刊名: 教育研究
Educational
Research
主办: 中国教育科学研究院
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 16开
ISSN: 1002-5731
CN: 11-1281/G4
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2-277
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历史沿革:
现用刊名:教育研究
创刊时间:1979
该刊被以下数据库收录:
中国人文社会科学引文数据库(CHSSCD—2004)
核心期刊:
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浅谈控制变量法在初中物理学习中的应用
【作者】 张锋华
【机构】 陕西省洛南四皓中学
【摘要】在初中物理教学中,常常会用到许多研究物理问题的方法,其中控制变量法是最常见、最常用的方法,它贯穿在物理教学的始终,对学生的学习和探究起着至关重要的作用,学生只有熟练掌握和灵活应用才能在学习中更好的理解掌握物理规律、定律。【关键词】控制变量法;实例;应用
什么是“控制变量法”?物理教学中,当我们研究某一个物理量的变化情况时,事实上常有许多影响因素,为了研究和其中某一个因素的关系,我们会控制除这一因素之外的别的因素保持不变而分析和这一因素是什么关系,这就是我们常说的控制变量法。它是初中物理教学和实验中最普遍、很有效的探究物理规律的科学方法,而且在概念理解、规律探索、公式推导、试题解答和分析解决实际问题中都能起到相当的作用,达到事半功倍的效果。
首先,让我们一起来见证控制变量法在初中物理中的一些实例:⑴在研究声现象中响度与距离的关系时,控制发声琴弦的粗细、松紧、长短不变而只改变距离的远近;⑵研究蒸发快慢与表面积的关系时,控制温度和表面空气流速不变而只改变液体表面积的大小;⑶研究力的三要素时,总是控制力的大小、方向、作用点中两个因素不变而分析和第三个因素的关系;⑷研究牛顿第一定律的伽利略斜面小车实验时,让同一小车从同一斜面的同一高度下滑而水平面的粗糙程度不同;⑸研究动能大小与质量的关系时,让不同质量的小球从同一斜面的同一高度滚下;⑹研究速度的大小与时间的关系时,采用控制路程相同比时间的百米赛跑法或研究速度大小与路程的关系时采用时间相同而比路程的龟兔赛跑法;⑺研究压力的作用效果与压力大小的关系时,控制受力面积相同而改变压力大小;⑻研究液体压强与方向的关系时让压强计的橡皮膜浸在同一液体内的同一深度而膜所朝的方向不同;⑼研究浮力大小与液体密度关系时,让同一个鸡蛋浸在清水河盐水中而不是拿不同的鸡蛋;⑽研究电阻大小与长度的关系时,保持各电阻的材料、横截面积、温度不变而只改变电阻的长度;⑾在叙述欧姆定律中电流与电压(或电阻)的关系时,要求必须说清当电阻(或电压)一定时,导体中的电流与导体两端的电压(或电阻)成正比(或反比);⑿研究电磁铁磁性强弱与电流的大小时,保持线圈匝数不变而只改变电流大小来比较所吸引小铁钉的个数;⒀研究通电导线在磁场中的受力方向时,控制电流方向不变而只改变磁场方向或控制磁场方向不变而只改变电流方向;⒁研究焦耳定律中热量与电流的关系时,让两烧瓶中的两不同电阻丝串联以保证电流、时间相同而确定与电阻的关系;⒂研究水和干泥土比热容的大小时,取相同的日照时间、相同的质量而比较温度的变化量;等等,还有许多例子不胜枚举。而这些事例几乎涵盖了初中物理的所有章节,从方法上理解和掌握是真正领悟这些知识的前提。
其次,要在平时的学习生活中学会用“控制变量法”的方法去认识规律、分析问题、解决问题,让这种方法成为我们学习知识、探究问题的一种习惯。在学习中,对提出的问题积极思考、缜密分析、大胆猜测、合理赛选,然后用控制变量法思想去逐个探究,得出正确的结论。这样的习题在我们平时的学习中并不乏见。如以下例题:
1、研究动能的大小与那些因素有关时,同学们做了各种各样的猜想:
A、与质量有关 B、与体积有关
C、与速度有关 D、与形状有关
经过大家的集体讨论和辨析,最终排除了B D而肯定了A C,然后老师引导同学们做了课本上的实验,让小钢球从斜面上滚下,通过木块被撞击的远近确定钢球的动能大小。
(1)为了探究A,应让质量_______的小球从________斜面的________高度滚下撞击同一木块,木块被撞的越远,表明该小球的动能就越大。(均填“相同”或“不同”)
(2)为了探究C,应让质量_______的小球从________斜面的________高度滚下撞击同一木块,木块被撞的越远,表明该小球的动能就越大。(均填“相同”或“不同”)
(3)这一实验,主要应用了_______________的物理实验方法。
点评:这是课本上的一个简单小实验,但却把我们物理上的“控制变量法”应用得淋漓尽致,使学生在轻松愉快的学习中很好的接受了这种实用的研究方法。试想,如果没有控制变量法这种方法,我们又以怎样的方法使学生更容易信可接受呢?
2、在学习探究影响浮力大小的因素时,同学们做了如下的猜想:浮力的大小与
A、物体浸入液体的体积有关
B、物体所浸入液体的密度有关
C、物体的重量有关
通过实验探究,同学们验证了猜想A B是正确的,而对于C,小军、小华分别进行了如下实验探究:
(1)小军同学实验如下:
实验:利用弹簧测力计、水和盐水,测出同一铁块分别浸在水和盐水中的浮力大小不相等。
分析:因为铁块重力大小相等,而铁块所受浮力大小不等,因而铁块所受浮力的大小与铁块的重力无关。
结论:猜想C是错误的。
(2)小华同学实验如下:
实验:利用弹簧测力计和水测出体积相同的铁块和铝块浸没在水中所受的浮力大小相等。
分析:由于铁块和铝块的重量大小不等,而浸没在水中的浮力大小相等,所以,浮力的大小与物体的重量无关。
结论:猜想C是错误的。
对于小军、小华两同学迥然不同的实验过程却得到了相同的结论,你的看法是:
________的实验方法不正确,理由是__________________,并且由他的实验方法和分析思路还可以得出_____________的结论,这个结论显然与起先的正确猜想_____是相矛盾的。
点评:这一例题,对于初学者,必须紧紧抓住“控制变量法”这一研究方法去探究,不然将使学生象进入迷宫一样。之所以小军的结论错误,原因就是他的试验方法不正确,研究浮力与重力的关系,但却控制重力不变而改变液体密度,混淆了研究对象,没有很好的应用“控制变量法”,进而由他的结论还可以得出“物体所受的浮力与所浸入的液体的体积无关”的错误结论,与已被验证正确的猜想A相饽。
再者,新课程理念也就是以学生为主体,发展素质教育,培养学生收集信息和整理归纳学习方法的能力,发现问题、思考问题、分析问题、解决问题的个人提升能力,以及形成终身学习创新、寻求生存和发展空间的能力。而“控制变量法”恰好是这一理念的最集中、最基础、最先决的体现,真正学习理解掌握了这一方法也必将使你受益终生。同时也提醒广大教师,在平时的教育教学工作中,我们不仅要注重基础知识的教导传授落实,更要积极进行学习方法的点拨和培养,从而使学生掌握系统的学科基本思想。