，探究電阻R與L的關(guān)系

b同種材料，L一定，探究電阻R與S的關(guān)系

c.不同材料，S、L一定，探究R與材料的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)步驟：

a. 同種材料，S一定，探究電阻R與L的關(guān)系

同種材料，S一定，改變L（6次），測R（伏安法。也可以保持電流不變，測電壓）列表記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

做出R—L （或U/L）圖像。如果圖像是過原點(diǎn)的直線，說明R∝L （圖像法）

結(jié)論：同種材料，S一定，電阻R與L成正比 R ∝L

b.同種材料，L一定，探究電阻R與S的關(guān)系

同種材料，L一定，改變S（6次），測R（伏安法）列表記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

做出R—S-1圖像。如果圖像是過原點(diǎn)的直線，說明 R∝1/S （圖像法）

結(jié)論：同種材料，L一定，電阻與S成反比R∝1/S

c. 不同材料，S、L一定，探究R與材料的關(guān)系

不同材料，S相同和L相同時(shí)，電阻不同。

結(jié)論：電阻與材料有關(guān)

以上，控制變量法幫助我們得以證實(shí)：導(dǎo)體的電阻R的大小是由電阻率ρ、導(dǎo)線長度L以及橫截面積S共同決定的。定量得出電阻的決定公式：R=ρL/S

在我們驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，探究R與導(dǎo)線長度L的關(guān)系的時(shí)候，就必須讓電阻率ρ以及橫截面積S保持不變，這就是控制變量法。即，控制住了電阻率ρ、橫截面積S這兩個(gè)自變量。如果我們不控制電阻率ρ，不同的材質(zhì)（一個(gè)是銅線，一個(gè)是鐵線）的導(dǎo)體長度L與其電阻R 的函數(shù)關(guān)系明顯實(shí)效。

三、物理控制變量法的實(shí)施步驟

高中物理實(shí)驗(yàn)中采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個(gè)單因素的問題。每一次只改變其中的某一個(gè)因素，而控制其余幾個(gè)因素不變，從而研究被改變的這個(gè)因素對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決，從而得到物理量之間的關(guān)系。它是科學(xué)探究中的重要思想方法，廣泛地運(yùn)用在各種科學(xué)探索和科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究之中。

通過以上實(shí)驗(yàn)我們可以的得到使用控制變量法的一般步驟

（1）確定所研究的目標(biāo)。明確所研究對象，做到有的放矢。以探究牛頓第二定律為例：我們要研究的就是加速度與哪些因素有關(guān)。

（2）確定影響的因素。一個(gè)物理規(guī)律或現(xiàn)象可能受到兩種或兩以上的多個(gè)因素的影響，我們使用控制變量法之前，在確定目標(biāo)的基礎(chǔ)上，分析影響其因素，找出主要因素而忽略次要因素。在本實(shí)驗(yàn)中我們通過分析知道：加速度可能與力以及質(zhì)量有關(guān)。

（3）尋求物理在實(shí)驗(yàn)研究中多次使用控制變量法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)控制變量。由于些研究對象只受兩個(gè)因素的影響，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)只需控制其中一個(gè)變量，來研究另外兩變量間的因果關(guān)系及其量變關(guān)系多變量的問題。當(dāng)m一定時(shí)，探究a與F的關(guān)系。當(dāng)F一定時(shí)，探究a與m的關(guān)系。綜合兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出

a、m、F三者之間的關(guān)系，進(jìn)而介紹牛頓第二定律。

（4）試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論。任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果都會有結(jié)論的產(chǎn)生，牛頓第二定律也一樣。

四、控制變量法的作用及其重要意義

科學(xué)探究必須融入方法要素，物理教學(xué)中有意識地對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的滲透、指導(dǎo)和訓(xùn)練，是引領(lǐng)科學(xué)探究走向高水平的必由之路。結(jié)合"控制變量法"對新課程物理教學(xué)中的基本概念、原理和步驟也有了更深層次的理解。

科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，原有的教學(xué)體制無法適應(yīng)現(xiàn)代社會對學(xué)習(xí)型人才的培養(yǎng)。新課程標(biāo)準(zhǔn)下目標(biāo)的要求改進(jìn)了以往只注重知識的掌握一個(gè)維度向知識與技能，方法與過程、情感與科學(xué)態(tài)度的三個(gè)維度并重的全面發(fā)展。這就使得控制變量法必將成為未來高中物理課堂教育教學(xué)的主線。

參考文獻(xiàn)

（1）黃汶.控制變量法及其教學(xué)案例.《教學(xué)月刊中學(xué)版》.2009年10月期

（2）黃玉航.物理研究方法中的控制變量法物理研究方法中的控制變量法