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淺談初中物理中的控制變量法
“控制變量法”是初中物理中常用的探索問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的科學(xué)方法之一，本文就它在教學(xué)中的應用作一探討．
自然界中發(fā)生的各種物理現象往往是錯綜復雜的，因此影響物理學(xué)研究對象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素相互交錯、共同起作用的．譬如說(shuō)某段導體中通過(guò)電流的大小不僅和其兩端電壓有關(guān)，還和這段導體的長(cháng)度、橫截面積的大小及材料種類(lèi)等因素有關(guān)．所以要想精確地把握研究對象的各種特性，弄清事物變化的原因和規律，單靠自然條件下整體觀(guān)察研究對象是遠遠不夠的，還必須對研究對象施加人為的影響，造成特定的便于觀(guān)察的條件，這就是“控制變量”的方法．例如為了研究某物理量同影響它的三個(gè)因素中的一個(gè)因素之間的關(guān)系，可將另外兩個(gè)因素人為地控制起來(lái)，使它們保持不變，以便觀(guān)察和研究該物理量與這一因素之間的關(guān)系．
首先，在初中物理實(shí)驗過(guò)程中，控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀(guān)物理規律的科學(xué)方法．
具體做法是根據研究目的，運用一定的手段（控制實(shí)驗儀器設備等）主動(dòng)干預或控制自然事物、自然現象發(fā)生發(fā)展的過(guò)程，在特定的觀(guān)察條件下去探索客觀(guān)規律．例如，在引導學(xué)生探索、研究導電體的電阻的大小同導電體的哪些特性有關(guān)時(shí)，可先故意將橫截面積、長(cháng)度都不同的一根鎳鉻合金絲和一根銅絲分別串入接有小燈泡的直流電路中，讓學(xué)生分別觀(guān)察燈泡發(fā)光的亮度，并問(wèn)學(xué)生：剛才的實(shí)驗現象能否說(shuō)明電阻大小與導電體的某個(gè)特性有關(guān)？學(xué)生經(jīng)過(guò)思考與討論，得到的結論當然是否定的．再用橫截面積和長(cháng)度都不同的兩根鎳鉻合金絲分別串入上述電路中，觀(guān)察小燈泡的亮度，并讓學(xué)生思考這個(gè)實(shí)驗能否說(shuō)明電阻大小同導電體的某種特性有關(guān)，結論同樣是不能．這時(shí)就可不失時(shí)機地問(wèn)學(xué)生：“那么，我們應該取怎樣的兩根金屬絲串入上述電路來(lái)做這個(gè)實(shí)驗，以研究導電體的電阻大小到底與哪些因素有關(guān)呢？”同時(shí)向學(xué)生出示課前準備好的幾根金屬絲讓他們選擇．學(xué)生經(jīng)過(guò)思考并相互討論后，有的回答：應取兩根橫截面積相同、但長(cháng)度不同的鎳鉻合金絲進(jìn)行上述實(shí)驗；有的同學(xué)說(shuō)：應取兩根長(cháng)度相同、但橫截面積不同的鎳鉻合金絲進(jìn)行上述實(shí)驗；還有的說(shuō)應取長(cháng)度、橫截面積均相同的一根銅絲和一根鎳鉻合金絲進(jìn)行實(shí)驗比較．這時(shí)，教師可適時(shí)指出上述幾種方法都可以，同時(shí)指出要研究電阻的大小同導電物質(zhì)的長(cháng)度、橫截面積、材料種類(lèi)這三個(gè)因素任何一個(gè)因素間的關(guān)系，就要人為地控制另外兩個(gè)因素，使它們相等，并指出這種實(shí)驗的方法就是“控制變量法”，再讓學(xué)生運用這一方法系統地進(jìn)行上述實(shí)驗，使學(xué)生在實(shí)際操作過(guò)程中去體驗這一科學(xué)方法．
在初中物理教學(xué)中還有許多概念或規律之探索和推導的實(shí)驗過(guò)程中，都運用了“控制變量法”這一科學(xué)方法，如在引導學(xué)生探索“導電體中電流大小同其兩端電壓大小和其電阻大小之間的定性關(guān)系，最終得出歐姆定律”和探索“力的作用效果同力的哪些因素有關(guān)，最終得出力的三要素”等實(shí)驗過(guò)程中都用到了這一科學(xué)方法，使學(xué)生對“控制變量法”不斷加深理解，并逐步達到有意識地去應用的目的．
其次，在利用物理知識去分析和解決一些實(shí)際問(wèn)題時(shí)，如能靈活運用“控制變量法”進(jìn)行分析，有時(shí)可起到事半功倍的效果．
在初中物理中，可用“控制變量”去分析和解決的實(shí)際問(wèn)題是很多的，這就為這一科學(xué)方法的教學(xué)和應用提供了很好的機會(huì )．例如，有這樣一道題：質(zhì)量相同的水和煤油，吸收相同的熱量，誰(shuí)的溫度升高較大？對于這一道習題，初看起來(lái)似乎有一定的難度，因為這樣簡(jiǎn)短的一句話(huà)中包含了四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物理量，也就是說(shuō)，要比較誰(shuí)的溫度升高較大，就要同時(shí)分析其它三個(gè)物理量（質(zhì)量、熱量、比熱容）對它的綜合影響，如果沒(méi)有一種科學(xué)的分析方法，要解決這樣一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，不僅費時(shí)費力，且準確率不高，但如能對學(xué)生加以恰當的引導，讓他們考慮是否可用物理實(shí)驗中常用的科學(xué)方法來(lái)解決這道實(shí)際問(wèn)題，經(jīng)過(guò)思考及同學(xué)間的相互討論，許多同學(xué)便會(huì )想到用“控制變量法”結合公式Ｑ＝ｃｍΔｔ來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，思路是這樣的：因為這個(gè)問(wèn)題要解決的是Δｔ（升高的溫度）的大小，所以先將此公式變成Δｔ＝Ｑ／ｃｍ的形式，再分析題目發(fā)現，ｍ（質(zhì)量）、Ｑ（熱量）相同，即這個(gè)問(wèn)題中Δｔ僅取決于ｃ（比熱容），且從Δｔ＝Ｑ／ｃｍ這一關(guān)系式中可以看出，Δｔ與ｃ成反比，而水的比熱容大于煤油的比熱容，因此很容易得出這個(gè)問(wèn)題的答案是：“煤油升高的溫度比水大”．可見(jiàn)，在解決物理問(wèn)題時(shí)，如能恰當運用科學(xué)方法進(jìn)行分析，確實(shí)能起到提高解題速度與準確率的良好效果．更為重要的是，通過(guò)這一實(shí)際問(wèn)題的解決過(guò)程，使學(xué)生對如何應用“控制變量法”等科學(xué)方法去分析、解決問(wèn)題作了有益的嘗試．在初中物理（如在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)）中，可用“控制變量”這一科學(xué)方法去分析解決的實(shí)際問(wèn)題還很多，這就為學(xué)生靈活應用這一科學(xué)方法解決問(wèn)題提供了證明。
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