初中物理教学中控制变量法及其应用论文.doc

初中物理教学中控制变量法及其应用论文 【摘要】以现代研究性学习理论和新课程标准为指导结合教学实践将物理学科中研究问题常用的一种科学方法“控制变量法”在初中物理中的应用作归纳并对初中物理教学中正确使用“控制变量法”提出建议与思考 【关键词】控制变量法应用科学方法探究 目前构建主义作为一种新的认知理论已成为国际科学教育改革的主流理论构建主义强调学习的自主性、社会性、情景性由此产生出探究性学习和合作学习等现代学习方式倡导“记忆的理科”转向“探究的理科”、“单向教学”转向“合作学习”物理课程标准在课程总目标中指出：“义务教育阶段的物理教育目标是培养全体学生的科学素养”特别将科学探究纳入内容标准旨在加强学生科学素养 在物理学中研究对象往往不是孤立的总是处于与其他事物和现象的相互联系之中因此影响研究对象的因素在许多情况下并不是单一的而是多种因素相互交错、共同起作用的 要想精确地把握研究对象的各种特点弄清事物变化的原因和规律单靠自然条件下整体观察研究对象是远远不够的还必须对研究对象施加人为的影响造成特定的便于观察的条件也就是当影响某一物理量变化的因素较多时要研究某一个因素的变化对该物理量的影响必须保持其它因素不变否则就无法知道该物理量的变化是由个因素的变化引起的例如：物理量A与B、C、D等因素都有关得出A与B之间具体关系的方法是：控制C、D不变只改变B判断A的变化从而得出规律；再采用类似的步骤分析得出A与C、A与D之间的联系这就是控制变量的方法运用“控制变量法”可以使物理量的变化简化为分别与各个单因素的变化有关的问题逐一分析、解决从而降低物理问题的分析难度 在物理教学中如何做到以学生为主体把“控制变量法”有机地融入学生的探究性学习活动中对于贯彻、实施新课程标准培养学生的科学探究能力极为重要近几年各地中考试题中出现了很多需要利用这一方法解答的考题本文就“控制变量法”在初中物理教学中的应用作初步探讨 一、控制变量法在建立概念及规律教学中的应用 控制变量法常用于探究物理规律的实验教学例如：“牛顿第一定律”、“阿基米德原理”、“欧姆定律的实验教学”、“压强”等都运用了“控制变量法”这一科学方法 例如：欧姆定律的实验教学教师可以组织学生讨论怎样研究I、U、R之间的关系确定研究对象是电流以后引导学生采用控制变量法先控制一个物理量“电阻”不变研究电流与电压两个物理量的关系再控制另一个物理量“电压”不变研究电流与电阻两个物理量之间的关系最后将这些单一关系综合、归纳找出它们之间的规律得出欧姆定律 例如：在物理启蒙教育阶段为了突出路程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： （1）控制时间相同时比较两物体路程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：路程越大运动越快速度越大 （2）控制路程相等时比较两个运动物体完成全程所用时间的多少来比较物体运动的快慢通过学生的生活经验也知道：先到达终点的速度快（即用时少的速度快）；然后通过综合比较可得表达式V=S/t 二、控制变量法在探究性实验中的应用 探究教学讲究发散思维、多方探讨、发挥学生的积极主动性各抒己见；而控制变量法则是对实验限制条件只能对某一方面进行探讨和研究两者看似矛盾其实质是统一的控制变量法是有条件的探究是建立在一定的知识、能力基础上的探究它可以去除学生在学习过程中的盲目性在教师有目的引导下提出问题明确分析对象运用合理的知识和经验探索教学中的问题从而解决问题 例如：“探究影响液体蒸发快慢的因素”时学生会猜想：影响液体蒸发快慢的因素可能有温度的高低液体表面积大小液体的质量大小液体种类等因素诸多因素中要让学生通过实验去验证猜想无疑会增加学生的盲目性因为受影响因素太多对初学者来说会觉得每个因素都有影响而各因素之间又相互受影响学生根本无法从中找到正确的结论此时教师应该主动引导帮助学生排除相关的干扰因素采用控制变量法让学生通过比较对照、分析、观察实际发现真正的影响因素比如引导学生用两杯质量相同、体积相同、表面积相同的水都放在同一室内一杯用塑料膜罩住另一杯不罩同时放在电风扇下吹风学生很快就会发现用电风扇吹一段时问后罩塑料膜的那杯水体积几乎不变而没罩塑料膜的那杯水体积明显减少学生一下子就可分析出表面空气流动的速度对水的蒸发的影响了以此类推学生很容易探得其它因素的影响关系 三、控制变量法在习题教学中的应用 在利用物理知识去分析和解决一些实际问题时如能灵活应用“控制变量”进行分析就会起到事半功倍的效果在初中物理教学中可用“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的教学方法和应用提供了很好的机会 例如：质量相等的水和煤油吸收相同的热量后谁的温度升高较大 分析：这道题初看起来似乎有一定的难度因为这句话中包含了四个物理量也就是说要比较谁的温度升高较大就要同时分析其它三个物理量（质量、热量、比热容）对它的综合影响如果没有一种科学的分析方法要解决这样一个实际问题不仅费时且准确率不高但如果能对学生加以恰当的引导让他们考虑是否可用物理实验常用的科学方法来解决这道实际问题经过思考及同学间的相互讨论许多同学会想到用“控制变量法”结合公式Q=cmt解决这个问题思路如下：因为这个问题要解决的是t（升高的温度）的大小所以先将此公式变成t=Q/cm的形式在分析题目发现m、Q相同即这个问题中t仅取决于c且从t=Q/Cm这个关系式中可以看出当m、Q相同时t与c成反比而水的比热容大于煤油的比热容因此很容易得出这个问题的答案是：“煤油的升高温度比水大” 在解决物理问题时如能恰当运用科学方法进行分析确实能起到提高解题的速度与准确率的良好效果更为重要的是通过这些实际问题的解决过程使学生对如何应用“控制变量法”等科学方法去分析、解决问题作了有益的尝试在初中物理（如在力学、电学、热学）中一个物理量往往与多个变量有关一般不可能同时研究多个变量对研究对象的综合影响只能采取控制变量逐个分析的方法这些物理量主要有弦的音调、声音的响度、固体液体气体压强、浮力、杠杆平衡条件、动能及重力势能因素、功率、机械效率、影响内能的因素、热量（燃烧燃料）、影响电阻的因素、欧姆定律、电磁铁磁性、电功、电功率所以“控制变量法”是研究物理问题的最重要、应用最广泛的科学方法学生必须对“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 四、建议与思考 1、探究过程中使用控制变量法应注意：教师在课前要做好大量的准备工作为所探究的问题设种种可产生的结果做好充分的思想准备和解决方案备教材的同时备学生因材施教因材施控要循循善诱密切引导一步步将他们引入成功的殿堂善于发现学生的细微进步为探究教学进一步的开展奠定思想基础 2、“控制变量法”的应用应注意变量的可控性及有效控制无关变量根据研究的需要借助各种方法技术减少或消除各种可能影响实验科学性的无关因素的干扰在简化纯化的状态下认识研究对象 3、注意应用能力的迁移“控制变量法”作为物理学中的研究方法在教学中要注意“授人以鱼”与“授人以渔”的关系宏观