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物理量有聯(lián)系，決定某一個現(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)法把其中的一個或幾個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，多個物理量的問題就是兩個或兩個以上的物理量共同決定的某個物理量變化。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)雜問題分解為一個個的簡單問題，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這兩個自變量。如果我們不控制電阻率ρ，不同的材質(zhì)（一個是銅線，一個是鐵線）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單因素的問題。每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，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。一個物理規(guī)律或現(xiàn)象可能受到兩種或兩以上的多個因素的影響，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因素的影響，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)只需控制其中一個變量，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