時間：2023-05-30 08:55:59
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇控制變量法，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
一、控制變量法的概念
自然界發生的很多現象往往是相互關聯的，并且研究對象往往不是單個存在的。影響研究對象的因素，在許多情況下是多種因素相互交錯、共同作用的。為了研究一個物理量同影響它的多個因素中的一個因素的具體關系，我們就要人為地控制其他因素保持不變，進行具體比較，探究這個物理量同這個因素之間的關系，然后得出科學的、嚴謹的結論，這就是控制變量法。這種實驗方法在初中物理實驗中應用得相當普遍。
學生最初接觸物理的聲學知識時，控制變量法就已經隱性地體現出來了。例如，真空罩中的鬧鈴實驗，這個實驗的目的是比較聲音在空氣和真空中的傳播情況，在實驗操作過程中，實際上保持了鬧鈴、鬧鈴的位置、研究者離鬧鈴的距離這幾個因素不變，最后得出一個結論：聲音在空氣中能夠傳播，在真空中不能傳播。這個時候，作為授課者，就應當對控制變量法做一個簡單的介紹，讓學生對控制變量法有一個初步的認識，為以后的探究實驗做好準備。
二、控制變量法的特征
控制變量法與物理實驗中的其他實驗方法不同，它有一個顯著特征：必須是兩個或兩個以上的因素對某一個物理量有影響。實驗時，為了科學地探究這幾個因素對這個物理量的具體影響，就要應用控制變量法。比如說，某段導體中通過電流的大小，不僅和這段導體兩端電壓有關，還和這段導體的電阻有關，所以在實驗探究的過程當中，就要分兩個步驟來進行。在探究導體中通過的電流大小與導體兩端電壓是否有關時，我們就要控制電阻不變；在探究導體中通過的電流大小與電阻是否有關時，我們就要控制電阻兩端電壓不變。
三、控制變量法的關鍵
在教學的過程當中，往往會碰到某個物理量可能與多個因素有關。為了探究這個問題，通常采取的思維程序是：提出問題猜想與反駁實驗驗證 分析論證得出結論。在驗證猜想的過程當中，我們就要用到控制變量法。控制變量法的關鍵在于，要人為地控制一個或者幾個因素保持不變，只讓探究的單個因素在變化，觀察這個因素與物理量的具體關系。比如說，在探究導體的電阻大小與哪些因素有關的實驗中，為了研究與橫截面積是否有關，教師可事先故意將長度不同的一根鎳鉻合金線和一根銅線，分別串入接有小燈泡和電流表的電路中，讓學生分別觀察小燈泡的亮暗情況和電流表的示數變化情況，然后提出問題：剛才的實驗現象，能否說明導體的電阻大小與導體的橫截面積有關？大多數的學生經過思考，能夠得出答案：不能，因為這時它們的長度和導體的材料都不同。依次類推，采用同樣的教學方法，引導學生得出：在探究導體的電阻大小與長度有關時，要保證材料、橫截面積相同；在探究導體的電阻大小與材料有關時，要保證長度、橫截面積相同。實驗結束時，授課者要進行歸納，要研究電阻的大小同導體的長度、橫截面積、材料這三個因素任何一個因素間的關系，就要人為地控制另外兩個因素不變。這就是控制變量法在該實驗操作過程中的關鍵所在。
四、控制變量法的作用
被研究的物理量的變化會受幾個因素的影響。為了探究其中某一因素對該物理量變化的影響情況，就要控制其他幾個因素不變，這樣做的好處是能排除其他因素對該物理量的干擾，直接顯露單一因素對被研究對象變化的影響情況。比如，在探究影響液體蒸發快慢的因素實驗中，我們為了探究溫度、液體的表面積、液體上方空氣流通程度對蒸發快慢的影響時，就要分步驟進行實驗。在探究溫度對液體蒸發快慢的影響時，就要保持液體的表面積、液體上方空氣流通程度兩個因素不變，排除這兩個因素對蒸發快慢的影響。依次類推，分步操作，這樣能夠讓影響物理量的多個因素變單個因素，使復雜的問題變簡單的問題。
充分應用控制變量法，能將一些多因素的抽象的大問題，轉化為直觀的易于操控的小問題。
關鍵詞：初中物理；控制變量法；教學設計
在新課程理念中，突出了科學方法對人類發展的重要性。《物理課程標準》（修訂版）中有明確的要求：提高學生的科學素養，讓學生經歷科學探究過程，具有初步的科學探究能力。物理學是一門富含多種科學方法的自然科學，其中“控制變量法”是最重要的思想方法之一。所謂“控制變量法”，狹義上是指：在研究物理問題時，某一物理量往往受到幾個不同物理量的影響，為了確定各個不同物理量之間的關系，就需要控制某些量，使其固定不變，改變某一個量，看所研究的物理量與該物理量之間的關系。
現以義務教育課程標準實驗教科書《物理》（蘇科版）八年級上冊為參考，結合本人的一些教學探索，以初中學生學習物理的第一個學期為教學周期，有計劃地進行“控制變量法”的教學設計。
一、初識“控制變量法”，了解方法的基本概念
在本教材中，第一次遇到“控制變量法”是在學習“聲音的特征”中。我就實驗“弦樂器的音調高低與什么因素有關”進行了如下設計。
①演示：撥動吉他琴弦。②提出問題：吉他的音調高低與什么因素有關呢？③學生猜想：可能與弦的長短、粗細、松緊有關？④教師再問：怎樣通過實驗來判斷音調高低與弦的長短有關？我們選擇的器材需要具備什么特點？⑤實驗結束后，老師介紹：同學們很有辦法，想到了好方法來證明弦樂器的音調高低與弦的長短、粗細、松緊有關，還得出了具體的關系，但你們知道嗎？在第一次實驗中，為了比較發聲的音調高低與弦的長短的關系，要選取粗細和松緊相同的琴弦，而不能任意選取，這種方法是物理學中一種非常重要的科學探究方法，它叫“控制變量法”。由于物理現象往往是由多種因素相互交錯、共同影響的，為研究其中某一因素的影響時，常常將其他因素控制不變，觀察這一因素對物理現象的影響，這就是控制變量法。
教學中，教師不宜對控制變量法過多講解，只要讓學生知道物理學習中有這樣一種重要的研究方法，知道“控制變量法”的概念即可。
二、再識“控制變量法”，明確方法的使用條件
第二次接觸“控制變量法”，是在學習“汽化和液化”時。我就“液體蒸發快慢與什么因素有關”進行了如下設計。
①創設情境：星期一上學要穿校服，星期天媽媽把校服洗了。大家有什么辦法能讓校服干得更快些，保證第二天能穿？②學生回答：用洗衣機甩、用烘干機烘、用吹風機吹、晾到陽臺外……③提出問題：液體的蒸發快慢可能與哪些因素有關？④學生猜想：液體的溫度、表面積、液體表面的空氣流動（教師作適當的誘導啟發）。⑤設計實驗：此時，學生對先前接觸的“控制變量法”已經有所淡忘，教師可組織學生討論：水的蒸發快慢可能與溫度、表面積和空氣流動三者都有關系，選取什么樣的器材，才能證明蒸發快慢是與溫度有關而不是與表面積或空氣流動有關？⑥進行實驗：……⑦完成實驗后，教師評價：在研究“液體蒸發快慢與什么因素有關”的實驗中，又一次運用了“控制變量法”，請大家總結一下，在什么情況下使用“控制變量法”呢？
通過歸納使用條件，使學生對“控制變量法”有了深入了解，為后面的物理學習中運用此方法解決問題奠定了基礎。
三、再遇“控制變量法”，檢驗方法的掌握效果
通過以上的教學，學生對“控制變量法”有了一定的認識。在練習中，出現了這樣一道題，我決定到實驗室通過實驗來檢驗學生應用“控制變量法”來解決實際問題的能力。
題目：兩千多年前，墨翟用小孔成像的實驗說明了光在同一種均勻物質中沿直線傳播。你做過這一實驗嗎？你認為像的大小與什么有關？你能用圖示表達出你的研究過程嗎？請仿照示例完成下面題目。
【示例】猜想：我認為與物體的大小有關，研究方法的圖示是（ ）（圖略）。
①猜想一：（ ），研究方法的圖示是（ ）。猜想二：（ ），研究方法的圖示是（ ）。
②提出問題：小孔成像的大小與什么因素有關呢？
③學生猜想：可能與物體的大小、物體和小孔之間的距離、光屏與小孔之間的距離有關。
④設計實驗：那么該如何選取合適的器材來設計這個實驗呢？
⑤學生回答：在設計實驗時，一定要注意使用“控制變量法”。比如，要研究“像的大小是否與物體的大小有關”時，在實驗中要保持“物體和小孔之間的距離”和“光屏與小孔之間的距離”兩個因素不變，改變“物體的大小”，觀察成像的大小變化，從而得出結論。
⑥學生實驗：……
本節實驗課的設計，意在讓學生能理解并掌握“控制變量法”，能運用該法去解決實際問題。實驗結束后，教師提問：本題是想考查我們哪些知識？在七嘴八舌的回答中，有同學說，是想考查有沒有掌握“控制變量法”。他的回答，立刻得到其他學生的附和。實驗提高了學生進行科學研究的思維能力和實驗操作的基本能力，同時也促進了良好的思維品質的提高。
通過大半學期循序漸進的教學，學生對“控制變量法”有了深刻認識，并能較熟練地掌握運用，為學生學習以后相關知識打下堅實的基礎。
控制變量法在物理教育中具有重要作用.比如，研究物理密度與質量、體積之間的關系；研究勻速直線運動時間、位移、速度之間的關系；研究液體的壓強與液體種類、深度等因素的關系；研究歐姆定律；研究電磁鐵磁性強弱與線圈匝數、電流大小之間的關系；研究液體蒸發快慢與液體種類、液體表面空氣流速之間的聯系；等等.這種物理學方法，可以使一些較為復雜的物理學變量影響因素得到簡化，得出主要因素與次要因素之間的聯系，進而簡化了物理學的理論難度.控制變量法在初中物理電學研究中有著廣泛的應用.
一、控制變量法在研究歐姆定律過程中的應用
例1 在研究“電流跟電壓、電阻的關系”時，學生設計如圖1電路圖，其中R為定值電阻，R′為滑動變阻器，實驗后，數據記錄在表1和表2中.（1）根據表中實驗數據，可得出如下結論：由表1可得：.由表2可得：.（2）在研究“電流與電阻關系”時，先用5Ω的定值電阻進行實驗，使電壓表的示數為3V，再換用10Ω的定值電阻時，某同學沒有改變滑動變阻器滑片的位置，合上開關后，電壓表的示數將3V（選填“大于”、“小于”或“等于”）.此時應向（選填“右”或“左”）調節滑片，使電壓表的示數仍為3V.
解析：在研究歐姆定律之前， 學生已經了解了電流、電壓、電阻這些基本概念，根據實驗電路圖，表1中的電阻是定值，通過改變電壓值，可以得出電流隨著電壓的增大而增大，而且滿足一定的正比例關系；表2中的電壓是個定值，通過改變電阻器電阻，可以看出通過導體的電流隨著電阻值的增大而減小，且滿足一定的反比例關系.因此，可以得出歐姆定律：U=IR.當電流值不變，電阻變大時，電壓值也會變大，電壓表示數將大于3V.為了減小電壓值，不許降低電阻，所以向右側移動滑片.
二、控制變量法在研究電功過程中的應用
例2 在研究“電流做功快慢與哪些因素有關”時，電流做功的過程就是將電能轉化成其他形式能量的過程.研究電功時，可以將電功轉化成的熱能進行分析，通過溫度計測量溫度的變化情況得出做功大小，進而分析出電功與電流、電壓之間的聯系.通常情況下，采用以下實驗裝置和實驗過程.
實驗：按照如圖2進行實驗研究.
通過探究，我們不難發現，兩電阻絲之間是串聯關系，因此兩者之間的電流是相等的，當R1>R2時，通過電壓表示數，我們發現R1兩端的電壓高；通過溫度計，我們看到R1的煤油溫度升高較快，即相同時間內R1消耗的電能更多.可以得出：通過用電器的電流和通電時間相同時，用電器上的電壓越高，電流做功就越多.
總之，通過分析控制變量法在初中物理電學中的應用，可以看出這種方法的靈活性和優越性，特別是針對一些相關因素比較復雜的問題，運用控制變量法可以巧妙地實現問題的簡化，培養學生的學習興趣，提高學生的思維能力.
關鍵詞：初中物理；實驗教學；控制變量法；教學應用；作用意義；分析
在物理教學中，控制變量法是指在進行問題研究以及規律探索過程中，通過每次只改變一個因素，控制與保持其他因素不發生變化的方式，進行相關物理問題以及因素關系分析探索的一種方法途徑，它在進行問題的研究以及關系探索中，主要是將多因素問題轉化成為多個單因素問題，并對它們分別進行研究，再對于研究結果進行綜合的一種思想方法，在物理教學中的應用非常廣泛。通常情況下，在進行物理教學或者是研究的過程中，由于進行研究的物理對象并不是孤立存在的狀態，通常與其他事物之間有著密切的聯系與作用，因此，在進行問題研究過程中，對于研究問題產生影響與作用因素也不是單一的，往往會呈現多種因素交錯或者是共同作用的局面和情況，而要想實現對于所研究問題的特點把握，或者是進行事物變化原因與規律的探尋，僅僅通過對于自然條件下研究對象的整體觀察與分析是不夠的，必須通過人為影響的施加，進行特定條件下的研究對象變化規律與特征的分析總結，才能夠發現問題中所包含的變化原因與規律特征。下文將通過對于控制變量法在初中物理教學中的具體應用分析，對于控制變量法在物理教學中的作用意義進行探索分析。
1、控制變量法在初中物理教學中的作用
初中物理主要是為培養個學生的實驗和觀察能力，在實驗的基礎上，總結出大量的物理規律，為了使學生對這些物理規律牢固的進行掌握，就需要不斷的培養個學生對物理規律進行探究的能力。控制變量法是一種有效的、常用的探索物理規律的方法，在初中物理教學中發揮著重要的作用，很多物理規律、物理概念的推導和探索，試驗的演示及分組教學等，都離不開控制變量法的應用，因此，控制變量法在初中物理教學中是用來對物理規律進行探索，對實際物理問題進行分析和解決的好幫手。
2、物理量大小比較中控制變量法的應用
2.1物理實驗中的應用
在進行物理實驗時，對某一物理量變化的因素進行對比，需要對這些影響物理量變化的因素進行研究，此時可以采用控制變量法進行研究，將多變的、復雜的物理問題轉化成簡單的變量問題，將抽象的、多因素的大問題轉變多一些可以直觀操作的小問題，使復雜的條件轉變為便于觀察的、特定的條件，從而利于研究。通過對測量數據的深入分析、研究和總結，找出該因素與物理量之間的關系。
例如，對導電體電阻大小的影響因素的研究中，需要對導電體的物理特性進行分析，先將長度、橫截面不同的一根銅絲和鎳鉻絲分別接上小燈泡，小燈泡置于直流電路中，然后讓學生觀察燈泡亮度的差異，然后用不同長度、不同截面積的兩根鎳鉻絲分別接入同等條件的電路中，對小燈泡的亮度進行觀察。然后讓學生對這個實驗進行思考，并說明導電體與電阻大小的特性關系。因此，研究電阻的大小和導電體的截面、長度、材料等因素中任何一個存在關系，就需要對另外兩個因素進行控制。在研究過程中，控制變量法能夠有序的呈現和分解物理問題，讓同學們對多個因素逐一進行研究，這種研究方法，學生的思路會變得特別清晰，幫助學生準確、快速的完成探究。
2.2物理練習中的應用
除了在物理實驗中采用控制變量法進行探求以外，在物理量的大小、解析和分析實際問題中，也經常會用到該方法。物理中考中，控制變量法屬于必考內容，所以，在課堂教學中，教師要有針對的對此類試題進行聯系，從不同知識點、不同角度進行練習，讓學生熟練的掌握此種方法，在解決實際問題中，有目的的進行分析，從而使學生的解題速度及正確率都得到提高。
例如，在照明電路中，接入大功率電爐，此時電線發熱，對其絕緣皮產生威脅，甚至引發火災，用所學的物理知識簡單說明這是什么原因導致的。此題是控制變量法在實際問題中的典型應用，該題主要說的是電線發熱的問題，思路：首先找出引起發熱的物理量和沒有影響的物理量進行說明，所以，就電線而言，由于本身的電阻不變，那么接入大功率電爐以后，流經電線的電流顯著增大，從公式P=I2R可以知道，此時電線中的熱功率提高的非常快，同樣的時間內發熱量大增，因此在普通照明電路中，如果接入大功率電爐，電線就會很快出現發熱現象，嚴重的可以燒壞絕緣皮，引發火災。
再如，在同一張桌面上放著鐵塊和長方體木塊，現在想對鐵塊和木塊的下表面的粗糙程度進行對比，現在要求用一個滿足試驗要求的彈簧測力計，設計一個試驗對你的猜想進行驗證，并將步驟、現象和結果寫出來。該題主要是對學生運用控制變量法、試驗設計及評價能力進行考察，如何才能對兩個物體的下表面粗糙程度進行對比，此時可以考慮滑動摩擦力的大小，影響該力大小的因素主要包含物體表面粗糙程度、壓力的大小決定的。眾所周知，壓力大小相同時，如果摩擦力越大，那么物體的接觸面就會越粗糙。所以，在對該題的試驗方案進行設計時，先要確保壓力相同，可以將鐵塊和木塊疊切來。由此可見，控制變量法是一種常用的解決物理問題的方法，對初中物理問題能夠很好的進行解決，并且對于一些其他學科的問題，也能夠采用此法進行解決。
3、結束語
在初中物理教學中，控制變量法的應用體現了新課程標準實施的理念。教師在進行教學時，要重點練習學生對控制變量法的應用能力，為培養學生探究能力、科研能力及解決實際問題的能力奠定基礎，不斷的提高初中物理教學的效果。
參考文獻
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八年級學生剛學習“控制變量法”相關問題時，學生不理解“變量”也不知道如何控制“變量”。我舉了通俗的例子說明：人的健康狀況受哪些因素的影響？經過學生討論，認為受“先天因素、飲食情況、是否鍛煉”三個因素的影響。于是我提出問題：人的健康狀況與是否鍛煉有什么關系？同學們馬上給出答案，鍛煉的人要好于不鍛煉的人。我接著追問：如果一個先天體質差但飲食習慣好且參與鍛煉的人和一個先天體質好但飲食習慣不好且不參與鍛煉的人哪個更健康呢？一時同學們沒了答案。接著我又給出第三個問題：在什么條件下，你們的答案才是正確的呢？經過大家討論認為，在先天因素和飲食習慣都相同的條件下。這里的條件就是控制變量，我們所采用的研究問題的方法就是控制變量法。
一、控制變量法對理解和分析物理公式起著很重要的作用，多出現在選擇題中
例如：對公式v=s/t的理解，不能盲目地說速度v與路程s成正比，與時間t成反比。而應該說：當時間t一定，速度v與路程s成正比；當路程s一定，速度v與時間t成反比；當v一定，s與t成正比。對其他物理公式的分析采取同樣方法。對公式P=UI的理解，絕不能簡單地說電壓U越高或電流越大，電功率P就越大。正確的理解是：當電流I一定，電功率P與電壓U成正比；當電壓U一定，電功率P與電流I成正比；當P一定，U與I成反比。上述歸納為：只要是三個物理量組成的公式，在分析它們的關系時，一定要控制其中一個量不變，然后討論另外兩個量的關系。如果是四個物理量組成的公式呢？則應控制其中兩個量不變，然后討論另外兩個量的關系。例：W=UIt的分析：當I和t一定，W與U成正比；當U和t一定，W與I成正比；當W和t一定，U與I成反比；當W和I一定U與t成反比。不管公式中出現多少個物理量，在分析兩個量的關系時，則需把其他所有量都控制不變（常數除外）。這樣就掌握了正確的分析物理公式的方法。
二、在簡答題中解釋物理現象時常用到控制變量法
例：為什么坐在沙發上比坐在木凳上舒服些？我們知道影響壓強大小因素有壓力和受力面積，這里是同一人控制的是壓力一定，坐沙發比坐木凳人體的受力面積大，根據P=F/S，所以人體受到的壓強小，感覺舒服些。為什么人走在冰面上比走在地面上容易滑倒？影響滑動摩擦力的因素是壓力和接觸面的粗糙程度。這里是控制壓力不變，改變了接觸面的粗糙程度，冰面的粗糙程度比地面小，人受到冰面的滑動摩擦力小，因此容易滑倒。如果在解答此類問題時，沒有控制變量會導致邏輯不嚴謹而失分。
三、控制變量法在探究實驗中更為重要
如果在設計實驗和進行試驗時沒有控制變量，整個試驗就是失敗的，得出的結論也毫無意義。例如：在探究“影響動能大小的因素”的時，首先在設計實驗時需要選同一斜面且保證斜面的傾斜程度一定。然后再分別研究與質量和速度的關系。（1）動能與質量的關系。選兩個質量不等（改變質量）的鋼球使它們處于斜面上同一高度（控制到達平面時速度相等）自由釋放，觀察兩次平面上的木塊被推動距離的遠近。歸納結論：物體的運動速度相同，質量越大，動能越大。（2）動能與速度的關系。選兩個質量相同或同一鋼球（控制質量相等）使其處于斜面上不同高度（改變到達平面時的速度）自由釋放，再觀察兩次平面上的木塊被推動距離的遠近。分析歸納：物體的質量相同，運動速度越大，動能越大。探究“電流與電壓的關系”時，需要控制定值電阻R一定，通過滑動變阻器改變R兩端電壓，然后用電流表測出每次對應的電流值I。最后得出：當電阻一定，通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比的結論。而“探究電流與電阻的關系”時則要改變定值電阻R的阻值，通過滑動變阻器控制定值電阻R兩端電壓一定，用電流表測出每次對應的電流值I。從而得到：當電壓一定，通過導體的電流與導體的電阻成反比的結論。除了上述實驗，還有多個采用控制變量法的探究實驗：“同種物質的質量與體積的關系”“影響浮力大小的因素”“比較不同物質的吸熱能力”“電熱與什么因素有關”“影響電磁鐵磁性強弱的因素”等。
控制變量法不僅應用在上述題型中，在這里不一一列舉，它是學生學習物理必須掌握的方法。總之，該方法可以說是貫穿初中物理教學的始終，是初中物理教學中最為常用、最為重要的一種方法。
參考文獻：
（四川省資中縣發輪中心衛生院641200 ）
物理學是一門以觀察和實驗為基礎，研究物質結構、物體間的相互作用、物體運動一般規律的自然科學。縱觀初中物理教材，版本眾多，有瀘科版、人教版、蘇科版、教科版等，雖然版本不同，知識編排的先后順序有所差異，但都以探究實驗為重點，通過實驗得出結論，而這些實驗的探究方法絕大多數都是控制變量法。什么是控制變量法呢？控制變量法就是為了探究一個量與多個變量中某一變量的關系而保持其它變量不變的方法。這種方法在初中乃至于整個物理學中都是非常常用的實驗探究方法，它在物理教學中有極其重要的意義。
一、“控制變量法”是一種科學的探究方法，應用廣泛。
初中物理中有三分之二的物理規律都需要用控制變量進行探究。例如在研究壓力的作用效果與哪些因素有關時，不僅要在相同的壓力F作用下，而且還需要壓力作用在同樣的物體上，通過受力面積的變化來比較壓力的作用效果。如果相同的壓力，一個壓力作用的受力面積較大但在海綿上，而另一個大小相等的壓力作用面積較小卻作用在課桌上，這時我們會發現：當壓力一定時，受力面積較大，作用效果反而更明顯。其實得到這種錯誤結論的原因就是未控制除面積之外的另一個變量——受力物體。再如在探究通電螺線管的磁性強弱與電流大小，線圈匝數的關系時，只顧增加線圈的匝數，而不控制電流大小和鐵心，或是只增加電流大小，而不控制線圈匝數和鐵心都將得到錯誤的結論。控制變量法在物理學探究實驗中有其廣泛的運用是源于它是一種行之有效的方法。我們教學中應引導學生如何認識變量，控制變量，讓他們主動的、有意識的去運用。也只有這樣才能真正意義上的做到：教師引導，學生為主導的教與學。
二、“控制變量法”在解題時具有簡單、實效的作用。
初中物理中有許多公式都是通過探究實驗而得出結論，學生在探究實驗中經教師的指導知道如何中控制變量，然而回歸到公式運用去解題時，往往會是數學思維模式，不能再將變量與公式聯系起來靈活運用。例如數學中y=kx（k為常量），學生很容易明白y與x成正比，即x越大，y的值越大。但與此相似的如速度公式V=S/t的變形式S=Vt，在很多選擇題中就會有諸如“根據S=Vt可知，路程與速度正比，或是物體運動的速度越大，物體的路程就越遠”的選擇答案。學生容易認為它是正確的，而如果學生運用了控制變量法，它就會知道在討論路程與速度的關系時，其實還應該控制變量——時間。再如初中物理的難點，關于浮力F=ρ液V排g的理解，大部分學生都會認為“排開液體的體積越大，浮力就會越大”是正確的。而根據控制變量法應該要先控制變量液體的密度，才會有這樣的關系。實際上在討論一個量與多個變量的關系時，控制變量法會有更強的簡單實用性。例如：質量和初溫相同的鐵和銅釋放相同熱量后放在一起，熱量將會從哪個物體傳給另一個物體？這一題包含了四個物理量，可謂錯綜復雜，屬于熱學中的難題。雖然學生知道有公式Q=Cmt，但一看見這么變量時就不知道從何開始，而根據控制變量法簡單分析可知熱量從高溫物體傳遞給低溫物體，其實關鍵在于比較t，將公式變形就和t=Q/Cm，根據題意被控制變量Q、m是相同的，實際上就只有t與C之間的關系了，因C鐵>C銅，所以有t鐵<t銅，末溫更高的是鐵，最后熱量應該是從鐵傳遞給銅。此題難點在于運用控制變法來簡化物理量與物理量之間的關系。
可見，在解決多數物理問題時，靈活運用控制變量法能簡化題意，提高解題速度和準確性。控制變量法不僅在實驗探究中，而且在公式理解與解題之中同樣能體現其重要性。
三、“控制變量法”能引導學生自主的、科學的進行物理實驗，拓展思維。
近年來各種版本的物理教科書不停的更改，都是為了探索如何更好的將中小學教育由應試教育轉化為素質教育，而素質教育重在培養學生的綜合素質，提高動手能力和解決實際問題的能力。物理學以觀察和實驗為基礎，探究實驗更是學生獲得真知的主要手段，控制變量法作為探究實驗的主要方法，普遍應用可以增強學生的學習興趣，而對一些自我疑問會自主的用實驗去證明檢驗，控制變量法為他們提供了科學方法的指導。
一、控制變量法。
利用控制變量法研究物理問題，注重了知識的形成過程，有利于扭轉重結論、輕過程的傾向，有助于培養學生的科學素養，使學生學會學習。
蒸發的快慢與哪些因素的有關；滑動摩擦力的大小與哪些因素有關；液體壓強與哪些因素有關；研究浮力大小與哪些因素有關；壓力的作用效果與哪些因素有關；滑輪組的機械效率與哪些因素有關；研究電磁鐵的磁性強弱跟哪些因素有關系等均應用了這種科學方法。
二、控制變量法應用實驗的類型
控制變量法在初中物理實驗教學應用最為廣泛，現舉例說明其應用的實驗類型：
1.實驗設計。例：同一水平桌面上放有長方體木塊和鐵塊各一個。現想探究木塊和鐵塊的下表面誰更粗糙，請你只利用一個量程滿足實驗要求的彈簧測力計，設計一個實驗來驗證你的猜想，寫出實驗的步驟：在同一水平桌面上，將鐵塊放在木塊上，用彈簧測力計沿水平方向拉木塊做勻速直線運動，讀出彈簧測力計的讀數F1；再將木塊放在鐵塊上，用彈簧測力計沿水平方向拉鐵塊做勻速直線運動，讀出彈簧測力計的讀數F2；比較F1和F2的大小，得出木塊和鐵塊的粗糙程度。
2.實驗器材。例：在學習吉他演奏的過程中，小華發現琴弦發出聲音的音調高低受各種因素影響，他決定對此進行研究。經過和同學們討論，提出了以下猜想：
猜想一：琴弦發出聲音的音調高低，可能與琴弦的橫截面積有關；
猜想二：琴弦發出聲音的音調高低，可能與琴弦的長短有關；
猜想三：琴弦發現聲音的音調高低，可能與琴弦的材料有關。
為了驗證上述猜想是否正確，他們找到了下表所列9種規格的琴弦，因為音調的高低取決于聲源振動的頻率，于是借來一個能夠測量振動頻率的儀器進行實驗。
三、控制變量法在教學有運用
同時它能將一些復雜的多變量的物理問題轉化為簡單的單變量的問題，將一些多因素的抽象的大問題，轉化為直觀的易于操控的小問題。教學中如果此法應用得當，將會非常地方便、快捷，省時、省力，而且能少走很多不必要的彎路，減少很多無謂的而且是艱辛的探索之路，收到事半功倍、一石二鳥的良好效益。
實例1：初溫相同、質量相等的銅塊和鐵塊吸收同樣的熱量后，溫度高的是（）。
A、銅塊B、鐵塊C、都一樣D、無法確定
[分析]實例1判斷的是初溫相同的物體，吸收同樣的熱量后誰的溫度更高。由于初溫相同，溫度高的溫差肯定大，因此本例可以將比較溫度的高低問題轉化為比較溫差的大小問題。那么，溫差的大小跟哪些因素有關呢？由公式Q=cm（t0-t）或Q=cmΔt可知，溫差的大小與物體的質量、比熱容、吸收的熱量有關。由于是比較銅塊和鐵塊的溫差大小，這就要求比熱容不同（可變），而其它條件必須保持不變（相同）才能進行比較。再由吸熱相等（Q=cmΔt乘積一定）可知：比熱容c與溫差Δt成反比關系（從純數學的角度看），因此比熱容大的溫差小，比熱容小的溫差大。查表可知，銅的比熱容小，鐵的比熱容大，故正確的選項為B答案。
實例2：下列關于導線的電阻說法正確的是（）
A、長導線比短導線電阻大B、粗導線比細導線電阻小
C、導線中有電流時才有電阻，沒有電流時電阻為零
D、常溫下，粗細長短都相同的鐵絲比鋁線電阻大
在課堂教學中運用控制變量法去分析問題、解決問題有著不可低估的重要作用,下邊就控制變量法分別在概念規律、實驗設計、探究實驗、演示實驗、例題教學、習題設計中的應用各舉一例作一探討。
一、控制變量法在密度概念教學中的應用
1.質量相同(控制質量)的不同物質,定量地看,密度與體積成反比例關系。
2.體積相同(控制體積)的不同物質,定量地看,密度與質量成正比例關系。
3.物質相同(控制物質因素)的不同物體,定量地看,m/v的值不變,即質量與體積成正比例關系。
同理,控制變量法還普遍的應用于速度、電功、功率、比熱容、燃料的熱值、力的三要素、參照物的選擇等物理概念的教學中。
二、控制變量法在歐姆定律教學中的應用
1.把一電阻跟滑動變阻器串聯起來,用滑動變阻器調節同一電阻(控制電阻)兩端的電壓,記錄通過該電流,去探究電流與電壓的關系;
2.把兩個阻值不同的電阻分別跟滑動變阻器串聯起來,用滑動變阻器調節兩個阻值不同電阻兩端的電壓并使之不變(控制電壓),記錄通過的電流,去探究電流與電阻的關系;
3.通過定量分析,概括總結出歐姆定律。
同理,控制變量法還應用在焦耳定律等物理規律的教學中。
三、控制變量法在實驗設計教學中的應用
例:給你一個電池組(電壓未知,且不變),一只電流表,一個已知最大阻值為Rab的滑動變阻器,一只開關和幾根導線,請你設計只需連一次電路就能測出未知電阻Rx的方法。
設計實驗,如下左圖所示。進行實驗,分析測算。
1.閉合開關,將變阻器滑片P移到a端,測出此時電路中電流I1。
2.將滑片P移到b端,測出此時電路中電流I2,由I1Rx=I2(Rx+Rab),得Rx=I2Rab/(I1-I2)。(當然,也可將Rx與Rab并聯,如上右圖所示)
以上兩種方法,都離不開一個設計思想,即控制電壓(電源或Rx兩端電壓)這個變量,用電流表測出電流,然后用歐姆定律就可算出未知電阻的阻值。
四、控制變量法在探究實驗教學中的應用
初中物理教材中許多實驗都必須使用控制變量法完成探究,方可得出結論。如探究“影響磁性強弱的因素等實驗、摩擦力的大小與什么因素有、壓力的作用效果與什么因素有關、動能的大小與什么因素有關、重力勢能與什么因素有關、阻力對物體運動的影響”中無一不滲透著控制變量法。
五、控制變量法在演示實驗教學中的應用
初中物理教材中許多實驗都必須用控制變量法完成演示,進行比較、分析、判斷。例如音調和頻率關系、液體內部壓強的特點、決定電阻大小的因素等演示實驗。
六、控制變量法在例題教學中的應用
例題:某同學在“探究電阻上電流與電壓的關系”時,根據實驗數據描繪出了如圖所示的U-I關系圖像,由此圖像可知:
A.R1
C.R1>R2 D.無法確定
析題:如果圖像上標有具體的電流、電壓數據,在圖像上任意找一個特殊點的坐標,根據歐姆定律公式就可以計算出它們的電阻值,并加以比較即可。可是,圖像上標出并沒有具體的電流、電壓數據,要比較它們的電阻大小就好像“無法判斷”,也無從下手。其實,用控制變量的方法就可以進行比較判斷的。在圖像上任意取一相同的電壓值U1=U2(控制電壓),去看它們對應的電流值I1、I2,顯然I1
解題:在圖上作三條“輔助線”,通過“輔助線”可以看出,在相同電壓下,通過R1的電流I1大,則R1的阻值就大,因此選C。
七、控制變量法在習題設計中的應用
如“質量相等的水和煤油,吸收相同的熱量,誰的溫度升高較大?”
控制變量法是一種分析問題、解決問題最普遍、最有效的科學方法,也是一種教學思想。在物理課堂教學中如能恰當運用這一科學方法,滲透這一教學思想,課堂教學就會取得事半功倍的效果。更為重要的是,在教學過程中,學生分析問題、解決問題的能力得到了極大的提高。在初中物理(如在力學、電學、熱學)中,可用“控制變量法”去分析、解決的實際問題還很多,這就為學生靈活應用這一科學方法解決問題提供了保證。總之,控制變量法貫穿整個初中物理的教學過程中,在教學中教師要有意識的去培養學生利用控制變量法去探究新知,掌握新知。
盡管控制變量法對某些多因素問題失效, 但當前探究教學中幾乎壓倒性地用控制變量法來研究多因素問題, 此項研究調查了這種做法對中學生探究方案設計所造成的影響, 結果表明: 在具有簡單多因素實驗設計的意識和能力的學生中, 初一學生的比例大于初二、初三和高一學生的比例, 這說明過度的控制變量法訓練, 削弱了多因素實驗設計的意識和能力, 窄化了學生探究方案的設計思路.
關鍵詞: 多因素問題; 控制變量法; 多因素實驗設計; 科學探究
1 控制變量法的局限性
盡管控制變量法不是研究多因素問題的唯一方法, 但是一種非常重要的方法, 因此我國中學階段所有理科的課程標準都明確要求會用控制變量法進行科學探究. 然而, 受傳統應試教育的過深影響, 很多教師不是讓學生通過實際探究學會控制變量法, 而是采用大量習題的反復訓練, 這種強化訓練給學生留下了簡單化甚至異化的控制變量法. 在筆者的一次問題測試中, 來自19 個學校的962 個初三學生, 竟有98% 的認為多因素問題都可以用控制變量法來研究, 70% 的認為控制變量就是“改變一個因素, 同時保持其他相關因素不變”, 但也有25% 的認為控制變量就是“改變一個因素, 同時保持其他所有因素不變”.
然而,這種“保持其他所有因素不變”范式經常碰到問題. 例如,探究“空心管子作為承重橫梁時其承受力與管子直徑的關系”時,根據“保持其他所有因素不變”范式,除了控制管子長度不變外,還應控制什么不變呢? 一些學生可能意識到,
應該控制管子質量不變. 但是, 如果控制質量不變, 管壁厚度就要發生變化; 反之, 控制管壁厚度不變, 質量就要發生變化. 而且, 管壁厚度指的是相對厚度或是絕對厚度呢? 如圖所示,B 管子與A管子有相同的絕對厚度, C 管子與A 管子有相同
的相對厚度, 這可能會讓學生陷入困境, 不可能同時控制質量和厚度不變. 其實, 類似例子還很多,它們讓我們看到了一個一般性問題: 在改變一個因素時, 不可能控制其他所有因素不變.
解決“保持其他所有因素不變”范式問題的辦法是把它改成“保持其他相關因素”范式. 新范式一般是讓學生先猜想可能的相關因素, 把無關因素排除, 然后“改變一個因素, 同時控制其他相關因素不變”. 這種新范式在中學物理運用很多, 如滑動摩擦力的大小與哪些因素有關? 液體壓強與哪些因素有關?壓力的作用效果與哪些因素有關?導體的電阻與哪些因素有關? 電磁鐵的磁性強弱跟哪些因素有關系? 等等.
但新范式同樣也有問題. 例如, 在探究“淀粉的消化率跟唾液的溫度、pH 值等的關系”時, 掌握了新范式的學生就會知道: 在改變溫度時, 要保持pH 值不變; 在改變pH 值時, 要保持溫度不變.但是, 學生在改變溫度時, 究竟把pH 值控制在什么數值呢? 有些學生可能會控制pH 值在中性, 有些學生可能控制在酸性, 有些學生可能控制在堿性, 等等. 而實際上, 淀粉的消化率在不同pH 值時, 受溫度的影響是不一樣的, 但學生并未知道哪個pH 值是合適的. 然而, 不管學生把pH 值控制在哪個數值, 都不違反控制變量法. 這樣, 進行真實探究的學生就會得到不同的結論, 這些結論是真實的, 但卻可能是錯誤的.
《標準》中明確指出:“設計實驗與制定計劃”環節，要嘗試考慮影響問題的主要因素，有控制變量的意識。由此可見，在該環節中首先有必要滲透的就是控制變量法。物理學中對于多因素(多變量)的問題，常常采用控制因素(變量)的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題，而只改變其中的某一個因素，從而研究這個因素對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。
現實情境中的物理問題往往多種因素共同作用，如果能使用控制變量法簡化為研究對象與單一因素分別研究，就能簡化問題，降低難度。下面以“液體內部壓強與哪些因素有關”為例來談控制變量法在“設計實驗與制定計劃”環節中的具體應用。猜想1:液體內部的壓強，可能與液體的深度有關;猜想2:液體內部的壓強，可能與液體的密度有關;猜想3:液體內部的壓強，可能與方向有關．由于已經猜想液體內部壓強與三個因素有關，故而在實驗設計時就必須使用控制變量法。第一個階段由教師直接告知部分實驗設計方案，進行隱性教育:在研究與液體深度的關系時，應該保證液體密度、方向相同，比如都在水(同種液體)中且朝同一方向，并多次改變所處深度進行實驗，再觀察實驗現象。第二個階段由教師和同學共同探討、交流，進行顯性教育。得出在研究液體內部壓強與液體密度關系時，則應該使得每次所處深度及方向相同，并多次選擇密度不同的液體進行實驗，再觀察實驗現象。第三個階段:把研究液體內部的壓強與方向的關系完全交給學生，讓學生主動進入方法應用階段。第四個階段:研究方法的內化。引導學生總結出多因素的問題需要用到控制變量法，要研究的因素必須多次改變，暫時不研究的因素要保持不變，然后觀察研究對象。
控制變量的研究方法滲透進去了，但“液體內部壓強與哪些因素有關”的實驗設計并沒有完成。在研究與液體深度的關系時，可以直接觀察同種液體、同一方向的不同深度時，并不能直接觀察到壓強這個量，就更無法判斷壓強的大小是否有發生變化。所以，還需要重點滲透轉換法。轉換法主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見、不易見的現象轉換成可見、易見的現象;將陌生、復雜的問題轉換成熟悉、簡單的問題;將難以測量或測準的物理量轉換為能夠測量或測準的物理量的方法。仍然以“液體內部壓強與哪些因素有關”為例來談轉換法如何在“設計實驗與制定計劃”環節中進行滲透。第一個階段可由教師直接告知“研究發聲體是否在振動”時的實驗設計方案，進行隱性教育:將紙屑置于鼓面，觀察紙屑是否發生跳動。第二個階段由教師和同學共同探討、交流，進行顯性教育。探究固體壓強的大小與什么因素有關，固體壓強大小是否可以直接觀測，不能直接觀測時是如何解決這個問題的。第三個階段:把液體壓強大小如何觀測這個問題直接交給學生。讓學生自行得出液體壓強無法直接觀察，而液體壓強的作用效果卻是可以直接觀察的。引導學生得出液體壓強有使得物體發生形變的作用效果，進而引導學生選擇體積易于形變的物體放入液體中，如空心氣球。并進一步得出氣球浸沒后，若液體壓強變大，則氣球體積會變小，容器內的液面高度也會隨之降低。即液面降低則液體壓強增大，液面升高則液體壓強減小，液面不變則液體壓強不變。當實驗的設計完成后可以提供相應的器材讓學生自行完成實驗。也可以給出液體壓強計讓學生通過遷移的方法來說出液體壓強計的原理和使用方法，讓學生學會使用液體壓強計，并用該儀器設計一個較好的實驗方案。第四個階段:研究方法的內化。引導學生得出，在實驗中遇到不可見、不易見的物理現象時可以轉換成可見、易見的現象;遇到陌生、復雜的問題時可以轉換成熟悉、簡單的問題;遇到難以測量或測準的物理量時可以轉換成能夠測量或測準的物理量。控制變量法和轉換法在探究實驗的“設計實驗與制定計劃”要素中有很高的復現率，如果按所述四個階段反復應用、滲透會有利于形成穩定的心理特征，從而提高學生使用這兩種方法的能力。
2“進行實驗與收集證據”要素中有必要進行研究方法的滲透
進行實驗與收集證據要素在整個科學探究中非常重要。設計的實驗與制定的計劃必須通過這一要素來實施。關于“進行實驗與收集證據”要素，標準中指出:“能通過觀察、實驗和公共信息資源收集證據”、“會閱讀簡單儀器的說明書，能按要求進行操作”。可見這個科學探究要素中能檢驗學生對理論知識和基本技能的掌握與運用，能培養學生的觀察能力和信息收集能力。部分教師錯誤地認為該要素只需要按設計好的方案按部就班即可，不再需要研究方法的滲透。而筆者認為，該要素中不僅需要滲透相關研究方法，而且要求學生對研究方法的理解很深刻。下面筆者通過兩個實例來說明。
在“探究液體蒸發快慢與液體表面空氣流動速度”時，使得液體表面積、液體溫度及液體質量相同，并用電吹風對著左邊玻璃板吹風，然后記錄兩邊液體各自蒸發完的時間。可以發現在“設計實驗與制定計劃”要素中學生很好地應用了控制變量法和轉換法。但是在進行實驗時，學生對著左邊玻璃板吹風，就會出現如圖1所示的現象。在這個過程中，可以觀察到左邊玻璃板上的水滴表面積明顯增大。
在“探究弦樂器的音調與松緊的關系”時，選用了三根長度、粗細相同的尼龍線，并使得尼龍線的松緊分別不同。在進行實驗時，學生一旦改變尼龍線的松緊，尼龍線的粗細就會隨之發生變化。于是該組實驗將有弦的粗細、弦的松緊兩個因素不同。所以該實驗有必要更換成不易被拉伸的鋼絲來完成實驗。該實驗同樣要求在進行實驗時學生要有控制變量的意識。由以上兩個例子可以知道，在進行實驗與收集證據環節不僅僅是對知識與技能有要求，同時對研究方法也有高要求。這就說明在“進行實驗與收集證據”要素中有必要進行研究方法的滲透。
3“分析與論證”要素中如何進行研究方法的滲透
關于“分析與論證”要素，在《標準》中明確提出:“經歷從物理現象和實驗中歸納科學規律的過程”、“能對收集的信息進行簡單歸類及比較”、“能進行簡單的因果推理”。可見在“分析與論證”要素中最重要的就是:會使用歸納推理這種研究方法。對初中生進行歸納推理能力的培養，還可以使得學生理解其他研究方法運用的一般規律。因此，歸納推理方法也可看作是許多研究方法的應用基礎。中學階段很多物理概念也是通過物理現象和實驗歸納推理得到的，所以說歸納推理能力運用不僅存在于科學探究過程中，它還貫穿于整個初中物理學習過程。
歸納推理(inductiveinference)，從個別性或特殊性知識的前提推出一般性知識結論的推理。物理歸納推理:由個別性的物理判斷推斷出一般性的物理判斷。歸納推理又分為完全歸納推理和不完全歸納推理。完全歸納推理的特點是:在前提中考察了一類事物的全部對象，結論沒有超出前提所斷定的知識范圍。因此，其前提和結論之間的聯系是必然的，運用完全歸納推理獲得正確的結論，必須滿足兩條要求:(1)在前提中考察了一類事物的全部對象;(2)前提中對該類事物每一對象所作的斷定都是真的。例如:通過實驗得到固體中可以傳播聲音，液體中可以傳播聲音，氣體中可以傳播聲音，實驗結論:聲音可以在介質中傳播。在得完實驗結論后，應該引導讓學生體會完全歸納推理的邏輯形式:S1是PS2是P……Sn是PS1，S2，…，Sn是S類的全部對象所以，所有S都是P。
完全歸納推理通常適用于數量不多的事物，當所要考察的事物數量極多，甚至是無限的時候，完全歸納推理就不適用了，而需要運用另一種歸納推理形式，即不完全歸納推理。這里以“探究液體內部壓強與哪些因素有關”為例，就如何通過四個階段來滲透“不完全歸納”進行示例。在收集到相關數據后，就可以進入“分析與論證”要素。第一個階段由教師直接告知，進行隱性教育:選取①、②、③三組數據，可以看到液體種類和深度是保持不變的(運用了控制變量法)，橡皮膜的方向有三種:朝上、朝下、某一個側面，但是研究對象液體壓強(表中觀察的是壓強計左右液面高度差，運用了轉換法)并沒有發生改變。得出實驗結論:液體內部壓強與方向無關。第二個階段由教師和學生共同探討、交流，進行顯性教育。選取⑤、⑥、⑦三組數據，可以看到深度保持不變，在密度最大的鹽水中液體壓強最大，在密度較小的水中液體壓強壓強較小，在密度最小的酒精中液體壓強最小。雖然只研究了三種液體，但是可以根據研究目的合理地擴大研究對象的范圍，進一步推理出一般結論。即:在深度相同時，液體壓強隨液體密度的增大而增大。第三個階段:把“探究液體壓強與深度的關系”完全交給學生，讓學生主動的進入方法應用階段。第四個階段:方法的內化，讓學生一起體會不完全歸納推理的邏輯形式如下:S1是PS2是P……Sn是PS1，S2，…，Sn是S類的部分對象，并且其中沒有S不是P所以，所有S是(或不是)P。
在分析與論證要素中，要將歸納推理和其他研究方法結合在一起進行滲透，才能達到較好的教學效果。如正確表述實驗結論一直是學生的弱項。先來看一個錯誤的實驗結論表述:深度越大，壓強計兩邊液面高度差就越大。該表述的第一個錯誤就是沒有控制變量。修改后的表述應該是:當液體密度相同時，深度越大壓強計兩邊液面高度差就越大。該表述的第二個錯誤就是沒有很好地理解轉換法且忘記了實驗目的，再次修改后的表述應該是:當液體密度相同時，深度越大液體壓強越大。
4“評估”要素中有必要進行研究方法的滲透
《標準》明確指出:“有評估探究過程和結果的意識”、“能關注探究活動中出現的新問題”、“有從評估中吸取經驗教訓的意識”、“嘗試改進探究方案”、“了解評估在科學探究中的意義。”由此可見，評估是對整個探究過程的科學性、合理性的反思，可以及時發現各探究環節存在的不足，進而改進探究方案。評估可以從很多角度出發，比如實驗的合理性、安全性、節能環保等等。多因素影響的實驗是否合理，其中一個非常重要的角度就是:是否準確地應用了控制變量法。由此可見，評估環節也需要研究方法的滲透。從控制變量的角度評估，主要有以下三個方面的內容:一是實驗器材的選擇是否合理。如“研究電阻大小與長度的關系”時，是否選擇了粗細、材料相同而長度不同的電阻絲。二是探究過程中，是否按要求控制了其它因素保持不變，并使得研究的因素發生改變。如:“探究物體的動能與質量的關系”時，是否在多次改變小車質量的同時，有做到將小車放在同一斜面、同一高度自由滑下。三是實驗結論的表述是否有注意到控制變量。如當壓力相同時，接觸面越粗糙物體所受滑動摩擦力越大。
關鍵詞：初中物理；實驗方法；教學
中圖分類號：G632 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）18-210-01
物理是一門以觀察和實驗為基礎的學科，實驗教學是物理知識教學的基礎。在《初中物理課程標準》同時也指出，在突出科學探究內容的同時，也要重視研究方法的指導，使學生在進行科學探究、學習物理知識的過程中，逐漸拓寬視野，初步領悟到科學研究方法的真諦。由此可見，實驗教學中蘊含著大量的科學方法，正確地掌握物理實驗的探究方法，有助于揭示物理現象、物理規律的本質屬性和內部規律。
既然物理實驗方法這么重要，我們怎樣才能讓學生掌握，并能應用自如呢？首先我們要對初中物理教學中常用的探究實驗方法有所理解。初中物理實驗探究方法主要有以下幾種：
1、控制變量法：為了研究物理量與影響它的多個因素中的一個因素的關系，可將除了這個因素以外的其他因素人為地控制起來，使其保持不變，再比較、研究該物理量與該因素之間的關系，得出結論，然后再綜合起來得出規律的法。這種方法在整個初中物理實驗中的應用比較普遍
2、等效替代法：研究某一個物理現象和規律時，因實驗本身的特殊限制或因實驗器材等限制，不可以或很難直接揭示物理本質，而采取與之相似或有共同特征的等效現象來替代的方法。這種方法若運用恰當，不僅能順利得出結論，而且容易被學生接受和理解。
3、轉換法：有的物理量不便于直接測量，物理現象不便于直接觀察，通過轉換為容易測量到與之相等或與之相關聯的物理現象，從而獲得結論的方法。
4、類比法：類比法是一種推理方法。為了把要表達的物理問題說清楚，往往可用具體的、有形的、人們所熟知的事物來類比要說明抽象的、無形的、陌生的事物，通過借助于一個比較熟悉的對象的某些特征，去理解和掌握另一個有相似性的對象的某些特征。
5、圖像法：圖像是一個數學概念，用來表示一個量隨另一個量的變化關系，很直觀。由于物理學中經常要研究一個物理量隨另一個物理量的變化情況，因此圖像在物理中有著廣泛的應用。在實驗中，運用圖像來處理實驗數據，探究內在的物理規律，具有獨特之處。
6、理想化方法：指在物理教學中通過想象建立模型和進行實驗的一種科學方法。可分為理想化模型和理想化實驗。理想化模型就是指把復雜的問題簡單化，把研究對象的一些次要因素舍去，抓住主要因素，對實際問題進行理想化處理去再現原形的本質的東西，構成理想化的物理模型。這是一種重要的物理研究方法。
7、對比法：“比較”是人們常用的探究方法，是找出事物之間的差異點和共同點的研究方法，比較事物間的相同特征或相異特征。
下面就初中物理實驗《探究影響導體電阻大小的因素》中運用的探究方法――控制變量法，來談談怎樣進行探究實驗方法的教學，希望能起到拋磚引玉的作用。
1、作為教師，你首先要明確該實驗用哪種實驗方法最合適，也就是說先要確定實驗方法。這就要求你對各種實驗方法都要有深入的認識，并有所研究。
2、在實驗問題的提出時就開始滲透實驗方法的思想，并讓學生聯系實驗提出的問題和假設來尋找，并確定實驗的變量。例如在《探究影響導體電阻大小的因素》實驗教學中，當我們換用不同的電阻進行實驗時，發現燈泡的亮度是不一樣的，那樣就可以提問“為什么燈泡的亮度不一樣？”來引導學生去分析比較，得出影響導體電阻大小的因素可能是導體的材料、長度和橫截面積，還有溫度，從而確定該實驗的變量。
3、確定變量后，要引導學生用怎樣的實驗方法進行實驗。在該實驗中，我們確定了四個實驗的變量，那么我們就可以提問“我們怎樣才能知道這些變量與電阻的關系？怎樣進行研究？”讓學生認識到，要研究每個變量與電阻的關系，就必須在每次實驗中控制另外的變量保持不變。這樣自然而然的，我們就可以提出實驗要使用的實驗方法――控制變量法。接著教師要把控制變量的思想介紹給學生，使學生逐步領悟到控制變量法的實質要領，為之后的實驗方法的教學作好準備。
4、學生明確了實驗方法后，但是對該實驗方法還處在認識階段，還沒有理解，更難說得上運用。這就需要我們引導他們來運用這種實驗方法來進行實驗。在該實驗設計中，根據控制變量法的要求，我們就需要準備不同材料、不同長度、不同橫截面積的金屬導線。那么在實驗操作中我們應該選用那些金屬導線進行實驗呢？這樣一個問題的提出又可以讓學生對控制變量法有更深的認識。例如，在探究導體電阻的大小與導體材料的關系實驗時，我們就可以引導學生根據控制變量法的思想，選用相同長度、相同的橫截面積，不同材料的的導線來進行實驗。
關鍵詞： 控制變量 化學教學 滲透方法
影響事物變化的因素多種多樣，在研究和解決問題時，對影響事物變化規律的因素加以人為控制，只改變其中的某一個因素，從而研究這個因素對事物的影響，這種方法叫控制變量法。它是科學研究中的重要思想方法，廣泛地運用在各種科學探索和科學實驗研究之中。在多因素、多水平的實驗中，實驗者通過多維度變成單一維度，化繁為簡，探究各種變量之間的因果關系、關系大小與類型，其結果有利于實驗條件的選擇、操作、控制和優化。
控制變量在中學化學教學中有一定要求，如《義務教育化學課程標準（2011版）》發展科學探究能力中要求“根據所要探究的具體問題設計簡單的化學實驗方案。具有控制實驗條件的意識”。《普通高中化學課程標準》化學實驗基礎內容標準中要求“初步認識實驗方案設計、實驗條件控制、數據處理等方法在化學學習和科學研究中的應用”。實驗條件控制與控制變量法雖然不盡相同，但也有控制變量的思想；美國科學促進會制定的科學過程技能則明確有“確定和控制變量”①。
在化學教學中，滲透控制變量思想有非常重要的現實意義，能使學生更好地通過實驗學習并理解化學知識，認識并體驗控制變量在科學研究中的意義，初步體驗控制變量的方法。
1.教材中挖掘――初步認識控制變量思想
化學教材中相關實驗或材料里蘊含控制變量細想，在教學中，教師應該適時指導學生初步認識控制變量思想。
1.1化學反應需要控制反應條件
許多化學反應需要一定的條件，在不同的條件下，有不同的反應現象和反應本質。只有對化學實驗條件進行嚴格、有效的控制，才能獲得化學科學事實，取得重大發現，正是從這種意義上說，沒有化學實驗條件的控制，就沒有化學實驗科學。如鈉與氧氣在常溫和加熱條件下的不同反應、銅與稀硝酸和濃硝酸不同的反應、鋁與稀硫酸和濃硫酸的不同現象，等等，有機化學反應更需要控制條件。
1.2一些化學基本概念或原理的建構過程滲透著控制變量思想
如蘇教版化學1關于物質的聚集狀態有如下表格：
表1-4 1mol物質的體積
說明：固體、液體密度均為193K時的測定值，氣體密度為1.01×10■Pa、273K時的測定值。
表格中數據意圖通過學生的計算并比較、歸納出一定條件下，等物質的量的固體、液體、氣體物質體積大小的差異；得出在標準狀況下1mol任何氣體的體積都近似等于22.4L的結論；并思考影響物質體積的可能因素，解釋上述計算結果。雖然主體是表格計算與比較，但前提條件（“1mol”，“氣體密度為1.01×10■Pa、273K時的測定值”）很重要，沒有這兩條件的限制，所計算的數值和基于計算得出的結論都是有欠缺的，特別是對22.4L?mol■的理解與應用有重要意義。
又如蘇教版化學2化學反應速率課題的活動與探究更體現控制變量思想。
完成下列試驗，分析影響過氧化氫分解速率的因素。
【實驗1】取兩支大試管，各加入5ml12%的過氧化氫溶液（即雙氧水），將其中一支試管用水浴加熱，觀察并比較兩支試管中發生的變化。
【實驗2】取兩支大試管，各加入5ml4%的過氧化氫溶液，用藥匙向其中一支試管中加入少量二氧化錳粉末，觀察發生的變化。
【實驗3】取兩支試管，分別加入5ml4%、5ml12%的過氧化氫溶液，再各加入幾滴0.2mol?L■氯化鐵溶液，觀察氣泡生成的快慢。
影響化學反應速率的因素很多，三組實驗中各改變一個因素（實驗1改變溫度、實驗2加入催化劑、實驗3改變濃度）而控制其他條件完全相同，控制變量的思想體現得很明確，基于這樣的實驗得出的結論也相當可靠。
教材中控制變量思想的挖掘需要教師的點撥，需要教師引導學生進行控制變量思想的反思，使隱含的控制變量思想顯露出來，易于被學生認識并理解。
2.創新演示實驗――感悟控制變量的意義
化學教學中，運用控制變量思想改進或創新實驗，可以使學生更好地理解化學基本概念、基本原理、基本反應的本質。
蘇教版化學1物質的分散系中安排了這樣的實驗：將盛有硫酸銅溶液和氫氧化鐵膠體的兩只小燒杯分別置于暗處，用激光筆照射，從垂直于光線的方向觀察實驗現象。這實驗非常簡單明了地比較了溶液和膠體的性質之一，膠體能產生丁達爾效應，而溶液不能；這實驗使學生感受到丁達爾效應是鑒別溶液和膠體的一種重要而簡單的方法。但對于是否有丁達爾效應與分散質粒子直徑大小之間的本質聯系學生不是很清楚。我們可以創新演示實驗，通過控制變量的思想使學生更清楚不同分散系及其性質的本質區別。例如：
【實驗1】取3支試管，分別加入4ml0.01mol?L■的KI溶液，再在第2支試管中滴入一滴0.01mol?L■的AgNO■溶液，振蕩，在第3支試管中滴入4ml的0.01mol?L■的AgNO■溶液。觀察現象。
【實驗2】用激光筆照射上面3支試管，從垂直于光線的方向觀察實驗現象。
【實驗3】將第3支試管中的混合物過濾，取濾液于試管中，用激光筆照射試管，從垂直于光線的方向觀察實驗現象；再將濾液置于半透膜中進行滲透，收集滲透液置于試管中，用激光筆照射試管，從垂直于光線的方向觀察實驗現象。
實驗1控制反應物之一AgNO■溶液的用量使產生微量或大量AgI，微量AgI分散于分散劑中所形成的分散質粒子較小，表現為肉眼觀察較澄清，但有丁達爾效應，而大量AgI聚集產生的分散質粒子較大，表現為肉眼觀察渾濁，光透不過，且無丁達爾現象；不加AgNO■溶液的試管作為空白對照實驗，透明，沒有丁達爾效應；實驗3將沉淀進行過濾、濾液進行滲透，濾紙和半透膜的孔徑不同，相當于改變了分離“設備”的孔徑這一變量，進而控制了分散質粒子直徑，光照所觀察的現象隨之變化。通過這樣的實驗改進，學生能深刻理解不同分散系中分散質粒子直徑大小的不同及其對性質的影響，也能感悟到控制變量對科學知識的獲得與理解的意義。
3.研究性學習――體驗控制變量的方法
研究性學習是提高學生科學素養，形成科學方法的重要舞臺，自然也是體驗控制變量方法的重要舞臺。
筆者在蘇教版化學2“化學能轉化為電能”教學中設計了開放的實驗，提供稀硫酸、硫酸銅溶液、酒精、鋅片（兩片）、鐵絲（兩根）、銅片（兩片）、碳棒（兩根）、電流計、小燒杯、導線若干，讓學生小組實驗組裝探索原電池的形成條件。最后總結時，經過題型，學生發現不同電極不同溶液組合時電流計指針偏轉幅度不同。于是提出這樣一個問題：影響電流強度（或者電壓）的因素有哪些，有怎樣的內在聯系？課后學生發揮想象、討論提出很多可能的影響因素，如電極材料及表面積大小、電解質溶液種類及濃度、電極插入溶液的深度、電極間距，等等。隨后設計了相關實驗，部分如下：
（1）在2mol?L■稀硫酸中插入下表中電極組，測定其兩極電壓。
（2）在2mol?L■稀硫酸中插入下表中電極組，測定其兩極電壓。
（3）用同樣的鋅―銅做電極組，溶液用稀硫酸，濃度如下表，分別測定其兩極電壓。
雖然學生設計實驗時沒有兼顧各種變量的嚴格控制，比如溶液體積多少、電極插入溶液中的深淺與間距控制，實驗中也沒有考慮到電解質溶液的種類的影響，但重要的是學生確實運用了變量控制的思想，體驗了控制變量的方法。
控制變量是認識事物本質的一種重要方法，廣泛應用于各種科學實驗。在化學教學中，學生控制變量意識，不僅體現在觀念層面，認識到控制變量對化學科學研究和化學學習的重要性；更重要的是要體現在實踐層面，學習和運用控制變量的方法。控制變量思想在化學教學中的滲透還有其他途徑，如化學史料、化學習題。
注釋：
①[美]帕迪利亞（Padina，MJ.），主編.華曦，譯：科學探索者：物質構成.杭州：浙江教育出版社，2003：148.
參考文獻：
[1][美]帕迪利亞（Padina，MJ.），主編.華曦，譯：科學探索者：物質構成.杭州：浙江教育出版社，2003.
