李 瀟

（德州市第五中學(xué) 山東德州 253000）

一、控制變量法概述

新課標(biāo)要求學(xué)生有科學(xué)探究的意識(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，形成猜想與假設(shè)，具有初步的觀察能力和提出問(wèn)題的能力；能制定簡(jiǎn)單的科學(xué)探究方案，有控制實(shí)驗(yàn)條件的意識(shí)。這里所提及的控制實(shí)驗(yàn)條件，就是物理教學(xué)中的控制變量法[1]?？刂谱兞糠ㄊ侵笧榱搜芯课锢砹客绊懰亩鄠€(gè)因素中的一個(gè)因素的關(guān)系，可將除了這個(gè)因素以外的其他因素人為地控制起來(lái)，使其保持不變，再比較、研究該物理量與該因素之間的關(guān)系，得出結(jié)論，然后再綜合起來(lái)得出規(guī)律的方法[2]。

在實(shí)際中考復(fù)習(xí)過(guò)程中，由于先前知識(shí)學(xué)習(xí)的分散性，學(xué)生只能淺顯地了解控制變量法，而不知其意義，所以這就導(dǎo)致了學(xué)生們?cè)谧鲱}時(shí)不能迅速提取“控制變量”這一關(guān)鍵信息，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)方法出現(xiàn)誤判。除了實(shí)驗(yàn)，在一些需要計(jì)算的題目中也能體現(xiàn)控制變量法的應(yīng)用。在解題過(guò)程中，學(xué)生并沒(méi)有真正理解什么是“變量”，為什么要控制變量，如何控制。所以教師在帶領(lǐng)初三復(fù)習(xí)時(shí)，可以將同類(lèi)型的知識(shí)進(jìn)行匯總，借助大單元教學(xué)理念，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)提取信息，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的控制變量法、學(xué)會(huì)運(yùn)用控制變量法分析公式中隱藏的動(dòng)態(tài)變量問(wèn)題。除此以外，在課堂教學(xué)中適當(dāng)滲透費(fèi)曼學(xué)習(xí)法，以學(xué)促教，相輔相成。

二、實(shí)驗(yàn)題目中的控制變量法

初中物理學(xué)習(xí)中，無(wú)論是演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生小組的探究實(shí)驗(yàn)，有80%以上運(yùn)用到了控制變量法。比如聲現(xiàn)象中的探究聲音的特性與哪些因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)；力學(xué)中探究滑動(dòng)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)，探究影響壓力作用效果的因素實(shí)驗(yàn)，探究浮力大小與哪些因素有關(guān)，探究杠桿的平衡條件實(shí)驗(yàn)；能量、熱學(xué)中探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)、探究物體吸熱能力與哪些因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)；電學(xué)中探究導(dǎo)體電阻與哪些因素有關(guān)、探究電流與電壓、電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)、測(cè)量小燈泡的電功率等等。物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，需要探究的物理量往往不止一個(gè)，所以在設(shè)定好實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒉孪?、提出疑?wèn)后，我們就要把猜想當(dāng)中對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可能會(huì)造成影響的物理量一一列舉出來(lái)，然后選取需要探究的物理量，只需讓這一個(gè)物理量變化，其他物理量保持不變來(lái)進(jìn)行探究。探究過(guò)程是對(duì)控制變量法的體現(xiàn)，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)的充分準(zhǔn)備就很重要，但在平時(shí)的教學(xué)當(dāng)中，受實(shí)驗(yàn)器材和時(shí)間的影響，可能在實(shí)驗(yàn)操作方面不盡完美，所以導(dǎo)致學(xué)生在印象上對(duì)控制變量法就不牢固。在實(shí)驗(yàn)總結(jié)結(jié)論時(shí)，如果教師的語(yǔ)言不規(guī)范，比如不加“在某某條件一定的情況下”這句話，就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在表述的時(shí)候體現(xiàn)不出控制變量法的應(yīng)用。其實(shí)筆者通過(guò)很多習(xí)題也發(fā)現(xiàn)，越來(lái)越多的出題者注意到了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論表述不規(guī)范這一漏洞，所以很多實(shí)驗(yàn)填空不再以題干體現(xiàn)控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，而是由學(xué)生自己整理結(jié)論，不用怕學(xué)生出錯(cuò)，錯(cuò)多了對(duì)的也就自然越來(lái)越多了。

例1：下面幾個(gè)實(shí)驗(yàn)探究中，采用了相同研究方法的是（）

①“探究壓力的作用效果與受力面積的關(guān)系”時(shí)，保持壓力不變，改變受力面積。

②“比較不同物質(zhì)吸熱的情況”時(shí)，用加熱時(shí)間的長(zhǎng)短表示吸收熱量的多少。

③“探究電流與電壓的關(guān)系”時(shí)，保持電阻的阻值不變，改變電阻兩端的電壓。

④在研究“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用科學(xué)推理得出牛頓第一定律。

A.①和④ B.②和③C.①和③D.②和④

[解題思路]此題考查的是對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的理解和應(yīng)用 首先學(xué)生心中要有這些方法然后再根據(jù)題干具體分析每個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法其實(shí)這里也考察了學(xué)生對(duì)出題人思路的揣摩此題是把所有條件都分析一遍后 學(xué)生才能得出相應(yīng)的答案但是通過(guò)題目我們不難發(fā)現(xiàn)這樣幾個(gè)關(guān)鍵詞：“保持……不變”如果學(xué)生可以挖掘出這個(gè)關(guān)鍵詞也不難發(fā)現(xiàn)①③兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都運(yùn)用了控制變量法。

例2：小華利用木塊和海綿探究壓力作用效果與哪些因素有關(guān)，如圖1所示。

圖1 探究影響壓力作用效果的實(shí)驗(yàn)圖

（1）對(duì)比圖1-甲和圖1-乙兩圖，可以得出：________；

（2）由哪兩幅圖，可以得出受力面積一定時(shí)，壓力越大，壓力作用效果越明顯？_________

（3）對(duì)比圖1-甲和圖1-丁，小華得出壓力作用效果與壓力大小無(wú)關(guān)。你認(rèn)為此結(jié)論是_______（正確/錯(cuò)誤）的，為什么？_________________。

[解題思路]（1）對(duì)比圖1-甲和圖1-乙兩圖，由于是本實(shí)驗(yàn)采用兩個(gè)相同的木塊，所以木塊對(duì)海綿的壓力大小是相同的，不同的是與海綿的接觸面積，實(shí)驗(yàn)中自變量是木塊與海綿的接觸面積，因變量是海綿的凹陷程度，這兩個(gè)量是對(duì)應(yīng)變化的，而其他物理力量要保持不變，這就是控制變量法的體現(xiàn)。因此，學(xué)生在闡述結(jié)論時(shí)，應(yīng)該加上“當(dāng)壓力相同時(shí)”這一前提條件。

（2）第二問(wèn)其實(shí)是第一問(wèn)的逆向思維，第一問(wèn)根據(jù)所需控制的變量去得到結(jié)論，而第二問(wèn)是根據(jù)結(jié)論去對(duì)比現(xiàn)象，同樣需要找出題意中的變量：受力面積和壓力，這里控制不變的物理量是受力面積，所以學(xué)生要找出受力面積相同的兩個(gè)圖。

（3）此結(jié)論是不正確的，因?yàn)閳D1-甲和圖1-丁沒(méi)有控制受力面積相同，不能簡(jiǎn)單地通過(guò)剩余變量來(lái)斷定合理的結(jié)論[3]。

三、公式應(yīng)用中的控制變量問(wèn)題

類(lèi)型一：浮力和壓強(qiáng)公式的應(yīng)用

在浮力的應(yīng)用中，同一艘輪船從河水駛到海水當(dāng)中，浮力如何變化？上浮還是下沉？這就是一個(gè)典型的根據(jù)題目條件，找出不變的物理量和變化的物理量來(lái)確定被探究的物理量如何變化的問(wèn)題，亦即控制變量法在多個(gè)物理量公式中的應(yīng)用，這也是初中物理常見(jiàn)的密度計(jì)問(wèn)題。在此類(lèi)問(wèn)題當(dāng)中，不變的物理量是輪船的重力，無(wú)論從河水到海水，輪船都是漂浮的，所以由浮沉條件我們可知輪船所受浮力等于其自身重力，所以浮力不變，這就是公式中的不變量。變量是液體的密度，從河水到海水，液體密度變大，根據(jù)F浮＝ρ液g V排可得，V排變小，所以輪船會(huì)上浮。因此，對(duì)于像壓強(qiáng)p＝ρ液g h和浮力F?。溅岩篻 V排這樣，公式中有三個(gè)物理量的情況下，至少要控制一個(gè)物理量不變，通過(guò)自變量的變化來(lái)判定因變量的變化。

例3.如圖所示，小華將兩個(gè)同樣的燒杯置于水平桌面，燒杯內(nèi)分別裝滿2種液體，把2個(gè)完全相同的小球分別放入杯內(nèi)。靜止時(shí)如圖2所示，則下列判斷中正確的是（）。

圖2 小球在燒杯中的位置示意圖

A.甲杯中的液體的密度小于乙杯中的液體的密度

B.甲杯中小球受到的浮力大于乙杯中小球受到的浮力

C.甲杯溶液對(duì)燒杯的壓強(qiáng)大于乙杯溶液對(duì)燒杯的壓強(qiáng)

[解題思路]如圖2所示，同樣的小球漂浮和懸浮，小球處于平衡狀態(tài)，浮力均等于小球的重力，所以浮力相同，排開(kāi)液體的體積V排甲＜V排乙（自變量），由F?。溅岩篻 V排可知，ρ液甲＞ρ液乙（因變量），即甲杯中的液體密度大于乙杯中液體密度，故AB錯(cuò)誤；

C.兩個(gè)完全相同的燒杯內(nèi)分別盛滿不同液體，且ρ液甲＞ρ液乙，h相同，由液體對(duì)燒杯底部的壓強(qiáng)g h p＝液ρ可知，甲杯溶液對(duì)燒杯的壓強(qiáng)大于乙杯溶液對(duì)燒杯的壓強(qiáng)，故C正確。

這里體現(xiàn)了液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體密度的關(guān)系，通過(guò)控制深度相同，由液體密度關(guān)系的壓強(qiáng)關(guān)系，也是控制變量法在公式運(yùn)用中的體現(xiàn)。

類(lèi)型二：杠桿平衡條件的應(yīng)用

在杠桿的平衡條件中，有兩類(lèi)題型是中考考察的重點(diǎn)，一類(lèi)是最小動(dòng)力的作圖，另一類(lèi)是杠桿的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題。杠桿的平衡條件：公式中共有四個(gè)物理量：動(dòng)力F1，動(dòng)力臂l1，阻力F2和阻力臂l2。如果要判斷其中一個(gè)物理量的變化，至少要控制兩個(gè)物理量不變，然后根據(jù)第三個(gè)物理量（自變量）的變化，來(lái)判定第四個(gè)物理量（因變量）的變化。

例如4畫(huà)最小動(dòng)力問(wèn)題

小華將一重物G掛在一輕質(zhì)硬桿一端，使其在圖示位置保持靜止，請(qǐng)你畫(huà)出阻力F2及在A點(diǎn)所施加的最小動(dòng)力F1。

圖3 小球與輕質(zhì)硬桿的位置示意圖

[解題思路]此題阻力和阻力臂是不變的，所以它們的乘積為定值。杠桿靜止，根據(jù)杠桿的平衡條件：等式左邊中動(dòng)力和動(dòng)力臂的乘積也是定值，所以要想畫(huà)最小動(dòng)力，就要找最長(zhǎng)的動(dòng)力臂，線段AO即最長(zhǎng)動(dòng)力臂，然后再確定好動(dòng)力方向即可。教師點(diǎn)撥時(shí)可以讓學(xué)生把等式兩邊想象成兩個(gè)勢(shì)均力敵的隊(duì)伍，為了保證隊(duì)伍兩邊力量均衡，等式右邊一定時(shí)，如果等式左邊F1的隊(duì)友l1變強(qiáng)了，F(xiàn)1就要變?nèi)?。將控制變量法通過(guò)擬人化的方式融入復(fù)習(xí)中，更加形象具體，加深學(xué)生印象。

例5：杠桿的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題

小華將一木棍從如圖4所示的位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置，重物掛在木棍中央位置，拉力F方向始終與木棍垂直，請(qǐng)你判斷在此過(guò)程中F的變化？

圖4 木棍勻速轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖

四、方法結(jié)合，互助互成

綜合以上教學(xué)實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)揣摩出題人的意圖其實(shí)也是快速解題的關(guān)鍵所在。很多學(xué)生讀不懂題，究其原因，是沒(méi)有設(shè)身處地的去思考：假設(shè)自己是出題人，對(duì)于某一知識(shí)點(diǎn)而言，你想要重點(diǎn)考察什么？筆者個(gè)人的觀點(diǎn)是，出題人除了要求學(xué)生達(dá)到課標(biāo)要求的學(xué)習(xí)目標(biāo)外，還需要把握題目的難易度，考查知識(shí)點(diǎn)的綜合性。當(dāng)然這一點(diǎn)對(duì)于初中的學(xué)生，還是有一定難度的，所以教師在教學(xué)過(guò)程中，運(yùn)用費(fèi)曼教學(xué)法，將課堂的主導(dǎo)權(quán)歸還給學(xué)生，這有助于學(xué)生養(yǎng)成好的思維習(xí)慣。從表面上看，費(fèi)曼學(xué)習(xí)法是在教別人的過(guò)程，看似處于輸出的一方，但實(shí)際上是以“教”的方式，“逼迫”自己主動(dòng)對(duì)所學(xué)的知識(shí)以個(gè)人的知識(shí)背景和淺顯易懂的語(yǔ)言進(jìn)行吃透和理解，在教的過(guò)程中還能察覺(jué)到自己在哪方面有所欠缺，這完全就是一種有意識(shí)的主動(dòng)學(xué)習(xí)[5]。費(fèi)曼學(xué)習(xí)法和大單元教學(xué)的結(jié)合，可以幫助學(xué)生在腦海中成立專(zhuān)屬自己的物理思維模式，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的思考更加獨(dú)立、專(zhuān)注度也更高，隨著學(xué)習(xí)的深入，有助于提高學(xué)生們舉一反三的能力。