高中物理控制变量法的教学研究

控制变量法是物理学中经常用到的方法，这一方法可以使研究的问题简单化。利用这种方法可以对影响物理量的多个因素逐一进行研究，然后再进行综合。这一思想在中学物理中被逐步渗透，高中物理教学应加以注意。

在物理学长期发展过程中，不仅形成了物理学严密的科学知识体系，同时也建立了一套物理科学方法体系，这些方法不仅对物理学本身的发展起着重要作用，对其他学科，甚至对哲学都产生深远的影响。物理学是由知识、方法和观念有机构成的体系。物理学的发展史就是物理科学方法的发展和创立史。一切理论的探索，归根结底是方法的探索，在科学创造的过程中，往往有着科学方法的创新，尤其是在划时代的科学理论诞生时。事实上，在知识爆炸的时代，没有人有足够的时间和充沛的精力去应付浩瀚如海的科学知识，这促使教育家去思考科学方法和科学知识哪一个价值更深远的问题。大多数名家认为在某种程度上科学方法比科学知识更有价值。教育家杜威重视科学方法，反对把知识看作是确定永恒不变的东西，而是有机地与环境的相互作用，在中学实施科学方法教育意义深远。

《高中物理课程标准》的教学目标由过去的一维发展到三维，改变了以往只强调双基的情况，将科学方法教育提到了重要的位置。

为了研究某科学量同影响它的二个因素中的一个因素之间的关系， 可将另外两个因素人为地控制起来，使它们保持不变，以便观察和研究该科学量与这一

因素之间的关系，这就是 “控制变量法”。

1．在高中物理概念教学中，控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法。

高中物体机械运动中，首先研究了运动快慢，在高中物理启蒙教育阶段，为了突出位移的大小，时间长短，运动快慢之间的关系。分两个层次控制变量，第一个层次，选取各种复杂运动中最简单的匀速直线运动，即控制运动轨迹是一条直线，不反向，且运动快慢不变。第二个层次，在大环境下，分别选择不同变量控制，研究两个对应量之间的关系，例如：

1.1控制时间相同时，比较两物体位移大小来判断物体运动快慢，学生的生活经验能让其得出正确结论：位移越大，运动越快，速度越大。

1.2控制位移相等时，比较两个运动物体完成全程，用时的多少比较物体运动的快慢，学生经验也知道：先到达终点的快（即用时少快），然后通过综合比较可得表达式V=x/t。

在高中物理教学中还有许多概念或规律之探索和推导的过程中，都运用了“控制变量法”这一科学方法，如在引导学生探索“导电体中电流大小同其两端电压大小和其电阻大小之间的定性关系，最终得出欧姆定律”实验过程中都用到了这一科学方法，使学生对“控制变量法”不断加深理解，并逐步达到有意识地去应用的目的。

2．在利用物理知识去分析和解决一些实际问题时，如能灵活运用“控制变量法”进行分析，有时可起到事半功倍的效果。

在高中物理中，可用“控制变量”去分析和解决的实际问题是很多的，这就为这一科学方法的教学和应用提供了很好的机会。变量控制在实验中运用一定的手段（控制实验仪器设备等）主动干预或控制自然事物、自然现象发生发展的过程，在特定的观察条件下去探索客观规律。例如，在引导学生探索、研究导电体的电阻的大小同导电体的哪些特性有关时，可先故意将横截面积、长度都不同的一根镍铬合金丝和一根铜丝分别串入接有小灯泡的直流电路中，让学生分别观察灯泡发光的亮度，并问学生：刚才的实验现象能否说明电阻大小与导电体的某个特性有关？学生经过思考与讨论，得到的结论当然是否定的。再用横截面积和长度都不同的两根镍铬合金丝分别串入上述电路中，观察小灯泡的亮度，并让学生思考这个实验能否说明电阻大小同导电体的某种特性有关，结论同样是不能。这时就可不失时机地问学生：“那么，我们应该取怎样的两根金属丝串入上述电路来做这个实验，以研究导电体的电阻大小到底与哪些因素有关呢？”同时向学生出示课前准备好的几根金属丝让他们选择。学生经过思考并相互讨论后，有的回答：应取两根横截面积相同、但长度不同的镍铬合金丝进行上述实验；有的同学说：应取两根长度相同、但横截面积不同的镍铬合金丝进行上述实验；还有的说应取长度、横截面积均相同的一根铜丝和一根镍铬合金丝进行实验比较。这时，教师可适时指出上述几种方法都可以，同时指出要研究电阻的大小同导电物质的长度、横截面积、材料种类这三个因素任何一个因素间的关系，就要人为地控制另外两个因素，使它们相等，并指出这种实验的方法就是“控制变量法”，再让学生运用这一方法系统地进行上述实验，使学生在实际操作过程中去体验这一科学方法。控制实验的方法在实验过程中得以体现，如下表：（以研究导体的电阻与什么因素有关的实验为例）

 从上述的表格中可以看出，控制变量法最强调的是因变量是由哪一个自变量决定的。从一一对应的关系中得出结论。

类似的用到控制变量法物理实验很多，如理想斜面实验、探究力与运动的关系、探究影响滑动摩擦力大小的因素、探究影响压力的作用效果的因素、探究影响液体压强大小的因素、探究影响浮力大小的因素、探究影响滑轮组的机械效率的因素、探究影响动能大小的因素、探究影响重力势能大小的因素、探究影响导体电阻大小的因素、验证欧姆定律、探究影响电流做功多少的因素、探究影响电流的热效应的因素、探究影响电磁铁磁性强弱的因素。

3．实行“控”中有“变”，提升学生思维品质

实际上，要想精确地把握研究对象的各种特性，弄清事物变化的原因和规律， 单靠分离单因素的控制变量法是不够的。因此 ，一味地采用控制变量法训练也容易使学生形成很强的思维定势，机械照搬，丧失灵活性。我们应该让学生看到控制变量法的局限性，并尝试用非控制变量法研究一些简单多因素问题，以拓宽研究思路。在运用控制变量法的过程中结合使用转化法，使之 “控”中有 “变”，

可以提升学生的思维品质。